探究宇宙与地球的奥秘.doc

第二节 探究宇宙与地球的奥秘 一 地心论与日心论 地心论 地心论 1 地球是宇宙的中心 2 宇宙是一个有限的球体 地球处于这个球体的中心 呈静止状态 所有的日月星辰都绕着地球转动 日心论 日心论 地球和其它星球绕太阳运转的观点 提出宇宙的中心不 是地球而是太阳 地球只不过是围绕太阳运转的星球之一 二 科学宇宙论二 科学宇宙论 宇宙包括广漠无限的空间及存在于其中的所有天体 宇宙处在不 断的运动和变化中 在时间上无始无终 在空间上无边无际 三 太阳系三 太阳系 太阳质量为 2000 亿亿亿吨 为地球质量的 30 万倍 为木星质量 的 1000 倍包括八大行星及大量小行星 彗星及天体流星 距银河系 中心 3 万光年 四 银河系四 银河系 庞大的天体系统 但只是宇宙中很小的一部分 银河系包括 1000 2000 亿颗恒星及大量的星云 星际气体和星际尘埃 银河系直径 16 万光年 最长 五 宇宙 五 宇宙 银河系以外星系统称为河外星系 每个河外星系包括的恒 星少则几万颗 多则上百亿颗 千亿颗 目前能观察到的像银河系这样的星系约 10 亿个 小星系直径为 3000 光年 大星系直径为 50 万光年 轻的星系只有 100 万个太阳的质量 重的星系是 10 万亿个太阳 的质量 六 类星体六 类星体 类星体又称发光体 太阳系唯一的发光体是太阳 太阳的总光能 374 亿亿亿千瓦 表面温度为 6000 摄氏度左右 中心温度为 1400 万 度 每年辐射给地球的能量为 17 亿亿千瓦 仅占太阳总能量的 22 亿 分之一 类星体亮度相当于太阳亮度的几千亿倍到几千万亿倍 类星体中 的超大质量黑洞 其质量平均为一亿个太阳质量 积光方式是太阳光 度的 3 万亿倍 七 相关数据七 相关数据 行星运转 绕太阳 一周的时间 水金地火木土 88225365687433310760 各行星的卫星数 水金地火木土天海冥 0012404020111 第三节第三节 对群星生死轮回探索与研究对群星生死轮回探索与研究 一 恒星的形成与衰老一 恒星的形成与衰老 1 银河系约 130 亿年生命史 135 139 亿年 千 亿颗恒星生生死死 上演了无数的悲喜剧 在银河系形成的年代 随着星际天体的收缩 无数 的恒星从星际气体中诞生 开始了它们发光发热的一生 2 恒生到晚期会将外边的气壳抛掉 气壳抛落后 会融入到周围的星际气体中去 剩下的中心叫白矮星 恒星临终时会发出超新星大爆炸 将自身大部分的物质 抛入太空中 留下的中心称中子星或黑洞 经过亿万年的演变 星际气体会通过收缩而诞生 新一代恒星 恒星从星际气体中诞生 衰老死亡时将大部分物质还原到星际气体中 而新一代恒星 又在星际气体中孕育诞生 二 化学元素的产生 恒星的核心如同 练金炉 不断的产生自然界全部化学元素 在恒星死亡时的大爆炸 中过程将这些化学元素抛撤到星际气体中 由星际气体收缩而诞生的新恒星中就拥有这些化 学元素了 我们的太阳至少是第二代恒星了 在太阳诞生以前肯定发生过超新星大爆炸 惟有这 样 才有可能在地球上找到从氢到铀的化学元素 三 银河系的终结 银河系中同样存在恒星的生生死死 随着时间的推移 银河系中的星际气体将会越来 越少 到极其遥远的未来 最终将不会有恒星诞生了 再过一段够长的时间 所有的恒星都 死亡了 那时银河系就没有生机了 结束了光辉的一生 第四节第四节 物体引力与黑洞物体引力与黑洞 一 物体引力一 物体引力 如果我们用力向天上抛石头 由于地球的引力作用 石头最后还是落到了地面 即使 我们用威力强大的火炮 从炮瞠射出去的炮弹最终还是会落到地面 要是用火箭来发射人造卫星 其速度达到了 7 9 千米 秒 卫星就会绕地球旋转而不会 落下来 这就是第一宇宙速度 如果要使卫星逃离地球而不再回来 则卫星发射的速度至少 要达到 11 2 千米 秒 我们把这个逃逸速度叫第二宇宙速度 如果要从太阳表面发射卫星 使卫星逃逸太阳 学生思考回答 速度只达到 11 2 千 米 秒能行吗 根据学生回答内容解释 根据万有引力定律 引力的大小是与距离的平方成反比 速 度 V 617 7 千米 秒 天体的引力越强大 要脱离它所需的速度就越大 二 黑洞二 黑洞 设问 有没有一种天体的引力强大到任何东西都无法从其表面逃离 爱因斯坦的狭义 相对论告诉我们 世界上运动最怏的是光 光的速度是 30 万千米 秒 也就是 1 秒钟可绕地 球转七圈半 实际上在宇宙中确有一种天体的引力非常强 以至于连光都逃不出去 科学家 把这种天体叫 黑洞 无论什么样的物体只要落到黑洞里边 就别想逃出来 三 黑洞的密度三 黑洞的密度 我们知道 1 吨水重 1 吨 1 吨水银是 13 6 吨重 于是我们说水银的密度大于水的密度 如果我们把 140 万千米大小的太阳压缩到只有 6 千米大小 其质量仍为 2000 亿亿亿吨 这 样就使它的密度大大增加了 这埘的太阳就成了一个黑洞 另外我们如果将地球压缩到一个 乒乓球大小 质量不变 那么地球也就变成了一个乒乓球大小的黑洞 根据压缩太阳或地球变黑洞的设想 不难看去具备黑洞的首要条件不是体积大小和质 量大小而是它的密度 各种星体发的光 图 四 黑洞是如何被发现的 四 黑洞是如何被发现的 黑洞本身不发光 地球人只能观察到发光的天体和星球 科学家经过长达十多年的时 间 通过观察黑洞附近发光体的运动 确定了这些发光体运动轨道 从而发现了在银河系中 心一个很小区域里集中了庞大的质量 这种现象只能用超大质量 恒星级 黑洞来解释 而 不可能用一个致密的星团或其它天体来解释 对于恒星级黑洞 天文学家主要通过 X 射线双 星来发现的 我们知道 黑洞是有极强引力的天体 如果黑洞与一个正常发光恒星组成一个 双星系统 黑洞强大的引力有可能把正常恒星上的气体吸引过来 并吞没到黑洞里面 这些 气体在落向黑洞的过程中会发出强烈的 X 射线光 非可见光 从而被 X 射线天文卫星观测 到 五 黑洞的种类 图表 五 黑洞的种类 图表 在宇宙中到处存在着黑洞 其种类有原初黑洞 恒星级黑洞 超大质量黑洞等 科学 家在搜寻观测黑洞的过程中仍在不断地探索更加有力和有效的新方法 然而直到今天 所有 方法所得到都是黑洞存在的间接证据 天文学家们能有百分之九十九的把握来说明黑洞的存 在 却还有百分之一的不确定性 人们通常将这些具有黑洞存在证据的天体叫 黑洞侯选体 同学们 无边无际的宇宙奥妙无穷 诚挚希望给你们以启示 将天真无邪的幻想转化 为强烈的求知渴望 跟着科学家的脚步 从好奇童趣走向风华正茂 用扎实的知识和勇于探 索的精神去揭示宇宙的奥裢 第五节第五节 探究植物性别的奥秘探究植物性别的奥秘 一 同花类植物一 同花类植物 1 欣尝鲜花 花瓣 花蕊 2 花蕊 柱头 子房 相当于雌性器官 卯细胞 花药 相当于雄性器官 藏着成千上万的花粉 一杂花中包含有两种生殖器官 像月季 百合 玉兰等属同花类 两性花植物 二 雌雄同株异花类植物二 雌雄同株异花类植物 在同株植物上开两种性别的花 如南瓜 玉米 马尾松等 三 雌雄异株植物三 雌雄异株植物 雌树上开雌花 雄树上开雄花 如杨 柳 银杏 罗汉松 属于雌雄异株植物 单独雌 树或单独雄树都不能结果 如开心果植株的栽培必须雌雄间隔 四 雌 雄轮换的植物四 雌 雄轮换的植物 天南星科植物 春天发芽长枝开出雄花 过了几年它厌倦了当 父亲 的生活 又摇身一变做起母亲来了 再过几年又会当上 父亲 开出了雄花 五 对性不专一的植物五 对性不专一的植物 半夏的肉穗花序下部为雌花 上部为雄花 轮流发育 是典型的对性不专一的植物 六 植物性别的鉴别六 植物性别的鉴别 与动物一样 植物的性别也是由染色体上的基因决定的 第六节第六节 对对 阿波罗登月计划阿波罗登月计划 的研究的研究 20 世纪中期 美国航天局制定了 5 种登月方案 在航天史上称作 阿波罗登月计划 方案一 直接登月方案一 直接登月 用火箭直接将一艘近 70 吨 20 30 米高的载人飞船送至月球表面降落再返回地球 研究结论 方案比较简单 而当时不可能造出这么大动力的运载火箭 且飞船降落 时易倾覆 方案二 地球轨道会合方案二 地球轨道会合 用 5 枚火箭分别将飞船 分为 5 部分 的部件发射到环绕地球的轨道上 再装配成 登月飞船飞往月球 研究结论 此方案省去了研制巨型火箭的困难 但是 5 次发射必须是分秒不差地完 成 否则无法保证在轨道上装配好登月飞船 方案三 空中方案三 空中 加油站加油站 方案方案 在地球上空建一个 轨道加油站 让登月飞船先在地球附近加注燃料再离开环绕 地球的轨道然后登月 研究结论 此方案优点在于不需巨型火箭 但在地球附近加注燃料十分危险 方案四 月面会合方案四 月面会合 用无人飞船将返回需所需的燃料等物品送上月球 然后用载人飞船将宇航员发送上 月球 研究结论 此方案可大大减少飞船的重量 体积 但万一载人飞船落点离无人飞船 太远或物质受损 宇航员将无法返回地面 方案五 月球轨道会合方案五 月球轨道会合 用火箭将载人飞船先发射到环绕月球的轨道上 然后载人飞船的一部分 载宇航员 分离并登上月球 飞船的主体仍继续绕月球飞行 待宇航员考察月球结束后 驾登闩舱从月 球表面起飞 与飞船主体在环绕月球的轨道上会合 最后乘坐飞船返回地球 研究结论 此方案费用较少 而且在当时的技术条件就可能实现 问题在于在整个 飞行过程中会涉及多次危险操作 经过综合比较和权衡利弊 美国宇航局采用了方案五 成功实施了 阿波罗登月计 划 第七节第七节 核电站与核安全核电站与核安全 前 言 说到核电站人们都有一种恐惧感 其原因 1 不理解 实际上垓电站的核反应堆和原子弹爆炸有很大的区别 在人们的心目中 一提 到核电站就会联想到美国在二次世界大战中在日本广岛和长崎投的原子弹所造成的极大的毁 灭性惨状 2 前苏联切尔诺贝利核电站严重的爆炸事故 采用原苏联特有的压力管式石墨慢化沸水反 应堆 及美国三里核电站的严重事故等都给核电站涂上了层层阴影 一 时代呼唤核能一 时代呼唤核能 人类 100 多万年进化发展的过程 就是一部不断向自然索取更多能源的历史 按现在全 球对石油 煤炭 天然气资源使用 开采量及增长率人类将面临一场能源危机 据比较精确 的估算 现全球石化能源的储量将在几十年内逐渐枯竭 我们知道 煤 石油 天然气的燃 烧严重污染环境 是破坏生态平衡的祸首 因此我们必须大力开发经济 清洁的能源 以 100 万千瓦电站为例 火电每年需煤 300 万吨 以铀 235 为燃料则每年只需 25 吨 二 核电站二 核电站 核电站是利用原子核内部蕴藏的能量大规模生产电力的新型发电站 使用的燃料铀 235 三 核能原理三 核能原理 1 原子 世界上一切物质都是由原子构成的 任何原子都由带正电的原子核和绕原子核旋 转的带负电的电子构成的 2 原子核 一般是由质子和中子构成的 3 链式裂变反应 裂变反应是由中子引起的 而反应结果又产生了新的中子 这祥连续不 断地进行下去 同时不断地产生能量 人们找到了实现这种产生连续反应的条件 故称之为 链式裂变反应 核电站应叫中子站 4 核能 1939 年科学家发现了 U 235 原子核在吸收一个中子以后能分裂 同时放出 2 3 个 中子和大量的能 放出的能量比化学反应中放出的能量大得多 这就是核裂变能 也就是我 们所说的核能 U 235 原子核完全裂变释放的能量是同量煤完全燃烧放出能量的 270 万倍 四 核反应堆四 核反应堆 核反应堆是核电站的关键设备 核裂变就在里面进行 反应堆种类很多 核电站中使用 最多的压水堆 核电站使用的燃料称为核燃科 核燃料是把小指头大小的烧结二氧化铀芯块装入锆合金 管中 将 200 多根装有芯块的锆合金管组装在一起成为燃料组件 每个组件中装有一束控制 棒 用于控制链式反应的急缓程度和开启 中止 压水堆以水作为反应堆冷却刘 水在主泵的推动下流经燃料组件 吸收了裂变产生的热 能后流出反应堆而进入蒸汽发生器而产生大量的蒸汽用以发电 从蒸汔发生器出来的反应冷 却剂再由主泵送回去反应堆加热 水的这一循环称为一回路 五 核安全五 核安全 1 防止放射性物质外泄的三道屏障 第一道屏障 燃料芯块和包壳 核裂变产生的放射性物质 98 以上滞留在二氧化铀陶瓷 芯块中 不会释放出来 燃料芯块密封在锆合金包壳内 防止燃料裂变产物和放射性物质进 入一回路水中 第二道屏障 压力容器和一回路压力边界 由核燃料构成的堆芯封闭在壁厚 20 厘米的钢 质压力容器内 压力容器和整个一回路都是耐高压的 放射性物质不会泄漏到反应堆厂房中 第三道屏障 安全壳 反应堆厂房是一个高大的预应力钢筋混凝土构筑物 壁厚 1 米 内 表面加有 6 毫米厚的钢衬 防止放射性进入环境 2 核电站三废处理 略 3 核电站与原子弹 核燃料中 U 235 的含量为 4 而原子弹中的核炸药 U 235 含量高达 90 以上 正像啤 洒与白酒含酒精的比例 六 生活中的辐射六 生活中的辐射 辐射三种射线与量度 大约在 100 多年前 科学家发现某些物质发出的三种射线 阿尔 法射线 贝塔射线和伽玛射线 还有类似的 X 射线统称电磁辐射 辐射无色无味 无声无臭 看不见 摸不着 属非可见光 可以用仪器量度 单位是希伏特 简称希 1 希 1000 毫希 下面是居民生活中受到的天然辐射剂量 我国某些高辐射地区 3 7 毫希 年 砖 房 0 75 毫希 年 水果粮食蔬菜空气 0 25 毫希 年 土 壤 0 15 毫希 年 北京至欧洲飞机往返一次 0 04 毫希 年 胸 腑 透 视 一 次 0 02 毫希 年 核 电 站 周 围 0 01 毫希 年 第八节第八节 高灵敏度氢气地震预测仪高灵敏度氢气地震预测仪 一 研究动机 地震短期临震预报是世界性难题 精确预测地震的震级和时间目前还无法做到 二 研究原理 氢气是目前世界上公认的地震预测中最灵敏的化学物质之一 科学家认为 地壳下层 的塑性岩石或蛇纹岩被挤进地壳上层的裂缝中时就会引发地震 这些容易滑动的蛇纹岩由富 含铁镁之矿物与水作用所生成 在此过程中会产生氧气 一旦该层发生断裂 氢气就经由断 层的裂隙中冒出 致使正常空气中的氢气浓度剧增 在震前 10 40 天 氢气浓度将会突然 增加 最多可达正常氢气含量的数万倍 三 研制过程 1 研究地壳下层岩层构成 2 研究蛇纹岩矿物质成分及与水作用而产生的变化 3 测试岩层断裂氧气冒出的相关数据 4 研制氧气浓度高灵敏度捡测仪 5 研制捡测数据的预报方式 a 无人值班预报 b 遥控预报 四 地震预测仪的功能 1 将氢气的捡验灵敏度提高到了千亿分之一 为目前常用测氢仪的 100 万倍以 上 2 能精确预测地震的震级 时间和位置 第九节第九节 对有效减缓全球气侯升温的研究对有效减缓全球气侯升温的研究 一 研究背景 全球工业革命以来人类活动释放的二氧化碳不断增加 导致了全球性气侯升温 二 研究原理 云朵越白 反射的太阳光越多 从而辐射至地球的热量越少 三 研究过程 英国爱丁保大学一科学家发明可以把云朵 洗白 的船只 增加云朵对太阳光的辐射 以减缓全球气侯升温 洗云 船无人驾驶 使用一种旋转航行技术可以在任何海域作业 海域上空的云朵 均利用船支制造的尾流 漂白 船底部有形如螺旋桨的涡轮 使旋转叶轮和水滴生成器产生动力 流经的海水过滤后进入直径约 15 厘米的阀盘 阀盘上有 10 亿个小孔 借助转动把海水 绞碎 成不足 1 微米的水滴以雾状经风扇喷向空中 船速每小时 17 6 千米 变换地点或恶劣天气行驶可达每小时 44 千米 四 研制效果 1 船的驱动利用风力 不需燃料 2 无人驾驶 工作人员只需控制方向和调整转筒速度 3 能有效减缓全球气温升高 抵消的热量两倍于人类活动释放二氧化碳所致效果 4 能使地球吸收的太阳热能每平方米减少 3 7 瓦 就可使地球温度在 2050 年以前保持 稳定 a a 对生态饮水机的研究对生态饮水机的研究 一 研究动机 水是生命的源泉 解决饮用水是全世界 缺水地区民众的心声 二 研究原理 直接将空气转化为饮用水 三 研究过程 该设备名叫 水力磨 由加拿大四元素 公司研制 水力磨 如同一个被削去了一 半的巨大高尔夫球 直径约 90 厘米 能将 空气中的水分浓缩并加以净化成清洁的饮用 水 在使用时 水力磨 挂在墙上 在电能 的作用下将空气导入空气过滤器 清除灰尘 及其它杂质微粒 空气的温度被降至凝成水 滴而进入自动消毒人仓成为饮用水 通过管 道直接和厨房连接 整个设备配备有智能计算机分析系统 空气中水分较高时可加大工作量并将饮用水 贮存 注 本设备耗电约 100 瓦 发明人乔纳 森 里奇 三 本发明的先进性与实用性 由学 生整理完成 第十一节第十一节 定制骨骼定制骨骼 不再是梦不再是梦 一 一 研究背景研究背景 传统的人造陶瓷骨骼不能解除患者的痛 苦 且无法像健康人一样正常活动 二 二 研究原理研究原理 1 原料采用构成人体骨骼的成分磷酸钙 2 技术采用计算机 打印机的原理 3 手术采用医疗接肢技术 三 三 研制过程研制过程 1 将患者骨骼进行 CT 捡查数据输入电脑 精确的制出模型 2 通过特殊设备将凝固剂喷洒轧十分之一 毫米厚的磷酸钙粉末上 根据患者骨骼 模型不断重复喷酒而制成人们预想的健 康骨骼 这一技术与工业模具技术一样 3 医疗手术 四 四 医用优势医用优势 1 能取代自身病变骨骼 传统人造陶瓷骨能取代自身病变骨骼 传统人造陶瓷骨 骼无法比拟 骼无法比拟 2 精密程度可与复杂的自身骨骼高度吻合 精密程度可与复杂的自身骨骼高度吻合 能与健康人一样进行各种运动 能与健康人一样进行各种运动 完全适合现行医疗技术进行移植 完全适合现行医