大学物理,物质世界的结构层次

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1、同学们好！1第三节宇宙一、几个概念1.宇宙——时间和空间联合构成的统一整体目标：了解宇观层次的物质结构了解宇宙的起源近代物理观点：物质和它的运动是统一的客观实在（空间广延、时间广延）既不可能有脱离物质的运动，也不可能有脱离运动的物质。而时间和空间也只能凭借物质及其运动的存在才能体现。观测宇宙——人们用肉眼或仪器观测到的整个宇宙空间及其各类天体的总称。（哈勃半径：150亿光年）2宇宙——哲学意义上的概念观测宇宙——天文学研究的对象2.天体——宇宙间一切物质集团的总称天空中的浮云、大气，山川、河流——气象现象

2、人造卫星，宇宙火箭等——人造天体3.光年——光传播一年所经过的距离1光年=1013km（3108365243600）光1秒钟可以绕地球运行7圈，光从太阳传到地球只需要约8min。意义：表征天体间的空间距离表征携带信息的时间历史哈勃半径150亿光年——从空间上得到了150亿光年尺度的横断面，时间上追溯到了150亿年前宇宙的历史。3二、宇宙的一般图景1.天体的层次人类对宇宙的认识由近到远，由现在到过去逐渐展开星球“富”星系团河外星系太阳系恒星系(银河系)星球：有自身内部结构和特性，包括恒星、行星、

3、卫星、彗星、流星等。行星：绕恒星运动的近似球形天体，本身不发光。地球：本星系群——银河系——太阳系——一颗行星4各种天体的层次天体层次行星恒星星际云星团星系宇宙(地球)(太阳)(平均)(球状)半径/pc10-1010-810101041010平均距离/pc10-5110103106质量/M日10-6110310610111021平均密度5.515110-2310-2110-2310-30/(g/cm3)中心温度/K104107102pc为秒差距1pc=3.261633光年=3.085678101

4、6m5(1)太阳系——以太阳为中心，以及由它的引力支配而绕它运动的天体所构成的系统。含有九大行星，3000多个小行星，66个天然卫星，为数众多的彗星、流星、星际物质、人造天体。九星连珠：由于各行星绕太阳运动的轨道大小、速度各不相同，它们很难聚集在以太阳为中心的扇形区域内。这是1982年出现的九星连珠现象6太阳:银河系中一颗普通恒星直径约1.510-7光年，表面温度6000K,中心温度1.5107K,质量相当于33.3万个地球。7地球:一颗大行星,年龄约40~50亿年人类起源：~100万年中华文明史：5

5、000年以上地球的内部结构半径：平均6370km外衣：地壳（平均厚度33km）中间层：地幔(平均厚度2800多km)核心：地核（内核、外核）8月球:围绕地球运行的惟一颗卫星9彗星:围绕太阳运行或行经太阳附近的云雾状天体，由慧核、慧发、慧尾组成。10陨石:流星体进入地球的大气层中一般都能完全燃烧气化，只有较大的流星体燃烧不完，可以陨落到地面上而被称为陨星。90%为硅酸盐矿物的石陨星称为陨石。吉林1号陨石是目前世界上最大的陨石，重1770kg。于1976年3月8日陨落在吉林省内。11(2)银河系扁平铁饼状结构

6、，直径达10万光年3000亿个恒星+星团+星云太阳距银河系中心约3.3万光年122.宇宙学原理几条先验原则——对称性思想的体现1)宇宙间物质（及其发展规律）的统一性。2)人类在宇宙中不具有特殊的地位。3)宇宙间物质的无限性。宇宙学原理：宇宙在整体上（能代表宇宙特征的大尺度上）是均匀的，各向同性的。任何一个典型星系上的观察者“看到”的物理规律相同。13三、大爆炸宇宙模型1.天文学历史上的三次飞跃(1)行星层次——连结开普勒定律的飞跃(17世纪)弟谷:积累大量资料,达到前所未有的观测精度。开普勒:发现开普勒行

7、星运动三定律，适用于所有行星的运动，给出行星理论的约束条件。牛顿：将地面物体力学规律应用于天体运动，实现物理学的第一次大综合。14(2)恒星层次——连结赫--罗图的飞跃1905赫茨普龙1913罗素发现恒星表面温度与恒星光度之间的关系，将纷杂现象纳入统一模型，给出恒星理论的约束条件：第一，所有恒星最初均由氢、氦为主的原始气体凝聚而成。第二，发生在恒星核心的核聚变制约恒星演化过程。15各恒星的区别：原始质量不同，“年龄”不同。16星际星云原始恒星主序星红巨星超新星爆发（或白矮星）黑洞（或中子星、星际

8、物质）17(3)星系层次——连结哈勃定律的飞跃（20世纪）1929年，发现所有星系的光谱均有红移现象，红移量与距离r成正比。将红移量折合成星系的运动速度，即哈勃常数：182.大爆炸宇宙理论现代理论认为，宇宙起源于一次大爆炸，大爆炸前全部粒子处于高温高密度状态。19“大爆炸”启动了宇宙膨胀，后因膨胀、降温演化成了现在的宇宙。20(1)微波背景辐射支持大爆炸宇宙学说的主要实验事实：1965年，彭齐阿斯和威尔逊发现了消除不掉的各向同