九年级科学下册 1.2 太阳系的形成和恒星的演化（2）教案 （新版）浙教版-（新版）浙教版初中九年级下册自然科学教案.doc

太阳系的形成和恒星的演化教学目标：1、认识恒星的不同发展阶段：红巨星、超新星、白矮星、暗矮星和黑洞2、了解太阳一生的演化过程3、知道大质量恒星的演化过程教学重点：恒星的不同发展阶段与大质量恒星的演化过程教学建议：1、对于宇宙中各种“特别的恒星”如红巨星、白矮星、暗矮星、超新星、中子星与黑洞等“恒星”的不同发展阶段学生非常的漠生，因为平时极少关注。（只有少数天文爱好者才了解）因此这部分内容的教学必须有大量的实物照片和视频支持学生的学习。2、由于解释不同溶化阶段的恒星之间的转化机理会涉及到许多很深奥的天文学、物理学的专业知识。（如氢聚变成氦的热核反应、碳聚变成氖和镁。然后又是硅和硫，最终硅成为铁；恒星内部的辐射压、辐射压将抵挡不了它本身的引力等），学生很难理解。因此，本节教学中利用天文照片、视频、动画时，对此名词只是一带而过不要作任何的说明。3、学生了解了的特别的“恒星”气体星云、主序星红巨星、白矮星、暗矮星、超新星、中子星与黑洞后，若组织学生从这些天文现象探讨恒星的一生则太难最好是直接阐述恒星的一生。本课时教学我认为最好以讲授法让学生了解恒星的不同发展阶段的特点和它们之间转化关系。讲述时尽可能简单、通俗易懂。气体星云主序星红巨星超红巨星白矮星暗矮星约等于1个太阳白矮星质量大于1个太阳1.442太阳质量中子星超过3个太阳质量黑洞介绍后恒星的一生后可由学生复述太阳的演化巩固对太阳演化的掌握。4、学生恒星与太阳的演化之后，有兴趣可以介绍黑洞的初步知识及人类对黑洞的探索。培养学生探究未来的理想与兴趣。教学过程：一、 恒星的诞生星云作为恒星诞生地的星际气体云团十分稀薄而且温度极低，云团中与引力相抗衡的气体压力很弱，引力的作用使得云团缓慢地收缩。超新星爆炸产生的冲击波或云团周围一些亮星向外喷射的高热气流（称为星风）都会使云团中出现不均匀的密度分布，造成云团中出现多个密度中心，这些密度中心周围的气体分别向这些中心收缩，形成一个个小云团。收缩过程中，小云团中心温度升高，旋转加快，密度越来越大，演变成中心有核，周围由盘状物质包围的形状，云团的表面温度一般为绝对温度20003000度，质量与太阳相仿，只发出红外辐射，不发射可见光，所以还只是恒星的胚胎，或形象地称之为星卵。不同大小的云团演化快慢大不一样，象太阳这样典型大小的恒星，其处于星卵的状态的大约要维持100万年，在此期间云团继续复杂的收缩过程，中心温度则持续升高，一直到超过100万度，在这种极高的温度下将出现由氢原子核变成氦原子核的核聚变反应，这是恒星的根本特征，星球只有到了能由核聚变反应而释放能量，才算是真正进入了成年恒星的阶段，也只有此时才真正变得灿烂夺目。此时的恒星中心密度和温度都很高，巨大的气体压力足以抵抗引力收缩，所以恒星也不再继续收缩了，恒星的性质变得十分稳定，就象我们的太阳一样，恒星一生中90以上的时间都处于这一阶段。二、 恒星的壮年从主序星到红巨星恒星发光发热的源泉是由氢原子核转变为氦原子核的核聚变反应，维持核反应的阶段就是恒星的壮年期，天文学上称为主序星阶段。质量不同的恒星维持核反应的时间大不一样，大质量恒星的核心温度更高，核反应消耗氢的速度比小质量恒星快得多，因此其生命历程相对来说要短得多，比如象10个太阳质量那样大的恒星只能维持一千万年左右的生命，而太阳却能维持100亿年。太阳这样大小的恒星是宇宙中最为典型的，它们生命中8090的时间都处在稳定的主序阶段，当中心的氢逐渐燃烧完后，一颗恒星的生命就接近尾声了。此时星体核心会迅速收缩，相反地，外层的氢却开始燃烧并迅速膨胀，这是恒星生命中一个十分有趣的阶段，星体的体积大大增加，比如太阳这样的恒星会膨胀数百倍，膨胀的结果导致恒星表面温度下降，颜色变红，同时其表面亮度却会大大增强，天文学上习惯于将光度（即恒星的本质亮度）大的天体称为巨星，因此这一阶段的恒星的典型特征就是红巨星相对而言，红巨星阶段是很短暂的，此后由于核心的收缩导致温度进一步升高而引发氦原子核聚变为碳原子核的反应以及此后一系列更为复杂的核聚变反应，恒星快速地走向死亡。三、 恒星走向死亡恒星走向死亡的途径因其质量的不同而有很大的不同，象太阳这种中等质量的星体其死亡是比较温和的，在红巨星阶段之后，恒星的外壳一直向外膨胀，核心则持续收缩，发出紫外光或X射线，高能射线激发外层气体发出荧光，形成美丽的行星状星云（图5）。外壳气体逐渐消散在星际空间，成为下一代恒星的原料，而中心部分在收缩到一定程度后，停止了一切核反应过程，变成一颗冷却了的、密度却极大的白矮星，其中1个方糖大小的物质，重量可与一辆卡车相当。质量较大的恒星走向死亡的途径往往是十分壮烈的，通常质量大于太阳8倍以上的星球，不会平静地演化为白矮星，而是引发一场震天动地的大爆炸，星体的亮度突然增亮几十倍甚至几百倍，这就是所谓的超新星爆发，星体粉身碎骨，核心遗留下来两种特殊形态的天体中子星或黑洞。中子星的质量和太阳差不多，但半径只有10公里左右，可见其密度更比白矮星高得多了。超新星爆炸后，如果残留的核心质量仍较大，则会形成密度更为惊人的黑洞，任何物质甚至连光线都无法逃脱它强大的引力场，我们无法直接看到它，这也正是其名为黑的由来。四、恒星的生死循环正如动、植物的死亡将成为下一代生命的原料一样，恒星的死亡也都有一个共同的特征，即将其本体中的大量物质抛射到星际空间中，这些物质逐渐弥漫在宇宙空间中，以气体或尘埃的形式成为新一代恒星的原材料。同时正是在恒星的演化过程中通过核聚变形成了许多构成生命所必需的重元素，这些重元素在恒星死亡后弥散在宇宙空间中，才有可能导致象人这种生命的诞生。五、恒星演化和行星的形成 生命只能出现在能发出光和热的恒星周围的行星上，但并非所有恒星都必然带有行星。星云说认为，恒星是从自转着的原始星云收缩形成的。收缩时因角动量守恒使转动加快，又因离心力的作用星云逐渐变为扁平状。当中心温度达700万度时出现由氢转变为氦的热核反应，恒星就诞生了。盘的外围部分物质在这过程中会凝聚成几个小的天体行星。 星云说可以合理解释许多观测事实，但也存在一些困难。另一方面，计算机理论模拟计算表明，如果星云物质在收缩过程中没有角动量转移，那结果不会形成一个中央恒星和周围一些小质量行星，而是会形成双星。在双星系统中即使形成行星，不用多久它们也会落入某颗恒星中，或者被抛入宇宙空间，不可能长期在恒星周围存在。 看来大自然给原始星云两种发展的可能：物质保持它原有角动量，演化后形成双星；或者两者在演化过程中恰到好处地分道扬镳，结果生成中央恒星以及绕它运转的行星。生成智慧生物的漫长过程 生物的进化是一种极为缓慢的过程，所经历的时间之长完全可以同太阳的演化过程相比。化石的研究发现，早在35亿年前地球上就已有了一种发育得比较高级的单细胞生物，称为蓝绿藻类。根据恒星演化理论以及对地球上古老岩石和陨星物质的分析知道，太阳和地球的形成比这种生物的出现还要早1015亿年。太阳系形成后大约经过50亿年之久地球上才有人类。 现在设想把每50亿年按简单比例压缩成1“年”。用这样的标度1星期相当于现实生活的1亿年，1秒钟相当于160年。从宇宙大爆炸起到太阳系诞生，已经过去了大约2年时间。地球是在第3年的1月份中形成的。3、4月份出现了蓝绿藻类这种古老单细胞生物。嗣后，生命在缓慢而不停顿地进化。9月份地球上出现了第一批有细胞核的大细胞，10月下旬可能已有了多细胞生物。到11月底植物和动物接管了大部分陆地，地球变得活跃起来。12月18日恐龙出现了，这些不可一世的庞然大物仅仅在地球上称霸了一个星期。除夕晚上11时北京人问世了，子夜前10分钟尼安特人出现在除夕的晚会上。现代人只是在新年到来前的5分钟才得以露面，而人类有文字记载的历史则开始于子夜前的30秒钟。近代生活中的重大事件在旧年的最后数秒钟内一个接一个加快出现，子夜来临前的最后一秒钟内地球上的人口便增加了两倍。 由此可见地球诞生后大部分时间一直在抚育着生命，但只有很短一部分时间生命才具有高级生物的形式。教学反思：