高三地理 恒星的一生和宇宙的演化
第三节恒星的一生和宇宙的演化
恒星的化学组成基本一致，质 量差异也不大(相对于其他物理参 数而言)，可谓大同小异。但是， 它们存在的形式，却是五花八门和 复杂多样的。
1、单星：单个存在的恒星。 2、双星：成双成对存在的恒星。 3、星团：恒星集团。
双星数量：在已知恒星中，双星约占三分之一。
天狼星A及B
双星分为：
光学双星：在天球上位置很靠近，但实际在视线方向上相距 很远，并无物理上的联系，这类双星又叫视双星或假双星。
3、在赫罗图的左下方的 恒星，它们的温度相当高， 但光度却很小，这表明它 们的体积很小。这些小而 热的恒星叫白矮星。最先 发现的一颗白矮星视天狼 伴星，其半径只及太阳半 径的0.75% 。
大部份恒星都是主序星,太阳也不例外, 银河系中大多数是M型的主序星,类似太阳的G型则比较少.
一旦恒星离开主序，将快速地死亡。 恒星一生大约有90%的時間在主序阶段，所以所 见90%的恒星为稳定的主序星。 恒星停留在主序带的时间长短依质量而定。恒星 质量越大，寿命越短。
球状星团
疏散星团
1、变星 2、新星 3、超新星
大多数恒星的光度视稳定的，短时期内几乎没有变化， 太阳就属于这一类恒星。有些恒星的光度在短时期内会 发生明显的、特别周期性的变化。变化的周期，长的可 达几年到十几年，短的只有几日甚至几小时。这样的恒 星成为变星。银河系已发现的变星约有2万多颗。
按其成因，变星可以分为食变星、脉动变星和爆发 变星。
星团：在恒星世界中，还有许多恒星集中分布在一个 较小的空间，彼此有物理联系，形成一个稠密的恒星集团， 叫做星团。
例如：金牛座的昴星团（俗称“七姐妹”，事实上肉 眼只见到六颗），一簇小星密集在月轮大小的天区内，比 头等明星更引人瞩目。其实，它的成员多达280余个，天 文上称疏散星团。
人教版高中地理选修1《第一章 宇宙 第三节 恒星的一生和宇宙的演化》_4
学科
地理
授课题目
恒星的一生和宇宙的演化（第一课时）
课标要求
运用图表等资料，描述恒星概况，说明其演化过程。
教
学
目
标
1.运用图表和数据，画出不同恒星在赫罗图上的分布位置，提高绘图能力和地理实践力；
2.运用赫罗图，说出不同种类恒星的概况，提高读图能力；
3.通过材料分析，推断恒星演化的阶段和过程，提高问题分析能力；
总结和
恒星的一生和宇宙的演化
1、恒星的分类
2、恒星的诞生与演化
3、红巨星白矮星黑矮星
4、星云原始恒星主序星中子星
超巨星超新星
黑洞
4.树立科学的宇宙观，培养学生热爱科学勇于探索的精神，能够借助现代化软件工具进行学习。
教学重、难点
恒星的演化过程
教学方法
演示法；讲授法；合作探究法；
环节
教学过程
设计意图
课程导入
创设问题情境：“黑洞”
引导学生发散思维，对黑洞进行提问
创设开放的问题情境，通过“热点”现象提出地理问题，激发学生的学习兴趣
新课教授
培养学生的数据处理能力和绘图能力
培养学生的读图能力
2、恒星的演化过程
1.小组合作，通过给定材料，探究太阳的形成和演化的阶段；学生小组汇报后，通过视频验证学生观点。
2.根据恒星一生经历的各阶段，推测黑洞的形成和演化过程。
培养学生的信息获取、处理能力和合作探究能力
课堂总结
回顾课前提出的问题，总结课堂内容。引导学生树立科学的宇宙观，激发学生对浩瀚宇宙的探索精神。
1、赫罗图与恒星的分类
1.利用“星空”APP，通过讲解和学生亲手操作，使学生对太阳、天狼星等恒星概况有基本了解；
人教版高中地理选修一13《恒星的一生和宇宙的演化》教案
恒星的一生和宇宙的演化（教案）教学目标:1、知识目标：（1）知道恒星的不同发展阶段：红巨星、超巨星、中子星、白矮星、暗矮星和黑洞；（2）了解大质量恒星的演变过程。
（3）知道宇宙膨胀的现象和证据。
（4）了解大爆炸宇宙论的主要观点。
2、情感目标：树立科学的宇宙观，以及热爱科学勇于探索的精神。
教学重点与难点➢知道恒星的不同发展阶段。
➢了解大爆炸宇宙论的主要观点学情分析学生在宇宙方面的基础知识是很缺乏的，教学过程中也很难找到直观的实验和真实的模型支持，学生理解起来比较困难，但同时学生对未知的宇宙充满了好奇。
这节课开始带领学生进入神秘的宇宙，为学生发展想象力和创新精神，提供了广阔的空间。
学法点拨➢学生在课前应阅读有关宇宙的书籍，如霍金的《果壳中的宇宙》和《时间简史》等，了解一些关于宇宙的信息，激发学生对探索宇宙的兴趣，同时为课堂的发言和提问做好准备。
➢学生通过交流了解人类对宇宙认识的历程，小组讨论，认识到人类对自然界的认识水平是和当时的科学技术发展水平相适应。
➢做好“气球膨胀和黑点运动”实验有助于学生对星系运动的正确理解，如果学生讨论后没有的结论时，教师可以适当提示，帮助学生建立假说——大爆炸宇宙论。
教前准备➢一人一机学习环境，（黑马教学软件组织教学）。
➢《宇宙起源》网络课件一个，课前在网络教室的服务器上调试好。
教学方法多媒体演示、网络协作式学习、讲述法教学过程一、复习旧知提出问题1、教师通过多媒体回顾恒星的形成，展示各种各样的恒星。
在地球上遥望夜空，宇宙是恒星的世界。
恒星诞生于太空中的星际尘埃（星云），恒星是在熊熊燃烧着的星球。
一般来说，恒星的体积和质量都比较大，只是由于距离地球太遥远的缘故，星光才显得那么微弱。
恒星发光的能力有强有弱，恒星表面的温度也有高有低。
一般说来，恒星表面的温度越低，它的光越偏红；温度越高，光则越偏蓝。
2、学生欣赏的过程中，课件出示问题。
（1）各种恒星诞生后，会发生变化吗？（以上是恒星不同演变阶段的实物照片。
《恒星的一生和宇宙的演化》 讲义
《恒星的一生和宇宙的演化》讲义当我们仰望星空，那些闪烁的繁星总是令人着迷。
但你是否想过，这些恒星从何而来，又将走向何方？而整个宇宙又是如何在漫长的时间里不断演化的？让我们一起踏上探索恒星一生和宇宙演化的奇妙之旅。
恒星的诞生并非凭空出现，而是源于巨大的星云。
星云是由气体和尘埃组成的庞大云团，它们在宇宙中广泛存在。
在某些条件下，星云内部会发生引力坍缩。
这就好比一堆沙子，在没有外界干扰时，它们松散地堆积着，但当有某种力量让它们开始向中心聚集，就会逐渐形成一个紧密的核心。
在引力的作用下，星云物质不断向中心坠落，核心的密度和温度不断升高。
当核心的温度达到约1500 万摄氏度时，氢核聚变反应被点燃，一颗恒星就此诞生。
刚刚诞生的恒星被称为原恒星，它还处于不断的调整和成长阶段。
在这个过程中，恒星会通过强烈的恒星风将周围残留的物质吹散，形成一个美丽的恒星形成区。
随着时间的推移，恒星进入主序星阶段。
这是恒星一生中最稳定、持续时间最长的阶段。
在主序星阶段，恒星内部的氢通过核聚变持续释放出巨大的能量，维持着恒星的光芒和热度。
我们的太阳就是一颗处于主序星阶段的恒星，它已经稳定地燃烧了约 50 亿年，并且还将继续这样燃烧约 50 亿年。
然而，恒星内部的氢燃料并非无穷无尽。
当氢燃料逐渐耗尽，恒星的核心开始收缩，温度进一步升高。
这时，恒星内部的氦会被点燃，发生氦核聚变反应，恒星进入红巨星阶段。
红巨星的体积会变得非常巨大，表面温度相对较低，呈现出红色。
在这个阶段，恒星的外层物质会不断向外膨胀，甚至可能吞噬附近的行星。
当恒星内部的氦也消耗殆尽后，恒星的命运会因其质量的不同而有所差异。
对于质量较小的恒星，比如像太阳这样的恒星，在经历了红巨星阶段后，它的外层物质会逐渐飘散形成行星状星云，而核心则会收缩形成一颗白矮星。
白矮星的密度极高，体积很小，但依然会散发出微弱的光芒。
而对于质量较大的恒星，它们的结局则更加壮观和剧烈。
在核心收缩到一定程度后，会引发一场极其猛烈的超新星爆发。
人教版高中地理选修1《第一章 宇宙 第三节 恒星的一生和宇宙的演化》_1
第一章 第三节 恒星的一生和宇宙的演化1.恒星的光谱型用过酒精灯的同学会发现火焰的颜色是蓝色，焰心的颜色是红色。
加热化学物品的时候，老师会要求你把试管的底部靠近蓝色的火焰，因为那里最热。
可见物体在燃烧时发出的光可以反映物体当时的温度。
夜空中的恒星也呈现各种的颜色，有红色、白色、蓝色等等。
通过观察这些色彩（天文学上称之为恒星的光谱型）我们便可以了解恒星的表面温度了。
2.恒星的大小、质量和寿命恒星之中，超巨星的体积最大。
其半径可以达到几百到几千倍的太阳半径。
例如参宿四的半径是太阳半径的370倍。
心宿二的半径是太阳的230倍。
白矮星比太阳更小，如天狼星的伴星的半径只有1/333太阳半径。
中子星的半径仅有15千米左右。
已知质量最大的恒星是R136a1，大约是太阳的265倍。
心宿二的质量是太阳的50倍，大角星是太阳的10倍。
从统计来看，大多数恒星的质量是太阳质量的0.5到5倍。
恒星的寿命取决于质量，质量越大寿命越短。
参宿七的质量是太阳的10倍，寿命约2000万年。
太阳的寿命约为100亿年（现在大约已过了45亿年，所以太图4.2 恒星演化各阶段的示意图 3.原恒星和主序星猎户座大星云内有着数量极其丰富的星际物质，许多恒星在星云中诞生了。
天文学家告诉我们，假如一颗星能够积累起0.08倍太阳质量的物质，那么它的表4-1 恒星的光谱型内部就可以产生“氢聚变为氦”的核聚变，成为恒星。
生命初期的恒星被称为“原恒星”。
若原恒星将它周围附近的星际物质吸收干净后，原恒星就晋级为“主序星”了。
说起主序星，我们有必要介绍一个概念——赫罗图。
赫罗图是丹麦天文学家赫茨普龙及由美国天文学家罗素分别于1911年和1913年各自独立提出的。
后来的研究发现，这张图是研究恒星演化的重要工具，因此把这样一张图以当时两位天文学家的名字来命名，称为赫罗图。
赫罗图是恒星的光谱类型与光度的关系图，赫罗图的纵轴是光度（或绝对星等），横轴是光谱类型（或恒星的表面温度），从左向右递减。
高二地理选修恒星的一生和宇宙的演化
15倍太阳质量 1千万年
由于没有内部能源，所以这个“老年期”并不能永远维持下去，而是逐渐冷却，最后成为一个黑暗无比的“暗矮星”。
举例：太阳的一生_100亿年
了解了恒星一生的演化之后，你对宇宙有了什么新认识。
行星状星云：质量体积大，但亮度较暗。
它开头收缩得很快，后来由于内部发热，收缩慢了下来，直到形成一批高热、密头的气体大团块，这些就是“原恒星”，其中一个就
“红巨星”阶段大约有10亿年。然后，一切 可“烧”的“燃料”都用完了，红巨星开始再次 收缩，越变越小，大约只有现在的体积的十万分 之一，才稳定下来。尽管表面温度可以高达1万 度，但表面积变小了，发出的热量会大大减少， 这时，太阳就进入了“老年期”，成为“白矮星” 一样的天体，表面温度高、体积小、密度很大 （每1cm3物质有10吨重）。由于没有内部能源， 所以这个“老年期”并不能永远维持下去，而是 逐渐冷却，最后成为一个黑暗无比的“暗矮星”。
是我们的太阳。
1倍太阳质量 1百亿年
A．红巨星 B．白矮星
黑洞会把附近所有的物质都吸进去，就连光线也会被吞没，所以我们是看不见黑洞的。
4．有关白矮星的说法不正确的是 ( )
此时，太阳会猛烈膨胀，成为一颗“红巨星”。
白矮星、中子星、黑洞：体积小、亮度低，但质量大、密度极高。
按比例来看，如果太阳可活七十岁，天狼星只能活三天！
段。
太阳的一生大致是100亿年。
大约在50亿年以前，一团十分巨大又十分 稀薄的气体云，在自己的重力作用下收缩着。它 开头收缩得很快，后来由于内部发热，收缩慢了 下来，直到形成一批高热、密头的气体大团块， 这些就是“原恒星”，其中一个就是我们的太阳。
太阳进一步收缩，内部温度更高，引发了 “热核反应”，于是停止收缩，进入“成年”时 期。就是我们现在看到的太阳了。
高中地理 宇宙
第一章宇宙1.3 恒星的一生和宇宙的演化漫谈宇宙的起源和演化何谓宇宙？《淮南子·齐俗训》说：“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。
”宇宙即指空间和时间。
如果承认物质世界是运动变化的,那么就应当承认,我们的宇宙——总星系也是有起源和演化的。
关于宇宙的起源和演化问题的研究，可以说是从爱因斯坦在1917年发表的《对广义相对论的宇宙考察》一文中提出宇宙空间体积有限但没有边界的宇宙静态模型开始的.20世纪初，宇宙的无限性理论不论是作为一种科学理论，还是哲学上的含义,都已成为定论。
人们默认了这样一种宇宙结构图式：宇宙空间是欧几里得几何的三维无限空间,无限多天体就分布在无限的空间之中。
爱因斯坦运用广义相对论大胆提出了和上述宇宙模型背道而驰的新模型。
他放弃了无限空间的概念，建立了静态有限无边的宇宙模型。
他主张宇宙从它的空间广延来说是一个闭合的连续区，好象一个鸡蛋壳。
这个连续区的体积是有限的，是一个弯曲的封闭体，因此没有边界，天体就分布在这个封闭体里。
爱因斯坦的假说和推论,开创了宇宙学理论的新篇章，由此又产生了多种宇宙模型。
1929年，美国天文学家哈勃发现了星系退行速度和离我们的距离成正比，证明了宇宙正在膨胀。
1948年，美籍俄国物理学家伽莫夫把基本粒子的研究成果同宇宙膨胀理论联系起来,系统地提出了大爆炸宇宙论，并且预言了大爆炸以后辐射达到热平衡状态,必定残存着背景辐射.这一预言在1964年由美国的彭齐斯和威尔逊所证实。
以后，还陆续地提出了另外一些宇宙演化模型.但在现代宇宙学中,对宇宙的起源和演化这一问题的研究，最有影响的还是大爆炸宇宙论.大爆炸宇宙论认为,由于目前还不知的某种物理原因，我们的宇宙起源于一次大爆炸事件。
起始时，宇宙的温度极高，达150亿度，相当于目前太阳中心温度的1000倍；密度极大，约为水的1014倍,相当于1立方厘米质量达1亿吨;体积极小，任意两点可以靠得任意近;物质由中子组成。
大爆炸后形成“原始火球”,物质四散飞出，宇宙不断膨胀，温度和密度不断下降，物质成份也随之变化.膨胀5分钟以后，当温度降到10亿度时，中子衰变成质子和电子,中子和质子又聚合成氘、氚、氦和更重的元素。
《恒星的一生和宇宙的演化》 讲义
《恒星的一生和宇宙的演化》讲义当我们仰望星空，那些璀璨的繁星总是引人无限遐想。
恒星，作为宇宙中最明亮的天体之一，它们有着独特而壮丽的一生。
而这一颗颗恒星的命运，又与整个宇宙的演化紧密相连。
恒星的诞生并非偶然，而是在巨大的分子云中发生。
这些分子云是由大量的气体和尘埃组成，其中包含着丰富的氢、氦以及少量的其他元素。
在某些特定的条件下，比如受到附近超新星爆发的冲击，或者分子云自身的引力作用，云团内部会开始坍缩。
随着坍缩的进行，分子云的中心区域密度和温度不断升高，逐渐形成了一个原恒星。
原恒星的核心温度还不够高，不足以引发核聚变反应。
但它会继续吸引周围的物质，不断壮大自己。
当核心温度达到约一千万摄氏度时，氢原子核开始发生核聚变，将氢聚变成氦，并释放出巨大的能量。
此时，一颗真正的恒星诞生了。
处于青壮年时期的恒星，被称为主序星。
我们的太阳就是一颗主序星。
在主序星阶段，恒星内部的核聚变反应稳定进行，维持着恒星的光度和温度。
然而，恒星内部的氢燃料并不是无限的。
随着时间的推移，氢逐渐消耗殆尽，核心开始收缩，而外壳会膨胀。
这时，恒星就进入了红巨星阶段。
红巨星的体积非常巨大，表面温度相对较低，呈现出红色。
在这个阶段，恒星内部会发生一系列复杂的核反应，生成更重的元素，如碳、氧等。
当核心的质量足够大时，会发生超新星爆发。
这是一种极其剧烈的爆炸，释放出巨大的能量，亮度甚至可以超过整个星系。
在超新星爆发的过程中，会产生更重的元素，如金、铀等。
超新星爆发后，恒星的核心可能会形成两种不同的天体。
如果核心的质量小于约 3 倍太阳质量，它会形成一个白矮星。
白矮星是一种密度极高、温度很高的天体，依靠电子简并压力来维持自身的结构。
如果核心的质量大于 3 倍太阳质量，它将无法抵抗自身的引力，会进一步坍缩成一个中子星。
中子星的密度更是惊人，一勺子中子星物质的质量可能就超过地球上一座大山的质量。
而如果核心的质量超过约 5 倍太阳质量，连中子也无法抵抗引力，恒星将最终坍缩成一个神秘的黑洞。
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中子星
质量约是太阳4－10倍的恒星在超新星 爆炸的过程，遗留下来的核心变成一颗体积 很小，质量却很大的中子星，由中子构成， 密度为水的1014倍，仅1cm3的质量就有全球 人类那么重，直径仅为30km。
黑洞
质量比太阳大8倍以上的恒星，超新星爆炸后会形 成“黑洞”。黑洞会把附近所有的物质都吸进去，就连 光线也会被吞没，所以我们是看不见黑洞的。但是如果 黑洞附近有另外一颗恒星，我们可以从这颗邻近恒星的
发出的光越来越偏红。
红巨星
它极为明亮，肉眼看到
的最亮的星中，许多都
是红巨星。红巨星的体
积很大，它的半径一般
比太阳大100倍。
行星状星云
质量大于太阳质量1.4倍，
外围的气体及冰粒便会以每秒
行星状星云 数十公里的速度向外膨胀，外
貌像土星的光环一样，天文学
家叫行星状星云，而剩下的核
心的光度会暗淡下去。
超 新 星
红巨星.
10 亿 年
暗矮星.
漫长.
白矮星.
思考：
了解了太阳一生的演化之后，你对宇
宙有了什么新认识。 宇宙也像恒星一样，也有诞生，成长，
死亡的时候。
读图，你能说一说恒星的一生吗？
恒星的一生 通过天文观测和发现逐步证实和完善了恒星 的演化理论。 星际气体 收缩形成 原恒星 白矮星
主序星
暗矮星 中子星
5．宇宙中还有质量比太阳大得多的恒星。经天 1.44倍到2倍 文学家研究证实：相当于太阳质量＿＿＿＿＿ 的恒星，进入晚年期后，体积会急剧变大，形 超红巨星 超新星 成＿＿＿＿，然后爆发成为＿＿＿＿。 6．在宇宙中，密度最大的是 A、铂 B．白矮星 C、黑矮星 D．中子星 ( D )
红巨星在迅速膨胀时，
太阳及太阳系的演化
“康德—拉普拉斯星云说”
思考：
如果要说哪一种东西最永恒，恐怕没有谁能够 比得上我们头顶的星星了。古往今来，沧海桑 田，天上的星星却似乎没有任何的变化。因此 人们往往把它们看作永恒的象征。 太阳等各种恒星诞生后会发生变化吗？ 会永恒不灭吗？ 科学家预言：太阳和太阳系最终将走向死亡。
宇宙中的天体多种多样，它们之间会有某 种联系吗？ 假如有一种生物只有一天寿命，它发 现在它的一生中人类模样几乎不变；而且 人类的模样多种多样：有男有女，有长胡 子的老人，有爱哭吃奶的婴儿，也有年青 力壮的小伙子。它会做出怎样的猜想呢？
恒星的一生
抛射出的物质
恒 星 的 寿 命
恒星的寿命
10倍太阳质量 1千万年
为什么科学家会产生这样的预言？
太阳
以轻核聚变为主要能源的发展阶段－主序星
这些都是恒星，你认识吗？
红巨星 超新星
行星状星云
白矮星
中子星
黑洞
讨论：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
这些恒星和太阳有什么不同？
红巨星：表面温度低，体积大，亮度高。 行星状星云：质量体积大，但亮度较暗。 超新星：亮光相当于十亿颗太阳 白矮星、中子星、黑洞：体积小、亮度低，但质 量大、密度极高。
寿命由质量决定
1倍太阳质量
0.2倍太阳质量
1百亿年
1万亿年
质量大寿命短，质量小寿命长
死路不只一条
小质量的恒星，默默的死去。
死路不只一条
大质量恒星，光辉的尾声。
大 质 量 恒 星 的 尾 声
大质量恒星的一生
红巨星 超新星
恒星 星 云
黑洞
中子星
太 阳 的 命 运
星 云.
太阳. 50亿年. 40亿年.
物质被吸入黑洞时的情形，证明黑洞的存在。
超新星是恒星在死亡前的一次大爆发， 所释放的能量，发出的亮光相当于十亿颗太 阳。爆炸将星球物质以接近光速的速度，向 四面八方发射。每一颗恒星一生之中最多只 可能发生一次。
白矮星
白矮星的体积小、亮度低，但 质量大、密度极高。它的密度在1000万吨/ 米3左右。白矮星是一颗已死亡的恒星，中 心的热核反应已停止 。
太阳 主序星 大恒星
红巨星
超红巨星
超新星
黑洞
1．太阳最终将变成 ( B ) A．红巨星 B．白矮星 C．超新星 D．中子星或黑洞 2．比太阳更大的恒星最终将演化成( D ) A、红巨星 B．白矮星 C．超新星 D．中子星或黑洞
3．进人成年的太阳大约可以稳定100亿年，再 50亿 过＿＿＿年，太阳将进入晚年期，太阳将逐渐 红巨星 演化成＿＿＿。它将再活跃 10亿年，然后成为 白矮星 一颗＿＿＿，并在缓慢中死去，最后作为一颗 黑矮星 ＿＿＿而永存。 4．有关白矮星的说法不正确的是 ( D ) A．白矮星是中等质量恒星演化的终点 B．白矮星在银河系中随处可见 C、它的质量越大，半径就越小 D．150亿年前宇宙创生和第一批恒星出现以 来，恐怕还没有一个白矮星形成