資源簡介

(共28張PPT)
3.3 人類對宇宙的探索（3）
——恒星
課前引入｜恒星的演化
想象一下，如果突然間太陽消失，世界將會變成怎樣？漆黑籠罩大地，萬物失去生機。而實際上，太陽也像其他恒星一樣，有著自己的生老病死。這是一場跨越億萬年的壯麗史詩，每顆星星都在講述著宇宙的故事。讓我們一同開啟這場星際探索之旅吧！
恒星的誕生
想象中在高密度分子云誕生的恒星
恒星的誕生 天文學家根據對各種恒星的觀測和理論研究，認識到所有恒星的誕生過程與太陽的誕生過程基本相似。
隨著宇宙的膨脹，溫度不斷降低，出現了由中性原子構成的宇宙塵埃。宇宙塵埃在引力作用下，會變得更加密集，并越聚越大，形成氣體狀態的星云團。隨著星云團的收縮，溫度不斷升高，當溫度變得非常熾熱，星云團就開始發光。于是，恒星就誕生了。
恒星的演化過程
當恒星繼續收縮升溫，溫度超過1×107℃時，將引發恒星內部的氫核發生聚變反應，生成氦并向外釋放能量，恒星就開始穩定下來，進入主序星階段。
恒星的穩定主序星階段能夠持續多長時間呢？像太陽這樣的恒星的主序星階段可持續約100億年。太陽已存在約50億年，它的主序星階段還有約50億年。今天的太陽正處于它的鼎盛時期。恒星約90%的生命周期都處于主序星階段。
恒星壽命與質量的關系
恒星是不會永久存在的。一顆恒星壽命的長短取決于它的質量大小：質量越大，壽命越短；質量越小，壽命越長。
探索活動
1.一顆質量是太陽80%的恒星能存在多久？一顆質量是太陽1.7倍的恒星又能存在多久？
一顆質量是太陽0.8倍的恒星能存在的時問大約為130億年，而一顆質量是太陽1.7倍的恒星能存在的時問大約為30億年
探索活動
2.描述恒星的質量與它的壽命的一般關系。
一顆恒星壽命的長短取決于它的質量大小：質量越大，壽命越短；質量越小，壽命越長。
探索活動
2.描述恒星的質量與它的壽命的一般關系。
一顆恒星壽命的長短取決于它的質量大小：質量越大，壽命越短；質量越小，壽命越長。
太陽目前的狀態（成年階段）
太陽靠內部的氫核發生核聚變而產生光和熱。太陽的內部在不斷地消耗氫。進入成年階段的太陽大約可以維持100億年的穩定狀態。大約50億年后,太陽將進入晚年期。
太陽的晚年階段｜紅巨星
太陽中心缺少足夠的氫時，太陽的球核將開始收縮，太陽外層的氫繼續變成氦
星體急劇擴大，變成紅色，形成紅巨星
當太陽膨脹到接近火星軌道時，將吞噬水星、金星、地球，預計太陽在紅巨星階段持續大約10億年時間，亮度升高到今天的近1萬倍
紅巨星不斷地把外層物質拋向太空，在星體周圍形成行星狀星云
太陽的晚年階段｜白矮星
形成行星狀星云后，它的核聚變過程中形成的一些物質將進入星際介質參與再循環
球核進一步收縮，形成體積極小、密度很大的白矮星
太陽的晚年階段｜黑矮星
最后慢慢“熄滅”，形成一顆看不見的黑矮星，變成黑矮星階段——星云的一部分，進入新的循環
太陽的一生
星云(收縮)
太陽(球核收縮)
紅巨星(球核進一步收縮)
白矮星(核反應停止)
黑矮星
消亡
思考與討論
了解太陽一生的演化讓我們對宇宙的宏大、神秘、復雜和有序有了更深刻的感悟，太陽一生的演化過程展示了宇宙中天體的形成、發展和消亡的復雜機制。這讓我們意識到宇宙中存在著各種各樣的天體，它們都遵循著特定的物理規律，但又表現出豐富多彩的特征和行為。這也激發了我們對未知的探索欲望和對宇宙的敬畏之心。
了解了太陽一生的演化后，你對宇宙有了什么新認識？
恒星的演化
如果恒星的質量介于1～8倍太陽質量,它會演變成紅巨星,最終演變成為白矮星,即體積很小、質量不太小的恒星。
如果恒星的質量是太陽質量的10～20倍,它的體積會急劇變大,形成紅超巨星,隨后爆發成超新星,最終演變成為體積極小、密度極大的中子星。
恒星的演化
當恒星的質量更大時,其內部將產生巨大壓力,物質被“壓”成了更為神奇的天體——黑洞。黑洞的密度非常巨大,強大的引力使任何物質,甚至光都無法逃脫它的吸引。因此,遠處的觀測者無法看到來自黑洞的光。
雖然人們看不見黑洞,但科學家能確定它的存在。
恒星的演化示意圖
黑洞的發現
幾十年來，科學家一直在尋找黑洞。2016年，科學家宣布探測到黑洞的存在。2019年，我國天文學家依托自主研制的國家重大科技基礎設施郭守敬望遠鏡，發現了迄今為止質量最大的恒星級黑洞。2022年5月，天文學家向人們展示了位于銀河系中心的超大質量黑洞的首張照片。銀河系中心黑洞距離地球約2.7×104光年之遙。
思考與討論
大恒星在演化過程中，先變成體積巨大的紅超巨星；隨后爆發成體積較小的超新星；超新星爆炸后，可形成體積極小的中子星或黑洞。所以說，其在演化過程中體積先變大，后變小。 大恒星演化到最后有兩種可能：中子星或黑洞。
大質量恒星的消亡過程和太陽有什么不同？
黑洞
科學閱讀｜中子星
中子星，是處于演化后期的恒星。當恒星的質量大于8倍太陽質量時，它就有可能變為中子星。中子星并不是恒星的最終狀態，它還會進一步演化為不發光的黑矮星。 中子星小得出奇，典型的中子星直徑只有20 km，但密度大得驚人，1cm3的質量達1億噸甚至幾十億噸，且由于巨大的質量產生了強大的引力。脈沖星(中子星的一種)的中心壓力可達到1×1028個大氣壓，比地心壓力大3×1021倍，比太陽中心壓力大3×106倍。
科學閱讀｜中子星
中子星的能量輻射是太陽的近100萬倍，它在1s內輻射的總能量若全部轉化為電能，就夠目前我們地球用幾十億年。中子星的表面溫度可達1×107℃，中心溫度還要高數百萬倍。
根據科學家估計，銀河系內中子星的總數在20萬顆以上。
（2023 寧波月考）宇宙中的天體都歷經誕生、成長、成熟到衰老、死亡的緩慢演化過程。如圖是人類首次拍攝到的黑洞照片。下列說法錯誤的是（　　）
A．黑洞是客觀存在的天體
B．黑洞是一種密度極小的天體
C．光在內的所有物質都逃脫不了黑洞的引力作用
D．演化的最后階段可能變成黑洞的天體是恒星
B
小試牛刀
（2024 南潯區）關于恒星演化的不同階段，發光、發熱消耗的能量說法錯誤的是（　　）
A．主序星 核能
B．白矮星 核能
C．紅巨星 核能
D．形成中的恒星 引力勢能
B
小試牛刀
宇宙中的天體都歷經誕生、成長、成熟到衰老、死亡的緩慢演化過程。如圖是今年人類首次拍攝到的黑洞照片，在演化的最后階段可能變成黑洞的天體是（　　）
A．恒星 B．行星 C．衛星 D．彗星
A
小試牛刀
如圖為恒星的壽命與其質量的關系圖，由圖可知，恒星質量越大，其壽命越 （選填“長”或“短”），若一恒星的質量為太陽質量的1.8倍，則它的壽命約為 ×109年
短
小試牛刀
30
我們可以用一個條形圖來描述太陽的一生：
（1）我們現在每天看到的太陽大約處于圖中的某個點的附近，這個點 。
A.A點. B.B點 C.C點 D.D點
（2）在DE階段，太陽將形成 。
A.紅巨星 B.星云 C.穩定狀態的恒星 D.超新星
（3）當太陽的生命走到盡頭F點時，它將變成一顆 。
A.超新星 B.暗矮星 C.白矮星 D.黑洞
C
小試牛刀
A
B
思維點撥

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