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小学综合素质复习资料4.2科学常识

来源:湖北省教师资格网www.jszg.hb.cn 发表时间:2017-11-12 【湖北省教师资格网:湖北教师资格证考试第一门户网】

第二节 科学常识

  20世纪以来的自然科学发展历程中,出现了以相对论、量子力学、基因理论和系统理论创立为主要内容的现代科学革命,从而使自然科学的认识领域突破了宏观世界,迅速向宇观、微观和中观世界进军。
  一、现代宇宙学
  现代宇宙学是在天文学基础上发展起来的,主要研究宇宙的本质、结构、空间分布以及演化规律。
  (-)现代宇宙学的理论基础
   广义相对论是现代宇宙学研究的理论基础。广义相对论建立了空间、时间是随着物质分布和运动速度的变化而变化的理论,从而为现代宇宙学奠定了重要理论基 础。广义相对论认为,空间-时间本质上是物质客体的广延性和持续性,它本身不是独立存在的。这-思想由于其革命性和数学形式上的深奥,在-段时间里不为科 学界所接受。但由于得到越来越多的实验证实,今天广义相对论已被公认为研究大尺度时空的理论基础。这些实验主要包括:(1)水星近日点的进动;(2)光谱 引力红移;(3)光线在引力场中偏转。自此,广义相对论被科学家称为“人类思想史上最伟大的成就之-”。
  (二)宇宙研究的观察手段
  1.多普勒效应与谱线红移
  多普勒效应是物理学测定物体运动速度的有力手段。它描述了这样-种现象,即面向观察者运动的光源谱线(与静止光源相比)将向高频(即光谱蓝端)移动,而背向观察者运动的光源谱线将向低频(即红端)移动,波长的相对移动量与相对运动速度成正比。
   1929年,美国科学家哈勃在仔细研究了-批星系的光谱之后发现,除个别例外,绝大多数星系的光谱都表现出红移,而且红移量大致同星系的距离成正比。如 果将红移解释为多普勒效应,那就意味着所有星系都在离地球而去,其退行速度和与地球的距离成正比。这-重要发现证实了宇宙是不断膨胀的,它不仅说明宇宙的 无限性,也说明物质运动的绝对性,还说明宇宙在不断地演化和发展。爱因斯坦本人根据这-发现。自动放弃了“静态宇宙结构模型”。
  2.电磁波的应用
   电磁波可以传递宇宙的各种信息。通过电磁波传递宇宙的各种信息,天文学家们可以对宇宙的结构、起源和演化进行研究。比如,利用光学望远镜可以接收到可见 光传来的天体信息;利用射电望远镜可以接收天体传来的射电波;利用装置着探测天体的红外线、紫外线、X射线和Y射线等各种仪器的卫星、高能天文台,接收全 部电磁波传来的信息,研究不同类型的天体状况,
  分析宇宙的结构和它们的演化过程。
  (三)宇宙演化的大爆炸模型
  在20 世纪40年代末,美国物理学家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。这-模型认为,宇宙起源于160亿年前温度和密度极高的“原始火球”的-次大爆炸,大爆炸的 时刻就是今天所观察到的宇宙的开端:当时的温度高达100亿度以上,物质密度极大,整个宇宙体系达到平衡,宇宙间只有由中子、质子、电子、光子和中微子等 -些基本粒子形态物质混合而成的“宇宙汤”;大爆炸后,四种基本力,即引力、强力、弱力和电磁力逐-地分化出来;后来,物质形态依次演化为原子、气态物 质、各种恒星体系,最后发展成今天的宇宙。
  1965年,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射,又称3K背景辐射,是-种充满整个宇宙的电磁辐射,其对应到的温度为3K。该发现为大爆炸理论提供了-个有力的证据。
  二、现代物理学
  (-)原子核物理学电力的发现和原子结构的研究表明,原子是由原子核和电子组成的。原子核物理学是以原子核的
  物质结构、性质及其内在规律为研究对象的,是20世纪20年代建立起来的。
  1.对核子的研究
   1919年,著名物理学家卢瑟福用a粒子做炮弹轰击原子核时,首次发现了质子。由于核内所含质子的总质量与原子量差别很大。这又促使人们去探索组成原子 核的其他基本粒子。1932年,英国的查德威克又在实验中发现了构成原子核的另-种基本粒子,即中子。质子和中子统称为核子。
  2.核裂变与核能应用
   原子和中子的发现是物质结构学说的进步,也为进-步揭开微观领域的奥秘提供了新的武器——质子和中子炮弹。1938年,德国的哈恩在用慢中子轰击铀核 时,首次发现了原子核的裂变现象。并放出新的中子。此后,意大利物理学家费米又提出了原子核裂变的链式反应观点,即用铀核裂变时放出的新中子再去轰击其他 铀核使之发生连锁反应,裂变时由于质量亏损会放出巨大能量的观点。这就是原子弹和原子能反应堆的基本原理。1942年,费米制成世界上第-个原子能反应堆 后,原子能便从实验转向应用。

  (二)粒子物理学

  粒子物理学是研究最微观层次的物质(即基本粒子)的存在形式、性质、转化和运动规律的物理学分支,也称高能物理学。
  1.三类基本粒子
  迄今,人们已认识到构成物质的最小组分:12种轻子——只参加弱相互作用、电磁相互作用的费米子,36种夸克——感受强作用力的带电粒子,12种媒介子——传递相互作用的粒子,共计60种。
  2.三种作用力
  作用在物质上的所有的力可归结为三种:
  引力——由引力子传递的最弱的力,但在宇宙大距离、大质量尺度上却是强有力的-种力;
  强力——由胶子携带仅在原子核内夸克之间起作用的短程力,即将夸克胶结在-起的色力,使原子核保持为-个整体:
  统-的电弱力——以电磁力和弱力两种表现形式出现的同-基本力,经受了实验检验的电弱统-理论描述的-种力。


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