义务教育教科书·科学九年级上册.pdf

第一单元浩瀚的宇宙银河系与宇宙1.1恒星的一生1.2银河内外1.3宇宙的起源、膨胀与演化物质的循环与转化2.1碳循环2.2氧循环2.3氮循环2.4质量守恒能的转化与能量守恒3.1功和热3.2电和磁3.3能的转化和能量守恒定律物质与能量4.1放射性4.2核能的释放目录第二单元变化中的不变27328288136144860733439第三单元结构、功能、性质生命系统结构与功能的统一5.1生态系统结构与功能的统一5.2生物个体结构与功能的统一5.3细胞结构与功能的统一生命活动的调节与协同6.1植物的感应性6.2激素对人体生命活动的调节6.3神经调节6.4免疫结构与性质7.1金属与非金属7.2晶体与非晶体7.3解开食物的锁链8.1酸8.2碱8.3盐8.4物质之间的相互转化汉英词汇对照95991042111114117121132134140“简单”的化学酸、碱、盐146151160166175你知道我们生活的地球有多大岁数吗？它是如何演变成今天这个样子的？宇宙又经历了怎样的演化过程？科学家脑子里的时间与空间和我们所认识的一样吗？浩瀚的宇宙吸引着人类思考关于时间、空间等物质世界的基本问题。下面，让我们一起来探索宇宙的奥秘吧！第一单元浩瀚的宇宙银 河 系 与 宇 宙天空中最多的星是什么星？你听说过黑洞吗？宇宙有起源吗？宇宙真的在膨胀吗？太阳会“熄灭”吗？地球有末日吗？1.1恒星的一生1.2银河内外1.3宇宙的起源、膨胀与演化31银河系与宇宙1.1 恒星的一生在晴天的夜晚，我们仰望天空，可见繁星点点。这些星星绝大多数是恒星，它们有着从出生到死亡的演化过程。恒星大家族想一想在七年级上学期，我们观察过星空。除了太阳以外，你还知道星空中有哪些恒星？它们的体积、密度和质量有什么差异？读图读图 1.1，计算并回答以下问题：1.回忆七年级所学的知识，太阳和地球的半径各是多少？2.红巨星半径是太阳半径的多少倍？地球半径是中子星半径的多少倍？太阳半径是中子星半径的多少倍？红巨星地球中子星褐矮星白矮星红超巨星太阳太阳褐矮星褐矮星白矮星红巨星：恒星的一种，其半径的典型值约为 1.6510 km，密度只有水的百万分之一。7中子星：恒星的一种，体积很小，其半径在 10 km 20 km，而密度大约等于原子核密度。白矮星：恒星的一种，其半径与地球相当，平均密度接近水的 100 万倍。图 1.1比较天体的大小褐矮星：类似于恒星，尺寸介于大行星与小恒星之间，直径为太阳直径的 50%70%。1银河系与宇宙4在宇宙空间，恒星（star）组成了一个庞大的家族。其中，红巨星（red giant）、白矮星（white dwarf）、中子星（neutron star）是处于不同演化阶段的恒星；而神秘莫测的黑洞（blackhole）的一部分，也是演化后期的恒星。红巨星比太阳体积大，密度小，因表面温度较低而呈棕红色。白矮星、中子星（又称脉冲星）等体积很小，但密度非常大，1cm3的物质有十几吨甚至上亿吨的质量。白矮星表面温度极高，呈现出耀眼的白色。黑洞具有很大的质量，密度更是大得令人难以想象。巨大的引力把任何靠近黑洞的物质牢牢吸住，就连光也逃不出来，所以人类看不见它，只能凭借一些现象推测出它的存在。目前的观测结果显示，恒星之间质量的差异一般在 100 倍以内，而体积和密度的差异要大得多。阅读材料我国古代的天文观测我国是世界上最早制造天文仪器进行天文观测的国家之一。其中，尤以圭表最古老而又最简便，可以用来推断二十四节气和确定一年的天数等；最迟在西汉年间，浑仪就已经被制造出来，用于测定太阳和月球的视运动，后经元代天文学家郭守敬改制成简仪。早在 3 000 多年前，我国殷代的甲骨文中就有了新星的记载；在汉代以后的记载中，将其称为“客星”或“暂星”；明朝永乐大典中的宋会要记录了1054年的超新星爆发，这次爆发留下了著名的“蟹状星云”。这是人类第一次用文字记载的超新星爆发现象。图 1.2简仪图 1.3蟹状星云51银河系与宇宙恒星的演化想一想正常情况下，人从出生到死亡一般要经历婴儿、童年、少年、青年、壮年、老年等时期，那么，恒星的一生是否也要经历这样一个过程呢？读图读图 1.4 图 1.7，思考并回答以下问题：1.恒星起源于什么？恒星的演化经历了哪几个阶段？2.恒星开始衰老时，体积和颜色会发生什么变化？当恒星进一步衰老时，体积和密度又会发生什么变化？图 1.5恒星的“黄金岁月”图 1.6开始衰老的恒星恒星的“壮年时期”恒星演化的中期，即稳定时期。目前，太阳的年龄约为 50 亿年，据推算，它还有 50 亿年的稳定时期。刚刚诞生的恒星原始星云图 1.4恒星的诞生恒星的“孕育阶段”星云是宇宙空间的大团气体物质。星云物质收缩就有可能形成恒星。恒星的“老年初期”恒星外壳膨胀、“发胖”，温度降低，开始步入“老年阶段”。根据恒星质量的大小，分别形成巨星或超巨星。1银河系与宇宙6图 1.7走向死亡的恒星恒星的“老年末期”恒星演化的后期。经历巨星或超巨星阶段，恒星一般会抛失大量的物质，甚至会产生新星和超新星爆发。质量较小的恒星形成白矮星，质量较大的恒星形成中子星或黑洞。研究认为：恒星起源于原始星云。当星云局部区域密度变大，在引力作用下逐渐收缩，就形成了能发出大量可见光且质量很大的天体。恒星在度过它的稳定时期以后，由于内部的核燃料大量消耗而开始衰老，先是演变为巨星或超巨星，然后出现爆发过程，这就是新星（nova）和超新星（supernova）现象。恒星的质量不同，其归宿也不同。质量较小的恒星最后会形成白矮星，质量较大的恒星最后形成高密度的中子星或黑洞。例如，太阳是小质量的恒星，其演化过程可简要概括为：原始星云太阳红巨星白矮星。由此可见，白矮星、中子星和黑洞等都是恒星演变到最后阶段的形态。1.2 银河内外夏秋季晴天的夜空，可以见到难以计数的恒星。它们中的一些密密麻麻地形成一条白茫茫的光带，横跨天空，那就是传说中的银河。银河系之外，现已发现上千亿个与银河系类似的巨大恒星集团。71银河系与宇宙银 河 系想一想太阳是银河系中的一颗恒星，我们应该如何描述太阳在银河系中的位置？读图读图 1.8 图 1.11，思考并回答以下问题：1.地月系的中心天体是什么？太阳系的中心天体又是什么？2.银河系的直径大约是多少？3.太阳离银河系的中心有多远？月球地球太阳地球带着月球一起围绕太阳旋转。地球与太阳的平均距离为 1.510 km，这个长度在天文学上被称为一个天文单位。8图 1.9地月运行示意图图 1.8地月系示意图月球地球月球是地球的卫星，和地球构成地月系级别最低的天体系统。太阳图 1.10银河系侧视示意图太阳银心我们称银河系的中心为银心。太阳和众多恒星等天体一起绕银心旋转，组成银河系。-银心3.3 万光年10 万光年图 1.11银河系侧视结构图1银河系与宇宙8我们所见到的银河是银河系（the Galaxy）的一部分，银河系只是宇宙中的一个星系。星系是由大量恒星组成的，银河系内就有2000多亿颗像太阳一样的恒星。靠近银河系的中心部位，由于恒星非常密集，肉眼望去就成为白茫茫的一片。从侧面看，银河系就像是一个中心略鼓的大圆盘，鼓起的地方是恒星的密集区。整个圆盘的直径大约是 10 万光年。太阳位于距银河系中心3.3 万光年的地方。如果能够从银河系的上方俯视这个大圆盘，我们会看到，银河系就像一个巨大的旋涡。太阳太阳银心图 1.12银河系俯视示意图图 1.13银河系俯视结构图银心阅读材料如何识别牛郎星和织女星夏秋季晴天的夜晚，找一处不受灯光影响的空旷地，抬头仰望天空，很容易发现一条轻纱似的乳白色光带，从南到北横亘天际，这就是银河。在天顶偏南一点的银河东侧，有三颗星一字排开，中间一颗最亮的星就是牛郎星。牛郎星也叫牵牛星，天文学上正规的中文名叫河鼓二，国际上通称天鹰座。它的两侧各有一颗稍暗的星，传说中这是他和织女的一双儿女。这三颗星一起被称为河鼓三星，俗称扁担星。从这三星的偏南一颗起，沿着三星连线的方向延长大约相当于三星两端视距离的 6 倍，就可以在银河西侧找到一颗非常漂亮醒目的青白色大星，这就是织女星，国际上通称天琴座。紧91银河系与宇宙靠着织女星的东南侧，有四颗较暗的星构成了一个平行四边形，传说这就是她用来织布的梭子。牛郎星织女星图 1.14白茫茫的银河图 1.15银河两边的牛郎星和织女星织女星牛郎星天津四天鹅座天琴座天鹰座人马座天蝎座心宿二从“地心说”到“日心说”想一想仰望天空，可见日升月落，斗转星移。想想坐在快速行驶的汽车或火车上观看窗外景物时的感觉，你得到了什么启示？读图读图 1.16 和图 1.17，思考并回答以下问题：图 1.17“日心说”的宇宙结构体系月球太阳金星地球火星木星土星水星恒星天恒星天木星月球土星最高天火星金星水星地球太阳图 1.16“地心说”的宇宙结构体系1银河系与宇宙101.在图 1.16 中，位于中心的天体是什么？从里到外依次有哪些天体？2.在图 1.17 中，位于中心的天体是什么？从里到外依次有哪些天体？由于人类生活在地球上，每天看到太阳东升西落，很容易得出地球位于宇宙中心的结论。公元 2 世纪，天文学家托勒密（Claudius Ptolemaeus，约 90168）就是在此基础上创立了“地心说”。“地心说（geocentric）”的宇宙结构体系认为：地球是宇宙的中心；从地球向外，依次是月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，它们在各自的轨道上绕地球运转。“地心说”认为，在宇宙的最外层是上帝，他推动着宇宙运行，关注着人类的言行。后来，“地心说”被赋予了浓厚的宗教色彩，得到占统治地位的宗教组织的竭力支持，成为欧洲占绝对统治地位的自然哲学思想。随着科学的发展，许多科学家发现了“地心说”的错误。1543年，波兰天文学家哥白尼（NicolausCopernicus，14731543）依据大量精确的观测资料，发表著作天体运行论，完整地提出了“日心说”。“日心说（heliocentric）”的宇宙结构体系认为：太阳居于宇宙的中心且静止不动，包括地球在内的行星都围绕着太阳运行。“日心说”的出现，标志着人类向真理迈进了一步。探索真理的道路是艰苦而漫长的。由于“日心说”否定地球在宇宙的中心地位，违背了基督教教义，冲击了神权统治，因此，主张这一学说的人均遭到教会势力的残酷迫害，意大利哲学家布鲁诺（Giordano Bruno，15481600）还为此献出了宝贵的生命。讨论科学的道路从来不是平坦的。在从“地心说”到“日心说”的发展历程中，科学家为了坚持真理付出了时间、智慧、金钱甚至生命。从科学家追求真理的精神中你能领悟到什么？111银河系与宇宙阅读材料为科学献身的布鲁诺图 1.18布鲁诺布鲁诺是意大利哲学家和思想家。在论无限宇宙和世界一书中，他不但系统地阐述和赞扬了哥白尼的“日心说”，而且大胆地提出了宇宙无限的思想。他写道：“无数的世界在无穷无尽的宇宙的广阔胸怀中产生、发展、灭亡，又重新产生宇宙中有无数绕着自己的太阳运转的地球，就像那些绕着我们的太阳运转的行星一样。”他的观点在当时被视为异端邪说。1592 年，布鲁诺在威尼斯被捕入狱，被囚禁 8 年。由于始终坚持自己的学说，1600 年 2 月 17 日，52 岁的布鲁诺被宗教裁判所判为“异端”，烧死在罗马鲜花广场。临刑前，他高呼：“火并不能把我征服，未来的世界会了解我，知道我的价值。”正如布鲁诺所言，科学精神是烧不死的。没过几年，人们不顾教廷势力的威胁和阻挠，在烧死布鲁诺的地方竖起了一座布鲁诺纪念碑，使他的英名万世流芳。河外星系想一想银河系只是宇宙中很小的一部分。如果我们能够走出银河系，会见到什么景象？银河系之外还有什么？宇宙整体上又是什么样子？读图读图 1.19 和图 1.20，思考并回答以下问题：当我们明确“大麦哲伦云”的真实身份后，应该怎样称呼它比较合适？1银河系与宇宙12图 1.20星系团图 1.19大麦哲伦云若干星系结群分布，形成比星系更高一级的星系团或星系群。开始，人们用肉眼看时，它是白茫茫一片，被误以为是星云。后来，在天文望远镜下观察，才知道它是由一千多亿颗