第五章 演示文稿

《科学与技术》

第五章

现代宇宙学、地球科学与空间技术

学习目标

1.了解：宇宙大爆炸理论的依据；星系、恒星、太阳系的演化；地球圈层的形成；空间技术的发展。2.理解：宇宙大爆炸理论的基本观点；星系、恒星、太阳系的特征；板块构造的基本观点；空间技术的特点和类型、空间技术的应用。3.掌握地球圈层的特征。4.STS：领悟人类宇宙观的演变与哲学、宗教之间的关联。

一、宇宙和宇宙的结构

1、什么是宇宙？

从定义上讲，宇宙是天地万物，是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。2、宇宙的总体结构

宇宙是由形形色色的天体和弥漫物质组成的，宇宙中最主要的天体是恒星和星云，太阳就是恒星。

恒星又由围绕它旋转的行星以及彗星等天体组成了次一级天体系统，例如太阳系。行星往往有卫星环绕，例如地球就有月球环绕旋转，组成地月系。

因此，宇宙是有序存在的，地月系、太阳系、银河系、总星系就是宇宙中不同层次的天体系统。二、人类对宇宙的认识

人类对宇宙的认识是不断发展的，是随着科学技术的发展而不断前进的，永无止境。

在人类的早期，生产力水平低下，科学技术极不发达，因此对宇宙的认识十分幼稚，但充满着想象。世界上的各文明古国都有关于天地起源和结构的种种传说。各民族都把自己生活的地方当作天地的中央，并各自独立地产生了关于宇宙结构的地心学说。随着近代科学的进步，人类对宇宙的认识有了转变。

16世纪中叶，波兰天文学家哥白尼提出“日心说”，创立了日心宇宙体系，伽利略发明了天文望远镜，他的观察和发现支持了日心说。17~18世纪，牛顿提出了万有引力定律和牛顿三定律，创立了天体力学，以力学方法研究宇宙学。20世纪初德国物理学家爱因斯坦发表了“广义相对论”，并率先运用这一理论考察了宇宙整体的运动特征和可能的演化方式，从理论上开创了现代宇宙学。

三、宇宙大爆炸理论

人类对于宇宙的认识是随着人类文明的进步和科学技术的发展而逐步加深的，并开始科学地探讨宇宙的起源，20世纪初期，科学家提出了“宇宙大爆炸理论”。

大爆炸理论的主要观点是：我们的宇宙有开端，是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。宇宙从密到稀、从热到冷、不断膨胀，形成了我们的宇宙。最初那次爆发就被称为宇宙大爆炸，这一关于宇宙起源的理论就被称为“宇宙大爆炸理论”。四、恒星和星系

1、恒星的特征

组成宇宙最主要的天体恒星和它们的巨大集合体星系。

夜晚星空所见的绝大多数是恒星。恒星是指由炽热气态物质组成，能自行发热发光的球形或接近球形的天体。

关于恒星的特征强调几点：恒星发光的能力，恒星的寿命，恒星的分布，星空的划分：

2、恒星的形成、演化和归宿

在从星际弥漫物质到恒星的演化链上，恒星的形成是关键环节。恒星的起源和演化，长久以来一直是天文学中最基本、也最令人感兴趣的问题，也是解决得最好的问题之一，20世纪60年代确立了恒星是从星际分子云中形成的这一重大现代学说，是恒星形成研究的主要成就。而成为20世纪自然科学的重要成就。根据这一学说，恒星是从太空中的星际气体和尘埃中诞生的，恒星有形成、发展、死亡和再生的过程。

3、星系和银河系

无数恒星组成了星系。星系又可称恒星系，星系是由千百亿颗恒星以及分布在它们之间的星际气体、宇宙尘埃等物质构成的、占据了成千上万光年空间距离的天体系统。

银河系是一个中型恒星系，直径约为10万光年，大约包含1000~2000亿颗恒星。银河系的形态如同铁饼状的圆盘体，中部较厚而四周较薄。它有三个主要组成部分：银盘、银核和晕轮。[

五、太阳系与太阳

太阳是恒星的典型代表。太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统。

1、太阳系的特征

1）太阳是中心天体。

2）太阳系有九大行星。

3）九大行星绕日运动都遵循着一定的规律。

2、太阳的特征和结构

太阳是距离地球最近的恒星，是唯一可以详细研究表面结构的恒星；

太阳是一颗自己能发光发热的气体星球，不但辐射可见光，还不断辐射着其它波长的电磁波，还发散一种低密度的粒子流形成太阳风，影响着地球和其它行星；

太阳的大气层是从地球上能直接观测到的部分。太阳大气共分三层，自外向里依次是日冕、色球和光球。

六、地球的圈层结构

1、圈层结构的含义和组成

什么是圈层结构？圈层结构是指地球从核心到外部由不同的圈层构成，每个圈层都有各自的物质成分、物质运动特点和物理化学等性质，厚度也各不相同。但都以地心为共同的球心，这些圈层又被称为同心圈层，地球具有的这样的结构就被称为圈层结构。

再来认识圈层的组成。以固体的地球表面为界，整个地球主要划分为外部圈层和内部圈层两大部分，即外三圈和内三圈。

外三圈指地球外部离地表平均800千米以内的圈层，包括大气圈、水圈和生物圈。

内三圈指固体地球内部的主要分层，由地表到地心依次分为地壳、地幔、地核；其中地壳及地幔顶部是由坚硬的岩石所组成的，又称为岩石圈。2、地球的外部圈层

大气圈是地球外圈中最外部的气体圈层，存在于整个地球外层。

水圈是指连续包围地球表面的水层，包括海洋、江河、湖泊、沼泽、冰川和地下水等。

生物圈是太阳系所有行星中仅在地球上存在的一个独特圈层。生物圈是指地球表层生物有机体及其生存环境的总称，是一个有生命的特殊圈层。

3、地球的内部圈层

地壳地壳是从地表到莫霍面的圈层，是地球表面的一层薄壳。

地幔地幔是从莫霍面到古登堡面之间的的圈层，介于地壳和地核之间。

地核地核指古登堡界面以下直至地心的地球核心部分，半径约3400千米，质量和体积分别为全球的31．5％和16％，密度极高。

4、地球圈层的形成

从46亿年前原始地球诞生之时起，也就开始了地球圈层形成的发展演变的过程。

（1）地球内部圈层的形成和演变

（2）大气圈和水圈的形成和演变

（3）生物圈的形成和演变

七、板块构造理论

地球自从形成以来在地表和内部进行着永不停息的运动变化，地球表面形态特征正是地球的内外力综合作用的结果，其中内力是形成地球表面差异的重要原因。探讨地壳运动的产生原因，需要用大地构造理论加以解释。板块构造说是20世纪60年代提出的一种新的全球构造学说。

板块构造说的理论是在大陆漂移学说、海底扩张学说的基础上发展起的。

1、大陆漂移学说

大陆漂移学说以著名的德国科学家魏格纳为代表，1915年他出版了《大陆和海洋的起源》一书，较完整地提出了大陆漂移学说。

2、海底扩张学说

1960～1962年，美国地质学家赫斯和迪茨提出了“海底扩张说”，这个学说以地幔对流说为基础，认为地球内部的地幔物质在大洋中部上涌，向两边溢流，并推开旧有的洋底物质，逐渐向两侧对称地扩张，形成新的洋底。

3、板块构造学说

20世纪60年代以来，勒皮雄等人把大陆漂移和海底扩张的概念发展成为著名的“板块构造说”。

板块构造学说的基本观点是：

（1）岩石圈板块是在软流圈上滑动的

（2）地球的岩石圈划分为许多板块

（3）地球板块之间在相互运动

（4）板块作用的驱动力是地幔对流作用

4、大陆板块的运动过程

八、空间技术

1、空间技术的特点及其类型

空间技术就是探索、开发和利用宇宙空间的技术，又被称为太空技术和航天技术。目的是利用空间飞行器作为手段来研究发生在空间的物理、化学和生命等自然现象。

2、空间技术的应用

卫星通信、广播

卫星导航定位

资源调查和测绘

气象与灾害预报

军事应用3、我国的空间活动

我国在20世纪50年代末开始发展空间技术，在过去的30年中已取得了杰出的成就，进入21世纪后将持续快速发展。1970年4月24日我国首次将“东方红一号”卫星送入太空。2003年10月15日，我国自行研制的“神舟”五号载人飞船成功发射，将我国航天员杨利伟送入太空，环绕地球14圈，在太空遨游了21小时后安全返回，成为世界上第三个掌握载人航天技术的国家。我国空间技术综合水平在国际上名列前5位。

（1）运载火箭

（2）卫星和卫星应用

（3）载人航天

（4）开展探月工程

学习小结

一、宇宙的起源与未来

自古以来，人类从未停止过对宇宙奥秘的思考和探索。茫茫宇宙是由什么组成的？宇宙空间究竟有多大，有没有起始和终结的一刻？认识宇宙、理解宇宙是人类的最终愿望。

(一)宇宙和宇宙的结构

1.宇宙

2.宇宙的总体结构

（二）人类对宇宙的认识

人类对宇宙的认识是不断发展的，是随着科学技术的发展而不断前进的，永无止境。

1.“日心说”

2.宇宙大爆炸理论

（三）恒星和星系

1.恒星的特征

2.恒星的形成、演化和归宿

3.星系和银河系

（四）太阳系与太阳

太阳是恒星的典型代表。太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统。

1、太阳系的特征

2、太阳的特征和结构

二、地球的结构

（一）地球的圈层结构

1.圈层结构的含义和组成

2.地球的外部圈层

3.地球的内部圈层

4.地球圈层的形成

（二）板块构造理论

板块构造说的理论是在大陆漂移学说、海底扩张学说的基础上发展起的。

1.大陆漂移学说

2.海底扩张学说

3.板块构造学说

三、空间技术的发展

1.空间技术的特点及其类型

2.空间技术的应用

3.我国的空间活动

思考练习一、填空题

1．宇宙中最主要天体类型是-----和-------。

2.宇宙的年龄大约在------亿年。

二、选择题

1.地球的外部圈层结构是大气圈、水圈和()

A．地质圈B．微生物圈C．生物圈D．矿物圈

2.板块构造说的理论是在大陆漂移学说和()学说的基础上发展起的。

A．海洋扩张B．大陆扩张C．海底扩张D．大气扩张

3.支持宇宙大爆炸理论的依据有()、微波背景辐射、宇宙元素的丰度、宇宙的年龄等等。

A．星系红移B．星系兰移C．星系黄移D．星系绿移

4.板块构造说的理论是在大陆漂移学说和()学说的基础上发展起的。

A．太阳B．大气C．宇宙D．地球三、名词解释

1.星系

2.恒星

3.地球外部圈层结构

四、简答题

1.简述大爆炸理论的主要观点。

2.简述宇宙大爆炸的过程。

参考资料

参考书籍

周体健：简明天文学，高等教育出版社，1990。

史蒂芬.霍金：时间简史，湖南科学技术出版社，2002。

盖保民：地球演化（第一卷），中国科学技术出版社，1991。

金祖孟：地球概论（第三版），高等教育出版社，1994。

刘本培等：地球科学导论，高等教育出版社，2000。

丁登山：自然地理学基础，高等教育出版社，1988。

白顺良等：地质历史与板块构造，地质出版社，1984。

张民生：自然科学基础，高等教育出版社，1997。

宗占国：现代科学技术导论，高等教育出版社，1998。

吴祥兴：现代科技概论，世界图书出版公司，2002。

沈荣祥：人类与自然，华东师范大学出版社，2001。

王庆跃：挑战太空——航天技术，珠海出版社，2002。

闵桂荣，空间技术的成就与展望，中国公众科技网，2001。

摘自《北京市领