3.3人类对宇宙的探索课件-2024-2025学年浙教版七年级上册科学

第三章广袤浩瀚的宇宙浙教版七年级上册第3节人类对宇宙的探索

－－宇宙学说教学目标科学观念：了解地心说及其主要观点；了解日心说及其主要观点；

了解观测对认识宇宙的重要；了解大爆炸宇宙学说；科学思维：了解宇宙是有起源的、膨胀的、演化的；了解人类对

宇宙的认识是一个不断发展的漫长历程；根据逆向思维，了解

宇宙大爆炸理论；探究实践：通过阅读、分析等活动，学生提高收集信息和处理信

息的能力，提高表达、交流和合作的能力；

态度责任：学生对自然现象保持较强的好奇心和求知欲,激发勇于

探索宇宙的兴趣,尊重科学原理不断提高对科学的兴趣，关心

科学技术的发展，反对迷信，培养正确的宇宙观。新知导入2023年9月21日，“天宫课堂”第四课在中国空间站开讲航天员为广大青少年带来一堂精彩的太空科普课，并通过视频与地面课堂师生进行实时互动交流。

“天宫课堂”对于培养青少年科学精种、激发探索浩瀚宇宙的兴趣具有独特优势。

人类为什么孜孜不倦地探索宇宙？探索宇宙有哪些发现？新知讲解一、从“地心说”到“日心说”：

地球曾被人们认为是宇宙中独一无二的天体，是字宙的中心。

科学研究表明：地球位于太阳系内，天阳系位于银河系比较边缘的一个普通的位置，并没有明显的独特地位。

关于宇宙和我们赖以生存的地球，从古到冷，人们的认识经历了根本性的变革。1、我国古代的宇宙观：

我国战国时期的盖天说认为，天圆如张盖，地方如棋盘。盖天说这种宇宙观，虽然已经摆脱神话的影响，但远没有揭示宇宙的本质。

到秦汉时期，人们初步认识了太阳、月球和颗行星的基本运动规律,并能推算天象的发生。

新知讲解2、“地心说”的主要观点：

早期的希腊人相信，宇宙是完美的，地球是宇宙的中心。

公元2世纪，希腊天文学家托勒密在亚里士多德等前人对宇宙的认识的基础上，进一步完善了地球中心学说，创立了“地心说”模型。

托勒密认为，地球是宇宙中心，且静止不动，太阳、月球、行星和恒星等所有天体都围绕着地球在各自的圆形轨道上运转。“地心说”可以解释5颗行星的观测路径，以及太阳、月球的运动路径。所以在随后的1000多年里，普遍为人们所接受。新知讲解3、人们对“地心说”的质疑：尽管托勒密的地心说模型并不正确，便它能够解释很多人们观察到的天文现象，所以也给发现“地心说”不足的人们造成了难题。

（1）科学家们的观测：

科学家经过仔细观测，发现行星运行规律与托勒密的宇宙体系并不吻合。

（2）哥白尼的发现：16世纪，哥白尼用自制的简陋仪器，经过20年的天文观测与研究发现，与其他5颗行星一样，地球也是一颗行星。新知讲解（3）哥白尼提出“日心说”：哥白尼认为，天空中观察到的行星运动可通过旋转的地球来简单地解释。

在得出地球是一颗行星后，哥白尼为太阳系建立了一个“日心说”模型。

该模型认为太阳是宇宙的中心，地球和行星都围绕太阳做圆周运动。

哥白尼在著作《天球运行论》中阐述了“日心说”的理论基础。注：科学家在对宇宙各方面建模时仍遵循简单、对称和美观的原则。新知讲解（4）“日心说”的证据：与地球是宇宙的中心的观点相比，“日心说”的提出是一个重大突破。但哥白尼保留了希腊人的行星做圆周运动的观点，也未能正确解释行星的运动方式与成因。用现代科学方法探索自然的思想，须用实际观测进行检验，检验不合格的思想会被抛弃，只有检验合格的思想才能逐渐被人们接受。

“日心说”挑战了当时占主导地位的“地心说”在绝大多数人仍相信“地心说”的时代，人们需要更多的证据才能接受“日心说”。新知讲解（5）伽利略的观测为“日心说”提供有力证据：1609年，科学家伽利略用自制的望远镜观测天空，他收集的证据，逐渐让入们相信“日心说”是正确的。伽利略的发现：

①太阳上有黑子，说明太阳并不完美；②围绕着木星的有4颗卫星，说明并非所有天体都在绕地球运行；③金星的位相变化也说明金星并不是围绕地球公转的。

新知讲解（6）“日心说”的意义所在：①日心说"吸引人的地方是它简单，人们可以更好地理解它。

②哥白尼采用科学方法，基于多年观测，开启了科学革命，推翻了“地心说”；

③哥白尼“日心说”的建立，使我们的认识从“地球中心”走向“太阳中心”。今天我们知道，太阳系中的所有天体都围绕太阳公转。

阅读：

伽利略伽利略·伽利雷（Galileo

Galilei，1564年2月15日－1642年1月8日），意大利物理学家、数学家、天文学家及哲学家，科学革命中的重要人物。其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测，以及支持哥白尼的日心说。伽利略做实验证明，感受到引力的物体并不是呈匀速运动，而是呈加速度运动；物体只要不受到外力的作用，就会保持其原来的静止状态或匀速运动状态不变。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。1609年8月21日，伽利略展示了人类历史上第一架按照科学原理制造出来的望远镜。由于伽利略的观测发现与当时人们对宇宙的普遍认识并不一致，挑战了居于统治地位的“地心说”，罗马宗教裁判所判处伽利略终身监禁，随后改为软禁，直到1642年病逝。伽利略被誉为“现代观测天文学之父”

、“现代物理学之父”

、“科学之父”

及“现代科学之父”。讨论交流“日心说”中有关宇宙以太阳为中心的提法也有不正确之处，请用相关知识解释。日心说确实不完全正确,但它与原来的地心说相比已经是一个很大的进步了；日心说的正确在于认识到太阳系行星是围绕太阳运转的,是太阳系的中心；但它的错误在于：1）认为太阳是宇宙的中心.我们现在都知道太阳只是太阳系的中心,并不是宇宙的中心,它连银河系的中心都不是；2）认为行星围绕太阳作匀速圆周运动.而事实上行星围绕太阳运动的轨道不是正圆而是椭圆,运行速率也会受到它与太阳之间的距离影响。新知讲解二、现代宇宙学说：1、宇宙学：

研究宇宙的性质、结构和演化（起源、演化和死亡）的科学。2、宇宙存在不同的天体系统层次：

我们看到的宇宙是由各种不同的天体系统组成的。科学有借助现代望远镜，揭开了宇宙中的许多奥秘。

读图：

二十世纪一二十年代，天文学家用大型望远镜观测了银河系以外的星系，测出不同星系间的距离，判断它们的运动速度以及运动方向。

阅读图3.3-4，回答下列问题：1）牧夫座星系离地球有多远？它的退行速度有多大？2）哪个星系的退行速度最大？哪个星系离地球最近？3）得出结论，星系距离地球的远近与其退行的速度有什么关系？

约25亿光年速度约40000km/s速度最大长蛇座最近室女分析图示数据可知，离地球距离为每10亿光年是地，退行速度约16000km/s，所以距地球50亿光年时，星系的退行速度约为90000km/s。新知讲解3、哈勃对星系运动模型的研究：1929年，天文学家哈勃根据自己对银河系以外星系距离的测定，结合其他天文学家的工作，分析了20多个星系的退行速度和距离，发现银河系以外的大多数星系都在远离我们而去，距离越远，离开我们的速度越大。

这表明，我们所处的宇宙正在膨胀。哈勃定律，星系的退行速度与它们到地球的距离成正比。

哈勃定律可以用公式表示为:v=dH

其中，v为星系退行速度，d为星系到观察者的距离，H为哈勃常数。

哈勃定律被随后的进一步观测所证实。

哈勃定律反映了整个宇宙的整体性,展示了一幅宇宙整体退行图景，即宇宙正在不断地膨胀。思考讨论几乎所有的星系都在退行，是否意味着地球处于宇宙的中心？河外星系都在远离我们而去，并不意味着我们处于“宇宙的中心”。造成无数星系四散离去的原因，是宇宙正处在一种整体膨胀之中。这种膨胀使得所有的星系并非只是远离我们而去，而是相互之间都在彼此分离。你到任何一个星系上去，都会看到同样的情景。探索活动为了帮助我们更好地理解星系是如何运动的，我们可以建立星系运动模型，了解星系运动的特点。1）准备一只气球，在其表面贴上一些圆形小纸片。小纸片代表星系；2）在圆形小纸片上用笔做记号，表示星系上的“居民”，记录相邻“星系”的位置和距离；3）用打气筒持续地向气球充气:使气球不断地胀大(即宇宙膨胀)；4）观察气球在胀大过程中，各个圆形小纸片间距离的变化。这些原先靠得很近的“星系”之间的距离增大了吗?小圆纸片间都在相互远离，说明圆纸片之间的距离在增大，且这种增大是没有中心的。若圆形小纸片代表星系，则说明宇宙在没有中心的膨胀。新知讲解4、现代宇宙学说的发展：

现代宇宙学以爱因斯坦的广义相对论为理论基础，以天文观测为事实依据。

（1）爱因斯坦的静态宇宙模型：1915年，著名科学家爱因斯坦建立了广义相对论，他将广义相对论用于宇宙的研究，建构了一个静态的宇宙模型。（2）弗里德曼的动态宇宙模型：1922年，苏联科学家弗里德曼从广义相对论出发，得到了一个均匀地膨胀或收缩的宇宙模型，遗憾的是这个动态的模型并不为当时的人们所重视。

当哈勃定律公布后，人们惊喜地发现，天文观测发现的现象正是理论模型所预言的现象。理论预言被天文观测证实了。思考讨论我们是否可以做出这样的推断:宇宙在不断膨胀，这意味着过去的宇宙比现在小。

那么时间越往前，宇宙中的星系之间的距离是否必然越小？

再往前倒退至某一时间，宇宙是否密集在一个点上？宇宙在不断膨胀，这意味着过去的宇宙比现在小。那么时间越往前，宇宙中的星系之间的距离必然越小；再往前倒退至某一时间，宇宙肯定是密集在一个点上。新知讲解（3）伽莫夫的宇宙大爆炸理论：1948年，伽莫夫等人提出了宇宙大爆炸理论。

他们认为，宇宙起源于极高温、极高密度的“奇点”的大爆炸，之后宇宙不断膨胀、温度不断下降，生成各种物质，形成各种星系，演化成今天的宇宙，今天的宇宙仍将继续膨胀下去。

理论预测的结果与实际观测的结果相一致，理论才能被人们接受。

伽莫夫新知讲解（4）宇宙大爆炸理论被广泛认同：

宇宙膨胀得到了观测事实的有力支持，宇宙天爆炸理论成功地解释了很多观测事实。因此，宇宙大爆炸理论已成为被人们广为接受的一种宇宙起源学说。

多方面观测研究表明，我们的宇宙始于约138亿年前的一次大爆炸。

大爆炸为后来的星系、恒星和行星的形成与演化提供了所有的能量。

宇宙大爆炸理论是目前最准确的描述宇宙从诞生到当前状态的模型。新知讲解（5）人类对宇宙的探索将持续下去：

虽然宇宙大爆炸理论已经取得很大的成功，但是随着研究的不断深入，仍然遇到了不少的疑难问题。像一切科学理论一样，宇宙大爆炸理论没有也不会穷尽一切真理，它也有局限性，是“未完成的乐意”。

宇宙让我们的思考广阔而深邃。

宇宙有没有边界？宇宙会终结吗？……

这些问题，有待于人们去探索和证实。科学阅读爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦(AlbertEinstein，1879-1955)建立广义相对论后，意识到要将整个宇宙作为对象来研究，并将广义相对论作为研究宇宙的理论。宇宙论在落寞了几百年后，又开始恢复了生机。爱因斯坦坚信整个宇宙是一个和谐的整体。于是，爱因斯坦提出了有限无边、静态的宇宙模型。他认为，宇宙整体上应该是静态的。为此，他在方程中加了一个字宙常数，以维持宇宙的静态。当宇宙膨胀的预言被证实后，爱因斯坦为这一发现而欢呼，并承认自己在宇宙模型中人为地引入字宙常数,是他人生中犯下的一个大错误。随堂练习1、关于大爆炸论的下列说法中，不正确的是（）A．微波背景辐射是热大爆炸的有力证据B．爆炸引起的宇宙膨胀至今还在继续C．宇宙各星系间的相对位置不会再发生改变D．宇宙有可能永远膨胀下去

C随堂练习2、下列是宇宙大爆炸理论观点的是（）A．大爆炸引起宇宙的膨胀，现在正在加速膨胀B．大爆炸引起宇宙的膨胀，现在膨胀已开始变慢C．大爆炸发生于很久的过去，现在宇宙已处于稳定状态D．大爆炸引起宇宙的膨胀，现在膨胀已结束且开始收缩A随堂练习3、宇宙热大爆炸后（）A．密度增大，温度升高

B．密度减小，温度升高C．密度增大，温度降低

D．密度减小，温度降低D随堂练习4、下列有关大爆炸宇宙论的说法正确的是（）A．大爆炸宇宙论是科学家通过科学观察和研究得出的科学结论B．大爆炸宇宙论是科学家通过科学观察发现的一些自然现象所建立的假说C．因为宇宙在不断膨胀的事实为大爆炸宇宙论提供了有力证据，所以大爆炸宇宙论已经说明了宇宙起源的事实D．大爆炸宇宙论和牛顿第一定律一样是科学定律

D随堂练习5、2016年2月12日，美国科学家宣布探测到来自遥远天体的引力波信号，这个发现可以帮助科学家探索宇宙的诞生和发展。下列正确的是（）A．宇宙是有起源的、膨胀的、演化的B．太阳是宇宙的中心C．宇宙中星系间的距离是恒定不变的D．地球是宇宙的中心

A课堂总结1、地心说：创立者托勒密，主要观点：地球是静止的，是宇宙的中心，其他天体都围绕地球运转；2、“日心说”创立者哥白尼，主要观点：太阳是宇宙的中心，地