浙教版级上册第3章广袤浩瀚的宇宙第3节人类对宇宙的探索课件

第3节

人类对宇宙的探索

浙教版七年级上创设情境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神、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？探究实践关于宇宙和我们赖以生存的地球，从古到今，人们的认识经历了根本性的变革。那么，我们对宇宙的认识是如何改变的？地球没有明显的独特地位地球是宇宙的中心地球曾被人们认为是宇宙中独一无二的天体，是宇宙的中心。地球位于太阳系内，太阳系位于银河系比较边缘的一个普通的位置。探究实践我国战国时期的盖天说认为，天圆如张盖，地方如棋盘。敕勒歌敕勒川，阴山下。天似穹庐，笼盖四野。天苍苍，野茫茫。风吹草低见牛羊。盖天说“天圆地方”盖天说这种宇宙观，虽然已经摆脱神话的影响，但远没有揭示字宙的本质。

人类对宇宙的认识是不断发展的。到秦汉时期，人们初步认识了太阳、月球和5颗行星的基本运动规律,并能推算天象的发生。探究实践公元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。早期的希腊人相信，宇宙是完美的，地球是宇宙的中心。恒星位于最外面的天球上，它们之间的相对位置保持不变，同时作为一个整体在天空中转动。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。探究实践科学家经仔细观测，发现行星运行规律与托勒密的宇宙体系并不吻合。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。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。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。探究实践哥白尼出版了著作《天球运行论》，阐述了“日心说”的理论基础。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。但哥白尼在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。“日心说”吸引人的地方是它简单，人们可以更好地理解它。“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”。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。采用这种方式，科学家慢慢形成了理解宇宙的更好知识体系。哥白尼基于多年观测,开启了科学革命,推翻了“地心说”。探究实践科学家伽利略所收集的证据，逐渐让入们相信“日心说”是正确的。伽利略对哥白尼学说的发展与传播起到了很大作用，留下了不可磨灭的印记。1609年，伽利略用自制的望远镜观测天空，为“日心说”提供了新的观测证据：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。伽利略记录在本子上的7个夜晚的木星的4颗卫星图示木星的有卫星运转的事实为哥白尼学说提供了强有力的证据。探究实践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”。1633年，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。哥白尼“日心说”使人们的认识从“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。探究实践思考与讨论“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。太阳并不是宇宙的中心，‌而是太阳系的中心。‌太阳系位于银河系的一个偏远臂旋上，太阳就连银河系的中心也不是。银河系而银河系是宇宙中无数个星系中的一个，‌就目前的科技来说并未发现宇宙的中心。‌探究实践宇宙从哪里来？宇宙将向何处去？宇宙有多大？宇宙有中心吗？宇宙中还有适合人类生存的家园吗？这些问题不断激励着人们去探索。浩瀚的宇宙中有各种不同的天体，这些天体又组成了大小不同的天体系统。我们看到的宇宙就是由各种不同的天体系统组成的。科学家借助现代望远镜，揭开了宇宙中的许多奥秘。宇宙学：研究宇宙的性质、结构和演化（诞生、演化和死亡）的科学。探究实践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。探究实践1.阅读图，牧夫座星系离地球有多远，它的退行速度有多大？探索活动室女座星系大熊座星系牧夫座星系长蛇座星系2.

阅读图，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？4.预测距离地球50亿光年的星系的退行速度。离地球25亿光年，退行速度39000Km/s。长蛇座退行速度最大。室女座离地球最近。星系距离地球的远近与其退行的速度成正比关系。‌离地球50亿光年星系的退行速度为100000Km/s。探究实践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。在此基础上，哈勃提出了著名的哈勃定律：星系的退行速度与它们到地球的距离成正比。公式表示为：v=Hd。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。与地球的距离探究实践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。星系间的距离在不断扩大。

所有星系都在远离我们而去，星系离我们越远，它的退行速度越快；星系间的距离在不断扩大，宇宙在不断膨胀。探究实践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”。思考与讨论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。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。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。探究实践海王星探索活动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)，如图。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？增大了探究实践不管是哪个“星系”,其他“星系”都在不断地离它而去。各个圆形小纸片(星系)彼此后退，膨胀没有中心。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。将小圆纸片比作星系，把气球比作宇宙，想象宇宙中的星系的运动：实验表明：探究实践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。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。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。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。探究实践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，宇审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？时间越往前宇宙中的星系之间的距离可能越小。再往前倒退至某一时间，宇宙可能密集在一个点上。思考与讨论探究实践1948年，伽莫夫等人提出了宇宙大爆炸理论。伽莫夫

宇宙大爆炸理论认为，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。探究实践宇宙大爆炸探究实践宇宙大爆炸理论合理吗？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。测到来自空间各个方向的辐射，对应温度约为2.73K，与理论预测温度非常接近。理论预言大爆炸使宇宙中充满了辐射，随着宇宙膨胀、降温，当今宇宙中仍充满着大爆炸残余的辐射，对应的温度约为5K(K为热力学温度单位)。宇宙膨胀得到了观测事实的有力支持，宇宙大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。宇宙大爆炸理论该理论得到了广泛的认可，成为宇宙学中的标准模型。但宇宙的研究并没有结束，即使是标准模型，也面临着多方面的挑战。探究实践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。如图给出了宇宙演化年表，突出了重要的物质与能量演化事件。探究实践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。虽然宇宙大爆炸理论仍然遇到了不少的疑难问题。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。宇宙大爆炸理论也有局限性，是“未完成的乐章”。探究实践爱因斯坦

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。科学阅读迁移应用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

C2.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迁移应用3.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迁移应用4.2016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

A5.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板书设计第3节

人类对宇宙的探索（第1课时）

一、从“地心说”到“日心说”

地心说：托勒密静止的地球是宇宙的中心

日心说：哥白尼太阳是宇宙的