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第三章廣袤浩瀚的宇宙浙教版七年級(jí)上冊(cè)第3節(jié)人類對(duì)宇宙的探索——第1課時(shí)教學(xué)目標(biāo)科學(xué)觀念:知道從“地心說(shuō)”到“日心說(shuō)”的發(fā)展,領(lǐng)悟科學(xué)家追求真理的精神;知道宇宙是有起源的、膨脹的、演化的;理解宇宙大爆炸理論的主要觀點(diǎn);了解銀河系的大小和結(jié)構(gòu),知道銀河系是宇宙中的一個(gè)普通星系??茖W(xué)思維:知道恒星的不同發(fā)展階段:紅巨星、超新星、白矮星、中子星或黑洞;了解太陽(yáng)及恒星的演化過(guò)程。新知導(dǎo)入
2023年9月21日,“天宮課堂”第四課在中國(guó)空間站開(kāi)講,航天員為廣大青少年帶來(lái)一堂精彩的太空科普課,并通過(guò)視頻與地面課堂師生進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)交流?!疤炜照n堂”對(duì)于培養(yǎng)青少年科學(xué)精神、激發(fā)探索浩瀚宇宙的興趣具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。人類為什么孜孜不倦地探索宇宙?探索宇宙有哪些發(fā)現(xiàn)?新知講解一、從地心說(shuō)到日心說(shuō)
地球曾被人們認(rèn)為是宇宙中獨(dú)一無(wú)二的天體,是宇宙的中心??茖W(xué)研究表明,地球位于太陽(yáng)系內(nèi),太陽(yáng)系位于銀河系比較邊緣的一個(gè)普通的位置,并沒(méi)有明顯的獨(dú)特地位。關(guān)于宇宙和我們賴以生存的地球,從古到今,人們的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了根本性的變革。那么,我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)是如何改變的?
新知講解1、我國(guó)古代對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)(1)“蓋天說(shuō)”
我國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的蓋天說(shuō)認(rèn)為,天圓如張蓋,地方如棋盤。蓋天說(shuō)這種宇宙觀,雖然已經(jīng)擺脫神話的影響,但遠(yuǎn)沒(méi)有揭示宇宙的本質(zhì)。(2)到秦漢時(shí)期,人們初步認(rèn)識(shí)了太陽(yáng)、月球和5顆行星的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并能推算天象的發(fā)生。新知講解2、“地心說(shuō)”
早期的希臘人相信,宇宙是完美的,地球是宇宙的中心。公元2世紀(jì),希臘天文學(xué)家托勒密在亞里士多德等前人對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善了地球中心學(xué)說(shuō),創(chuàng)立了“地心說(shuō)”模型。新知講解
托勒密認(rèn)為,地球是宇宙中心,且靜止不動(dòng),太陽(yáng)、月球、行星和恒星等所有天體都圍繞著地球在各自的圓形軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)?!暗匦恼f(shuō)”可以解釋5顆行星的觀測(cè)路徑,以及太陽(yáng)、月球的運(yùn)動(dòng)路徑。新知講解
盡管托勒密的地心說(shuō)模型并不正確,但它能解釋很多人們觀察到的天文現(xiàn)象,在隨后的1000多年里,普遍為人們所接受,并給發(fā)現(xiàn)“地心說(shuō)”不足的人們?cè)斐闪穗y題。
之后,科學(xué)家經(jīng)過(guò)仔細(xì)觀測(cè),發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)行規(guī)律與托勒密的宇宙體系并不吻合。新知講解3、“日心說(shuō)”16世紀(jì),哥白尼用自制的簡(jiǎn)陋儀器,經(jīng)過(guò)20年的天文觀測(cè)與研究發(fā)現(xiàn),與其他5顆行星一樣,地球也是一顆行星。天空中觀察到的行星運(yùn)動(dòng)可通過(guò)旋轉(zhuǎn)的地球來(lái)簡(jiǎn)單地解釋。在得出地球是一顆行星后,哥白尼為太陽(yáng)系建立了一個(gè)“日心說(shuō)”模型。新知講解
哥白尼在臨終前,出版了著作《天球運(yùn)行論》,闡述了“日心說(shuō)”的理論基礎(chǔ)。
“日心說(shuō)”模型認(rèn)為,太陽(yáng)是宇宙的中心,地球和行星都圍繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)。新知講解
與地球是宇宙的中心的觀點(diǎn)相比,“日心說(shuō)”的提出是一個(gè)重大突破。但哥白尼保留了希臘人的行星作圓周運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn),也未能正確解釋行星的運(yùn)動(dòng)方式與成因?!叭招恼f(shuō)”吸引人的地方是它簡(jiǎn)單,人們可以更好地理解它?!叭招恼f(shuō)”挑戰(zhàn)了當(dāng)時(shí)占主導(dǎo)地位的“地心說(shuō)”。
新知講解
在絕大多數(shù)人相信“地心說(shuō)”的時(shí)代,人們需要更多的證據(jù)才能接受“日心說(shuō)”??茖W(xué)家伽利略所收集的證據(jù),逐漸讓人們相信日心說(shuō)是正確的。
伽利略對(duì)哥白尼學(xué)說(shuō)的發(fā)展與傳播起到了很大作用,留下了不可磨滅的印記。
新知講解
1609年,伽利略用自制的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天空,為“日心說(shuō)”提供了新的觀測(cè)證據(jù):①太陽(yáng)上有黑子,說(shuō)明太陽(yáng)并不完美;②圍繞著木星的有4顆衛(wèi)星,說(shuō)明并非所有天體都在繞地球運(yùn)行;③木星有衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)的事實(shí)為哥白尼學(xué)說(shuō)提供了強(qiáng)有力的證據(jù);④金星的位相變化,也說(shuō)明金星并不是圍繞地球公轉(zhuǎn)的。新知講解
伽利略的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)與當(dāng)時(shí)人們對(duì)宇宙的普遍認(rèn)識(shí)并不一致,挑戰(zhàn)了居于統(tǒng)治地位的“地心說(shuō)”。1633年,羅馬宗教裁判所判處伽利略終身監(jiān)禁,隨后改為軟禁,直到他在1642年病逝。新知講解
哥白尼“日心說(shuō)”的建立,使我們的認(rèn)識(shí)從“地球中心”走向“太陽(yáng)中心”。今天,我們知道太陽(yáng)系包括太陽(yáng)、行星及其衛(wèi)星,以及各種更小的天體,這些大大小小的天體都圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。新知講解二、現(xiàn)代宇宙學(xué)說(shuō)1、宇宙的組成
浩瀚的宇宙中有各種不同的天體,這些天體又組成了大小不同的天體系統(tǒng)。我們看到的宇宙就是由各種不同的天體系統(tǒng)組成的??茖W(xué)家借助現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡,揭開(kāi)了宇宙中的許多奧秘。宇宙學(xué):研究宇宙的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和演化(起源、演化和死亡)的科學(xué)。新知講解2、星系的運(yùn)動(dòng)1929年,天文學(xué)家哈勃根據(jù)自己對(duì)銀河系以外星系距離的測(cè)定,結(jié)合其他天文學(xué)家的工作,分析了20多個(gè)星系的退行速度和距離。運(yùn)動(dòng)特點(diǎn):銀河系以外的大多數(shù)星系都在遠(yuǎn)離我們而去,距離越遠(yuǎn),離開(kāi)我們的速度越大。這表明,我們所處的宇宙正在膨脹。新知講解
哈勃定律被隨后的進(jìn)一步觀測(cè)所證實(shí)。哈勃定律反映了整個(gè)宇宙的整體性,展示了一幅宇宙整體退行圖景,即宇宙在不斷地膨脹。新知講解3、星系運(yùn)動(dòng)模型的建立
為了幫助我們更好地理解星系是如何運(yùn)動(dòng)的,我們可以建立星系運(yùn)動(dòng)模型,了解星系運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)步驟(1)準(zhǔn)備一只氣球,在其表面貼上一些圓形小紙片。小紙片代表星系。(2)在圓形小紙片上用筆做記號(hào),表示星系上的“居民”,記錄相鄰“星系”的位置和距離。新知講解(3)用打氣筒持續(xù)地向氣球充氣,使氣球不斷地脹大(即宇宙膨脹)。(4)觀察氣球在脹大過(guò)程中,各個(gè)圓形小紙片間距離的變化。這些原先靠得很近的“星系”之間的距離增大了嗎?新知講解實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
在氣球脹大過(guò)程中,對(duì)氣球表面上任何一個(gè)圓形小紙片而言,其他其他的圓形小紙片都在不斷地離它而去,離得越遠(yuǎn),遠(yuǎn)離速度越快。各個(gè)圓形小紙片(星系)彼此后退,膨脹沒(méi)有中心。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:
星系在膨脹的宇宙中就好比氣球表面的圓形小紙片,在宇宙膨脹的過(guò)程中,星系之間都在不斷地遠(yuǎn)離,而且相距越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離速度越快。新知講解3、愛(ài)因斯坦的相對(duì)論對(duì)宇宙研究的貢獻(xiàn)1915年,著名科學(xué)家愛(ài)因斯坦建立了廣義相對(duì)論,他將廣義相對(duì)論用于宇宙的研究,建構(gòu)了一個(gè)靜態(tài)的宇宙模型。新知講解
1922年,蘇聯(lián)科學(xué)家弗里德曼從廣義相對(duì)論出發(fā),得到了一個(gè)均勻地膨脹或收縮的宇宙模型,遺憾的是這個(gè)動(dòng)態(tài)的模型并不為當(dāng)時(shí)的人們所重視。當(dāng)哈勃定律公布后,人們驚奇地發(fā)現(xiàn),天文觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象正是理論模型所預(yù)言的現(xiàn)象。理論預(yù)言被天文觀測(cè)證實(shí)了。新知講解4、宇宙大爆炸理論1948年,伽莫夫等人提出了宇宙大爆炸理論。他們認(rèn)為,宇宙起源于極高溫、極高密度的“奇點(diǎn)”的大爆炸,之后宇宙不斷膨脹,溫度不斷下降,生成各種物質(zhì),形成各種星系,演化成今天的宇宙。今天的宇宙仍將繼續(xù)膨脹下去。
新知講解
宇宙大爆炸理論合理嗎?理論預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果相一致,理論才能被人們接受。測(cè)到來(lái)自空間各個(gè)方向的輻射對(duì)應(yīng)溫度約為2.73K與理論預(yù)測(cè)溫度非常接近。理論預(yù)言大爆炸使宇宙中充滿了輻射。隨著宇宙膨脹、降溫,當(dāng)今宇宙中仍充滿著大爆炸殘余的輻射,對(duì)應(yīng)的溫度約為5K(K為熱力學(xué)溫度單位)
宇宙到爆炸理論該理論得到了廣泛的認(rèn)可,成為宇宙學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)模型。但宇宙的研究并沒(méi)有結(jié)束,即使是標(biāo)準(zhǔn)模型,也面臨著多方面的挑戰(zhàn)。新知講解
宇宙膨脹得到了觀測(cè)事實(shí)的有力支持。宇宙大爆炸理論成功地解釋了很多觀測(cè)事實(shí)。因此,宇宙大爆炸理論已成為被人們廣為接受的一種宇宙起源學(xué)說(shuō)。新知講解
多方面觀測(cè)研究表明,我們的宇宙始于約138億年前的一次大爆炸,大爆炸為后來(lái)的星系、恒星和行星的形成與
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