浙教版（2024）七年級上冊（2024）第3節(jié) 人類對宇宙的探索精品ppt課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

2023年9月21日,“天宮課堂”第四課在中國空間站開講，航天員為廣大青少年帶來一堂精彩的太空科普課，并通過視頻與地面課堂師生進(jìn)行實時互動交流?！疤鞂m課堂”對于培養(yǎng)青少年科學(xué)精神、激發(fā)青少年探索浩瀚宇宙的興趣具有獨特優(yōu)勢。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)？
我國戰(zhàn)國時期的蓋天說認(rèn)為，天圓如張蓋，地方如棋盤。蓋天說這種宇宙觀，雖然已經(jīng)擺脫神話的影響，但遠(yuǎn)沒有揭示宇宙的本質(zhì)。到秦漢時期，人們初步認(rèn)識了太陽、月球和5顆行星的基本運動規(guī)律,并能推算天象的發(fā)生。
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(C.Ptlemaeus)在亞里士多德等前人對宇宙的認(rèn)識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了地球中心學(xué)說，創(chuàng)立了“地心說”模型。
托勒密認(rèn)為，地球是宇宙中心，且靜止不動，太陽、月球、行星和其他所有天體都圍繞著地球在各自的圓形軌道上運轉(zhuǎn)，如圖所示?！暗匦恼f”可以解釋5顆行星的觀測路徑，以及太陽、月球的運動路徑。
盡管托勒密的“地心說”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”不足的人們造成了難題。
科學(xué)家經(jīng)過仔細(xì)觀測，發(fā)現(xiàn)行星運行規(guī)律與托勒密的宇宙體系并不吻合。16世紀(jì)，哥白尼用自制的簡陋儀器，經(jīng)過20年的天文觀測與研究發(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動可通過旋轉(zhuǎn)的地球來簡單地解釋。在得出地球是一顆行星后，哥白尼為太陽系建立了一個“日心說”模型。該模型認(rèn)為太陽是宇宙的中心，地球和行星都圍繞太陽做圓周運動，如圖所示。
哥白尼“日心說”的建立，使人們的認(rèn)識從“地球中心”走向“太陽中心”。今天，我們知道,除了太陽,太陽系中還包括行星及其衛(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公轉(zhuǎn)。
“日心說”中有關(guān)宇宙以太陽為中心的提法也有不正確之處，請用相關(guān)知識解釋。
宇宙從哪里來?宇宙將向何處去?宇宙有多大?宇宙有中心嗎?宇宙中還有適合人類生存的家園嗎?這些問題不斷激勵著人們?nèi)ヌ剿鳌? 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，揭示了宇宙中的許多奧秘。二十世紀(jì)一二十年代，天文學(xué)家用大型望遠(yuǎn)鏡觀測了銀河系以外的星系，測出不同星系間的距離，判斷它們的運動速度以及運動方向。
1.閱讀圖3.3-4,牧夫座星系離地球有多遠(yuǎn)?它的退行速度有多大?2.閱讀圖3.3-4，哪個星系的退行速度最大?哪個星系離地球最近?3.得出結(jié)論，星系距離地球的遠(yuǎn)近與其退行的速度有什么關(guān)系?4.預(yù)測距離地球50億光年的星系的退行速度。
1929年，天文學(xué)家哈勃()根據(jù)自己對銀河系以外星系距離的測定，結(jié)合其他天文學(xué)家的工作，分析了20多個星系的退行速度和距離，發(fā)現(xiàn)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)，離開我們的速度越大。這表明，我們所處的宇宙正在膨脹。在此基礎(chǔ)上，哈勃提出了著名的哈勃定律:星系的退行速度與它們到地球的距離成正比。哈勃定律可以用公式表示為:v=Hd其中，v為星系退行速度,d為星系到觀察者的距離,H為哈勃常數(shù)。
幾乎所有的星系都在退行，是否意味著地球處于宇宙的中心?
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，表示星系上的居民，記錄相鄰“星系”的位置和距離。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)，如圖所示。4.觀察氣球在脹大過程中，各張圓形小紙片間距離的變化。這些“星系”之間的距離發(fā)生了怎樣的變化?
1915年，著名科學(xué)家愛因斯坦(A.Einstein)建立了廣義相對論，他將廣義相對論用于宇宙的研究，建構(gòu)了一個靜態(tài)的宇宙模型。1922年，蘇聯(lián)科學(xué)家弗里德曼(A.Friedman)從廣義相對論出發(fā)，得到了一個均勻地膨脹或收縮的宇宙模型，遺憾的是這個動態(tài)的。模型并不為當(dāng)時的人們所重視。當(dāng)哈勃定律公布后，人們驚喜地發(fā)現(xiàn)，天文觀測發(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)言被天文觀測證實了!
我們是否可以做出這樣的推斷:宇宙在不斷膨脹，這意味著過去的宇宙比現(xiàn)在小。那么，時間越往前，宇宙中的星系之間的距離是否必然越小?再往前倒退至某一時間,宇宙是否密集在一個點上?
1948年，伽莫夫(G.Gamw)等人建立的元素生成理論，為宇宙起源的大爆炸理論奠定了基礎(chǔ)。宇宙大爆炸理論認(rèn)為，宇宙起源于極高溫、極高密度的“奇點”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。宇宙大爆炸理論合理嗎?理論預(yù)測的結(jié)果與實際觀測的結(jié)果相一致,理論才能被人們接受。
理論預(yù)言大爆炸使宇宙中充滿了輻射，隨著宇宙影脹、降溫，當(dāng)今宇審中仍充滿著大爆炸殘余的輻射，對應(yīng)的溫度約為5K(K為熱力學(xué)溫度單位)。
宇宙大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。但宇宙的研究并沒有結(jié)束，即使是標(biāo)準(zhǔn)模型，也面臨著多方面的挑戰(zhàn)。
測到來自空間各個方向的輻射，對應(yīng)溫度約為2.73K，與理論預(yù)測溫度非常接近。
宇宙膨脹得到了觀測事實的有力支持，宇宙大爆炸理論成功地解釋了很多觀測事實。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。多方面觀測研究表明，我們的宇宙始于約138億年前的一次大爆炸，大爆炸為后來的星系、恒星和行星的形成與演化提供了所有的能量。
宇宙有多大?最初人們認(rèn)為地球是宇宙的中心，太陽、月球、5顆行星和6000多顆靜止不動的恒星構(gòu)成了宇宙。后來，人們認(rèn)識到宇宙由銀河系等星系組成，銀河系由幾千億顆像太陽一樣的恒星組成。那么，銀河系有多大?它的中心在哪里?地球位于銀河系的何處? 我們的太陽系處在銀河系之中。當(dāng)我們仰望夏季的夜空，看到橫跨夜空的那條銀河時，其實我們正在銀河系內(nèi)部觀察我們生存的這個星系的中心。
星系(galaxy)是由單顆恒星、恒星系統(tǒng)、星團(tuán)、塵埃和氣體在引力作用下聚集在一起形成的大型天體系統(tǒng)。天文學(xué)家把大多數(shù)星系分為三類:旋渦星系、橢圓星系和不規(guī)則星系，如圖3.3-10所示。
銀河系是一個旋渦星系。從側(cè)面看，銀河系呈扁圓盤狀;從上往下看，能夠看到銀河系的旋渦結(jié)構(gòu)。我們無法在地球上看到銀河系的旋渦結(jié)構(gòu)，因為太陽系位于銀河系的一條旋臂上。
銀河系是由眾多恒星及星際物質(zhì)組成的一個巨大星系，所有的恒星都圍繞銀河系的中心旋轉(zhuǎn)。銀河系的直徑約為1.0×105光年，中心厚度約為1.2×104光年，自中心向邊緣逐漸變薄。太陽只是銀河系內(nèi)幾千億顆恒星中的一顆普通恒星。太陽遠(yuǎn)離銀河系的中心，它與銀河系中心的距離約2.6 ×104光年，約2.4億年繞銀河系中心轉(zhuǎn)一圈。恒星彼此相距很遠(yuǎn)，離太陽最近的恒星是比鄰星，與太陽相距4.22光年。銀河系雖然很大，但在整個宇宙中顯得微不足道。銀河系只是廣闊深空中上千億個星系中的一個普通星系。銀河系和銀河系外的河外星系構(gòu)成了廣闊無垠的宇宙。圖3.3-13顯示了不同尺度的天體所橫跨的范圍。
天文學(xué)家很早就意識到銀河系外有其他星系。1919年，哈勃用當(dāng)時最大且最先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡，測定了仙女座大星云(星系)的距離，發(fā)現(xiàn)這個距離遠(yuǎn)大于銀河系的直徑。因此，哈勃推斷仙女星系一定位于銀河系之外。其實，仙女星系是一個比銀河系更巨大的星系。圖3.3-14仙女星系我們?nèi)庋塾^察到的仙女星系是由許多星星集中在一起的模糊小點。
1.面向北天星空，先找到大熊星座。北斗七星在天空中呈斗狀，很容易認(rèn)出。其斗柄在不同季節(jié)指向不同:在晚上八九點鐘觀測，春天斗柄朝東，夏天斗柄朝南，秋天斗柄朝西,冬天斗柄朝北。
2.把北斗七星中斗前的兩星連線，并朝斗口方向延伸5倍距離，就可以找到北極星。
我們知道宇宙中有上千億個星系，每個星系中同樣含有數(shù)量巨大的恒星。例如，天文學(xué)家估計,北斗七星范圍內(nèi)存在100多萬個星系。今天，我們對宇宙的理解已跨越浩瀚的星際空間，延伸到了我們所見的整個宇宙。然而，這些發(fā)現(xiàn)，無論大小，都是無數(shù)科學(xué)家努力探索的成果，是一代代科學(xué)家智慧的結(jié)晶。
太陽是銀河系內(nèi)一顆相當(dāng)普通的恒星。每一顆恒星都有其誕生、演化和死亡的過程，這是一個十分緩慢的過程。太陽是地球的能量之源，沒有太陽，人類就不能生存。研究恒星的誕生、演化和死亡，對人類的生存具有重要意義。天文學(xué)家根據(jù)對各種恒星的觀測和理論研究，認(rèn)識到所有恒星的誕生過程與太陽的誕生過程基本相似。隨著宇宙的膨脹，溫度不斷降低，出現(xiàn)了由中性原子構(gòu)成的宇宙塵埃。宇宙塵埃在引力作用下，會變得更加密集，并越聚越大，形成氣體狀態(tài)的星云團(tuán)。隨著星云團(tuán)的收縮，溫度不斷升高，當(dāng)溫度變得非常熾熱，星云團(tuán)就開始發(fā)光。于是，恒星誕生了。
當(dāng)這顆恒星繼續(xù)收縮升溫，溫度超過1×107℃時，將引發(fā)恒星內(nèi)部的氫核發(fā)生聚變反應(yīng)，生成氦并向外釋放出能量，恒星就穩(wěn)定下來，進(jìn)入主序星階段。恒星的穩(wěn)定主序星階段能夠持續(xù)多長時間呢?像太陽這樣的恒星的主序星階段可持續(xù)約100億年。太陽已存在約50億年，它的主序星階段還有約50億年。今天的太陽正處在它的鼎盛時期。恒星約90%的生命周期都處于主序星階段。
1.圖3.3-17展示了恒星的質(zhì)量與它的壽命的關(guān)系。恒星壽命指恒星在耗盡燃料之前能存在的時間。2.一顆質(zhì)量是太陽0.8倍的恒星能存在多久?一顆質(zhì)量是太陽1.7倍的恒星又能存在多久?3.描述恒星的質(zhì)量與它的壽命的一般關(guān)系。
恒星是不會永久存在的。一顆恒星壽命的長短取決于它的質(zhì)量大小:質(zhì)量越大,壽命越短;質(zhì)量越小,壽命越長。科學(xué)家描繪出了太陽未來的演變過程:大約50億年后，太陽中心缺少足夠的氫時，太陽的球核將開始收縮，太陽外層的氫繼續(xù)變成氦，星體急劇擴(kuò)大，變成紅色，形成紅巨星。當(dāng)太陽膨脹到接近火星軌道時，將吞噬水星、金星、地球，預(yù)計太陽在紅巨星階段持續(xù)大約10億年時間，亮度升高到今天的近1萬倍。紅巨星不斷地把外層物質(zhì)拋向太空，在星體周圍形成行星狀星云，它的核聚變過程中形成的一些物質(zhì)將進(jìn)入星際介質(zhì)參與再循環(huán)，而球核進(jìn)一步收縮，形成體積極小、密度很大的白矮星。最后，太陽將慢慢“熄滅”，形成一顆看不見的黑矮星，變成星云的一部分，留在宇宙中，進(jìn)入新的循環(huán)。
了解了太陽一生的演化后，你對宇宙有了什么新認(rèn)識?
與太陽一樣，當(dāng)恒星內(nèi)核的氫燃燒殆盡，就會快速演化并消亡。這是恒星最后的歸宿。如果恒星的質(zhì)量是1~8倍太陽質(zhì)量，它會演變成紅巨星，最終演變成白矮星，即體積很小、質(zhì)量不太小的恒星;如果恒星的質(zhì)量是太陽質(zhì)量的10~20倍，它的體積會急劇變大，形成紅超巨星，隨后爆發(fā)成超新星(supernva)，最終演變成體積極小、密度極大的中子星。1054年，我國發(fā)現(xiàn)并記錄的超新星爆發(fā)，史稱“客星”。蟹狀星云即在這次爆發(fā)后誕生，這是天文學(xué)中第一個被認(rèn)證具有清晰歷史觀測記錄的超新星遺跡。
當(dāng)恒星的質(zhì)量更大時，其內(nèi)部將產(chǎn)生巨大壓力，物質(zhì)被“壓”成了更為神奇的天體一黑洞(black hle)。黑洞的密度非常大，強大的引力使任何物質(zhì)，甚至光都無法逃脫它的吸引。因此，遠(yuǎn)處的觀測者無法看到來自黑洞的光。雖然人們看不見黑洞，但科學(xué)家能確定它的存在。
大質(zhì)量恒星的消亡過程和太陽有什么不同?
幾十年來、科學(xué)家一直在尋找黑洞。2016年，科學(xué)家宣布探測到黑洞的存在。2019年，我國天文學(xué)家依托自主研制的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施郭守敬望遠(yuǎn)鏡(LAMOST)，發(fā)現(xiàn)了一個迄今為止質(zhì)量最大的恒星級黑洞。2022年5月，天文學(xué)家向人們展示了位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞的首張照片。銀河系中心黑洞距離地球約2.7x10°光年之遙。恒星在生命的最后時刻，都會不斷地向四周拋出物質(zhì)。這些物質(zhì)自由地在太空中擴(kuò)散，最后將漸漸孕育出新一輪的恒星星云。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆名為開普勒62E的宜居行星。如圖所示為該行星與其繞轉(zhuǎn)的恒星所組成的天體系統(tǒng)，該天體系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)層次上相當(dāng)于下列四個中的哪一個（）A．地月系B．太陽系C．銀河系D．河外星系
【答案】B【解析】讀圖可知，圖示是行星圍繞恒星公轉(zhuǎn)，組成恒星系統(tǒng)，類似于太陽系，故B正確，ACD錯誤。故答案為：B。
下列有關(guān)宇宙的說法正確的是（　?。〢．太陽是離地球最近的行星B．太陽黑子是太陽表面溫度較高的氣體斑塊C．每個月都會發(fā)生月食D．從俯視圖看，銀河系像個大漩渦
【答案】D【解析】A. 太陽是離地球最近的恒星，A錯誤；B. 太陽黑子是太陽表面溫度較低的氣體斑塊，B錯誤；C. 不是每個月都會發(fā)生月食，C錯誤；D.從俯視圖看，銀河系像個大漩渦，D正確；故答案為：D

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