初中科學(xué)浙教版（2024）七年級(jí)上冊(cè)（2024）第3章 廣袤浩瀚的宇宙第3節(jié) 人類對(duì)宇宙的探索優(yōu)質(zhì)教學(xué)ppt課件

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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?！疤鞂m課堂”對(duì)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(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)？
地球曾被視為宇宙的中心。科學(xué)研究表明，地球位于太陽(yáng)系內(nèi)，是一個(gè)普通的行星，并沒(méi)有明顯的獨(dú)特性。太陽(yáng)系是宇宙中的一個(gè)普通的位置，并不是獨(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?
我國(guó)古代對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)
起源與發(fā)展早期希臘哲學(xué)家堅(jiān)信宇宙是完美的，地球位于其中心。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。
影響與意義"地心說(shuō)"可以解釋5顆行星的觀測(cè)軌跡，以及太陽(yáng)、月球的運(yùn)動(dòng)路徑。盡管托勒密的模型并不正確，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。
核心理念地球是宇宙中心，且靜止不動(dòng)太陽(yáng)、月球、行星和恒星都圍繞地球在各自的圓形軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)
提出背景科學(xué)家們經(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
提出過(guò)程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。
主要內(nèi)容認(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)。
影響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做圓周運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，未能正確解釋行星的運(yùn)動(dòng)方式與成因。“日心說(shuō)”吸引人的是它簡(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)”。
科學(xué)思維用現(xiàn)代科學(xué)方法探索自然的思想，須用實(shí)際觀測(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)不合格的思想會(huì)被拋棄。采用這種方式，科學(xué)家慢慢形成了理解宇宙的更好知識(shí)體系。哥白尼基于多年觀測(cè)，開(kāi)啟了科學(xué)革命，推翻了“地心說(shuō)”。
科學(xué)家在對(duì)宇宙各方面建模時(shí)遵循簡(jiǎn)單、對(duì)稱和美觀的原則
“日心說(shuō)”的推廣與發(fā)展
伽利略對(duì)“日心說(shuō)”學(xué)說(shuō)的推廣在絕大多數(shù)人仍相信“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)”。科學(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。
學(xué)說(shuō)的證據(jù) 1609年，伽利略用自制望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天空，為“日心說(shuō)”提供了有力支持，并證明了地球并非宇宙中心。這些發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了科學(xué)革命的進(jìn)程。伽利略還提出了新的觀測(cè)證據(jù)：a.太陽(yáng)上有黑子，說(shuō)明太陽(yáng)并不完美；b.圍著木星的有4顆衛(wèi)星，說(shuō)明并非所有天體都在繞地球運(yùn)行。c.金星的位相變化也說(shuō)明金星并不是圍繞地球公轉(zhuǎn)的。
“日心說(shuō)”中有關(guān)宇宙以太陽(yáng)為中心的提法也有不正確之處，請(qǐng)用相關(guān)知識(shí)解釋。
太陽(yáng)不是處于宇宙的中心。太陽(yáng)位于太陽(yáng)系中,太陽(yáng)系屬于銀河系,太陽(yáng)系也不在銀河系的中心。銀河系也是眾多星系中的一個(gè)，并非宇宙中心。
1.牧夫座星系離地球有多遠(yuǎn)？它的退行速度有多大？
牧夫座星系離地球約25億光年遠(yuǎn)。
它的退行速度約為39000 km/s。
2.哪個(gè)星系的退行速度最大？哪個(gè)星系離地球最近？
退行速度最大的是長(zhǎng)蛇座星系，約60000 km/s。
離地球最近的是室女座星系，距離約0.1億光年。
3.得出結(jié)論，星系距離地球的遠(yuǎn)近與其退行速度有什么關(guān)系？
從圖中可以看出，星系距離地球越遠(yuǎn)，其退行速度越大。
這表明星系距離地球的遠(yuǎn)近與其退行速度呈正相關(guān)關(guān)系。
4.預(yù)測(cè)距離地球50億光年 的星系的退行速度。
要預(yù)測(cè)距離地球50億光年的星系退行速度，我們需要根據(jù)圖中的趨勢(shì)進(jìn)行推斷。圖中顯示的最遠(yuǎn)星系(長(zhǎng)蛇座星系)距離約4 × 10億光年，退行速度約60000 km/s。假設(shè)這種線性關(guān)系繼續(xù)保持，50億光年遠(yuǎn)的星系退行速度大約會(huì)是: (50 ÷4) × 60000 ≈ 750000 km/s
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。科學(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（誕生、演化和死亡）的科學(xué)。
星系的觀測(cè) 二十世紀(jì)一二十年代,天文學(xué)家用大型望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)了銀河系以外的星系,測(cè)出不同星系間的距離,判斷它們的運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)方向。
星系的運(yùn)動(dòng)｜運(yùn)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)和特點(diǎn)
時(shí)間和發(fā)現(xiàn)者 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。
定義 星系的退行速度與它們到地球的距離成正比。即星系到觀察者的距離越遠(yuǎn),星系退行速度越快。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)。
意義 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,即宇宙正在不斷地膨脹。
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？
不是的，幾乎所有的星系都在退行，并不意味著地球處于宇宙的中心?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，除了距離最近的星系之外，其他的星系都在遠(yuǎn)離地球而去。此外他們還發(fā)現(xiàn)，距離越遠(yuǎn)的星系，其退行的速度越快。但是，這些星系的退行運(yùn)動(dòng)并不是穿越于宇宙空間之中的，而是宇宙空間自身的整體膨脹。
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。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(guò)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?
氣球上貼上圓形小紙片后，持續(xù)向氣球充氣，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)氣球上圓形小紙片間的距離在不斷擴(kuò)大，如果這些圓形小紙片代表星系，那么原先靠得很近的“星系”之間的距離在不斷地增大。
實(shí)驗(yàn)表明，不管是哪個(gè)“星系”，其他“星系”都在不斷地離它而去。各張圓形小紙片(星系)彼此后退，膨脹沒(méi)有中心。
1915年，著名科學(xué)家愛(ài)因斯坦(A. Einstein)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。1922年，蘇聯(lián)科學(xué)家弗里德曼(A. Friedman)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)的當(dāng)哈勃定律公布后，人們驚喜地發(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！
現(xiàn)代宇宙學(xué)以愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論為理論基礎(chǔ)，以天文觀測(cè)為事實(shí)依據(jù)。
根據(jù)目前的宇宙大爆炸理論，宇宙確實(shí) 在不斷膨脹,這意味著在過(guò)去的某個(gè)時(shí)刻， 宇宙比現(xiàn)在小,星系之間的距離也更近。然而， 當(dāng)追溯到宇宙誕生的極早期，根據(jù)現(xiàn)有理 論，宇宙可能經(jīng)歷了一個(gè)被稱為“奇點(diǎn)”的 階段，在這個(gè)點(diǎn)上，傳統(tǒng)的物理學(xué)定律可 能不再適用。但目前對(duì)于“奇點(diǎn)”的本質(zhì) 和在那之前的情況，我們的理解還存在很多 的未知和不確定性。
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(guò)去的宇宙比現(xiàn)在小。那么，時(shí)間越往前，宇宙中的星系之間的距離是否必然越??？再往前倒退至某一時(shí)間，宇宙是否密集在一個(gè)點(diǎn)上？
愛(ài)因斯坦相對(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。
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)模型并不為當(dāng)時(shí)的人們所重視。當(dāng)哈勃定律公布后,人們驚喜地發(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!
理論概述提出者：1948年，伽莫夫等人提出了宇宙大爆炸理論。主要內(nèi)容：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。
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留的輻射，對(duì)應(yīng)的溫度約為5K。
理論證實(shí)測(cè)到來(lái)自空間各個(gè)方向的輻射，對(duì)應(yīng)溫度約為2.73 K，與理論預(yù)測(cè)溫度非常接近。
宇宙的起源多方面觀測(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演化提供了所有的能量。
理論證實(shí)下圖為宇宙演化年表，該圖突出了重要的物質(zhì)與能量演化事件。宇宙大爆炸理論是目前最準(zhǔn)確的描述宇宙從誕生到當(dāng)前狀態(tài)的模型。
宇宙大爆炸理論也有局限性，是“未完成的樂(lè)章”。
創(chuàng)立日心說(shuō)的天文學(xué)家是（　　）A．伽利略B．哈雷C．哥白尼D．布魯諾
我們利用氣球做了星系運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的模擬實(shí)驗(yàn)（如圖所示），下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的描述，錯(cuò)誤的是（　?。〢．在氣球表面畫上的這些小圓點(diǎn)，模擬的是宇宙中的星系B．給氣球充氣，使氣球不斷地脹大，模擬的是宇宙的膨脹C．氣球脹大過(guò)程中各圓點(diǎn)間的距離變化模擬星系的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)D．氣球脹大時(shí)，對(duì)甲圓點(diǎn)而言，乙圓點(diǎn)的遠(yuǎn)離速度比丙圓點(diǎn)更快
在人類對(duì)宇宙的探索過(guò)程，15世紀(jì)哥白尼提出的“日心說(shuō)”比托勒密的“地心說(shuō)”簡(jiǎn)潔、和諧。下列與“日心說(shuō)”相關(guān)的說(shuō)法正確的是（　　）A．哥白尼還發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律B．“日心說(shuō)”認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心C．“日心說(shuō)”是一個(gè)正確的科學(xué)理論D．“地心說(shuō)”什么天文現(xiàn)象都解釋不了
大爆炸理論認(rèn)為，宇宙起源于137億年前的一次大爆炸。除開(kāi)始瞬間外，在演化至今的大部分時(shí)間內(nèi)，宇宙都是膨脹的。若標(biāo)志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關(guān)系如圖所示，圖中AB為直線，BC為向上彎曲的曲線，則（　?。〢．AB和BC均說(shuō)明宇宙在勻速膨脹B．AB和BC均說(shuō)明宇宙在加速膨脹C．AB說(shuō)明宇宙在勻速膨脹，BC說(shuō)明宇宙在加速膨脹D．AB說(shuō)明宇宙在勻速膨脹，BC說(shuō)明宇宙在減速膨脹