初中科學(xué)第3節(jié) 人類對(duì)宇宙的探索授課ppt課件

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科學(xué)觀念：了解地心說(shuō)及其主要觀點(diǎn)；了解日心說(shuō)及其主要觀點(diǎn)； 了解觀測(cè)對(duì)認(rèn)識(shí)宇宙的重要；了解大爆炸宇宙學(xué)說(shuō)；科學(xué)思維：了解宇宙是有起源的、膨脹的、演化的；了解人類對(duì) 宇宙的認(rèn)識(shí)是一個(gè)不斷發(fā)展的漫長(zhǎng)歷程；根據(jù)逆向思維，了解 宇宙大爆炸理論；探究實(shí)踐：通過(guò)閱讀、分析等活動(dòng)，學(xué)生提高收集信息和處理信 息的能力，提高表達(dá)、交流和合作的能力； 態(tài)度責(zé)任：學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象保持較強(qiáng)的好奇心和求知欲,激發(fā)勇于 探索宇宙的興趣,尊重科學(xué)原理不斷提高對(duì)科學(xué)的興趣，關(guān)心 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，反對(duì)迷信，培養(yǎng)正確的宇宙觀。
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。 “天宮課堂”對(duì)于培養(yǎng)青少年科學(xué)精種、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)？
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，是字宙的中心。 科學(xué)研究表明：地球位于太陽(yáng)系內(nèi)，天陽(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，從古到冷，人們的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了根本性的變革。1、我國(guó)古代的宇宙觀： 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(pán)。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)。 到秦漢時(shí)期，人們初步認(rèn)識(shí)了太陽(yáng)、月球和顆行星的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律,并能推算天象的發(fā)生。
2、“地心說(shuō)”的主要觀點(diǎn)： 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。 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)。 “地心說(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。所以在隨后的1000多年里，普遍為人們所接受。
3、人們對(duì)“地心說(shuō)”的質(zhì)疑： 盡管托勒密的地心說(shuō)模型并不正確，便它能夠解釋很多人們觀察到的天文現(xiàn)象，所以也給發(fā)現(xiàn)“地心說(shuō)”不足的人們?cè)斐闪穗y題。 （1）科學(xué)家們的觀測(cè)： 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。 （2）哥白尼的發(fā)現(xiàn)： 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。
（3）哥白尼提出“日心說(shuō)”： 哥白尼認(rèn)為，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。 該模型認(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)。 哥白尼在著作《天球運(yùn)行論》中闡述了“日心說(shuō)”的理論基礎(chǔ)。
注：科學(xué)家在對(duì)宇宙各方面建模時(shí)仍遵循簡(jiǎn)單、對(duì)稱和美觀的原則。
（4） “日心說(shuō)”的證據(jù)： 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)，也未能正確解釋行星的運(yùn)動(dòng)方式與成因。 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，只有檢驗(yàn)合格的思想才能逐漸被人們接受。 “日心說(shuō)”挑戰(zhàn)了當(dāng)時(shí)占主導(dǎo)地位的“地心說(shuō)”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)”。
（5） 伽利略的觀測(cè)為“日心說(shuō)”提供有力證據(jù)： 1609年，科學(xué)家伽利略用自制的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天空，他收集的證據(jù)，逐漸讓入們相信“日心說(shuō)”是正確的。 伽利略的發(fā)現(xiàn)： 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金星的位相變化也說(shuō)明金星并不是圍繞地球公轉(zhuǎn)的。
（6） “日心說(shuō)”的意義所在： ①日心說(shuō)"吸引人的地方是它簡(jiǎn)單，人們可以更好地理解它。 ②哥白尼采用科學(xué)方法，基于多年觀測(cè)，開(kāi)啟了科學(xué)革命，推翻了“地心說(shuō)”； ③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)系中的所有天體都圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。
伽 利 略 伽利略·伽利雷（Galile?Galilei，1564年2月15日－1642年1月8日），意大利物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家及哲學(xué)家，科學(xué)革命中的重要人物。其成就包括改進(jìn)望遠(yuǎn)鏡和其所帶來(lái)的天文觀測(cè)，以及支持哥白尼的日心說(shuō)。伽利略做實(shí)驗(yàn)證明，感受到引力的物體并不是呈勻速運(yùn)動(dòng)，而是呈加速度運(yùn)動(dòng)；物體只要不受到外力的作用，就會(huì)保持其原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。他的工作，為牛頓的理論體系的建立奠定了基礎(chǔ)。 1609年8月21日，伽利略展示了人類歷史上第一架按照科學(xué)原理制造出來(lái)的望遠(yuǎn)鏡。由于伽利略的觀測(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)”，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1642年病逝。 伽利略被譽(yù)為“現(xiàn)代觀測(cè)天文學(xué)之父”?、“現(xiàn)代物理學(xué)之父”?、“科學(xué)之父”?及“現(xiàn)代科學(xué)之父”。
“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。
日心說(shuō)確實(shí)不完全正確,但它與原來(lái)的地心說(shuō)相比已經(jīng)是一個(gè)很大的進(jìn)步了；日心說(shuō)的正確在于認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)系行星是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的,是太陽(yáng)系的中心；但它的錯(cuò)誤在于： 1）認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心.我們現(xiàn)在都知道太陽(yáng)只是太陽(yáng)系的中心,并不是宇宙的中心,它連銀河系的中心都不是； 2）認(rèn)為行星圍繞太陽(yáng)作勻速圓周運(yùn)動(dòng).而事實(shí)上行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道不是正圓而是橢圓,運(yùn)行速率也會(huì)受到它與太陽(yáng)之間的距離影響。
二、現(xiàn)代宇宙學(xué)說(shuō)：1、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)。2、宇宙存在不同的天體系統(tǒng)層次： 我們看到的宇宙是由各種不同的天體系統(tǒng)組成的。科學(xué)有借助現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡，揭開(kāi)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(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。 閱讀圖3.3-4，回答下列問(wèn)題：1）牧夫座星系離地球有多遠(yuǎn)？它的退行速度有多大？2）哪個(gè)星系的退行速度最大？哪個(gè)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？
約25億光年 速度約40000km/s
速度最大長(zhǎng)蛇座 最近室女
分析圖示數(shù)據(jù)可知，離地球距離為每10億光年是地，退行速度約16000km/s，所以距地球50億光年時(shí)，星系的退行速度約為90000km/s。
3、哈勃對(duì)星系運(yùn)動(dòng)模型的研究： 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，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(kāi)我們的速度越大。 這表明，我們所處的宇宙正在膨脹。 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=dH 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)。 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？
河外星系都在遠(yuǎn)離我們而去，并不意味著我們處于“宇宙的中心”。造成無(wú)數(shù)星系四散離去的原因，是宇宙正處在一種整體膨脹之中。這種膨脹使得所有的星系并非只是遠(yuǎn)離我們而去，而是相互之間都在彼此分離。你到任何一個(gè)星系上去，都會(huì)看到同樣的情景。
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)。 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)； 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?
小圓紙片間都在相互遠(yuǎn)離，說(shuō)明圓紙片之間的距離在增大，且這種增大是沒(méi)有中心的。 若圓形小紙片代表星系，則說(shuō)明宇宙在沒(méi)有中心的膨脹。
4、現(xiàn)代宇宙學(xué)說(shuō)的發(fā)展： 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)。 （1）愛(ài)因斯坦的靜態(tài)宇宙模型： 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。 （2）弗里德曼的動(dòng)態(tài)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。
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？
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必然越小；再往前倒退至某一時(shí)間，宇宙肯定是密集在一個(gè)點(diǎn)上。
（3）伽莫夫的宇宙大爆炸理論： 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。 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。
（4）宇宙大爆炸理論被廣泛認(rèn)同： 宇宙膨脹得到了觀測(cè)事實(shí)的有力支持，宇宙天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)。 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。 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。
（5）人類對(duì)宇宙的探索將持續(xù)下去： 雖然宇宙大爆炸理論已經(jīng)取得很大的成功，但是隨著研究的不斷深入，仍然遇到了不少的疑難問(wèn)題。像一切科學(xué)理論一樣，宇宙大爆炸理論沒(méi)有也不會(huì)窮盡一切真理，它也有局限性，是“未完成的樂(lè)意”。 宇宙讓我們的思考廣闊而深邃。 宇宙有沒(méi)有邊界？宇宙會(huì)終結(jié)嗎？…… 這些問(wèn)題，有待于人們?nèi)ヌ剿骱妥C實(shí)。
愛(ài) 因 斯 坦 阿爾伯特·愛(ài)因斯坦(Albert Einstein，1879-1955)建立廣義相對(duì)論后，意識(shí)到要將整個(gè)宇宙作為對(duì)象來(lái)研究，并將廣義相對(duì)論作為研究宇宙的理論。宇宙論在落寞了幾百年后，又開(kāi)始恢復(fù)了生機(jī)。愛(ài)因斯坦堅(jiān)信整個(gè)宇宙是一個(gè)和諧的整體。于是，愛(ài)因斯坦提出了有限無(wú)邊、靜態(tài)的宇宙模型。他認(rèn)為，宇宙整體上應(yīng)該是靜態(tài)的。為此，他在方程中加了一個(gè)字宙常數(shù)，以維持宇宙的靜態(tài)。當(dāng)宇宙膨脹的預(yù)言被證實(shí)后，愛(ài)因斯坦為這一發(fā)現(xiàn)而歡呼，并承認(rèn)自己在宇宙模型中人為地引入字宙常數(shù),是他人生中犯下的一個(gè)大錯(cuò)誤。
1、關(guān)于大爆炸論的下列說(shuō)法中，不正確的是（　　） A．微波背景輻射是熱大爆炸的有力證據(jù) B．爆炸引起的宇宙膨脹至今還在繼續(xù) C．宇宙各星系間的相對(duì)位置不會(huì)再發(fā)生改變 D．宇宙有可能永遠(yuǎn)膨脹下去
2、下列是宇宙大爆炸理論觀點(diǎn)的是（　?。? A．大爆炸引起宇宙的膨脹，現(xiàn)在正在加速膨脹 B．大爆炸引起宇宙的膨脹，現(xiàn)在膨脹已開(kāi)始變慢 C．大爆炸發(fā)生于很久的過(guò)去，現(xiàn)在宇宙已處于穩(wěn)定狀態(tài) D．大爆炸引起宇宙的膨脹，現(xiàn)在膨脹已結(jié)束且開(kāi)始收縮
3、宇宙熱大爆炸后（　?。? A．密度增大，溫度升高 B．密度減小，溫度升高 C．密度增大，溫度降低 D．密度減小，溫度降低
4、下列有關(guān)大爆炸宇宙論的說(shuō)法正確的是（　?。? A．大爆炸宇宙論是科學(xué)家通過(guò)科學(xué)觀察和研究得出的科學(xué)結(jié)論 B．大爆炸宇宙論是科學(xué)家通過(guò)科學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)的一些自然現(xiàn)象所建立的假說(shuō) C．因?yàn)橛钪嬖诓粩嗯蛎浀氖聦?shí)為大爆炸宇宙論提供了有力證據(jù)，所以大爆炸宇宙論已經(jīng)說(shuō)明了宇宙起源的事實(shí) D．大爆炸宇宙論和牛頓第一定律一樣是科學(xué)定律
5、2016年2月12日，美國(guó)科學(xué)家宣布探測(cè)到來(lái)自遙遠(yuǎn)天體的引力波信號(hào)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家探索宇宙的誕生和發(fā)展。下列正確的是（　?。? A．宇宙是有起源的、膨脹的、演化的 B．太陽(yáng)是宇宙的中心 C．宇宙中星系間的距離是恒定不變的 D．地球是宇宙的中心
1、地心說(shuō)：創(chuàng)立者托勒密，主要觀點(diǎn)：地球是靜止的，是宇宙的中心，其他天體都圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)；2、“日心說(shuō)”創(chuàng)立者哥白尼，主要觀點(diǎn)：太陽(yáng)是宇宙的中心，地球及其他星體都圍繞太陽(yáng)作圓周運(yùn)動(dòng)；由伽利略的天文觀測(cè)作為有力證據(jù)；3、現(xiàn)代宇宙學(xué)的發(fā)展： ①哈勃發(fā)現(xiàn)：銀河系外的星系都在遠(yuǎn)離我們而去，距離越遠(yuǎn)，離開(kāi)我們的速度越大。宇宙正在膨脹。哈勃定律：星系的退行速度與它們到地球的距離成正比，v=Hd；反映了宇宙的整體性與無(wú)中心膨脹性； ②愛(ài)因斯坦的靜態(tài)宇宙模型 ③弗里德曼的收縮或膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙模型 ④伽莫夫的大爆炸宇宙模型：宇宙起源于137億年前的一次大爆炸，宇宙便由溫度極高密度極大的一點(diǎn)開(kāi)始膨脹至今。宇宙大爆炸為后來(lái)的星系、恒星、行星等天體的形成和演化提供了所有的能量。
3.3 人類對(duì)宇宙的探索（1） ……宇宙學(xué)說(shuō)一、從“地心說(shuō)”到“日心說(shuō)” 地心說(shuō)：托勒密 靜止的地球是宇宙的中心 日心說(shuō)：哥白尼 太陽(yáng)是宇宙的中心，地球及其他星體都圍繞太陽(yáng)作圓周運(yùn)動(dòng)； 二、現(xiàn)代宇宙學(xué)的發(fā)展： ①哈勃定律：星系的退行速度與它們到地球的距離成正比，反映了宇宙的整體性與無(wú)中心膨脹性； ②愛(ài)因斯坦：靜態(tài)宇宙模型 ③弗里德曼：收縮或膨脹的動(dòng)態(tài)宇宙模型 ④伽莫夫的大爆炸宇宙模型：宇宙起源于137億年前的大爆炸，由溫度極高密度極大開(kāi)始膨脹
1、復(fù)習(xí)本課時(shí)主要內(nèi)容；2、完成作業(yè)本中相應(yīng)練習(xí)；3、完成學(xué)案中“課后鞏固”；4、預(yù)習(xí)“銀河系與河外星系”的相關(guān)內(nèi)容。