3.3人类对宇宙的探索（第1课时）课件-2024-2025学年浙教版七年级上册科学

第三章 广袤浩瀚的宇宙 浙教版七年级上册 第3节 人类对宇宙的探索 ——第1课时 教学目标 科学观念：知道从“地心说”到“日心说”的发展，领悟科学家追求真理的精神；知道宇宙是有起源的、膨胀的、演化的；理解宇宙大爆炸理论的主要观点；了解银河系的大小和结构，知道银河系是宇宙中的一个普通星系。 科学思维：知道恒星的不同发展阶段：红巨星、超新星、白矮星、中子星或黑洞；了解太阳及恒星的演化过程。 新知导入 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。“天空课堂”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？ 新知讲解 一、从地心说到日心说 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。科学研究表明，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，并没有明显的独特地位。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？ 新知讲解 1、我国古代对于宇宙的认识 （1）“盖天说” 我国战国时期的盖天说认为，天圆如张盖，地方如棋盘。 盖天说这种宇宙观，虽然已经摆脱神话的影响，但远没有揭示宇宙的本质。 （2）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。 新知讲解 2、“地心说” 早期的希腊人相信，宇宙是完美的，地球是宇宙的中心。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。 新知讲解 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。 新知讲解 尽管托勒密的地心说模型并不正确，但它能解释很多人们观察到的天文现象，在随后的1000多年里，普遍为人们所接受，并给发现“地心说”不足的人们造成了难题。 之后，科学家经过仔细观测，发现行星运行规律与托勒密的宇宙体系并不吻合。 新知讲解 3、“日心说” 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。在得出地球是一颗行星后，哥白尼为太阳系建立了一个“日心说”模型。 新知讲解 哥白尼在临终前，出版了著作《天球运行论》，阐述了“日心说”的理论基础。 “日心说”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。 新知讲解 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。但哥白尼保留了希腊人的行星作圆周运动的观点，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”。 新知讲解 在绝大多数人相信“地心说”的时代，人们需要更多的证据才能接受“日心说”。科学家伽利略所收集的证据，逐渐让人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。 新知讲解 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木星有卫星运转的事实为哥白尼学说提供了强有力的证据; ④金星的位相变化，也说明金星并不是围绕地球公转的。 新知讲解 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，直到他在1642年病逝。 新知讲解 哥白尼“日心说”的建立，使我们的认识从“地球中心”走向“太阳中心”。今天，我们知道太阳系包括太阳、行星及其卫星，以及各种更小的天体，这些大大小小的天体都围绕太阳公转。 新知讲解 二、现代宇宙学说 1、宇宙的组成 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（起源、演化和死亡）的科学。 新知讲解 2、星系的运动 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。 运动特点：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。 新知讲解 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。哈勃定律可以用公式表示为： 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。 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，即宇宙在不断地膨胀。 新知讲解 3、星系运动模型的建立 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。 实验步骤 （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。 新知讲解 （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）。 （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？ 新知讲解 实验结果： 在气球胀大过程中，对气球表面上任何一个圆形小纸片而言，其他其他的圆形小纸片都在不断地离它而去，离得越远，远离速度越快。各个圆形小纸片（星系）彼此后退，膨胀没有中心。 实验结论： 星系在膨胀的宇宙中就好比气球表面的圆形小纸片，在宇宙膨胀的过程中，星系之间都在不断地远离，而且相距越远的星系远离速度越快。 新知讲解 3、爱因斯坦的相对论对宇宙研究的贡献 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。 新知讲解 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。当哈勃定律公布后，人们惊奇地发现，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。 新知讲解 4、宇宙大爆炸理论 1948年，伽莫夫等人提出了宇宙大爆炸理论。他们认为，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。 新知讲解 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） 宇宙到爆炸理论 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。 新知讲解 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。 新知讲解 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。 宇宙演化年表 该图突出了重要的物质与能量演化事件。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。 新知讲解 虽然宇宙大爆炸理论已经取得了很大的成功，但是随着研究的不断深入，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。 $$