3.3.1人类对宇宙的探索（地心说日心说-现代宇宙学说）-2024-2025学年浙教版七年级科学上册

第3章 广袤浩瀚的宇宙 第3节人类对宇宙的探索 1地心说日心说　现代宇宙学说 主讲老师： CONTENTS 1 从地心说到日心说 2 现代宇宙学说 学 习 目录 1 学 习 目 标 知道从地心说到日心说的发展历程，领悟科学家敢于质疑、追求真理的科学精神 01 认识到宇宙的神秘和广阔，感受人类对宇宙探索的不懈努力和伟大成就 03 02 认识宇宙的起源、膨胀和演化，理解宇宙大爆炸理论的主要观点，发展科学思维 1 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。“天宫课堂”对于培养青少年科学精神、激发青少年探索浩瀚宇宙的兴趣具有独特优势。 课堂导入|天宫课堂 1 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。 课堂导入|天宫课堂 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？ 1 PART 01 从地心说到日心说 1 01 从地心说到日心说 1、中国古代 （1）盖天说（战国时期） 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。 这标志着中国古代天文学的重要进步，为后续的天文观测和历法制定奠定了基础。 （2）秦汉时期 观点：天圆如张盖，地方如棋盘 局限性：虽然已经摆脱神话的影响， 但远没有揭示宇宙的本质 01 从地心说到日心说 2、希腊 （1）早期的希腊 （2）地心说（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。 托勒密 早期的希腊人相信，宇宙是完美的，地球是宇宙的中心 01 从地心说到日心说 观点 地球是宇宙中心，且静止不动 太阳、月球、行星和其他所有天体都围绕着地球在各自的圆形轨道上运转 突破性： 可以解释5颗行星的观测路径，以及太阳、月球的运动路径 局限性： 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 地 心 说 01 从地心说到日心说 （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。 01 从地心说到日心说 日 心 说 太阳是宇宙的中心，地球和行星都围绕太阳做圆周运动 观点： 突破性： 挑战了当时占主导地位的“地心说” 局限性： 保留了希腊人的行星做圆周运动的观点，也未能正确解释行星的运动方式与成因 传播日心说的布鲁诺被教会处以火刑 01 从地心说到日心说 在绝大多数人仍相信“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。 证 据 ①太阳上有黑子 ②围绕着木星的有4颗卫星 并非所有天体都在绕地球运行 太阳并不完美 ③木星有卫星运转 为哥白尼学说提供了强有力的证据 ④金星的位相变化 金星并不是围绕地球公转的 伽利略记录的木星卫星 日心说代表人物 托勒密 发现行星运行规律 哥白尼 奠定了日心说的几轮基础 伽利略 推动了日心说的发展，后被罗马宗教处终身监禁 01 从地心说到日心说 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。 “现代科学之父”伽利略 （1564年—1642年） 1633年伽利略在罗马接受审判 01 从地心说到日心说 哥白尼“日心说”的建立，使人们的认识从“地球中心”走向“太阳中心”。今天，我们知道，除了太阳，太阳系中还包括行星及其卫星，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。 01 从地心说到日心说 “日心说”中有关宇宙以太阳为中心的提法也有不正确之处，请用相关知识解释。 太阳是太阳系的中心天体，但太阳系只是银河系中众多恒星系中的一个，它位于银河系的一条旋臂（猎户臂）上，距离银河系中心约 2.6万光年。所以，仅从银河系的尺度来看，太阳并非宇宙的中心。 思考与讨论 PART 02 现代宇宙学说 1 02 现代宇宙学说 宇宙从哪里来？宇宙将向何处去？宇宙有多大？宇宙有中心吗？宇宙中还有适合人类生存的家园吗？这些问题不断激励着人们去探索。 1、宇宙学 研究宇宙的性质、结构和演化（诞生、演化和死亡）的科学。 2、宇宙 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。 1.读图，牧夫座星系离地球有多远？它的退行速度有多大？ 约25亿光年；速度约40000km/s 探索活动 2.读图，哪个星系的退行速度最大？哪个星系离地球最近？ 长蛇座退行速度最大；室女座最近 02 现代宇宙学说 3.得出结论，星系距离地球的远近与其退行速度有什么关系？ 星系距离地球越远，退行速度越大。 探索活动 4.预测距离地球50亿光年的星系的退行速度。 (50 ÷4) × 60000 ≈ 750000 km/s 02 现代宇宙学说 研究过程：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。 星系运动特点：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。 爱德文·哈勃 （1889—1953年） 02 现代宇宙学说 3、哈勃定律 （1）内容： 星系的退行速度与它们到地球的距离成正比。 （2）公式： （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） （3）突破性意义 哈勃定律反映了宇宙的整体性，展示了一幅宇宙整体退行图景，即宇宙正在不断地膨胀。 星系间的距离在不断扩大的示意图 02 现代宇宙学说 几乎所有的星系都在退行，是否意味着地球处于宇宙的中心？ 不是，几乎所有星系都在退行，并不意味着地球处于宇宙的中心。 科学家们发现，除了距离最近的星系之外，其他的星系都在远离地球而去。此外他们还发现，距离越远的星系，其退行的速度越快。 但是，这些星系的退行运动并不是穿越于宇宙空间之中的，而是宇宙空间自身的整体膨胀。 思考与讨论 02 现代宇宙学说 我们可以建立星系运动模型，了解星系运动的特点。 探索活动 气球上贴上圆形小纸片后，持续向气球充气，我们会发现气球上圆形小纸片间的距离在不断扩大，如果这些圆形小纸片代表星系，那么原先靠得很近的“星系”之间的距离在不断地增大。 02 现代宇宙学说 1915年，著名科学家爱因斯坦(A. Einstein)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。1922年，苏联科学家弗里德曼(A. Friedman)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当哈勃定律公布后，人们惊喜地发现，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！ 现代宇宙学以爱因斯坦的广义相对论为理论基础，以天文观测为事实依据。 02 现代宇宙学说 我们是否可以做出这样的推断：宇宙在不断膨胀，这意味着过去的 宇宙比现在小。那么，时间越往前，宇宙中的星系之间的距离是否必然越小？再往前倒退至某一时间，宇宙是否密集在一个点上？ 时间倒退 思考与讨论 02 现代宇宙学说 思考与讨论 根据目前的宇宙大爆炸理论，宇宙确实在不断膨胀，这意味着在过去的某个时刻， 宇宙比现在小,星系之间的距离也更近。然而， 当追溯到宇宙诞生的极早期，根据现有理论，宇宙可能经历了一个被称为“奇点”的 阶段，在这个点上，传统的物理学定律可能不再适用。 但目前对于“奇点”的本质和在那之前的情况，我们的理解还存在很多的未知和不确定性。 02 现代宇宙学说 02 现代宇宙学说 奠基者：1948年，伽莫夫等人建立的元素生成理论，为宇宙起源的大爆炸理论奠定了基础。 伽莫夫 （1904-1968年） 元素生成理论 02 现代宇宙学说 提出者：1948年，伽莫夫等人提出了宇宙大爆炸理论。 主要内容：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。 4、宇宙大爆炸理论 02 现代宇宙学说 （2）证据 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）。 宇宙大爆炸理论 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。 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。 02 现代宇宙学说 不足：虽然宇宙大爆炸理论已经取得很大的成功，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，有待人们去探索和证实。 宇宙大爆炸理论也有局限性，是“未完成的乐章”。 宇宙全景 02 现代宇宙学说 宇宙起源：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能量。 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。 宇宙演化年表 01 行星及其卫星 科学阅读 阿尔伯特·爱因斯坦（1879-1955）建立广义相对论后，意识到要将整个宇宙作为对象来研究，并将广义相对论作为研究宇宙的理论。宇宙论在落寞了几百年后，又开始恢复了生机。爱因斯坦坚信整个宇宙是一个和谐的整体。 于是，爱因斯坦提出了有限无边、静态的宇宙模型。他认为，宇宙整体上应该是静态的。为此，他在方程中加了一个宇宙常数，以维持宇宙的静态。当宇宙膨胀的预言被证实后，爱因斯坦为这一发现而欢呼，并承认自己在宇宙模型中人为地引入宇宙常数，是他人生中犯下的一个大错误。 练习 吧 牛刀小试 1 【解析】“地心说”认为太阳及其他天体围绕地球运动，“日心说”认为地球和行星是绕太阳做圆周运动的，所以选项A错误。“地心说”宇宙体系在科学发展观上的作用是打破了天圆地方的宇宙观，建立了宇宙空间的观念，所以选项B错误。“日心说”在今天看来，也不是正确的，因为太阳并不是宇宙的中心，所以选项D错误。 【典型例题1】 下列关于“地心说”和“日心说”的说法，正确的是( ) A.“地心说”认为地球绕太阳转，“日心说”认为太阳绕地球转 B.“地心说”宇宙体系在科学发展史上的作用是发展“日心说”宇宙体系 C.“日心说”阐明了天体运行规律，为后人认识太阳系，进而认识地 球的起源奠定了基础 D.“日心说”从现代天文学的角度看是正确的 C 【典型例题2】 下列有关大爆炸宇宙论的说法正确的是( ) A.因为宇宙在不断膨胀的事实为大爆炸宇宙论提供了有力证据，所以大爆炸宇宙论已经说明了宇宙起源的事实 B.大爆炸宇宙论是科学家通过科学观察发现的一些自然现象所建立的假说 C.大爆炸宇宙论是科学家通过科学观察和研究得出的一个科学结论 D.大爆炸宇宙论和牛顿第一定律一样是科学定律 B 【解析】 大爆炸宇宙论是目前被人们广为接受的一种宇宙起源学说，并不是科学结论，更不是科学定律。随着科技的进步，人们对宇宙的认识还将不断深入。 【解析】 图像中的纵坐标宇宙半径R可以看作是星球发生的位移x，因而其切线的斜率就是宇宙半径增加的快慢程度，由题意，宇宙加速膨胀，其半径增加的速度越来越大。故选C 【典型例题3】 大爆炸理论认为，宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙都是膨胀的。若标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系如图所示，图中AB为直线，BC为向上弯曲的曲线，则（　　 ） A．AB和BC均说明宇宙在匀速膨胀 B．AB和BC均说明宇宙在加速膨胀 C．AB说明宇宙在匀速膨胀，BC说明宇宙在加速膨胀 D．AB说明宇宙在匀速膨胀，BC说明宇宙在减速膨胀 C 敲 重点 本课小结 1 本课小结 本课小结 第3章 广袤浩瀚的宇宙 第3节人类对宇宙的探索 1地心说日心说　现代宇宙学说 主讲老师： $$