12.3 探索宇宙（教学课件）-【上好课】八年级物理全一册同步高效课堂（沪科版2024）

第十二章  小粒子与大宇宙 第三节 探索宇宙 八年级 全一册 义务教育物理课程标准实验教科书编写组  编著 上海科学技术出版社 俯下身来，走进微观世界；仰望天空，探索浩瀚宇宙。 世界万物是由什么组成的？ 宇宙是无垠的吗？ 说明 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约150MB. 本ppt共有60张、4段视频，可根据需要选择点播. 视频资源 ①视频讲解——《哥白尼和他的日心说》 ②视频欣赏——《中国航天全记录》 ③视频讲解——《你知道银河系有多大吗》 ④课堂总结——《星际旅行》 免责追责 视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 ppt版权归本工作室，若遇侵权问题，将追责。 致老师、同学 第三节 探索宇宙 导入新课 晴朗的夜晚，我们仰望天空会看到漫天繁星，璀璨而绚丽。这些星星是什么样的天体？宇宙有多大？ 带着这些问题，我们一起进入神秘的宇宙吧！ 第三节 探索宇宙 星空 学习目标 1. 了解人类探索太阳系及宇宙的大致历程，关注人类探索宇宙的一些重大活动； 2. 知道人类对宇宙的探索将不断深入。 第三节 探索宇宙 目录导航 探索太空 作业解析 课堂总结 提升训练 人类探索 永无止境 第三节 探索宇宙 探索太空 一 6 一、探索太空 宇宙奥秘自古就是人类困惑并不断探索的焦点。 古希腊人认为地球是宇宙的中心，其他星体绕地球运转。公元140 年前后，托勒密在前人观测和理论研究的基础上，发展了“地心说”。 1. 托勒密的“地心说” “地心说”：认为地球居于中心，太阳和其他行星围绕地球转动。 克罗狄斯·托勒密（Claudius Ptolemaeus，约90年—168年），是希腊数学家，天文学家，地理学家和占星家。 一、探索太空 在很长的历史时期，人们都利用“地心说”宇宙模型解释并预测天体运动。这种理论还被当时的宗教当成不可背弃的教义之一，束缚人们的思想达千年之久。 “地心说”宇宙模型 一、探索太空 16 世纪中期，文艺复兴运动解放了人的思想，人们进入科学探索宇宙的伟大时代。哥白尼的“日心说”革新了人们对宇宙的认识。 “日心说”能更简洁地描述行星运动，更清楚地解释诸多天文 现象。 2. 哥白尼的“日心说” 哥白尼（Nicolaus Copernicus， 1473—1543），波兰天文学家 “日心说”：太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕着太阳转动，月球是地球的卫星。 一、探索太空 “日心说”的提出一举解决了“地心说”所不能解决的许多问题，引发了天文学革命，开创了科学史上的新时代。 但哥白尼还没有彻底摆脱行星做圆周运动的传统观念。 “日心说”宇宙模型 一、探索太空 视频欣赏——《哥白尼和他的日心说》 一、探索太空 开普勒（J. Kepler，1571—1630）根据前人的观测和研究，提出了太阳系行星运动的三大定律。 那么，这些行星为什么会如此运动呢？ 牛顿在前人研究的基础上，运用开普勒行星运动定律和自己的研究成果，提出万有引力定律，并将相关成果写入《自然哲学的数学原理》。牛顿的万有引力定律是物理学的第一次大综合，将“地上的力”与“天上的力”统一起来，形成了以牛顿三大运动定律为基础的力学体系，为人类实现“飞天梦”奠定了理论基础。 3. 开普勒与牛顿的理论 开普勒—德国天文学家、数学家与占星家。 一、探索太空 莱布尼茨（G. W. Leibniz，1646—1716）及后来的众多科学家与哲学家进一步研究宇宙，提出了“什么是宇宙”“为什么有宇宙”等问题。 面对这些问题，无论是理论还是实验方面，人类的探索从未停止。尤其是在量子力学与相对论提出后，人类在走出地球、探索宇宙的进程中取得了更大的成就。 4. 莱布尼茨的理论 莱布尼茨——德国哲学家、数学家，是历史上少见的通才，被誉为十七世纪的亚里士多德。 一、探索太空 《淮南子·齐俗训》中给出了我国古代对宇宙的定义：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”数千年来，我们的祖先一直在探寻宇宙的奥秘。浑天说是我国古代较成熟的宇宙学说之一，在东汉年间广为流传。 代表学者张衡在其著作《浑天仪注》中是这样描述宇宙的：“天如鸡子，地如鸡中黄，孤居于天内，天大而地小。”意为宇宙好比鸡蛋，而地球就像鸡蛋中的蛋黄一样悬在宇宙中。 浑天说 一、探索太空 浑天仪是浑仪和浑象的总称，是反映浑天说的重要仪器。其中浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是用来演示天象的仪表。 感兴趣的同学可以上网查阅相关资料，了解浑天仪的构造原理。 浑天仪 一、探索太空 1961年，人类第一次乘飞船进入太空。1990年发射的哈勃空间望远镜拍摄了数百万张令人震撼的宇宙天体照片，引领人类不断探索宇宙的深处。 5. 人类第一次乘飞船进入太空 2016 年，科学家们宣布，利用激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探测到引力波。这一发现为人类开启了探索宇宙起源以及弯曲空间的新旅程。 哈勃空间望远镜 激光干涉引力波天文台 一、探索太空 2019 年，我国“嫦娥四号”成功着陆月球背面，并通过“鹊桥”（“嫦娥四号”的中继星）传回近距离拍摄的月球背面影像图。这是中国人对世界航天事业作出的伟大贡献之一。 6. 我国“嫦娥四号” 首张月球背面高清影像图（部分区域） 一、探索太空 1999年，我国成功发射“神舟一号”无人飞船，标志着我国在航天领域取得突破性的进展。2003 年，我国首位航天员杨利伟乘坐“神舟五号”载人飞船飞上太空，标志着我国成为继苏联、美国之后第三个独立掌握载人航天技术的国家。 中国的太空漫步之路 一、探索太空 2008 年，翟志刚出舱作业，实现了中国航天史上的第一次太空漫步。2011 年，“天宫一号”发射升空，浩瀚太空中迎来了中国第一个空间实验舱。2022 年，中国天宫空间站“梦天”实验舱成功发射，6 名航天员首次实现“太空会师”。 随着时代发展，中国人将会取得越来越多辉煌的航天成就。 中国空间站示意 一、探索太空 视频欣赏——《中国航天全记录》 【例题1】从古至今，人们一直在观察着、探索着，从而构建出自己心目中想象的宇宙图景。中国古人很早就依靠肉眼观察太空，以此认识宇宙。古罗马天文学家托勒密提出了“______”，他认为地球位于宇宙的_____，月球、水星、金星、太阳及其他行星都绕着_____旋转，恒星都镶嵌在最外边的天球上。后来，波兰天文学家哥白尼通过长期的观察和研究，向影响人们长达千年的“地心说”提出了挑战，他提出了“_______”。 日心说 一、探索太空 地心说 中心 地球 托勒密是古希腊著名的天文学家，他在其著作《天文学大成》中系统地阐述了地心说的观点。这一理论主张地球不动，位于宇宙中心，而太阳、月亮和行星都在不同的轨道上环绕地球旋转。这一学说在当时被广泛接受并影响了中世纪的天文学发展，直到十六世纪哥白尼提出日心说之后，地心说才逐渐被取代。 【例题2】2003年，_______乘坐“神舟五号”载人飞船圆满完成了我国首次载人航天飞行，这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家之一；2004年中国启动_______探测工程，并命名为“嫦娥工程”；2021年，“天问一号”探测器（如图甲）成功登陆_______，“祝融号”（如图乙）开始工作；同一年，我国又成功将“浚和号”太阳探测科学技术实验卫星送入预定轨道，标志着我国正式进入“探日时代”。 一、探索太空 月球 杨利伟 火星 一、探索太空 根据物理学史和常识可知，2003年，杨利伟乘坐“神舟五号”载人飞船圆满完成了我国首次载人航天飞行，这标志着中国成为世界上能够独立开展载人航天活动的国家之一；2004年中国启动月球探测工程，并命名为“嫦娥工程”；2021年，“天问一号”探测器（如图甲）成功登陆火星。 人类探索永无止境 二 24 二、人类探索永无止境 浩瀚的宇宙令人神往。仰望苍穹，我们可以观察到许多明亮的星星，它们的相对位置似乎保持不变，人们称这些星星为恒星，太阳就是一颗恒星。实际上，恒星也是运动的。 1. 恒星 2. 太阳系 （1）太阳系 我们生活的地球是浩瀚星空中太阳系这个大家庭里一颗相对很小的行星。太阳系中除了太阳这颗唯一的恒星外，至今已发现还有八颗行星、290颗卫星、约 130万颗小行星，以及数量可观的彗星和流星。 二、人类探索永无止境 太阳系示意图 （2）太阳系八颗行星部分近似数据 二、人类探索永无止境 二、人类探索永无止境 （3）地球 地球是太阳系八大行星之一，按照离太阳由近及远的次序排为第三颗，也是太阳系中直径、质量和密度最大的类地行星，距离太阳1.5亿公里。 地球直径约为12742km；地球到太阳的距离约为1.5×105km；地球公转周期约为 365d（天）。 地球与月球 地球自西向东自转，同时围绕太阳公转。现有40亿～46亿岁。它有一个天然卫星—月球，二者组成一个天体系统—地月系统。 3. 银河系 二、人类探索永无止境 如图所示，晴朗的夜空，可见一条横亘天际的光带，它是由群星和弥漫的星际物质集合而成的一个庞大的天体系统——银河系。它好似一个中央凸起、四周扁平的旋转铁饼，直径大约为10万光年。 银河系的想象图 二、人类探索永无止境 银河系的恒星数量约在1000亿到4000亿之间，银河系自内向外分别由银心、银核、银盘、银晕和银冕组成。 这是我们的银河系，直径大约10万光年. 二、人类探索永无止境 视频欣赏——《你知道银河系有多大吗》 4. 半人马座的比邻星 除太阳以外，距地球最近的恒星是半人马座的比邻星。它与地球之间的距离约为4×1013 km，光从比邻星出发大约需要4.2年才能到达地球。 二、人类探索永无止境 5. 河外星系 二、人类探索永无止境 在银河系之外，还有许许多多类似银河系的天体系统，银河系只是其中的普通一员。 河外星系是与银河系是平级的天体，位于银河系之外，是银河系的兄弟姐妹，由几十亿至几千亿颗恒星、星云和星际物质组成的天体系统。河外星系比银河系大，星系的总数在千亿个以上。 （1）河外星系的分类 在1926年，哈勃根据形状和结构的不同，将它们分别椭圆星系，棒旋星系，漩涡星系和不规则星系这4大种类。 棒旋星系ngc1672 （2）人们肉眼可见的河外星系 在夜空中，人们肉眼可见的河外星系一共有四个：仙女座星系、三角座星系、大麦哲伦星系和小麦哲伦星系。 仙女座星系 三角座星系 小麦哲伦星系 大麦哲伦星系 二、人类探索永无止境 6. 仙女座星系 目前人们观测到的星系约为1000亿个，仙女座星系是离银河系较近的星系，它距离我们超过两百万光年。 在宇宙中的星系面前，银河系就像是一只蚂蚁！ 二、人类探索永无止境 翻开人类探索宇宙的历史篇章，我们不难发现，无论过去还是现在，无论在东方还是西方，人类对天空一直充满了美好的希望和梦想，人类探索宇宙的步伐将会越来越快。 二、人类探索永无止境 宇宙是怎么诞生的呢？1948年，美国物理学家伽莫夫（G. Gamow，1904—1968）提出了热大爆炸宇宙模型，该模型得到当今科学研究和观测数据的广泛支持。该模型指出，宇宙诞生初期（约127亿年前）是一个密度极大、温度极高的奇点，并在极早期发生了非常快速的膨胀和冷却。 宇宙大爆炸 宇宙大爆炸想象图 爆炸之初，物质只能以电子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降，随之逐步形成原子核、原子、分子，随后出现气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，逐渐形成我们现在所看到的宇宙。 【例题3】从“天宫”建站到“嫦娥”奔月，从“天问”探火到“羲和”追日，中国航天一步一步走在探索星辰大海的伟大征程中。下列天体或天体系统中空间尺度最大的是（ ） A．月球 B．地球 C．太阳系 D．银河系 月球是地球的卫星，共同构成了地月系，地球属于太阳系八大行星之一；银河系是众多小星系构成的一个庞大星系，太阳系属于众多小星系之一。由此可见，银河系是所列的天体或天体系统中空间尺度最大的一个，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 D 二、人类探索永无止境 【例题4】火星与地球邻近且环境最为相似。火星的直径约为地球一半，自转轴倾角、自转方向、自转周期均与地球相近，其公转一周的时间约为地球公转一周时间的两倍。火星地表沙丘、砾石遍布。下列推测正确的是（　　） A．火星上有四季变化 B．火星的一天比地球的一天约长一倍 C．在火星上不能看到太阳东升西落 D．火星表层的成分与地球上土壤成分相似 A 二、人类探索永无止境 A．地球上的四季变化是由于地球自转和公转造成的，火星的自转轴倾角与地球相近，也绕太阳公转，推测火星上也有季节变化成立。故A正确； B．火星自转周期与地球相近，故火星上一天与地球上一天相近。故B错误； C．火星自西向东自转，太阳东升西落。故C错误； D．火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，CO2为主的大气十分稀薄，密度仅为地球大气密度的1%，火星两极皆有干冰组成的板冠，会周期性的消长，与地球上土壤成分不同。故D错误。 故选A。 二、人类探索永无止境 课堂总结 三 42 三、课堂总结（1） 探索宇宙 ①托勒玫的“地心说”。 ②哥白尼的“日心说”。 ③开普勒观点与牛顿的万有引力理论。 ④莱布尼茨提出“什么是宇宙”“为什么有宇宙”等问题。 ⑤1961年，人类乘坐飞船开启探索宇宙的新旅程。 ⑥太阳系组成：太阳、八大行星、卫星、彗星和小行星。 ⑦银河系：直径大约为10万光年，其他恒星、星团星云等。 ⑧河外星系：距离地球250万年。 ⑨宇宙大爆炸：诞生初期是个密度极大、温度极高的奇点。爆炸之后不断膨胀，逐步形成原子核、原子、分子、星云、恒星和星系。 三、课堂总结（2） 视频欣赏——《星际旅行》 作业解析 四 45 1．请查询相关资料，进一步了解“地心说”和“日心说”的主要思想，并和同学们交流讨论你对“地心说”和“日心说”的看法。 四、作业解析 世界各古代民族从朴素直观的观念出发，最初都主张地心说，例如中国古代的浑天说。最典型的地心说是古希腊哲学家们提出的。公元前4世纪，柏拉图在他的《蒂迈欧篇》里提出，天体代表着永恒的、神圣的、不变的存在，它们必然是沿着圆形轨道绕地球作匀速运动，行星运动也是匀速圆周运动的组合。从这一观念出发，他建立了以地球为中心的同心球式的宇宙模型。 四、作业解析 公元前3世纪，古希腊学者阿利斯塔克最早提出了日心说思想，认为恒星所在的天球不动，地球每日绕轴自转一周，同时在一年中又绕太阳公转一周，并以此解释天体的种种运动。15世纪波兰天文学家N.哥白尼发展了阿利斯塔克的日心说思想，写了《天体运行论》一书。他在该书中提出了一个以太阳为中心的行星系统，为天文学的发展开辟了一条新途径。 其后的开普勒和牛顿正是沿着这条新途径前进，建立了行星运动三定律和牛顿力学。恩格斯在《自然辩证法》一书的“导言”中，把这部书当作自然科学的独立宣言。哥白尼以后，日心说经过300多年的发展，随着开普勒、伽利略和牛顿工作的进展，特别是恒星光行差和视差的发现，终于否定了地心说。天文学的发展表明，太阳仅仅是一个普通恒星，它并不在宇宙的中心。 2．仙女座河外星系是离银河系比较近的一个星系，为什么说我们在夜空中所见到的仙女座已是 250 万年前的仙女座了？ 四、作业解析 我们在夜空中所见到的仙女座星系是250万年前的仙女座星系，原因在于光传播需要时间‌。仙女座星系距离地球约250万光年，这意味着我们此刻看到的仙女座星系的光实际上是250万年前发出的。实际上看到的是它250万年前的样子‌。 这种现象在宇宙学中非常常见，因为宇宙的广阔使得光传播到地球需要很长时间。这种时间延迟使得我们观察到的宇宙景象实际上是过去的景象，这种“时间旅行”的感觉让人着迷，也让我们对宇宙有了更深的理解‌。 3. 将原子、电子、太阳系、地球、银河系按照尺度大小，从大到小排列： _________________________________。 四、作业解析 银河系、太阳系、地球、原子、电子 4. 查阅资料，了解我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射的意义，写一篇报道。 四、作业解析 5.* 我国自主研发的“嫦娥号”和“祝融号”已分别成功登陆月球和火星。未来人们对宇宙的探索会不断深入，假如你是航天员，你想登陆宇宙中的哪颗星球？希望发现什么？ 四、作业解析 6.* 上网查询我国探月工程在每一阶段取得的突破性成就，并谈一谈探月工程给我国航天事业的发展带来哪些价值。 四、作业解析 提升训练 五 53 五、提升训练 1. 推翻了托勒密的“地心说”的科学家和建立的新学说的是（　　） A．哥白尼和“日心说” B．牛顿和万有引力 C．伽利略和“日心说” D．爱因斯坦和相对论 A 哥白尼提出了日心说，并经过长年的观察和计算完成他的伟大著作《天体运行论》。哥白尼的“日心说”沉重地打击了教会的宇宙观，这是唯物主义和唯心主义斗争的伟大胜利。 故选A。 五、提升训练 2. 关于地心说和日心说，下列说法正确的是（ ） A．宇宙的中心是太阳，所有行星都绕太阳做匀速圆周运动 B．地球是绕太阳运动的普通行星,月球是绕地球旋转的卫星，它绕地球做匀速圆周运动，同时还跟地球一起绕太阳运动 C．地心说的代表人物是托勒密，日心说的代表人物是哥白尼 D．地心说和日心说只是参考系不同，两者具有等同的价值 C 五、提升训练 A. 太阳是太阳系的中心，而不是宇宙的中心，故A错误； B. 地球是绕太阳运动的普通行星，月球是绕地球旋转的卫星，它绕地球运转，但不是匀速圆周运动，月球距离地球的距离有远有近，故而速度也是有快有慢，故B错误； C. 地心说的代表人物是托勒密，日心说的代表人物是哥白尼，C正确； D. 日心说取代地心说是人类认识宇宙的一大进步，具有重要的科学价值，故D错误。 故选C。 五、提升训练 3. 太阳系共有_____大行星，我们赖以生存的______是太阳系的行星之一，而太阳系又是_________系的成员。 银河 太阳系共有：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星八大行星。 我们赖以生存的，即我们居住的地球是是太阳系的行星之一。同时太阳又处在银河系中，是银河系的成员。 八 地球 五、提升训练 4. 下列选项的物质，按空间尺度由小到大顺序排列，错误的是（　　） A．夸克、中子、人、地球 B．月球、地球、太阳系、银河系 C．夸克、原子、电子、原子核 D．质子、原子核、人、太阳系 A．按空间尺度由大到小顺序排列，银河系→太阳系→地球→月球→人→原子→原子核→中子→夸克（或电子），故A正确，A不符合题意； B．按空间尺度由大到小顺序排列，银河系→太阳系→地球→月球，故B正确，B不符合题意； C C．原子由原子核和电子组成，原子比电子和原子核大，原子核比电子大，故C错误，C符合题意； D．按空间尺度由大到小顺序排列，太阳系→地球→月球→人→原子→原子核→质子，故D正确，D不符合题意。 故选C。 五、提升训练 5. 关于宇宙，下列认识正确的是（ ） A．宇宙是以地球为中心的天体 B．宇宙就是指天体中的银河系 C．宇宙只包括太阳系和银河系 D．宇宙是一个有层次的天体结构系统 由于古代人类的认识能力有限，故认为地球是宇宙的中心，所有星球绕地球转动；后来哥白尼提出了日心说，认为太阳才是宇宙的中心；而随着人类对宇宙的认识，现在普遍认为宇宙是一个有层次的天体结构系统，银河系只是其中的一部分。 故选D。 D 五、提升训练 6. 如下图所示，①~⑧代表太阳系中的八大行星，则我们居住的星球是（　　） A．⑦ B．⑥ C．⑤ D．③ B 太阳系中八大行星从内到外依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，我们人类居住在地球上，对应地球是⑥，故B符合题意，ACD不符合题意。 所以选B。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf58.45.100 $$