第3节 银河系 宇宙（教学课件）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

初中物理课件聚焦银河系与宇宙，核心知识点含光年、银河系结构、河外星系及宇宙膨胀与大爆炸理论。通过“仰望星空”情景导入，从肉眼观测恒星过渡到望远镜拓展认知，搭建从太阳系到星系再到宇宙的学习支架。 特色在于以模型建构与STSE融合为亮点，用气球膨胀模拟宇宙膨胀（科学思维），结合中国天眼案例（科学态度与责任）。结构化小结与分层练习助学生深化物理观念，教师可依托实例提升教学效率，培养学生探究能力与学科素养。

沪科版（五·四学制） 九年级下册 第16章 从原子到星系 第3节 银河系 宇宙 01 02 03 04 05 CONTENTS 地球是如何运动的？ 什么是银河系？ 宇宙及其演化 学习目标 1. 知道光年是作为天体距离的单位，光年与米的换算关系； 2. 了解伽利略首次使用望远镜观测天体； 3. 认识银河系与河外星系；知道黑洞的存在； 4. 了解宇宙的概念；所有的星系都在远离我们； 5. 掌握宇宙的诞生及其过程的特点； 6. 目前，光速的有限性，导致我们用望远镜探索宇宙的有限性； 7. 从微观、宏观或是宇观研究物理、认识世界..... 重点难点 教学重点： 1.光年；伽利略首次用望远镜观测天体； 2.银河系；河外星系； 3.宇宙及其诞生、演化等。 1.用气球膨胀模型理解宇宙在膨胀； 2.宇宙爆炸过程的特点。 教学难点： 情景引入 在 17 世纪以前，人们只能用肉眼观测天体， 观测能力很有限。整个天空肉眼可见的恒星大约有6000 多颗，其中比较著名的有北极星、北斗七星、织女星、牵牛星、天狼星、比邻星等。仰望星空，宇宙深处蕴藏着多少奥秘？ PART ONE 地球是如何运动的？ 天体之间的距离非常遥远，如果用米或者千米来衡量天体之间的距离会很不方便。在天文学上，我们常常用光年作为天体距离的单位。光年指的是光在真空中一年内行进的距离。光年的符号是 l.y.。 光年与米的换算关系是： 1l.y.= 9.46 ×1015m 作为比较，日地距离约 1.5×1011m ，太阳光从发出到地球，约需时8min。 探究新知 光年 换算过程：1l.y.= 3×108m/s×(365×24×3600)s≈9.46 ×1015m 由于视力所限，我们肉眼所见的恒星（图16-3-2）大部分距离地球都在几百光年以内，比邻星是离我们最近的恒星，距离地球约4.3光年。 从地球上看，天狼星是除太阳外最亮的恒星，距离我们约8.6光年。伽利略在1609年首次使用望远镜观测天体，开启了天文学一个新的时代。 望远镜的使用，大大提高了我们的观测能力，极大开拓了人类的眼界，从此，人类的目光便从太 阳系转向了更广阔的恒星世界。 图16-3-2 部分肉眼可见的恒星 望远镜是天文观测的重要工具，望远镜的使用极大地提高了我们的观测能力，不仅让我们看得更远，也让我们看得更清。除了光学望远镜，还有用于其他波长的红外望远镜、射电望远镜、X射线望远镜以及放置在太空的空间望远镜等。伽利略使用的第一架天文望远镜的口径仅有4cm，但伽利略用它发现了月球上的环形山、木星的卫星等。我国的大型望远镜项目在立足自主建设的同时，积极参与国际合作。2016年在贵州平塘建成的500m口径射电望远镜是目前世界上最大的射电望远镜，被誉为“中国天眼”，如图16-3-3所示。“中国天眼”自建成以来， 已经在脉冲星、快速射电暴等方面取得多项世界领先的研究成果。 STSE 图16-3-3 “中国天眼”：500m 口径射电望远镜 PART TWO 什么是银河系？ 在很长的一段时期内，人类对宇宙的认识实际上局限在太阳系内。1750 年首次提出银河系的概念，太阳系以及我们肉眼可见的众多恒星都属于一个更大的恒星系统——银河系。图16-3-1 所示即为银河系的一部分。 银河系 200 多年来经过无数天文学家和物理学家的不断努力，我们对银河系已经有了比较清晰的认识。银河系是一个直径约10万光年，包含约3000亿颗恒星的庞大盘状恒星集团，中心是一个质量相当于400万个太阳的巨型黑洞，太阳位于距离银河系中心约27000光年的地方。 太阳携带整个太阳系围绕银河系中心转动，约2.5亿年旋转一周。银河系形成至今已有约100亿年。 银河系 银河系的认识 银河系只是宇宙中一个普通的星系，宇宙中还存在着无数个类似银河系的星系，统称为河外星系。我们已知的河外星系超过1000亿个。图16-3-4 所示为距离我们约250万光年的河外星系—仙女座星系M31。 河外星系 图16-3-4 仙女座星系M31 黑洞是一个非常神秘的天体，由于强大的引力，使得黑洞所在的区域具有奇特的性质，外面的物体和光可以进入黑洞，而黑洞内的任何物体甚至光都无法逃离。也就是说，黑洞无法发出光或其他信息，因而外界的观察者是看不到黑洞的， 这也是黑洞名称的由来。 近年来，科学家已经通过各种方法探测到了黑洞的存在，比如银河系中心就有一个巨大的黑洞，如图16-3-5所示，其中明亮部分是黑洞附近的气体发光所致。 图16-3-5 银河系中心黑洞照片 拓展视野 PART THREE 宇宙及其演化 2000多年前的《尸子》一书中已经有 “四方上下曰宇，往古来今曰宙”的说法。 我们将时间、空间以及所有物质、能量构成的整体称为宇宙。宇宙是物理学最大的研究对象。 对一个均匀画有小圆点的气球缓慢吹气。观察气球膨胀时，相邻小圆点及相距较远的小圆点之间的距离如何变化（图 16-3-6 ）。 图16-3-6 气球膨胀前后 自主活动 相邻小圆点及相距较远的小圆点之间的距离都在变大。 美国天文学家哈勃（E. P. Hubble ，1889— 1953）通过对大量星系的观测研究发现，所有的星系都在远离我们，并且离我们越远的星系， 离的速度就越大。也就是说，随着时间的流逝， 星系之间的距离在不断增加。那么反过来看，在很久以前，星系之间的距离一定比现在小得多， 即宇宙是在膨胀的。发现星系都在远离，并不能说明地球是宇宙的中心。站在任何一个星系上看，所有其他星系也都在远离。 上述活动中，形象地模拟了哈勃的发现。气球上的每个小圆点都可看成一个星系；当气球膨胀时，站在任何一个圆点上看，会发现所有的圆点都在互相远离，并 且距离越远的圆点其远离的速度也越大。 美国核物理学家伽莫夫（G. Gamow，1904—1968）在前人研究工作的基础上，于1948 年提出我们的宇宙诞生于138 亿年前的大爆炸。根据这个理论，大爆炸之初，温度和密度极高。随着时间的推移，宇宙不断膨胀，温度逐渐下降，各种粒子开始形成。 宇宙的诞生 大爆炸之后约38万年，质子、中子和电子结合形成原子，大量原子形成分子云，最后在引力作用下形成恒星和星系。随着宇宙的膨胀，大爆炸留下的光就变成了今天探测到的宇宙微波背景辐射。这个理论与目前的观测结果符合得比较好，在解释元素起源、宇宙微波背景辐射以及星系形成等方面都取得了很大的成功。 因为光速是有限的，光的传播需要时间。当我们用望远镜观测一个遥远的天体时，我们看到的实际上是这个天体在遥远的过去的样子。现在世界上最大的望远镜能够探测到100亿光年以外的天体，也就是说，我们能看到宇宙100亿年以前的样子。宇宙早期的奥秘竟然隐藏在遥远的宇宙深处。图16-3-7所示为韦伯空间望远镜拍摄的遥远星空，其中有些星系距离我们将近100亿光年。 图16-3-7 韦伯空间望远镜拍摄的遥远星空 微观粒子是物理学最小的研究对象，宇宙则是物理学最大的研究对象。物理学既可以描述电子、质子的性质，也可以描述星系和宇宙的起源。极大和极小在物理学中得到了绝妙的统一。 无论是微观还是宏观或是宇观（图16-3-8），也无论是在实验室还是茫茫太空，物理世界的过去、现在和未来都应该遵循物理学的普遍规律。 图16-3-8 从微观、宏观到宇观 1 ．美国核物理学家伽莫夫在前人研究工作的基础上，1948 年提出我们的宇宙诞生于约 138亿年前的一次 。根据天文学的哈勃定律推断，银河系外的星系在不断远离我们而去，这个现象说明宇宙是在 的。 大爆炸 膨胀 课堂练习 2 ．关于宇宙，下列说法正确的是 ( ) A ．在天文学中，用“光年”作为时间单位 B ．现代宇宙观认为，宇宙是不断膨胀的 C ．太阳是宇宙的中心，地球是太阳系的一颗行星 D ．恒星是静止不动的 B 3 ．下列按照尺度从大到小排列的是 ( ) A ．银河系、太阳系、地球、 电子、原子 B ．银河系、太阳系、地球、原子、电子 C ．太阳系、银河系、地球、 电子、原子 D ．银河系、地球、太阳系、 电子、原子 B 4．如图是科学家首次拍摄到的距离地球 5500 万光年的黑洞照片，再次验证了爱因斯坦所创立的广义相对论的正确性。光年是 单位，黑洞强大的引力连跑的最快的光都无法逃脱，因此黑洞本身 （选填“是”或“不是”）光源，边缘的可见光是由于黑洞周围物体高速旋转落入黑洞，产生摩擦振动而造成的。 长度 不是 此处也可填“距离” 5 ．20 世纪 20 年代科学家发现星系的光谱向长波方向偏移（谱线“红移”）。为了模拟这一现象，我们可用粘有小塑料粒的气球类比为宇宙，小塑料粒可看成是宇宙中的天体，气球膨胀时，任意两颗小塑料粒之间的距离都在 ，说明星系在 （选填“远离”或“靠近”）我们。 变大 远离 6 ．关于宇宙起源，现代大多数科学家认同的是 ( ) ①宇宙诞生于距今约 137 亿年的一次大爆炸 ②大爆炸是整体的，涉及宇宙的全部物质及时间、空间 ③大爆炸导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降 ④宇宙温度下降至一定程度，逐步形成恒星和星系 A ．①②③ B ．①③④ C ．②④ D ．①②③④ D 课堂小结 1 ．_________在1609年首次使用望远镜观测天体，开启了天文学一个新的时代。 伽利略 布置作业 2．大爆炸之后约38万年，质子、中子和电子结合形成_________，大量原子形成分子云，最后在引力作用下形成恒星和星系。 原子 3．简述地球、太阳系、银河系、宇宙之间的从属关系。 答：如图所示： 地球 太阳系 银河系 宇宙 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $