第3节 银河系 宇宙（表格式教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）九年级下册

该初中物理教学设计聚焦银河系与宇宙的结构、尺度及演化，从17世纪肉眼观测问题导入，结合历史脉络（伽利略望远镜到中国天眼），通过光年单位、恒星距离建立从太阳系到宇宙的层次认知，梳理天体运动规律与宇宙膨胀等知识。 特色在于融合模型建构（气球模拟宇宙膨胀）与类比突破难点（光年换算），例题与练习巩固核心概念（如太阳系行星判断）。注重科学思维（分析宇宙模型发展）与科学探究（查阅探索历程），激发科学态度与责任，结构清晰资源丰富，助力教师教学，提升学生空间想象与探索能力。

第3节 银河系 宇宙 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第3节 银河系 宇宙 教学 目标 物理观念 通过构建宇宙模型学习银河系 科学思维 · 通过分析不同宇宙模型的发展，体会科学理论的演变，培养逻辑思维能力。 科学探究 · 查阅资料了解人类探索宇宙的历程，提升信息收集与整理能力。 科学态度 与责任 通过对宇宙结构的认识，激发对科学的求知欲望，乐于探索自然科学现象 教材 分析 教材通过图文结合的方式呈现知识，结构清晰，有助于激发学生兴趣。教学应从历史脉络出发，结合学生已有认知，通过模型演示、视频资料辅助理解天体运动规律。学习过程中，学生易在宇宙尺度、时间延迟等概念上产生困惑，需通过类比和直观案例突破难点。教学目标应定位在掌握基本物理模型、培养科学思维与探索精神，通过讨论、资料分析等活动促进目标达成，为后续学习天体物理奠定基础 学情 分析 1. 知识储备分析：知道由恒星和星际物质组成，呈扁平旋转状，直径约10万光年。 · 2. 思维能力分析：通过分析宇宙天体的尺度数据，培养对大数的认知和空间想象能力；从宇宙层次结构理解物质世界的系统性。 · 3. 学习兴趣与态度分析：激发对宇宙探索的兴趣，认识人类对宇宙的认知是发展的，树立科学的宇宙观。 教学 重点 知道太阳系、银河系及宇宙的关系。 教学 难点 通过观察银河系示意图，认识银河系的基本结构和特点。 教学 器材 银河示意图，PPT，板书 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 【提出问题】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 6 000 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？ 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、肉眼可见的恒星离我们有多远？ 【实验探究】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1 l.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8 min 由于视力所限，我们肉眼所见的恒星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。 中国古代星象图 【知识拓展】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有 4 cm，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 500 m 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”，“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 【例题01】在下列四幅图中，每幅图都能展示出一定的物理知识。其中说法错误的是 A．甲图反映太阳系由许多行星围绕太阳转动，地球是太阳系中的一颗普通恒星 B．乙图是伽利略时代的望远镜 C．丙图是显微镜的结构图。显微镜的物镜相当于幻灯机，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像 D．丁图给出望远镜的物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像 【答案】A 【解析】A．甲图反映太阳系由许多行星围绕太阳转动，地球是太阳系中的一颗普通行星，故A错误，A符合题意； B．乙图是伽利略时代的望远镜，故B正确，B不符合题意； C．丙图是显微镜的结构图。显微镜的物镜相当于幻灯机，成倒立放大的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像，故C正确，C不符合题意； D．丁图给出望远镜的物镜相当于照相机，成倒立缩小的实像，目镜相当于放大镜，成正立放大的虚像，故D正确，D不符合题意。 故选A。 学习新课 二、什么是银河系 【基本概念】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（Galaxy）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。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 3 000 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 27 000 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（external galaxy）。我们已知的河外星系超过 1 000 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 仙女座 【拓展】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。 黑洞 【例题02】下列关于粒子和宇宙的说法中，正确的是 A．汤姆生发现了电子，说明原子核仍可再分 B．“破镜难重圆”是因为固体分子间存在斥力 C．地球等行星绕太阳运动，说明太阳是宇宙的中心 D．毛皮摩擦过的橡胶棒所带的负电荷是从毛皮上转移来的 【答案】D 【解析】A．汤姆生发现了电子，从而说明原子是可以再分的，而不是说明原子核可再分，故A错误； B．“破镜难重圆”是因为固体分子间没有达到分子力作用范围，即由于分子间的距离太大，分子间的作用力几乎为零，故B错误； C．地球等行星绕太阳运动，太阳是太阳系的中心，而不是宇宙的中心，故C错误； D．毛皮摩擦过的橡胶棒所带的负电荷是从毛皮上转移来的，电荷只是发生了转移，故D正确。 故选D。 学习新课 三、什么是宇宙？ 【基本概念】2 000 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（universe）。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）。 【常见应用】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，远离的速度就越大。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；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。 【例题03】关于粒子和宇宙，下列认识中不正确的是 A．与玻璃棒摩擦过的丝绸带正电 B．谱线“红移”现象说明星系在逐渐远离我们 C．汤姆生发现了比原子小得多的带负电荷的电子，从而说明原子是可分的 D．宇宙、太阳系、地球、分子、质子、电子是按照尺度由大到小的顺序排列的 【答案】：A 【解析】：A．丝绸与玻璃棒摩擦时，束缚电子能力强的丝绸得到电子而带负电，束缚电子能力弱的玻璃棒失去电子而带正电，故A错误，符合题意； B．谱线“红移”现象是由于频率降低的现象，早可见光波段，表现为光谱的谱线向红端移动了一段距离，可以说明星系在逐渐远离我们，故B正确，不符合题意； C．汤姆生发现了比原子小得多的带负电荷的电子，从而说明原子是可分的，原子由原子核和核外电子组成，故C正确，不符合题意； D．质子和中子构成原子核，电子和原子核构成原子，原子构成分子，分子构成物质，所以宇宙、太阳系、地球、分子、质子、电子是按照尺度由大到小的顺序排列的，故D正确，不符合题意。 故选A。 学习新课 四、宇宙是如何演化而来的？ 【概念引入】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。 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。 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，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。物理学已经取得了伟大的成就，但人类探索自然奥秘的步伐不会停止，永无止境。 通过古人的探索分析发现 本题在于对定义的理解 本部分了解即可，培养学生的好奇心与物理探索的精神 黑洞是中考作为材料题，难度比较简单，了解即可 物理学家对物理学的探索 发现星系都在远离，并不能说明地球是宇宙的中心。 汤姆生发现了比原子小得多的带负电荷的电子，从而说明原子是可分的 类比大爆炸进行探索 课 堂 练 习 1.关于粒子和宇宙，下列说法正确的是（　　） A．“地心说”提出太阳是宇宙的中心 B．固体、液体很难被压缩，说明分子间存在吸引力 C．电子、原子核、原子是按照由小到大的尺度排序的 D．杨絮漫天飞舞，说明分子在做永不停息的无规则运动 【答案】C 【解析】A．“地心说”提出地球是宇宙的中心，故A错误； B．固体和液体很难被压缩是因为分子间存在相互的斥力，故B错误； C．常见粒子尺度由小到大排序：电子、原子核、原子、分子，故C正确； D．杨絮飞舞属于宏观物体运动不是分子运动，故D错误。 故选C。 2.关于粒子和宇宙，下列说法正确的是（　　） A．破镜不能重圆，是因为分子间存在排斥力 B．扫地时灰尘飞舞，说明分子在做无规则运动 C．太阳位于银河系的中心，银河系位于宇宙的中心 D．原子核式结构模型认为原子是由原子核和电子构成的 【答案】 D 【解析】A．破镜不能重圆说明玻璃碎片间的距离太大，大于分子间发生相互吸引的距离，故A错误； B．扫地时灰尘飞舞是固体小颗粒的机械运动，不能用分子运动论的观点进行解释，故B错误； C．太阳系的中心是太阳，银河系的中心是银河，银河系是宇宙中的一个星系，并不位于宇宙中心，故C错误； D．1911年，卢瑟福建立了原子核式结构模型，认为：原子是由原子核和核外电子组成，故D正确。 故选D。 3.．请依据表中太阳系行星的相关数据和图中行星的等比例缩略图，回答问题： ①根据表中数据可以发现：图中的 是天王星（选填相应字母）． ②图中将行星按远日行星、巨行星和类地行星分成了3组，其中类地行星是指表面主要由岩石构成的行星，它们是： 【答案】 c 水星、金星、地球和火星 【解析】（1）根据表中数据可知，天王星的直径在八大行星中居第三位，因此天王星的体积也应居第三位，根据图可知c球体积是第三位，所以c是天王星； （2）类地行星是以硅酸盐石作为主要成分的行星，地球所在的太阳系有四颗类地行星：水星、金星、地球和火星． 故答案为(1). c    (2). 水星、金星、地球和火星 板 书 设 计 第3节 银河系 宇宙 一、肉眼可见的恒星离我们有多远？ 二、什么是太阳系 3、 什么是宇宙 四、宇宙是如何演化的 课 堂 小 结 学科网（北京）股份有限公司 $