3.3《人类对宇宙的探索》课件-2026-2027学年浙教版七年级科学上册

该初中科学课件聚焦人类对宇宙的探索，以“天宫课堂”第四课导入，系统梳理从地心说、日心说到现代宇宙学说的认知变革，涵盖银河系、河外星系及恒星演化知识，搭建古今探索递进的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，通过气球模拟宇宙膨胀等实验培养模型建构能力，结合中国航天成就渗透态度责任，帮助学生形成科学观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

最新版七年级上册 第三章 广袤浩瀚的宇宙 3.3 《人类对宇宙的探索》 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。人类为什么孜孜不倦地探索宇宙？探索宇宙有哪些发现？ （一）导入新课 航天员在太空开展科普课，人类耗费巨大代价探索宇宙，大家思考两个问题：人类为什么要探索宇宙？从古至今我们眼中的宇宙发生了怎样的变化？ 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。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？ （二）新课讲授 板块 1：从地心说到日心说 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（C. Ptolemaeus）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。 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。该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，如图3.3-2所示。 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。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。“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”。 用现代科学方法探索自然的思想，须用实际观测进行检验，检验不合格的思想会被抛弃。采用这种方式，科学家慢慢形成了理解宇宙的更好知识体系。哥白尼基于多年观测，开启了科学革命，推翻了“地心说”。 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。 “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。 1. 太阳只是太阳系中心，不是宇宙中心。 2. 太阳在银河系中位置偏远，并非中心。 3. 银河系也只是宇宙无数星系之一。 4. 太阳本身也在持续运动。 托勒密创立地心说，认为地球是宇宙中心；盖天说：天圆如张盖，地方如棋盘。 知识点 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。 板块 2：现代宇宙学说 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。 1. 阅读图3.3-4，牧夫座星系离地球有多远？它的退行速度有多大？ 牧夫座星系距离地球 25 亿光年，退行速度为 40000 千米每秒。 2. 阅读图3.3-4，哪个星系的退行速度最大？哪个星系离地球最近？ 退行速度最大：长蛇座星系 离地球最近：室女座星系 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？ 星系离地球越远，退行速度（远离地球的速度）越大；星系离地球越近，退行速度越小。 星系的退行速度与它和地球的距离成正比 4. 预测距离地球 50亿光年的星系的退行速度。 取长蛇座星系：距离 40 亿光年， 退行速度 60000 km/s 计算比例： 每 10 亿光年对应退行速度：60000÷4=15000 km⋅ 计算 50 亿光年星系速度： 15000×5=75000 km⋅ 1929年，天文学家哈勃（E. P. Hubble）根据自己对银河系以外星系距离的测定，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： υ＝Hd 其中υ为星系退行速度，d为星系到观察者的距离，H为哈勃常数。 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。星系退行源于宇宙空间整体均匀膨胀，并非星系主动远离地球。可用气球类比：气球上任意一点看其余点都在远离，没有特殊中心。无论在哪个星系观测，都会看到周围星系退行，因此地球并非宇宙中心，宇宙不存在唯一中心点。 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？ 星系普遍退行只是空间均匀膨胀带来的观测效果，任何观测者在宇宙任意位置都会看到相同画面，不存在宇宙中心，地球自然也不是中心。 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。 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），如图3.3-6所示。 4. 观察气球在胀大过程中，各张圆形小纸片间距离的变化。这些“星系”之间的距离发生了怎样的变化？ 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？ 该推断成立。宇宙持续膨胀，回溯时间，星系间距必然不断缩小。按标准大爆炸模型继续倒推，所有物质、空间会高度聚拢，形成密度、温度无限高的奇点。但奇点处现有物理定律失效，该推演仅适用于宏观宇宙演化阶段。 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5 K(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。 测到来自空间各个方向的辐射，对应温度约为 2.73 K，与理论预测温度非常接近。 宇宙大爆炸理论，宇宙年龄约 138 亿年；微波背景辐射是理论关键证据；现代宇宙学以广义相对论为基础。 知识点 板块 3：银河系和河外星系 星系（galaxy）是由单颗恒星、恒星系统、星团、尘埃和气体在引力作用下聚集在一起形成的大型天体系统。天文学家把大多数星系分为三类：旋涡星系、椭圆星系和不规则星系，如图3.3-10所示。 银河系是一个旋涡星系。从侧面看，银河系呈扁圆盘状；从上往下看，能够看到银河系的旋涡结构。我们无法在地球上看到银河系的旋涡结构，因为太阳系位于银河系的一条旋臂上。 银河系虽然很大，但在整个宇宙中显得微不足道。银河系只是广阔深空中上千亿个星系中的一个普通星系。银河系和银河系外的河外星系构成了广阔无垠的宇宙。图3.3-13显示了不同尺度的天体所横跨的范围。 1. 面向北天星空，先找到大熊星座。北斗七星在天空中呈斗状，很容易认出。其斗柄在不同季节指向不同：在晚上八九点钟观测，春天斗柄朝东，夏天斗柄朝南，秋天斗柄朝西，冬天斗柄朝北。 2. 把北斗七星中斗前的两星连线，并朝斗口方向延伸5倍距离，就可以找到北极星。 我们知道宇宙中有上千亿个星系，每个星系中同样含有数量巨大的恒星。例如，天文学家估计，北斗七星范围内存在100多万个星系。 今天，我们对宇宙的理解已跨越浩瀚的星际空间，延伸到了我们所见的整个宇宙。然而，这些发现，无论大小，都是无数科学家努力探索的成果，是一代代科学家智慧的结晶。 太阳不在银河系中心；光年是距离单位；仙女星系为河外星系，星光存在时光回溯效应。 知识点 板块 4：恒星 1. 图3.3-17展示了恒星的质量与它的寿命的关系。恒星寿命指恒 星在耗尽燃料之前能存在的时间。 此图反映恒星质量和自身寿命的关联，恒星寿命定义为恒星耗尽自身核燃料前可以稳定存在的时长，为后面两道读图分析题提供基础信息。 板块 4：恒星 2. 一颗质量是太阳80%的恒星能存在多久？一颗质量是太阳1.7倍 的恒星又能存在多久？ 质量为太阳 80% 的恒星，寿命约 140 亿年；质量 1.7 倍太阳的恒星，寿命约 50 亿年。恒星质量越小，寿命越长，大质量恒星燃料消耗更快，存活时间大幅缩短。 板块 4：恒星 3. 描述恒星的质量与它的寿命的一般关系。 恒星质量和寿命呈负相关：恒星质量越大，内部核反应越剧烈，燃料消耗速度越快，寿命越短；质量越小，核反应平缓，消耗燃料慢，拥有更长的寿命。 了解了太阳一生的演化后，你对宇宙有了什么新认识？ 太阳只是普通恒星，有诞生、稳定、衰亡的完整生命周期。宇宙万物都并非永恒，恒星质量决定演化长短，庞大天体也有终点。浩瀚宇宙不断更迭，无数恒星生生灭灭，地球与人类只是宇宙短暂一瞬，宇宙宏大又充满动态变化。 如果恒星的质量是1～8倍太阳质量，它会演变成红巨星，最终演变成白矮星，即体积很小、质量不太小的恒星；如果恒星的质量是太阳质量的 0～20 倍，它的体积会急剧变大，形成红超巨星，随后爆发成超新星supernova），最终演变成体积极小、密度极大的中子星。 黑洞的密度非常大，强大的引力使任何物质，甚至光都无法逃脱它的吸引。因此，远处的观测者无法看到来自洞的光。虽然人们看不见黑洞，但科学家能确定它的存在。 2019年，我国天文学家依托自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜AMOST），发现了一个迄今为止质量最大的恒星级黑洞。2022 年 5 月，天文学家向人们展示了位于银河系中心的超大质量黑洞的首张照片。银河系中心黑洞距离地球约2.7×104光年之遥。 中子星，是处于演化后期的恒星。当恒星的质量大于8倍太阳质量时，它就有可能变为中子星。中子星并不是恒星的最终状态，它还会进一步演化为不发光的黑矮星。 恒星由星云收缩形成；太阳 50 亿年后变为红巨星，最终成白矮星；大质量恒星爆发产生中子星、黑洞。 知识点 课堂练习 1. 创立 “地心说” 的天文学家是（ ） A. 哥白尼 B. 托勒密 C. 伽利略 D. 哈勃 2. 哈勃定律反映的宇宙规律是（ ） A. 宇宙静止不变 B. 宇宙不断膨胀 C. 宇宙中心是银河系 D. 星系距离越近退行越快 3. 太阳这类恒星（1 倍太阳质量）晚年最终会演化成（ ） A. 中子星 B. 黑洞 C. 白矮星 D. 红超巨星 B B C 1. 日心说认为太阳是宇宙中心，这个观点完全正确。（ ） 2. 宇宙膨胀时，以任意星系为参照物，其他星系都在远离。（ ） 3. 恒星质量越大，能够存活的时间越长。（ ） 判断题 × √ × 1.结合本节课知识，解释为什么我们观测到的仙女星系，是它 250 万年前的样子？ 光速有限，仙女座星系距地球 250 万光年，它发出的光需要 250 万年才能抵达地球。我们此刻接收的光线，是该星系 250 万年前发射的，因此观测到的影像，只能反映它 250 万年前的状态，而非当下模样。 三、情境题 2.小组模拟气球实验模拟宇宙膨胀，请说明这个实验的优点与局限性。 优点：直观模拟宇宙均匀膨胀，任意点观测星系均远离，便于理解哈勃定律。局限：气球仅二维表面，宇宙是三维空间；气球有实体球心，宇宙无中心；无法体现引力束缚、暗能量加速膨胀等真实宇宙特征。 3.列举三项我国近些年在航天、天文观测领域的重大成就。 ①嫦娥六号实现月背采样返回，取回月球背面土壤；②建成中国空间站，长期开展太空科学实验；③“夸父一号” 太阳探测卫星，全方位观测太阳活动；另有墨子号、慧眼、天问二号等重大天文航天工程。 3.简单描述屠呦呦发现青蒿素的探究流程，说说你学到的科学精神。 （2）学到的科学精神 ①坚持不懈、不畏挫折：历经 190 次失败仍不放弃，直面科研困境； ②严谨求实、尊重事实：依靠多次实验、临床试验得出结论，不主观臆断； ③善于传承、勇于创新：从传统中医药古籍汲取智慧，突破传统高温煎药的固有思路； ④心怀苍生、甘于奉献：以救治疟疾患者为初心，不计艰苦条件潜心科研； ⑤开放共享、造福人类：科研成果全球推广，用科学造福全人类。 本节课我们梳理了人类探索宇宙的完整历程：古人先后提出盖天说、地心说，哥白尼、伽利略依靠观测证据提出日心说，打破地球中心的固有认知。现代哈勃通过星系观测发现宇宙在膨胀，伽莫夫建立宇宙大爆炸理论，解释宇宙起源于138亿年前。我们认识到银河系只是普通旋涡星系，太阳处在银河系边缘旋臂；所有恒星都有诞生、衰老、消亡的过程，恒星质量直接决定寿命与最终结局。科学理论永远依靠观测证据不断修正，天宫课堂、郭守敬望远镜等中国成果，也让我们见证人类探索宇宙永不停步。 课堂小结 3.3人类对宇宙的探索 一、认知变革：地心说→日心说 1.地心说：托勒密，地球为宇宙中心 2.日心说：哥白尼，太阳为太阳系中心；伽利略提供观测证据 局限：太阳≠宇宙中心 二、现代宇宙学说 1.哈勃定律：星系越远，退行越快→宇宙膨胀（无中心） 2.宇宙大爆炸：138亿年前奇点爆炸，微波辐射为证据 三、银河系与河外星系 1.银河系：旋涡星系，太阳位于边缘旋臂 2.河外星系：仙女星系，时光回溯 四、恒星演化 星云→主序星→晚年天体 质量越大，寿命越短 小质量：红巨星→白矮星 大质量：超新星→中子星/黑洞 板书设计 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $