3-3 人类对宇宙的探索（1）课件 2026-2027学年浙教版七年级科学上册

该初中科学课件围绕人类对宇宙的认识演变展开，核心涵盖从地心说到日心说的理论发展及宇宙膨胀、大爆炸理论，通过“天宫课堂”实例导入，串联中国古代盖天说、西方地心说与日心说的演变脉络，构建从古代到现代的宇宙探索知识支架。 其亮点在于融合科学观念（体现科学知识的相对性与发展性）、科学思维（如用气球模拟宇宙膨胀建构模型，通过哈勃定律推理论证宇宙膨胀）和探究实践（设计星系距离与退行速度的探索活动）。通过伽利略观测证据、日心说局限性讨论等实例，培养学生严谨求实的科学态度与探究能力，教师可借助丰富案例提升教学互动性与知识深度。

3.3 人类对宇宙的探索（1） ——从地心说到日心说 课前引入｜天宫课堂 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？ 2 人类对宇宙认识的演变 地球曾被视为宇宙的中心。科学研究表明，地球位于太阳系内，是一个普通的行星，并没有明显的独特性。太阳系是宇宙中的一个普通的位置，并不是独特地位。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? 3 我国古代对于宇宙的认识 盖天说 出现时间：中国战国时期 主要内容：天圆如张盖，地方如棋盘 影响：反映了人们认识宇宙结构的一个阶段，在描述天体的视运动方面也有一定的历史意义。 虽然已经摆脱神话的影响，但远没有揭示宇宙的本质。 秦汉时期的进展 到秦汉时期，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。 4 “地心说” 起源与发展 早期希腊哲学家坚信宇宙是完美的，地球位于其中心。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。 影响与意义 "地心说"可以解释5颗行星的观测轨迹，以及太阳、月球的运动路径。尽管托勒密的模型并不正确，但它能解释很多人们观察到的天文现象，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。 5 “地心说”核心理念 核心理念 地球是宇宙中心，且静止不动 太阳、月球、行星和恒星都围绕地球在各自的圆形轨道上运转 6 “日心说”的产生过程 提出背景 科学家们经过仔细观测，发现行星运行规律与托勒密的宇宙体系并不吻合 提出过程 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。 主要内容 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。 7 “日心说”的影响 影响 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，未能正确解释行星的运动方式与成因。“日心说”吸引人的是它简单，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”。 科学思维 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”。 科学家在对宇宙各方面建模时遵循简单、对称和美观的原则 8 “日心说”的推广与发展 伽利略对“日心说”学说的推广 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。伽利略对哥白尼学说的发展与传播起到了很大作用，留下了不可磨灭的印记。 学说的证据 1609年，伽利略用自制望远镜观测天空，为“日心说”提供了有力支持，并证明了地球并非宇宙中心。这些发现推动了科学革命的进程。伽利略还提出了新的观测证据：a.太阳上有黑子，说明太阳并不完美；b.围着木星的有4颗卫星，说明并非所有天体都在绕地球运行。c.金星的位相变化也说明金星并不是围绕地球公转的。 9 “日心说”的代表人物 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 10 思考与讨论 “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太阳不是处于宇宙的中心。太阳位于太阳系中,太阳系属于银河系,太阳系也不在银河系的中心。银河系也是众多星系中的一个，并非宇宙中心。 ②沿用了行星在圆轨道上匀速运动的旧观念，实际上行星轨道是椭圆的，运动也不是匀速的 11 探索活动 1.牧夫座星系离地球有多远？它的退行速度有多大？ 牧夫座星系离地球约25亿光年远。 它的退行速度约为40000 km/s。 12 探索活动 2.哪个星系的退行速度最大？哪个星系离地球最近？ 退行速度最大的是长蛇座星系，约60000 km/s。 离地球最近的是室女座星系，距离约0.1亿光年。 13 探索活动 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？ 从图中可以看出，星系距离地球越远，其退行速度越大。 这表明星系距离地球的远近与其退行速度呈正比。 14 探索活动 4.预测距离地球50亿光年 的星系的退行速度。 要预测距离地球50亿光年的星系退行速度，我们需要根据图中的趋势进行推断。图中显示的最远星系(长蛇座星系)距离约4 × 10亿光年，退行速度约60000 km/s。假设这种线性关系继续保持，50亿光年远的星系退行速度大约会是 80000 km/s 15 宇宙的组成和观测 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。科学家借助现代望远镜，揭开了宇宙中的许多奥秘。 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。 星系的观测 二十世纪一二十年代,天文学家用大型望远镜观测了银河系以外的星系,测出不同星系间的距离,判断它们的运动速度以及运动方向。 16 星系的运动｜运动的发现和特点 时间和发现者 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。 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。 17 星系的运动｜哈勃定律 定义 星系的退行速度与它们到地球的距离成正比。即星系到观察者的距离越远,星系退行速度越快。哈勃定律可以用公式表示为:v=Hd，其中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。 意义 哈勃定律被随后的进一步观测所证实。哈勃定律反映了整个宇宙的整体性,展示了一幅宇宙整体退行图景,即宇宙正在不断地膨胀。 18 思考与讨论 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？ 不是的，几乎所有的星系都在退行，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。 19 探索活动 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? 20 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。 21 星系运动模型的建立 实验表明，不管是哪个“星系”，其他“星系”都在不断地离它而去。各张圆形小纸片(星系)彼此后退，膨胀没有中心。 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模型并不为当时的人们所重视。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。 22 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。 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？ 23 宇宙大爆炸理论 理论概述 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。 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留的辐射，对应的温度约为5K。 理论证实 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。 24 宇宙的起源与演化 宇宙的起源 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的能量。 理论证实 下图为宇宙演化年表，该图突出了重要的物质与能量演化事件。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。 宇宙大爆炸理论也有局限性，是“未完成的乐章”。 25 $