3-3 人类对宇宙的探索（2） 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银河系、河外星系及恒星演化展开，涵盖星系分类、银河系结构与大小、恒星诞生至消亡的完整过程。课前通过“宇宙大小”和“太阳消失”问题导入，以科学思维（转换法）、探索活动等为支架，衔接星系认知与恒星演化知识。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，如用转换法将银河系结构转化为扁圆盘模型，通过计算不同质量恒星寿命的探索活动归纳质量与寿命关系。结合模拟图、口诀及科学阅读，帮助学生建立科学观念，既培养学生探究能力，也为教师提供丰富教学资源，提升教学效率。

3.3 人类对宇宙的探索（2） ——银河系和河外星系 课前引入｜认识宇宙 宇宙有多大？最初人们认为地球是宇宙的中心,太阳、月球、5颗行星和6000多颗静止不动的恒星构成了宇宙。后来，人们认识到宇宙由银河系等星系组成，银河系由几千亿颗像太阳一样的恒星组成。那么，银河系有多大？它的中心在哪里？地球位于银河系的何处？ 2 星系 含义：星系是由单颗恒星、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 分类: 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 3 星系的分类 旋涡星系 有明显核心和几条旋臂 椭圆星系 椭圆形状，中心明亮 不规则星系 形状不规则或异常 4 科学思维｜转换法 银河系，我们用肉眼是很难看到它的结构的，在实际认知过程中要将其转换成看得见的、熟悉的地理事物。因此，用扁圆盘和旋涡来理解银河系的结构。 5 银河系 我们的太阳系处在银河系之中。当我们仰望夏季的夜空,看到横跨夜空的那条银河时,其实我们正在银河系内部观察我们生存的这个星系的中心。 银河系侧视图 扁圆盘状 6 银河系的形状 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,如图所示。需要注意的是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。 太阳系的位置 8 银河系 银河系俯视图（模拟图） 银河系的组成 银河系是由众多恒星及星际物质组成的一个巨大星系,所有的恒星都围绕银河系的中心旋转。 9 银河系的大小 银河系的直径约为1.0×105光年,中心厚度约为1.2×104光年,自中心向边缘逐渐变薄。 太阳只是银河系内几千亿颗恒星中的一颗普通恒星。太阳远离银河系的中心,它与银河系中心的距离约2.6×104光年,约2.4亿年绕银河系中心转一圈。 恒星彼此相距很远,离太阳最近的恒星是比邻星,与太阳相距4.22光年。 太阳不在银河系的中心，人类又一次破除了自己位于宇宙中心的观念 10 不同尺度的天体范围 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（总星系）。 11 河外星系 天文学家很早就意识到银河系外有其他星系。1919年,哈勃用当时最大且最先进的天文望远镜,测定了仙女座大星云(星系)的距离,发现这个距离远大于银河系的直径。因此,哈勃推断仙女星系一定位于银河系之外 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 仙女星系 12 观测北极星 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 把北斗七星中斗前的两星连线，并朝斗口方向延伸5倍距离就能找到北极星 口诀：东南西北，春夏秋冬 认星先从北斗来，由北往西再展开 13 科学阅读｜时光回溯 遥远天体发出的光，有的需要几百万年甚至几十亿年才能到达地球。在能够“观察”得更远的望远镜的帮助下，科学家可以从事更早年代的宇宙研究。例如，仙女星系到地球的距离约为250万光年，即仙女星系发出的光需要传播250万年才能到达地球，也就是说，我们现在看到的仙女星系，是它们在250万年前发出的光，光信息记录的是250万年前仙女星系上发生的事件。 14 课前引入｜恒星的演化 想象一下，如果突然间太阳消失，世界将会变成怎样？漆黑笼罩大地，万物失去生机。而实际上，太阳也像其他恒星一样，有着自己的生老病死。这是一场跨越亿万年的壮丽史诗，每颗星星都在讲述着宇宙的故事。让我们一同开启这场星际探索之旅吧！ 15 恒星的诞生 想象中在高密度分子云诞生的恒星 恒星的诞生 天文学家根据对各种恒星的观测和理论研究，认识到所有恒星的诞生过程与太阳的诞生过程基本相似。 随着宇宙的膨胀，温度不断降低，出现了由中性原子构成的宇宙尘埃。宇宙尘埃在引力作用下，会变得更加密集，并越聚越大，形成气体状态的星云团。随着星云团的收缩，温度不断升高，当温度变得非常炽热，星云团就开始发光。于是，恒星就诞生了。 16 恒星的演化过程 当恒星继续收缩升温，温度超过1×107℃时，将引发恒星内部的氢核发生聚变反应，生成氦并向外释放能量，恒星就开始稳定下来，进入主序星阶段。 恒星的稳定主序星阶段能够持续多长时间呢？像太阳这样的恒星的主序星阶段可持续约100亿年。太阳已存在约50亿年，它的主序星阶段还有约50亿年。今天的太阳正处于它的鼎盛时期。恒星约90%的生命周期都处于主序星阶段。 17 恒星寿命与质量的关系 恒星寿命：恒星在燃尽燃料之前能存在的时间 18 探索活动 1.一颗质量是太阳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？ 太阳的寿命为100亿年。 一颗质量是太阳0.8倍的恒星能存在的时问大约为120亿年 而一颗质量是太阳1.7倍的恒星能存在的时问大约为40亿年 19 探索活动 2.描述恒星的质量与它的寿命的一般关系。 一颗恒星寿命的长短取决于它的质量大小：恒星质量越大，寿命越短；质量越小，寿命越长。 20 太阳目前的状态（成年阶段） 太阳靠内部的氢核发生核聚变而产生光和热。太阳的内部在不断地消耗氢。进入成年阶段的太阳大约可以维持100亿年的稳定状态。大约50亿年后,太阳将进入晚年期。 21 太阳的晚年阶段｜红巨星 太阳中心缺少足够的氢时，太阳的球核将开始收缩，太阳外层的氢继续变成氦 星体急剧扩大，变成红色，形成红巨星 当太阳膨胀到接近火星轨道时，将吞噬水星、金星、地球，预计太阳在红巨星阶段持续大约10亿年时间，亮度升高到今天的近1万倍 红巨星不断地把外层物质抛向太空，在星体周围形成行星状星云 22 太阳的晚年阶段｜白矮星 形成行星状星云后，它的核聚变过程中形成的一些物质将进入星际介质参与再循环 球核进一步收缩，形成体积极小、密度很大的白矮星 23 太阳的晚年阶段｜黑矮星 最后慢慢“熄灭”，形成一颗看不见的黑矮星，变成星云的一部分，进入新的循环 24 太阳的一生 星云(收缩) 太阳(球核收缩) 红巨星(球核进一步收缩) 白矮星(核反应停止) 黑矮星 消亡 25 思考与讨论 （1）任何一个天体都有起源、演化、死亡的过程。 （2）恒星质量越大，寿命越短；质量越小，寿命越长。 （3）人们对宇宙的认识还停留在一个比较粗浅的阶段，有待人们不断去思考，其探索 了解了太阳一生的演化后，你对宇宙有了什么新认识？ 26 恒星的演化 如果恒星的质量介于1～8倍太阳质量,它会演变成红巨星,最终演变成为白矮星,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10～20倍,它的体积会急剧变大,形成红超巨星,随后爆发成超新星,最终演变成为体积极小、密度极大的中子星。 蟹状星云 27 恒星的演化 当恒星的质量更大时,其内部将产生巨大压力,物质被“压”成了更为神奇的天体——黑洞。黑洞的密度非常巨大,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黑洞的光。 虽然人们看不见黑洞,但科学家能确定它的存在。 28 恒星的演化示意图 星际气体 原恒星 主序星 收缩形成 主序星 太阳→红巨星→白矮星→黑矮星 大恒星→超红巨星→超新星→ 中子星 黑洞 恒星的一生： 通过天文观测和发现，逐步证实完善了恒星的演化理论。 29 黑洞的发现 几十年来，科学家一直在寻找黑洞。2016年，科学家宣布探测到黑洞的存在。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，发现了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。 30 思考与讨论 大恒星在演化过程中，先变成体积巨大的红超巨星；随后爆发成体积较小的超新星；超新星爆炸后，可形成体积极小的中子星或黑洞。所以说，其在演化过程中体积先变大，后变小。 大恒星演化到最后有两种可能：中子星或黑洞。 大质量恒星的消亡过程和太阳有什么不同？ 31 黑洞 科学阅读｜中子星 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。 中子星小得出奇，典型的中子星直径只有20 km，但密度大得惊人，1cm3的质量达1亿吨甚至几十亿吨，且由于巨大的质量产生了强大的引力。脉冲星(中子星的一种)的中心压力可达到1×1028个大气压，比地心压力大3×1021倍，比太阳中心压力大3×106倍。 33 科学阅读｜中子星 中子星的能量辐射是太阳的近100万倍，它在1s内辐射的总能量若全部转化为电能，就够目前我们地球用几十亿年。中子星的表面温度可达1×107℃，中心温度还要高数百万倍。 根据科学家估计，银河系内中子星的总数在20万颗以上。 34 $