3.3 人类对宇宙的探索（2） 讲义 -2026-2027学年科学浙教版七年级上册

本初中科学讲义聚焦银河系和河外星系，系统梳理星系的概念与分类（旋涡、椭圆、不规则星系），银河系的组成、大小、形状及太阳位置，河外星系的发现（哈勃与仙女星系），北斗七星找北极星的方法及时光回溯现象，构建从概念到实例再到应用的学习支架。 资料以目标导航明确学习方向，通过模型建构（如扁圆盘理解银河系结构）和推理论证（哈勃测定距离）培养科学思维，易错辨析与分层练习（随堂检测、课后提升）助力课中教学与课后查漏补缺，凸显科学观念与探究实践的融合。

3.3 人类对宇宙的探索（2）——银河系和河外星系 本节导航·目标清单 教材精研·内容全解 避坑指南·易错辨析 实战演练·随堂检测 巩固拓展·课后提升 本节导航·目标清单 目标导航 1. 了解星系的概念，知道星系是由单颗恒星、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。 2. 知道星系分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系三类，能识别不同类型星系的外形特征。 3. 了解银河系的组成、大小和形状，知道银河系是一个旋涡星系，理解太阳在银河系中的位置。 4. 了解河外星系的概念，知道哈勃测定仙女座大星云距离的意义，理解银河系只是宇宙中上千亿个星系之一。 5. 学会利用北斗七星寻找北极星的方法，知道北斗七星斗柄在不同季节的指向规律。 6. 理解“时光回溯”的含义，知道遥远天体发出的光需要很长时间才能到达地球，我们看到的星空其实是过去的样子。 方法指导 星系概念与分类 → 银河系（组成、大小、形状）→ 太阳在银河系中的位置 → 河外星系（仙女星系）→ 不同尺度天体范围 → 观测北极星（北斗七星）→ 时光回溯。 教材精研·内容全解 课前引入：宇宙有多大 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？带着这些问题，让我们走进银河系和河外星系的世界。 考点01 星系 1. 星系的概念 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。 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。星系是构成宇宙的基本单位，宇宙中有上千亿个星系。 浩瀚的宇宙中各种不同的天体和天体系统 2. 星系的分类 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。 （1）旋涡星系：具有旋涡结构，中心呈球状或棒状，有旋臂从中心延伸出去。银河系就是一个旋涡星系。 （2）椭圆星系：外形呈椭圆形或球形，没有明显的旋臂结构，主要由老年恒星组成。 （3）不规则星系：没有固定的形状和结构，外形不规则，通常含有较多的气体和尘埃。 旋涡星系——具有旋臂结构，中心呈球状 椭圆星系和不规则星系——外形各异 3. 科学思维：转换法 银河系非常巨大，我们用肉眼很难直接看到它的整体结构。在实际认知过程中，需要将其转换成看得见的、熟悉的地理事物。因此，可以用扁圆盘和旋涡来理解银河系的结构。 这种将难以直接观察的事物转化为可以感知的模型的方法，就是科学研究中常用的转换法。通过模型，我们可以更直观地理解银河系的侧视和俯视特征。 用扁圆盘和旋涡模型理解银河系的结构 考点02 银河系 1. 银河系的组成 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。太阳只是银河系内几千亿颗恒星中的一颗普通恒星。 银河系侧视图——夏季夜空横跨天际的银河 2. 银河系的大小 银河系非常巨大。银河系的直径约为光年，中心厚度约为光年，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。 3. 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。 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，我们身处银河系内部，只能从侧面观察，无法俯视全貌。 银河系俯视图——旋涡结构清晰可见 4. 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。 从地球到太阳系，从太阳系到银河系，再从银河系到整个宇宙，天体的尺度跨越了巨大的范围。理解不同尺度的天体系统，有助于我们认识宇宙的浩瀚。 不同尺度的天体所横跨的范围——从地球到宇宙 考点03 河外星系 1. 河外星系的发现 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。 其实，仙女星系是一个比银河系更巨大的星系。我们肉眼观察到的仙女星系是由许多星星集中在一起的模糊小点。哈勃的这一发现，使人类的视野从银河系扩展到了河外星系。 2. 宇宙中的星系数量 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。 图中每个可见的光点都可能是一个遥远的星系 3. 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，就可以找到北极星。 口诀：东南西北，春夏秋冬。认星先从北斗来，由北往西再展开。 北斗七星与北极星——斗柄指向随季节变化 4. 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。 这就是“时光回溯”——我们看到的越远的天体，其实看到的是越久远的过去。通过观测遥远的天体，科学家可以研究宇宙更早年代的状态。 仙女星系——距离地球约250万光年 避坑指南·易错辨析 【温馨提示】 1. 易错点1：星系分类名称——星系分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系三类，注意是“旋涡星系”不是“螺旋星系”，教材中使用“旋涡星系”这一表述。 2. 易错点2：银河系的形状——从侧面看呈扁圆盘状，从上往下看能看到旋涡结构。在地球上无法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，我们身处银河系内部。 3. 易错点3：银河系的数据——直径约为1.0×10的5次方光年，中心厚度约为1.2×10的4次方光年，太阳与银河系中心的距离约2.6×10的4次方光年，约2.4亿年绕银河系中心转一圈。不要把这些数据记混。 4. 易错点4：太阳的位置——太阳不在银河系的中心，太阳只是银河系内几千亿颗恒星中的一颗普通恒星，人类又一次破除了自己位于宇宙中心的观念。 5. 易错点5：哈勃与河外星系——1919年，哈勃测定了仙女座大星云（星系）的距离，发现其远大于银河系直径，从而推断仙女星系位于银河系之外。注意是1919年，不是1929年（1929年是哈勃定律的提出时间）。 6. 易错点6：北斗七星斗柄指向——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。口诀是“东南西北，春夏秋冬”，不要记反。 7. 易错点7：寻找北极星的方法——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，即可找到北极星。注意是“5倍距离”，不是其他倍数。 8. 易错点8：时光回溯——我们看到的遥远天体是它过去的样子，仙女星系距离地球约250万光年，我们看到的是它250万年前发出的光。不要把“光年”误认为是时间单位，光年是距离单位。 实战演练·随堂检测 【实战演练】 1. 科学家发现一颗名为开普勒62E的宜居行星。如图所示为该行星与其绕转的恒星所组成的天体系统，该天体系统相当于宇宙结构层次中的（ ） A. 地月系 B. 太阳系 C. 银河系 D. 河外星系 2. 浩瀚的宇宙中有大小不同的天体系统。如图所示的天体系统为（ ） A. 地月系 B. 太阳系 C. 银河系 D. 河外星系 3. 我们的宇宙蕴藏着无穷的奥秘。下列说法错误的是（ ） A. 河外星系谱线红移可以推断星系之间正在相互退行远离 B. 从侧面看，银河系的主体像一个中间凸起的大透镜 C. 太阳黑子、日珥等太阳活动对人类的生产、生活没有影响 D. “天宫二号”、“天舟一号”等都是探索宇宙奥秘的航天器 4. 宇宙中有闪烁的恒星、移动的行星、圆缺变化的月亮、一闪即逝的流星、拖着尾巴的彗星，还有存在于星际空间的气体和尘埃等，下列有关说法正确的是（ ） A. 晚上北半球指北的最佳参照物是金星 B. 晴朗的夜晚，我们看到的星星多数是恒星 C. 天体系统由大到小的顺序是：宇宙＞太阳系＞银河系 D. 北斗七星都在同一星座，因为它们距离地球一样远 5. 请就有关北斗七星和寻找北极星的方法，回答下列问题。 （1）北极星所处的星座是小熊座；寻找北极星时，一般把北斗斗前的两星连线，并朝斗口方向延伸约 倍距离，即可找到北极星。 （2）北半球春季的傍晚，北斗七星的斗柄指向东方的地平线；夏季指向 ；秋季指向 ；冬季指向 。 答：________________________________ 答：________________________________ 答：________________________________ 答：________________________________ 答：________________________________ 6. 关于银河系的叙述，下列说法正确的是（ ） A. 银河系的中心就是宇宙的中心 B. 太阳位于银河系的中心 C. 银河系是一个旋涡星系，从侧面看呈扁圆盘状 D. 我们在地球上可以直接看到银河系的旋涡结构 巩固拓展·课后提升 【巩固拓展】 1. 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的距离，从而推断仙女星系位于银河系之外。这一发现的重要意义是（ ） A. 证明了地球是宇宙的中心 B. 证明了银河系是宇宙中唯一的星系 C. 使人类的视野从银河系扩展到了河外星系 D. 证明了太阳是银河系的中心 2. 关于“时光回溯”现象，下列说法正确的是（ ） A. 我们看到的天体都是它现在的样子 B. 仙女星系到地球的距离约为250万光年，我们看到的是它250万年前的样子 C. 光年是时间单位，表示光传播一年所需的时间 D. 距离地球越近的天体，我们看到的是越久远的过去 3. 阅读以下材料，回答问题。 银河系是一个旋涡星系，从侧面看呈扁圆盘状，从上往下看能够看到旋涡结构。银河系的直径约为1.0×10的5次方光年，中心厚度约为1.2×10的4次方光年。太阳只是银河系内几千亿颗恒星中的一颗普通恒星，它与银河系中心的距离约2.6×10的4次方光年，约2.4亿年绕银河系中心转一圈。 （1）银河系属于哪一类星系？从侧面看和从上往下看分别呈什么形状？ （2）太阳在银河系中处于什么位置？这说明什么？ （3）为什么我们在地球上无法看到银河系的旋涡结构？ 答：________________________________ 答：________________________________ 答：________________________________ 参考答案 【实战演练】 第1题： B 解析：行星与其绕转的恒星组成的天体系统相当于太阳系层次。行星绕恒星运转，类似于地球绕太阳运转，属于太阳系层次。地月系是卫星绕行星，银河系和河外星系是更高层次的天体系统。故选B。 第2题： C 解析：图中所示天体系统呈现旋涡结构，是大量恒星聚集形成的星系，即银河系。地月系和太阳系尺度较小，不会呈现旋涡结构；河外星系是银河系以外的星系。故选C。 第3题： C 解析：太阳黑子、日珥等太阳活动对人类的生产、生活有影响，如影响无线电通信、导航等，C说法错误；河外星系谱线红移说明星系退行远离，A正确；银河系侧视呈中间凸起的大透镜状，B正确；天宫二号、天舟一号是探索宇宙的航天器，D正确。故选C。 第4题： B 解析：晚上北半球指北的最佳参照物是北极星，不是金星，A错误；晴朗的夜晚，我们看到的星星多数是恒星，B正确；天体系统由大到小的顺序是宇宙＞银河系＞太阳系，C错误；北斗七星在同一星座，但它们距离地球并不一样远，D错误。故选B。 第5题： 解析：（1）5。（2）南方；西方；北方。解析：寻找北极星时，把北斗七星中斗前的两星连线，并朝斗口方向延伸5倍距离即可找到。北斗七星斗柄指向：春天朝东，夏天朝南，秋天朝西，冬天朝北，口诀“东南西北，春夏秋冬”。 第6题： C 解析：银河系的中心不是宇宙的中心，宇宙没有中心，A错误；太阳不在银河系的中心，而是位于一条旋臂上，B错误；银河系是一个旋涡星系，从侧面看呈扁圆盘状，C正确；我们在地球上无法看到银河系的旋涡结构，因为太阳系位于银河系内部，D错误。故选C。 【巩固拓展】 第1题： C 解析：哈勃测定仙女座大星云的距离，发现其远大于银河系直径，从而推断仙女星系位于银河系之外。这一发现使人类的视野从银河系扩展到了河外星系，C正确；地球不是宇宙中心，A错误；银河系不是唯一的星系，B错误；太阳不在银河系中心，D错误。故选C。 第2题： B 解析：我们看到的天体是它过去发出的光，不是现在的样子，A错误；仙女星系距地球约250万光年，我们看到的是它250万年前的样子，B正确；光年是距离单位，不是时间单位，C错误；距离越远的天体，我们看到的是越久远的过去，不是越近，D错误。故选B。 第3题： （1）银河系属于旋涡星系。从侧面看呈扁圆盘状，从上往下看能够看到旋涡结构。（2）太阳远离银河系的中心，位于银河系的一条旋臂上，与银河系中心的距离约光年。这说明太阳只是银河系内几千亿颗恒星中的一颗普通恒星，人类又一次破除了自己位于宇宙中心的观念。（3）因为太阳系位于银河系的一条旋臂上，我们身处银河系内部，只能从侧面观察，无法俯视银河系的全貌，所以在地球上无法看到银河系的旋涡结构。 解析：（1）银河系是一个旋涡星系，侧视呈扁圆盘状，俯视能看到旋涡结构。（2）太阳不在银河系中心，而是位于一条旋臂上，距中心约2.6×10的4次方光年。（3）我们身处银河系内部，就像“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，无法从外部俯视银河系的全貌。 学科网（北京）股份有限公司 $