資源簡介

(共27張PPT)
3.3 人類對宇宙的探索 第1課時
浙教版七年級上冊
新知導入
2023年9月21日，“天宮課堂”第四課在中國空間站開講，航天員為廣大青少年帶來一堂精彩的太空科普課，并通過視頻與地面課堂師生進行實時互動交流。
人類為什么孜孜不倦地探索宇宙？
探索宇宙有哪些發現？
新知講解
從地心說到日心說
地球曾被人們認為是宇宙中獨一無二的天體，是宇宙的中心。科學研究表明，地球位于太陽系內，太陽系位于銀河系比較邊緣的一個普通位置，并沒有明顯的獨特地位。
關于宇宙和我們賴以生存的地球，從古到今，人們的認識經歷了根本性的變革。
我們對宇宙的認識是如何改變的呢？
我國戰國時期的蓋天說認為，天圓如張蓋，地方如棋盤。蓋天說這種宇宙觀，雖然已經擺脫神話的影響，但遠沒有揭示宇宙的本質。
到秦漢時期，人們初步認識了太陽、月球和5顆行星的基本運動規律，并能推算天象的發生。
早期的希臘人相信，宇宙是完美的，地球是宇宙的中心。
公元2世紀，希臘天文學家托勒密在亞里士多德等前人對宇宙的認識的基礎上，進一步完善了地球中心學說，創立了“地心說模型。
托勒密認為，地球是宇宙中心，且靜止不動，太陽、月球、行星和其他所有天體都圍繞著地球在各自的圓形軌道上運轉。
16世紀，哥白尼用自制的簡陋儀器，經過20年的天文觀測與研究發現，與其他5顆行星一樣，地球也是一顆行星。
在得出地球是一顆行星后，哥白尼為太陽系建立了一個“日心說”模型。該模型認為太陽是宇宙的中心，地球和行星都圍繞太陽做圓周運動。
科學家在對宇宙各方面建模時遵循簡單、對稱和美觀的原則。
哥白尼在臨終前，出版了著作《天球運行論》，闡述了“日心說”的理論基礎。與地球是宇宙的中心的觀點相比，“日心說”的提出是一個重大突破。但哥白尼保留了希臘人的行星做圓周運動的觀點，也未能正確解釋行星的運動方式與成因。
“日心說”吸引人的地方是它簡單，人們可以更好地理解它。“日心說”挑戰了當時占主導地位的“地心說”。
1609年，伽利略用自制的望遠鏡觀測天空，為“日心說”提供了新的觀測證據。
伽利略發現：太陽上有黑子，說明太陽并不完美；圍繞著木星的有4顆衛星，說明并非所有天體都在繞地球運行。木星有衛星運轉的事實為哥白尼學說提供了強有力的證據。金星的位相變化也說明金星并不是圍繞地球公轉的。
伽利略的觀測發現與當時人們對宇宙的普遍認識并不一致，挑戰了居于統治地位的“地心說”。1633年，羅馬宗教裁判所判處伽利略終身監禁，隨后改為軟禁，直到他在1642年病逝。
哥白尼“日心說”的建立，使人們的認識從“地球中心”走向“太陽中心”。今天我們知道，除了太陽，太陽系中還包括行星及其衛星，以及各種更小的天體，這些大大小小的天體都圍繞太陽公轉。
用現代科學方法探索自然的思想，須用實際觀測進行檢驗，檢驗不合格的思想會被拋棄。采用這種方式，科學家慢慢形成了理解宇宙的更好知識體系。哥白尼基于多年觀測，開啟了科學革命，推翻了“地心說”。
思考與討論：
“日心說”中有關宇宙以太陽為中心的提法也有不正確之處，請用相關知識解釋。
太陽不是出于宇宙的中心。太陽位于太陽系中，太陽屬于銀河系，太陽系也不是銀河系的中心。銀河系也是眾多星系中的一個，并非宇宙中心。
現代宇宙學說
浩瀚的宇宙中有各種不同的天體，這些天體又組成了大小不同的天體系統。我們看到的宇宙就是由各種不同的天體系統組成的。科學家借助現代望遠鏡，揭示了宇宙中的許多奧秘。
二十世紀一二十年代，天文學家用大型望遠鏡觀察了銀河系以外的星系，測出不同星系間的距離，判斷它們的運動速度以及運動方向。
宇宙學：研究宇宙的性質、結構和演化（起源、演化和死亡）的科學。
探索活動：
1. 閱讀圖，牧夫座星系離地球有多遠？它的退行速度有多大？
2.哪個星系的退行速度最大？哪個星系離地球最近？
3.得出結論，星系距離地球的遠近與其退行速度有什么關系？
4.預測距離地球50億光年的星系的退行速度。
2.5
3. 科學家們發現，除了距離最近的星系之外，其他的星系都在遠離地球而去。距離越遠的星系，其退行的速度越快。
1929年，天文學家哈勃根據自己對銀河系意外星系距離的測定，結合其他天文學家的工作，分析了20多個星系的退行速度和距離，發現銀河系以外的大多數星系都在遠離我們而去，距離越遠，離開我們的速度越大，這表明，我們所處的宇宙正在膨脹。
哈勃提出了著名的哈勃定律：星系的退行速度與它們到地球的距離成正比。
哈勃定律可以用公式表示為：
v = H d
v為星系退行速度，d為星系到觀察者的距離，H為哈勃常數。
哈勃定律反映了宇宙的整體性，展示了一幅宇宙整體退行圖景，即宇宙正在不斷地膨脹。
幾乎所有的星系都在退行，是否意味著地球處于宇宙的中心？
思考與討論：
探索活動 ：
1.準備一只氣球，在其表面貼上一些圓形小紙片。小紙片代表星系。
2.在圓形小紙片上用筆做記號，表示星系上的居民，記錄相鄰“星系”的位置和距離。
3.用打氣筒持續地向氣球充氣，使氣球不斷地脹大（即宇宙膨脹）。
4.觀察氣球在脹大過程中，各張圓形小紙片間距離的變化。這些“星系”之間的距離發生了怎樣的變化？
實驗表明，不管是哪個“星系”，其他“星系”都在不斷地離它而去。
各張圓形小紙片（星系）彼此后退，膨脹沒有中心。
現代宇宙學以愛因斯坦的廣義相對論為理論基礎，以天文觀測為事實依據。
1915年，著名科學家愛因斯坦建立了廣義相對論，他將廣義相對論用于宇宙的研究，建構了一個靜態的宇宙模型。
1922年，蘇聯科學家弗里德曼從廣義相對論出發，得到了一個均勻地膨脹或收縮的宇宙模型，遺憾的是這個動態的模型并不為當時的人們所重視。
思考與討論：
我們是否可以做出這樣的推斷：宇宙在不斷膨脹，這意味著過去的宇宙比現在小。那么，時間越往前，宇宙中的星系之間的距離是否必然越小？再往前倒退至某一時間，宇宙是否密集在一個點上？
1948年，伽莫夫等人建立的元素生成理論，為宇宙起源的大爆炸理論奠定了基礎。
宇宙大爆炸理論認為，宇宙起源于極高溫、極高密度的“奇點”的大爆炸，之后宇宙不斷膨脹、溫度不斷下降，生成各種物質，形成各種星系，演化成今天的宇宙，今天的宇宙仍將繼續膨脹下去。
宇宙膨脹得到了觀測事實的有力支持，宇宙大爆炸理論成功地解釋了很多觀測事實。多方面觀測研究表明，我們的宇宙始于約138億年前的一次大爆炸，大爆炸為后來的星系、恒星和行星的形成與演化提供了所有的能量。
宇宙演化年表，突出了重要的物質與能量演化事件。宇宙大爆炸理論是目前最準確地描述宇宙從誕生到當前狀態的模型。
宇宙大爆炸理論也有局限性，是“未完成的樂章”。
科學閱讀
阿爾伯特·愛因斯坦建立廣義相對論后，意識到要將整個宇宙作為對象來研究，并將廣義相對論作為研究宇宙的理論。宇宙論在落寞了幾百年后，又開始恢復了生機。愛因斯坦堅信整個宇宙是一個和諧的整體。于是，愛因斯坦提出了有限無邊、靜態的宇宙模型。他認為，宇宙
整體上應該是靜態。為此，他在方程中加了一個宇宙常
數，以維持宇宙的靜態。當宇宙膨脹的預言被證實后，
愛因斯坦為這一發現而歡呼，并承認自己在宇宙模型中
人為地引入宇宙常數，是他人生中犯下的一個大錯誤。
課堂總結
人類對宇宙的探索（一）
一、地心說
托勒密
地球是宇宙的中心，且靜止不動
太陽、月球、行星和恒星等所有天體都圍繞著地球在各自的圓形軌道上運轉
二、日心說
哥白尼
日心說模型認為太陽是宇宙的中心，地球和行星都圍繞太陽做圓周運動
科學家在對宇宙各方面建模時遵循簡單、對稱和美觀的原則。
用現代科學方法探索自然的思想，須用實際觀測進行檢驗，檢驗不合格的思想會被拋棄。采用這種方式，科學家慢慢形成了理解宇宙的更好知識體系。
三、現代宇宙學說
哈勃提出了著名的哈勃定律：星系的退行速度與它們到地球的距離成正比。
哈勃定律可以用公式表示為：
v = H d
宇宙大爆炸理論認為，宇宙起源于極高溫、極高密度的“奇點”的大爆炸，之后宇宙不斷膨脹、溫度不斷下降，生成各種物質，形成各種星系，演化成今天的宇宙，今天的宇宙仍將繼續膨脹下去
宇宙正在不斷地膨脹
課堂練習
1.下列關于“地心說”宇宙體系的說法，不正確的是(　　)
A．認為地球是宇宙的中心
B．打破了“天圓地方”的宇宙觀，建立了宇宙空間的概念
C．可以解釋5顆行星的觀察路徑
D．發展了“日心說”宇宙體系
D
2.下列關于“日心說”宇宙體系學說的說法，不正確的是(　　)
A．“日心說”闡明了天體運行規律，為后人認識太陽系，進而認識地球的起源奠定了基礎
B．“日心說”挑戰了長期居于統治地位的“地心說”
C．“日心說”從現代天文學的角度看是正確的
D．伽利略為“日心說”的發展作出了重要的貢獻
C
3.下列關于大爆炸宇宙論的說法正確的是（ ）
A.一種已經被證明是正確的科學理論
B.一個比較合理的科學假說
C.一個著名的神話故事
D.一段現代科普作品里有趣的描寫
4.宇宙起源的證據是　　　　　　　（　　）
　 A.哈勃定律 B.舊約“創世紀”
　 C.盤古開天辟地的神話 D.女媧補天的傳說
A
B
謝謝
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