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(共27张PPT)
3.3 人类对宇宙的探索 第1课时
浙教版七年级上册
新知导入
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。
人类为什么孜孜不倦地探索宇宙？
探索宇宙有哪些发现？
新知讲解
从地心说到日心说
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。科学研究表明，地球位于太阳系内，太阳系位于银河系比较边缘的一个普通位置，并没有明显的独特地位。
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。
我们对宇宙的认识是如何改变的呢？
我国战国时期的盖天说认为，天圆如张盖，地方如棋盘。盖天说这种宇宙观，虽然已经摆脱神话的影响，但远没有揭示宇宙的本质。
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。
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。
托勒密认为，地球是宇宙中心，且静止不动，太阳、月球、行星和其他所有天体都围绕着地球在各自的圆形轨道上运转。
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。
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。
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。
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”。
1609年，伽利略用自制的望远镜观测天空，为“日心说”提供了新的观测证据。
伽利略发现：太阳上有黑子，说明太阳并不完美；围绕着木星的有4颗卫星，说明并非所有天体都在绕地球运行。木星有卫星运转的事实为哥白尼学说提供了强有力的证据。金星的位相变化也说明金星并不是围绕地球公转的。
伽利略的观测发现与当时人们对宇宙的普遍认识并不一致，挑战了居于统治地位的“地心说”。1633年，罗马宗教裁判所判处伽利略终身监禁，随后改为软禁，直到他在1642年病逝。
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。
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”。
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。
太阳不是出于宇宙的中心。太阳位于太阳系中，太阳属于银河系，太阳系也不是银河系的中心。银河系也是众多星系中的一个，并非宇宙中心。
现代宇宙学说
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，揭示了宇宙中的许多奥秘。
二十世纪一二十年代，天文学家用大型望远镜观察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。
宇宙学：研究宇宙的性质、结构和演化（起源、演化和死亡）的科学。
探索活动：
1. 阅读图，牧夫座星系离地球有多远？它的退行速度有多大？
2.哪个星系的退行速度最大？哪个星系离地球最近？
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？
4.预测距离地球50亿光年的星系的退行速度。
2.5
3. 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。距离越远的星系，其退行的速度越快。
1929年，天文学家哈勃根据自己对银河系意外星系距离的测定，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，发现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。
哈勃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：
v = H d
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。
哈勃定律反映了宇宙的整体性，展示了一幅宇宙整体退行图景，即宇宙正在不断地膨胀。
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？
思考与讨论：
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）。
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？
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。
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。
1915年，著名科学家爱因斯坦建立了广义相对论，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。
思考与讨论：
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？
1948年，伽莫夫等人建立的元素生成理论，为宇宙起源的大爆炸理论奠定了基础。
宇宙大爆炸理论认为，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。
宇宙膨胀得到了观测事实的有力支持，宇宙大爆炸理论成功地解释了很多观测事实。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。
宇宙演化年表，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地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”。
科学阅读
阿尔伯特·爱因斯坦建立广义相对论后，意识到要将整个宇宙作为对象来研究，并将广义相对论作为研究宇宙的理论。宇宙论在落寞了几百年后，又开始恢复了生机。爱因斯坦坚信整个宇宙是一个和谐的整体。于是，爱因斯坦提出了有限无边、静态的宇宙模型。他认为，宇宙
整体上应该是静态。为此，他在方程中加了一个宇宙常
数，以维持宇宙的静态。当宇宙膨胀的预言被证实后，
爱因斯坦为这一发现而欢呼，并承认自己在宇宙模型中
人为地引入宇宙常数，是他人生中犯下的一个大错误。
课堂总结
人类对宇宙的探索（一）
一、地心说
托勒密
地球是宇宙的中心，且静止不动
太阳、月球、行星和恒星等所有天体都围绕着地球在各自的圆形轨道上运转
二、日心说
哥白尼
日心说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
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。
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。
三、现代宇宙学说
哈勃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：
v = H d
宇宙大爆炸理论认为，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
宇宙正在不断地膨胀
课堂练习
1.下列关于“地心说”宇宙体系的说法，不正确的是(　　)
A．认为地球是宇宙的中心
B．打破了“天圆地方”的宇宙观，建立了宇宙空间的概念
C．可以解释5颗行星的观察路径
D．发展了“日心说”宇宙体系
D
2.下列关于“日心说”宇宙体系学说的说法，不正确的是(　　)
A．“日心说”阐明了天体运行规律，为后人认识太阳系，进而认识地球的起源奠定了基础
B．“日心说”挑战了长期居于统治地位的“地心说”
C．“日心说”从现代天文学的角度看是正确的
D．伽利略为“日心说”的发展作出了重要的贡献
C
3.下列关于大爆炸宇宙论的说法正确的是（ ）
A.一种已经被证明是正确的科学理论
B.一个比较合理的科学假说
C.一个著名的神话故事
D.一段现代科普作品里有趣的描写
4.宇宙起源的证据是　　　　　　　（　　）
　 A.哈勃定律 B.旧约“创世纪”
　 C.盘古开天辟地的神话 D.女娲补天的传说
A
B
谢谢
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