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12.3 探索宇宙
一、人类探索宇宙的历程
从远古时代的仰望星空到现代的太空探测，人类对宇宙的探索从未停歇，每一步突破都凝聚着智慧与勇气。
古代先民通过肉眼观察星空，形成了朴素的宇宙观。中国古代的 “盖天说” 认为天圆地方，古希腊的托勒密提出 “地心说”，认为地球是宇宙的中心，太阳、月亮和其他行星都绕地球运动。这些学说在当时解释了一些天文现象，但存在一定的局限性。
16 世纪，哥白尼提出 “日心说”，认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星绕太阳运行，打破了长期以来 “地心说” 的统治地位，开启了近代天文学的新纪元。17 世纪，伽利略发明了天文望远镜，通过观测木星的卫星、月球表面的环形山等，为 “日心说” 提供了有力的证据。牛顿发现万有引力定律，从理论上解释了行星运动的规律，将天文学和物理学紧密结合起来。
20 世纪以来，随着科技的发展，人类对宇宙的探索进入了新的阶段。哈勃望远镜的发射让人类能够观测到更远的星系，哈勃通过观测发现星系在不断远离我们，提出了哈勃定律，为宇宙膨胀理论提供了重要支持。射电望远镜的出现拓宽了观测范围，人类发现了类星体、脉冲星等神秘的天体。航天技术的发展使得人类能够发射探测器登陆月球、探测火星等行星，甚至将探测器送出太阳系，探索更遥远的宇宙空间。
二、太阳系：我们的家园
太阳系是以太阳为中心，由八大行星、矮行星、卫星、小行星、彗星等天体组成的天体系统。
（一）太阳
太阳是太阳系的中心天体，质量占太阳系总质量的 99.86%。它是一颗巨大的气体星球，主要由氢和氦组成，通过核聚变反应不断释放出巨大的能量，为太阳系中的天体提供光和热。太阳的直径约为 139 万千米，表面温度约为 5500℃，核心温度高达 1500 万℃。太阳的活动对地球有着重要的影响，如太阳黑子、耀斑等活动会干扰地球的磁场和电离层，影响无线电通信和航天活动。
（二）八大行星
八大行星按照与太阳的距离由近及远依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。它们都沿着椭圆形的轨道围绕太阳公转，同时也在自转。
类地行星包括水星、金星、地球和火星，它们体积较小，密度较大，主要由岩石和金属组成。地球是目前已知唯一存在生命的行星，它有适宜的温度、液态水和大气层，为生命的诞生和繁衍提供了条件。火星与地球最为相似，近年来成为人类探测的热点，科学家希望在火星上找到生命存在的迹象。
巨行星包括木星和土星，它们体积巨大，密度较小，主要由氢和氦组成。木星是太阳系中最大的行星，体积是地球的 1300 多倍，它有众多的卫星，其中四颗最大的卫星被称为伽利略卫星。土星以其美丽的光环而闻名，光环主要由冰块和岩石碎片组成。
远日行星包括天王星和海王星，它们距离太阳较远，表面温度很低，主要由氢、氦和甲烷等组成。天王星的自转轴与公转轨道平面的夹角很大，几乎是 “躺着” 绕太阳公转。海王星是太阳系中风力最大的行星，表面风速可达每小时 2000 多千米。
（三）其他天体
太阳系中还有许多其他天体，如矮行星（冥王星是最著名的矮行星）、卫星（月球是地球的天然卫星）、小行星（主要分布在火星和木星之间的小行星带）、彗星（拖着长长的尾巴，由冰和尘埃组成）等。这些天体在太阳系中各自有着独特的运行轨道和物理性质，它们的存在丰富了太阳系的结构。
三、银河系：庞大的恒星系统
银河系是一个由数千亿颗恒星、大量的气体和尘埃组成的庞大恒星系统，我们的太阳系就位于银河系中。
银河系的形状像一个中间厚、边缘薄的圆盘，直径约为 10 万光年，中心厚度约为 1.2 万光年。银河系的中心有一个巨大的黑洞，它的质量约为太阳的 400 万倍，强大的引力吸引着周围的恒星围绕它运动。
太阳系位于银河系的一个旋臂 —— 猎户座旋臂上，距离银河系中心约 2.6 万光年。银河系中的恒星分布不均匀，在中心区域和旋臂上恒星比较密集。恒星是由气体和尘埃组成的天体，它们通过核聚变反应发光发热，不同质量的恒星有着不同的生命周期，从诞生、演化到最终消亡，会经历不同的阶段，如主序星、红巨星、白矮星、中子星、黑洞等。
银河系中还有许多星团和星云。星团是由数十颗到数百万颗恒星组成的集团，它们由于引力作用而聚集在一起。星云是由气体和尘埃组成的云雾状天体，是恒星形成的场所，著名的猎户座星云就是一个正在形成新恒星的区域。
四、宇宙的结构与演化
宇宙是由无数个像银河系这样的星系组成的，星系之间存在着广阔的宇宙空间。
（一）星系的分类
星系按照形状可以分为椭圆星系、旋涡星系和不规则星系。椭圆星系呈椭圆形，没有明显的旋臂，恒星分布比较均匀。旋涡星系具有明显的旋臂，银河系就是一个典型的旋涡星系。不规则星系没有固定的形状，结构比较混乱。
星系之间存在着引力相互作用，它们会形成星系团和超星系团。星系团是由数十个到数千个星系组成的集团，超星系团则是由多个星系团组成的更大的结构。我们所在的银河系属于本星系群，本星系群又属于室女座超星系团。
（二）宇宙的演化
根据宇宙大爆炸理论，宇宙起源于约 138 亿年前的一次大爆炸。在大爆炸后的瞬间，宇宙处于高温高密度的状态，随着时间的推移，宇宙不断膨胀冷却，逐渐形成了星系、恒星、行星等天体。
宇宙大爆炸理论得到了许多观测证据的支持，如宇宙微波背景辐射、星系的红移现象等。宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后留下的余温，它的发现为宇宙大爆炸理论提供了强有力的证据。星系的红移现象表明星系在不断远离我们，而且距离越远的星系远离的速度越快，这说明宇宙在不断膨胀。
关于宇宙的未来，目前存在多种推测。如果宇宙的密度足够大，引力将最终阻止宇宙的膨胀，导致宇宙收缩，可能会发生大挤压；如果宇宙的密度较小，宇宙将永远膨胀下去，逐渐变得寒冷而黑暗；还有一种可能是宇宙的密度处于临界值，宇宙将在膨胀和收缩之间达到平衡。
五、人类对宇宙的探索与未来
人类对宇宙的探索不仅是为了了解宇宙的奥秘，也是为了拓展人类的生存空间和推动科技的发展。
目前，人类已经实现了载人航天、登陆月球、探测火星等目标。国际空间站的建立为人类在太空进行科学实验和研究提供了平台。未来，人类计划在月球建立永久基地，进一步探索火星，甚至尝试载人登陆火星。同时，人类也在积极寻找地外生命，通过射电望远镜搜索来自外星文明的信号，发射探测器寻找宜居行星。
在探索宇宙的过程中，人类也面临着许多挑战，如航天技术的限制、宇宙环境的恶劣、长时间太空飞行对人体的影响等。但随着科技的不断进步，这些挑战正在逐步被克服。探索宇宙是一项长期而艰巨的任务，需要全人类的共同努力和合作。
六、课堂小结
人类对宇宙的探索经历了漫长的历程，从古代的朴素宇宙观到现代的科学探索，不断深化对宇宙的认识。
太阳系以太阳为中心，由八大行星、矮行星、卫星等天体组成，地球是太阳系中唯一存在生命的行星。
银河系是一个庞大的恒星系统，太阳系位于银河系的猎户座旋臂上，银河系由大量的恒星、气体和尘埃组成。
宇宙由无数个星系组成，宇宙大爆炸理论解释了宇宙的起源和演化，宇宙目前处于不断膨胀的状态。
人类对宇宙的探索在不断推进，未来将面临更多的挑战和机遇。
七、课后练习
下列关于太阳系的说法中，正确的是（ ）
A. 太阳系中只有八大行星
B. 太阳是太阳系中唯一的恒星
C. 地球是太阳系中最大的行星
D. 太阳系中的天体都围绕地球运动
简述人类探索宇宙的主要历程。
银河系的结构有什么特点？太阳系在银河系中处于什么位置？
宇宙大爆炸理论的主要内容是什么？有哪些证据支持这一理论？
结合所学知识，谈谈你对人类探索宇宙未来的展望。
2024沪科版物理八年级全册
12.3探索宇宙
第十二章 小粒子与大宇宙
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
了解人类对宇宙的探索历史，了解人类走出地球的历史。
02
知道太阳系、银河系及宇宙的关系。（重点）
01
通过对宇宙结构的认识，激发对科学的求知欲望，乐于探索自然科学现象。（难点）
03
在我们生活着的地球之外，是一个广阔无边的世界，被称为“宇宙”。宇宙里的许多奥秘在等着我们去探索，今天我们就来了解一些宇宙的知识。
观察与思考
1.中国古人很早就对星空进行观察并根据星象制定历法。
中国古代的星象图
探索太空
在欧洲，在宗教的影响下，人们长期认为地球是宇宙的中心。
2.地心说
观点：地球居于中心，太阳和其他行星围绕地球转动。这种理论影响人们的思想达千年之久。
“地心说”宇宙模型
探索太空
知识点1 探索太空
1.人类对宇宙的认识历程
①地心说，托勒密认为地球居于中心，太阳和其他行星围绕地球转动。
②日心说，哥白尼认为太阳是宇宙的中心，地球和其他行星都绕着太阳运动。
③开普勒提出了太阳系行星运动的三大定律。
④牛顿在前人研究的基础上，提出万有引力定律。
⑤莱布尼茨及后来的众多科学家与哲学家进一步研究宇宙，提出了“什么是宇宙”“为什么有宇宙”等问题。
⑥在量子力学与相对论提出后，人类在走出地球、探索宇宙的进程中取得了更大的成就。
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浑天说
浑天说是我国古代较成熟的宇宙学说之一，在东汉年间广为流传。代表学者张衡在其著作《浑天仪注》中是这样描述宇宙的:“天如鸡子，地如鸡中黄，孤居于天内，天大而地小。”意为宇宙好比鸡蛋，而地球就像鸡蛋中的蛋黄一样悬在宇宙中。
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浑天说
浑天仪是浑仪和浑象的总称，是反映浑天说的重要仪器。其中浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是用来演示天象的仪表。
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2.人类飞天梦的实现
①1961年，人类第一次乘飞船进入太空。1990年哈勃望远镜拍摄了令人震撼的宇宙天体照片。
②2016年，科学家们宣布，利用激光干涉引力波天文台(LIGO)首次探测到引力波。
利用激光干涉引力波天文台
③2019年，我国“嫦娥四号” 近距离拍摄的月球背面影像图。
首张月球背面高清影像图(部分区域)
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中国的太空漫步之路
1999年，我国成功发射“神舟一号”无人飞船。
2003年，我国首位航天员杨利伟乘坐“神舟五号”载人飞船飞上太空。
2008年，翟志刚出舱作业，实现了中国航天史上的第一次太空漫步。
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中国的太空漫步之路
2011年，“天宫一号”发射升空，浩瀚太空中迎来了中国第一个空间实验舱。
2022年，中国天宫空间站“梦天”实验舱成功发射，6名航天员首次实现“太空会师”。
例 下列关于人类探索太空历程的说法正确的是（ ）
A.托勒密发展了“地心说”认为太阳是宇宙的中心
B.布鲁诺通过几十年的观察与分析，提出了“日心说”
C.牛顿发表了《自然哲学的数学原理》一书，为人类探索宇宙奠定了坚实的理论基础
D.人类第一个太空人是中国的杨利伟
C
知识点2 人类探索永无止境
①太阳系中除了太阳这颗唯一的恒星外，至今已发现还有八颗行星、290 颗卫星、约 130 万颗小行星，以及数量可观的彗星和流星。
水星
金星
地球
火星
木星
土星
天王星
海王星
行星 行星直径 （相对地球） 距离太阳 （相对地球） 公转周期
（相对地球）
水星 0.38 0.39 0.24
金星 0.95 0.72 0.62
地球 1 1 1
火星 0.53 1.52 1.88
木星 11.2 5.20 11.9
土星 9.5 9.54 29.4
天王星 4.0 19.2 83.8
海王星 3.9 30.1 163.7
太阳系八颗行星部分近似数据
②银河系是太阳系所在的由无数星体组成的天体系统。银河系包括1000~4000亿颗恒星，除太阳以外，距地球最近的恒星是与地球相距约4×1013km的半人马座的比邻星，光从比邻星出发大约需要 4.2 年才能到达地球。
③河外星系，在浩瀚的宇宙中，还有许多像银河系这样的星系。其中，仙女座河外星系是离银河系比较近的一个星系。从仙女座发出的光需要 250 万年才能到达地球。
宇宙
银河系
河外星系
太阳系
其他恒星系
太阳
八颗行星
卫星、小行星、彗星和流星
宇宙的结构
翻开人类探索宇宙的历史篇章，我们不难发现，无论过去还是现在，无论在东方还是西方，人类对天空一直充满了美好的希望和梦想，人类探索宇宙的步伐将会越来越快。
科学幻想中的未来太空城市
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宇宙大爆炸
宇宙是怎么诞生的呢？1948年，美国物理学家伽莫夫(G. Gamow，1904-1968)提出了热大爆炸宇宙模型，该模型得到当今科学研究和观测数据的广泛支持。
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认识浩瀚的宇宙
1.若有一天小明乘坐宇宙飞船从地球出发去探索太空，将先
后飞离( )
B
A.太阳系、银河系、地月系
B.地月系、太阳系、银河系
C.银河系、太阳系、地月系
D.地月系、银河系、太阳系
学习宇宙中的物理规律
2.［立德树人·传统文化］如图是青铜制“浑天仪”，
是中国古代天文学重要成就。时至今日，人类从未
停止对宇宙的探索。下列说法正确的是 ( )
A.太阳是银河系中数以亿计恒星中的一颗普通恒星，
恒星的位置是固定不变的
B.我们认识到，宇宙是一个没有层次的天体结构系统
C.银河系的直径大约为10万光年，可知光年是长度单位
D.宇宙中天体在不停地运动，其中地球是宇宙真正的中心
C
3.[2024·苏州期中] 如图所示，向粘有金属
小颗粒的气球中打气时，任一金属小颗粒
类比法
与周围的其他小颗粒都相互远离。同理，我们观察到所有的
星系正在远离我们而去，我们就能得出宇宙正在膨胀，这里
主要运用的思维方法是________(填“等效法”“类比法”或“转
换法”)。
4.[2024·上海二模] 我们了解到微观世界与
宏观宇宙十分相似，极小与极大存在着某
种联系。如图所示是物理学家巧妙地把宇
宙学和粒子物理学衔接在一起。试回答下
列问题：
(1)观察如图，物理学上是通过用物理
量______(填“长度”“质量”“时间”或“能
量”)把宇宙学和粒子物理学衔接起来的。
长度
(2)为了形象地描述微观世界的各种物理规律，物理学家采用
主要的科学方法是___。
D
A.控制变量 B.等效替代 C.微量放大 D.建立模型
(3) 在研究原子与星系的
过程中，我们发现原子的组成与太阳
系的组成存在着许多相似之处，请写
出其中一项相似之处：____________
___________________________。
电子绕着原子核旋转与行星绕着太阳旋转
弘扬科学家精神
5. 中国的科学家们义无反顾地投身于祖国建设，向
全世界彰显了优秀的科学精神。请将下面的科学家和贡献或
荣誉连接起来。
宇宙
银河系
河外星系
太阳系
其他恒星系
探索宇宙
探索太空
人类探索永无止境
谢谢观看！

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