资源简介

(共26张PPT)
实践：追寻人类探索宇宙的进展
一、引言
人类对宇宙的好奇与生俱来，从远古时期对星空的单纯仰望，到如今借助先进科技深入探索，探索宇宙的征程从未停歇。这一实践旨在梳理人类在探索宇宙进程中的最新进展，体会科学家们在探索过程中展现出的科学家精神，如求真探索、严谨求实、创新突破等。
二、宇宙观测设备的新成果
（一）詹姆斯 韦布太空望远镜（JWST）
作为目前最先进的太空望远镜之一，JWST 为人类探索宇宙 “婴儿期” 立下汗马功劳。2023 年，由武汉大学和北京大学天文学家联合领导的国际团队，利用 JWST 的高灵敏度近红外相机（NIRCam），成功探测到两颗距离地球超过 130 亿光年的类星体宿主星系。通过分离星系中心明亮的类星体与周围相对暗淡的宿主星系光芒，测量出一个宿主星系质量高达约 1300 亿倍太阳质量，另一个约 340 亿倍太阳质量，其中心黑洞质量分别为 14 亿和 2 亿倍太阳质量。这一发现暗示黑洞与宿主星系之间的共同演化关系，可能在宇宙极早期就已建立，更新了人类对星系演化的认知。
（二）射电望远镜
被誉为 “宇宙观测的神奇之眼” 的射电望远镜，在助力人类太空探索方面成果显著。2024 年 4 月，国际大科学工程平方公里阵列射电望远镜项目首批低频天线在澳大利亚安装，未来将有助于解答宇宙演化等科学问题。中国的 “中国天眼” FAST 已发现超过 1000 颗脉冲星，这对理解脉冲星的形成和恒星演化具有重要意义。射电望远镜通过接收来自宇宙的射电波，让人类突破了光学观测的限制，打开了认识宇宙的新窗口，体现了科学家们勇于创新观测手段、探索未知的精神。
（三）欧几里得任务
2025 年 3 月，欧洲空间局（ESA）的欧几里得任务发布了首批勘测数据，以三幅马赛克图展示了数十万个星系，并对 380000 多个星系以及 500 个引力透镜候选者进行了分类调查。欧几里得任务确定了天空中的 3 个深空区域，将对其进行多次重复观测。借助人工智能技术，科研团队能够快速处理其产生的庞大数据集。例如，Zoobot AI 算法已创建第一个包含超过 380000 个星系的详细目录。欧几里得任务预计将揭示暗物质和暗能量的性质等宇宙学问题，其强大的勘测能力和创新的数据处理方式，是科学家们严谨求实、创新突破精神的生动体现。
三、行星及深空探测的新突破
（一）月球探测
2024 年，中国嫦娥六号完成人类历史上首次月球背面采样返回的壮举。相关研究发现月球背面约 28 亿年前仍存在岩浆活动，还获得了首份月背古磁场信息，填补了人类多项认知空白。众多国家也计划在 2025 年对月球开展新探索，以色列太空登陆组织的 “创世纪 2” 号探测器、印度空间研究组织的 “月船 - 4” 号探测器等都将奔赴月球，进行科学实验，进一步加深人类对月球地质等方面的了解。
（二）太阳系内其他行星及小行星探测
金星：金星生命探测器由美国麻省理工学院、火箭实验室等联手打造，将于 2025 年初发射升空，它将携带小型探测器深入金星大气层，探索那里是否存在支撑生命存续的条件，体现了人类对宇宙生命奥秘的持续追寻。
水星：2025 年 12 月，由日本和欧洲航天机构共同研制的 “贝皮科伦布” 号水星探测器，将在第六次飞掠水星时被其引力捕获，进入绕水星飞行的轨道，研究水星的结构、磁场和大气层。
小行星：2025 年 5 月，中国的 “天问二号” 探测器将踏上征程，前往近地小行星 2016 HO3，开展小行星采样返回和主带彗星绕飞探测任务，有望为早期太阳系的形成以及地球上有机物质的起源提供新见解。
（三）寻找外星生命
2024 年 10 月美国航天局 “欧罗巴快帆船” 号探测器发射升空，木卫二被认为是太阳系内在地球之外寻找生命的 “最佳地点”，该探测器将研究木卫二冰面下海洋中是否存在生命，承载着人类对外星生命探索的期望，这背后是科学家们对未知世界的无限好奇与执着探索。
四、航天技术的新发展
（一）火箭技术突破
2024 年，美国 “星舰” 首次验证了 “筷子夹火箭” 的回收技术，有望大幅降低发射成本；日本新一代主力运载火箭 H3 火箭、欧洲新一代重型运载火箭阿丽亚娜 6 型火箭也都试射成功。火箭技术的不断进步，为人类更深入地探索宇宙提供了有力保障，体现了工程技术领域科学家们的创新与担当。
（二）太空商业服务兴起
SpaceX、“蓝色起源” 和 “维珍银河” 等商业公司不断推动太空旅行发展。2025 年，美国太空栖息技术公司 Vast 研发的全球首座商业空间站的首个舱段 ——“避风港 1” 号计划发射，SpaceX 公司的 “星链” 卫星将启用 “直接连接蜂窝网络” 服务，亚马逊公司也计划今年开始提供宽带互联网服务。太空商业服务的兴起，不仅拓展了人类探索宇宙的途径，也展现了商业与科技结合下的创新活力。
五、实践总结
在追寻人类探索宇宙进展的过程中，我们看到了科学家们在各个领域的卓越成就。从观测设备对宇宙深处的探索，到行星探测任务的不断推进，再到航天技术的创新发展，每一项成果都凝聚着科学家们求真探索、严谨求实、创新突破、奉献合作等精神。人类对宇宙的探索永无止境，未来，随着科技的不断进步，我们有望在宇宙探索中取得更多令人瞩目的成果，而科学家精神也将持续激励着一代又一代的探索者，在未知的宇宙中不断前行，为人类文明的发展拓展新的边界。
2024沪科版物理八年级全册
实践 追寻人类探索宇宙的进展
第十二章 小粒子与大宇宙
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
人们自古以来就对宇宙充满好奇：宇宙是什么？宇宙是如何产生的？宇宙有多大？宇宙未来的发展趋势如何？现代宇宙学仍然在不断探索这些问题。
任务一：了解人类对宇宙起源的研究模型与证据
1.热大爆炸模型
该模型认为，宇宙诞生初期
是一个密度极大、温度极高的奇点，并在极早期发生非常快速的膨胀和冷却。
爆炸之初，温度仍很高，物质只能以电子等基本粒子形态存在；随着宇宙不断膨胀，温度降低，逐步形成原子核、原子、分子，随后出现气体；气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成恒星和星系。
2.证据
①遥远星系的光谱存在红移现象，且距离越远的星系红移越大，即其退行速度越快，这表明宇宙在不断膨胀。
红移
2.证据
②宇宙中存在微波背景辐射，其温度约为2.7K，与大爆炸理论的预言相符合。
宇宙大爆炸遗留下来的电磁波辐射——微波背景辐射
2.证据
③根据大爆炸理论，宇宙在最初几分钟里经历了原初核合成过程，会产生 3:1的氢和氦，这与观测结果一致。
任务二：了解人类对宇宙黑洞的探索历程与结果
1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，通过爱因斯坦场方程，预言了黑洞的存在，黑洞的引力极其强大，光一旦进入其视界内将无法逸出。
1916年，卡尔·史瓦西利用爱因斯坦的场方程，推导出黑洞的精确解，这为黑洞的研究提供了理论支持。
1970年代，通过卫星探测器探测到了银河系中心人马座A*的黑洞存在。
2019 年4月10日，人类首次拍摄了黑洞的照片。
银河系中心的超大质量黑洞(人马座A*)的首张照片
任务三：了解人类对宇宙暗物质与暗能量的探测进展
暗物质与暗能量
暗物质是一种不与电磁波相互作用的物质，因此无法通过光学或电磁波观测器直接探测到。
暗能量是一种反引力作用的能量，它的存在导致字宙的膨胀加速而不是减缓。
任务四：了解人类对物质与反物质的探究进展
粒子都存在其反粒子，科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质，也就是反物质，当正反物质相遇时，双方就会相互湮灭抵消，产生巨大能量。
什么是反物质
跨学科实践
宇宙是一个神秘又令人向往的地方，今天，便让我们踏
上一段探索宇宙的旅程。
了解宇宙起源理论
关于宇宙的起源，大多数宇宙科学家都认定:宇宙诞生
于约137亿年前的一次大爆炸。大爆炸理论认为，宇宙起始
于一个温度和密度都高得无法想象的“原始火球”。“原始火
球”发生爆炸，导致宇宙空间处处膨胀，温度则相应下降。
温度降到一定程度时，逐步形成了行星和恒星、星系、星系
团和超星系团等。星际介质在某些条件下形成恒星后会进入
称为主序星的稳定期。太阳目前正处于主序星演化阶段。将
来会发展到红巨星阶段并最终塌陷为密度很大的白矮星。
根据哈勃发现的谱线红移现象推断，星系仍在远离我们
而去，它提供了宇宙膨胀的证据。
1.(1)宇宙大爆炸理论认为宇宙诞生于大爆炸，爆炸引起宇宙
膨胀，并认为___；
A
A.目前宇宙仍在不断地膨胀
B.目前宇宙膨胀已结束且开始收缩
C.宇宙膨胀早已结束，目前处于静态
(2)宇宙膨胀的证据是___；
B
A.发现黑洞 B.谱线红移 C.超星系团的形成
(3)太阳演化过程中经历的几个阶段先后顺序正确的是___。
B
A.主序星 红巨星 白矮星 星际介质
B.星际介质 主序星 红巨星 白矮星
C.星际介质 红巨星 主序星 白矮星
D.白矮星 红巨星 主序星 星际介质
了解人类对宇宙黑洞的探索历程与结果
宇宙无穷无尽，人类对宇宙的探索也从不
停止，“黑洞”也许是宇宙中最为神秘的天体。
如图所示为首次直接拍摄到的黑洞照片。“黑洞”
将大量物质集中于一“点”，该点周围存在一个界面，一旦进
入这个界面，就会被它吸进去，即使光也无法逃脱，这种天
体被命名为“黑洞”。
2.(1)试想一下，进入该界面的物体对“黑洞”____
(填“有”或“没有”)力的作用，你的依据是__________________；
有
力的作用是相互的
(2)人类探测到距离我们13亿______(填“年”或“光年”)处的两
个巨大黑洞“相撞”时发出的引力波，引力波以光速传播，本
次探测到的引力波是______年前发出的。
光年
13亿
了解人类对宇宙暗物质与暗能量、物质与反物质
的探测进展
3.赵忠尧(1902-1998)，我国杰出物理学家，在1930年第一次发现了“正电
子”的存在，是人类物理学史上第一个发现反物质的科学家。反物质是
由反粒子构成的，反质子、正电子都属于反粒子，它们分别与质子、电
子的质量、电量相等，但电性相反。根据你的理解，如图关于反氢原子
的结构示意图，正确的是___。
A. B. C. D.
C
通过本节课的学习，你有什么收获？
谢谢观看！

展开更多......

收起↑