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3.3 人类对宇宙的探索 学案
班级：________ 姓名：________ 日期：________
一、学习目标
1. 了解从地心说到日心说再到现代宇宙学说的发展过程，体会科学认识的不断进步。
2. 知道哈勃定律的内容，理解宇宙正在膨胀，了解宇宙大爆炸理论的基本观点。
3. 认识宇宙的层次结构，知道银河系的大小和结构，了解银河系的组成。
4. 了解恒星的诞生与演化过程，能根据恒星质量判断其不同归宿。
5. 学会用北斗七星寻找北极星，培养观察星空的能力。
二、课前预习
（一）从地心说到日心说
1. 公元2世纪，希腊天文学家______完善了"地心说"模型，认为______是宇宙中心。______________________________
2. 16世纪，______提出"日心说"模型，认为______是宇宙中心，地球和其他行星都围绕太阳做______运动。______________________________
3. "日心说"中有关宇宙以太阳为中心的提法也有错误，因为太阳只是______的中心，不是______的中心。______________________________
（二）现代宇宙学说
图1 星系距离与退行速度关系
4. 1929年，天文学家______发现银河系以外的星系都在______我们而去，距离越远，______越大。______________________________
5. 哈勃定律的公式是______，其中v表示______，d表示______，H表示______。______________________________
6. 气球膨胀实验说明：宇宙膨胀不是______在空间中运动，而是______本身在膨胀。______________________________
7. 宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于约______亿年前的一次______，之后宇宙不断______，温度不断______。______________________________
（三）银河系和河外星系
图2 星系的三种类型
8. 星系分为三类：______、______和______。银河系是一个______星系。______________________________
9. 银河系的直径约______光年，太阳与银河系中心的距离约______光年，约______亿年绕银河系中心转一圈。______________________________
10. 太阳系位于银河系的______，因此从地球上______看到银河系的俯视旋涡结构。______________________________
11. 离太阳最近的恒星是______，与太阳相距______光年。______________________________
（四）恒星的演化
12. 恒星诞生于______的聚集，星云团收缩升温，温度足够高时开始______，恒星诞生。______________________________
13. 恒星进入主序星阶段的条件是内部温度超过______℃，引发______核反应。______________________________
14. 恒星约______%的生命周期处于主序星阶段。太阳的主序星阶段可持续约______亿年，目前约已过______亿年。______________________________
15. 恒星的质量越______，寿命越短；质量越______，寿命越长。______________________________
16. 太阳未来的归宿是：红巨星→______→______。______________________________
17. 质量为太阳10~20倍的恒星，最终会演变成______；质量更大的恒星最终会演变成______。______________________________
我的疑问
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三、课堂探究
探究一：科学认识的发展——从地心说到日心说
阅读教材，完成下表：
比较项目 地心说（托勒密） 日心说（哥白尼）
宇宙中心
地球是否运动
历史意义
探究二：宇宙膨胀的气球类比
图3 气球膨胀实验示意图
完成实验报告：
实验现象：气球胀大过程中，各"星系"（圆点贴纸）之间的距离______。
任意一张"纸片"上的"居民"会看到：其他"星系"都在______自己，越远的"星系"远离速度越______。
类比结论：这______（能/不能）说明地球上的我们处于宇宙中心。
宇宙膨胀的本质：不是星系在空间中运动，而是______本身在膨胀。
探究三：恒星的质量与寿命的关系
图4 恒星质量与寿命关系图
根据图3.3-17，回答：
1. 一颗质量是太阳0.8倍的恒星能存在约______亿年。
2. 一颗质量是太阳1.7倍的恒星能存在约______亿年。
3. 描述恒星质量与寿命的一般关系：_______________________________________________
探究四：恒星演化归宿分类
完成下表：
恒星质量（以太阳质量为单位） 演化路径 最终归宿
1~8倍
10~20倍
更大（>20倍）
探究五：寻找北极星
图5 北斗七星与北极星
描述用北斗七星寻找北极星的方法：
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四、例题学习
例题1
图6 例题1配图
科学家发现一颗名为开普勒62E的宜居行星，该行星与其绕转的恒星所组成的天体系统，在结构层次上相当于（ ）
A．地月系　　B．太阳系　　C．银河系　　D．河外星系
我的思路：_______________________________________________
答案：______
例题2
下列有关宇宙的说法正确的是（ ）
A．太阳是离地球最近的行星
B．太阳黑子是太阳表面温度较高的气体斑块
C．每个月都会发生月食
D．从俯视图看，银河系像个大漩涡
我的思路：_______________________________________________
答案：______
例题3
科学家研究发现，太阳系附近有3颗可能存在外星生命的行星。图1为其中一颗行星与其绕转的恒星所组成的星系，该星系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
我的思路：_______________________________________________
答案：______
五、课堂练习
A组 基础巩固
1. 托勒密"地心说"模型认为（ ）
A．太阳是宇宙中心　　B．地球是宇宙中心且静止不动
C．地球围绕太阳转　　D．宇宙在不断膨胀
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2. 哈勃定律描述的是（ ）
A．星系距离越远，退行速度越大　　B．星系距离越远，退行速度越小
C．星系都在朝向我们运动　　　　　D．星系之间距离保持不变
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3. 银河系属于哪一类星系（ ）
A．椭圆星系　　B．旋涡星系　　C．不规则星系　　D．以上都不是
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4. 太阳目前处于（ ）
A．诞生阶段　　B．主序星阶段　　C．红巨星阶段　　D．白矮星阶段
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5. 离太阳最近的恒星是（ ）
A．天狼星　　B．北极星　　C．比邻星　　D．织女星
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B组 能力提高
6. 关于宇宙大爆炸理论，下列说法正确的是（ ）
A．宇宙大爆炸发生在约46亿年前
B．宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于"奇点"
C．宇宙大爆炸理论已被完全证实，没有任何问题
D．宇宙大爆炸的预言与观测结果不相符
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7. 下列关于恒星演化的说法，正确的是（ ）
A．质量越大的恒星，寿命越长
B．太阳最终会演变成黑洞
C．质量为太阳15倍的恒星最终会演变成中子星
D．所有恒星的最终归宿都是白矮星
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8. 气球膨胀实验中，关于"宇宙中心"的正确理解是（ ）
A．地球是宇宙的中心
B．太阳是宇宙的中心
C．银河系中心是宇宙的中心
D．宇宙没有中心，任意点上的观测者都会看到其他星系在远离
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9. 2022年5月公布的首张银河系中心超大质量黑洞照片中，黑洞之所以"看不见"，是因为（ ）
A．黑洞温度太低　　B．黑洞距离太远
C．黑洞引力极大，光无法逃脱　　D．黑洞不发光也不反射光
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六、课堂小结
请用思维导图或提纲形式归纳本节课的核心知识点：
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七、课后作业
1. 绘制人类对宇宙认识发展的时间轴，标注关键人物、关键时间和核心观点。
2. 查阅资料，了解我国"天宫课堂"的四次授课内容，选择最感兴趣的一个实验，写一段200字左右的感想。
3. 观察今晚的星空，找到北斗七星和北极星，并用文字描述寻找过程。
4. 如果太阳50亿年后膨胀为红巨星，地球将被吞噬，你认为人类应该做哪些准备？（开放性思考题）
我的想法：___________________________________________________
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参考答案
（注意：参考答案仅供学习参考，请先独立完成后再核对。）
二、课前预习 答案
1. 托勒密，地球
2. 哥白尼，太阳，圆周
3. 太阳系，宇宙
4. 哈勃，远离，退行速度
5. v=Hd，退行速度，距离，哈勃常数
6. 物质，空间
7. 138，大爆炸，膨胀，下降
8. 旋涡星系，椭圆星系，不规则星系，旋涡
9. 1.0×10 ，2.6×10 ，2.4
10. 一条旋臂上，不能
11. 比邻星，4.22
12. 宇宙尘埃，发光
13. 1×10 ，氢核（H→He）
14. 90，100，50
15. 大，小
16. 白矮星，黑矮星
17. 中子星，黑洞
三、课堂探究 答案
探究一：地心说——宇宙中心=地球，地球静止；日心说——宇宙中心=太阳，地球是行星绕太阳转；意义——从"地球中心"走向"太阳中心"，科学认识的重大进步。但"太阳是宇宙中心"仍不正确。
探究二：都增大；远离，大；不能；空间。
探究三：1. 约210亿年（读图）；2. 约15亿年（读图）；3. 质量越大，寿命越短。
探究四：1~8倍→红巨星→白矮星→黑矮星；10~20倍→红超巨星→超新星→中子星；>20倍→红超巨星→超新星→黑洞。
探究五：将北斗七星斗口前两颗星（天璇、天枢）连线，朝斗口方向延伸约5倍距离，即可找到北极星。
四、例题学习 答案
例题1：B。行星围绕恒星组成恒星系统，结构层次相当于太阳系。
例题2：D。A太阳是恒星非行星；B黑子温度比周围低；C月食非每月发生；D银河系是旋涡星系，俯视像漩涡，正确。
例题3：B。行星绕恒星公转组成恒星系统，层次相当于太阳系。
五、课堂练习 答案
A组：1.B　2.A　3.B　4.B　5.C
B组：6.B　7.C　8.D　9.C
七、课后作业 提示
第1题：时间轴格式，标注盖天说（战国）→地心说（公元2世纪，托勒密）→日心说（16世纪，哥白尼）→哈勃定律（1929年，哈勃）→宇宙大爆炸理论（1948年，伽莫夫）。
第2、3题：开放性题目，答案略。
第4题：开放性思考题，可从星际移民、地球环境保护、新能源开发等角度思考。

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