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3.3 人类对宇宙的探索
1.知道从“地心说”到“日心说”的发展，领悟科学家追求真理的精神。(科学观念、态
度责任)
2.知道宇宙是有起源的、膨胀的、演化的。(科学观念)
3.理解宇宙大爆炸理论的主要观点。(科学观念、科学思维)
4.了解银河系的大小和结构，知道银河系是宇宙中的一个普通星系。(科学观念)
5.知道恒星的不同发展阶段:红巨星、超新星、白矮星、中子星或黑洞。(科学思维)
6.了解太阳及恒星的演化过程。(科学思维)
1.希腊科学家托勒密创立了“地心说”，波兰天文学家哥白尼建立了“日心说 ”。
2.宇宙学是研究宇宙的性质 、结构和演化（起源、演化和 死亡）的科学。现代宇宙学以爱因斯坦的广义相对论为理论依据，以天文观测为事实依据。
3.星系的退行速度与它们到地球的距离成正比，这反映了我们所处的宇宙在膨胀。
4.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。
5.星系是由单颗恒星 、恒星系统、星团 、尘埃和气体在引力作用下形成的大型天体系统，天体系统的层次由低到高分别为地月系 、太阳系 、银河系、宇宙。
6.星系的类型：旋涡星系、椭圆星系和不规则星系。
7.银河系是一个旋涡星系，从侧面看，银河系呈扁圆盘 状；从上往下看，能够看到银河系的旋涡结构，所有的恒星都围绕银河系的中心 旋转。 我们不能在地球上看到银河系的旋涡结构，因为太阳系位于银河系的一条旋臂 上。
8.河外星系是银河系之外星系的总称。
9.恒星的诞生过程：中性原子构成的宇宙尘埃 →气态星云团→恒星。
10.恒星寿命的长短取决于它的 质量大小。质量越大 ，寿命越短。
11.恒星的演化过程：太阳→红巨星 →白矮星→黑矮星；大质量恒星→红超巨星 →超新星 →中子星或黑洞。
任务点一：从地心说到日心说
1、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。
太阳不是处于宇宙的中心。太阳位于太阳系中，太阳系属于银河系，太阳系也不在银河系的中心。银河系也是众多星系中的一个，并非宇宙中心。
任务点二：现代宇宙学说
1、探索活动：
（1）阅读图3.3-4，牧夫座星系离地球有多远？它的退行速度有多大？
约25亿光年；速度约40000km/s
（2）阅读图3.3-4，哪个星系的退行速度最大？哪个星系离地球最近？
长蛇座退行速度最大；室女座最近
（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？
星系距离地球越远，退行速度越大
（4）预测距离地球 50亿光年的星系的退行速度。
80000km/s
2、思考与讨论：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？
不是的，几乎所有的星系都在退行，并不意味着地球处于宇宙的中心。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。此外他们还发现，距离越远的星系，其退行的速度越快。但是，这些星系的退行运动并不是穿行于宇宙空间之中的，而是宇宙空间自身的整体膨胀。
3、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？
气球上贴上圆形小纸片后，持续向气球充气，我们会发现气球上圆形小纸片间的距离在不断扩大，如果这些圆形小纸片代表星系，那么原先靠得很近的“星系”之问的距离在不断地增大。
4、思考与讨论：是否可以做出这样的盘点：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？（见课本第120页）
根据目前的宇宙大爆炸理论，宇宙确实在不断膨胀，这意味着在过去的某个时刻，宇宙比现在小，星系之间的距离也更近。然而，当追溯到宇宙诞生的极早期，根据现有理论，宇宙可能经历了一个被称为“奇点”的阶段，在这个点上，传统的物理学定律可能不再适用。但目前对于“奇点”的本质和在那之前的情况，我们的理解还存在很多的未知和不确定性。
虽然当前的科学理论支持宇宙从一个高密度、高温的状态开始膨胀，但对于宇宙最初的那个瞬间，还需要更多的研究和探索来完善和验证相关的理论。
任务点三：银河系和河外星系
1、探索活动
（1）面向北天星空，先找到大熊星座。北斗七星在天空中呈斗状，很容易认出。其斗柄在不同季节指向不同：在晚上八九点钟观测，春天斗柄朝东，夏天斗柄朝南，秋天斗柄朝西，冬天斗柄朝北。
（2）把北斗七星中斗前的两星连线，并朝斗口方向延伸5倍距离，就可以找到北极星。
任务点四：恒星
1、探索活动
（1）图中展示了恒星的质量与它的寿命的关系。恒星寿命指恒星在耗尽燃料之前能存在的时间。
（2）一颗质量是太阳80%的恒星能存在多久？一颗质量是太阳1.7倍的恒星又能存在多久？
一颗质量是太阳0.8倍的恒星能存在的时间大约为130亿年，而一颗质量是太阳1.7倍的恒星能存在的时间大约为30亿年。
（3）描述恒星的质量与它的寿命的一般关系。
恒星寿命的长短取决于它的质量大小：质量越大，寿命越短；质量越小，寿命越长。
2、思考与讨论：了解了太阳一生的演化后，你对宇宙有了什么新认识？
了解太阳一生的演化让我们对宇宙的宏大、神秘、复杂和有序有了更深刻的感悟，太阳一生的演化过程展示了宇宙中天体的形成、发展和消亡的复杂机制。这让我们意识到宇宙中存在着各种各样的天体，它们都道循着特定的物理规律，但又表现出丰富多样的特征和行为。这也激发了我们对未知的探索欲望和对宇宙的敬畏之心。
3、思考与讨论：大质量恒星的消亡过程和太阳有什么不同？
1、在“地心说”统治西方文明1400年之后，16世纪哥白尼建立“日心说”。对此学说，下列说法恰当的是（　　）
A．“日心说”是一个正确无误的学说
B．“日心说”被宗教利用
C．“日心说”不能解释实际的天象运动
D．“日心说”否定了“地心说”
【答案】D
【解答】解：A、“日心说”认为太阳是宇宙的中心，并不完全是正确的，它之所以被认为更加科学是相较于“地心说”而言的，故A错误；
B、被宗教利用的是“地心说”，而不是“日心说”，故B错误；
C、“日心说”能够解释四季变化、昼夜交替等实际的天象运动，故C错误；
D、“日心说”否定了统治西方文明1400年之久的“地心说”，故D正确。
故选：D。
2、我们利用如图的气球做了关于星系运动特点的模拟实验，以下各实验步骤所描述的星系运动特点中，错误的是（　　）
A．在气球表面画上的这些小圆，是模拟宇宙中的星系
B．给气球充气，使气球不断地胀大，是模拟宇宙的膨胀
C．观察气球胀大过程中各圆点间距离的变化感知星系运动
D．气球胀大时，对甲圆点而言，乙圆点的分离速度比丙快一些
【答案】D
【分析】星系之间的距离在不断扩大，那么整个宇宙的体积也就在不断的扩大，也就是整个宇宙在不断的膨胀中。
【解答】解：A、用气球做关于星系运动特点的模拟实验，用画的小圆模拟宇宙中的星系，故A正确；B、给气球充气，使气球不断地胀大，用来模拟宇宙膨胀，故B正确；C、各个小圆点之间的距离变化，说明了星系距离在变大，说明星系运动，故C正确；D、充气时气球以球状胀大，对甲圆点而言，乙圆点的分离速度小于丙，故D错误。故选：D。
【点评】二十世纪二十年代，天文学家哈勃利用仪器观察星系发出的光，发现星系的光谱向长波方向偏移，称之为谱线“红移”，此现象说明星系在远离我们而去，并推断出整个宇宙在不断的膨胀中。
3、大爆炸理论认为，宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙都是膨胀的。若标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系如图所示，图中AB为直线，BC为向上弯曲的曲线，则（　　）
A．AB和BC均说明宇宙在匀速膨胀
B．AB和BC均说明宇宙在加速膨胀
C．AB说明宇宙在匀速膨胀，BC说明宇宙在加速膨胀
D．AB说明宇宙在匀速膨胀，BC说明宇宙在减速膨胀
【答案】C
【解答】解：图象中的纵坐标宇宙半径R可以看作是星球发生的位移x,因而其切线的斜率就是宇宙半径增加的快慢程度。由题意，宇宙加速膨胀，其半径增加的速度越来越大。
故选：C。
4、北斗七星的位置会随着季节的变化而变化，我国民间流传谚语：斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏：斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。据此判断，下列哪个是在秋季星空图中看到的北斗七星（　　）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】【分析】大熊座是北方天空中最醒目、最重要的星座，大熊星座中的七颗亮星组成一个勺子的性状，这就是著名的北斗七星；
【解答】北天星空是上北下南，左西右东；北斗七星在秋季时，北斗七星的斗柄指向西方，A正确；故答案为：A.
5、宇宙中的天体都历经诞生、成长、成熟到衰老、死亡的缓慢演化过程。如图是M87超大质量黑洞照片，在演化的最后阶段可能变成黑洞的天体是（　　）

A．恒星 B．行星 C．卫星 D．彗星
【答案】A
【解答】解：黑洞是宇宙空间内存在的一种天体，由于黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。根据课本内容可知，恒星灭亡过程中的坍塌可能会形成黑洞，故A正确，BCD错误。
故选：A。
6、下面是我们熟悉的北斗七星10 万年前、现在、10万年后的演变图，看了演变图后，给我们的启示是（　　）
A．它们离地球太远 B．它们是会运动的行星
C．恒星也在运动恒星其实也不恒 D．变成小熊星座了
【答案】C
【解析】【分析】北斗七星都恒星，恒星通常被认为位置不变动的，但从演变图却发现北斗七星的相对位置变化了，因此使我们对恒星有了重新认识。
【解答】北斗七星都恒星，从演变图发现北斗七星的相对位置变化，可以得出恒星其实也在运动的，故答案Ｃ符合题意。故答案为：Ｃ　
7、宇宙是广袤空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。
（1）目前被人们广泛接受的宇宙起源学说是 　 　。
（2）科学家观察发现宇宙处于不断的膨胀中，所有的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，退行越快。若从我们所在的星系1观测，如图能类比宇宙膨胀的是（箭头方向和长短分别表示运动方向和快慢） 　 　。
A. B.
C. D.
【答案】（1）宇宙大爆炸；（2）A。
【分析】（1）目前被人们广泛接受的宇宙起源学说是宇宙大爆炸。 （2）根据题中科学家观察发现宇宙处于不断的膨胀中，所有的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，退行越快的结论分析各选项的正误。
【解答】解：（1）目前被人们广泛接受的宇宙起源学说是宇宙大爆炸。（2）科学家观察发现宇宙处于不断的膨胀中，所有的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，退行越快。A、图A表示星系2、星系3都在远离我们而去，离我们较远的星系3比星系2退行更快，符合科学家的观察发现，故A正确；B、图B表示星系2、星系3都在远离我们而去，离我们较远的星系3比星系2退行更慢，不合科学家的观察发现，故B错误；CD、图C和图D表示星系2、星系3都在向我们靠近，不合科学家的观察发现，故CD错误。
故答案为：（1）宇宙大爆炸；（2）A。
【点评】本题考查了宇宙大爆炸理论的相关知识，结合图中信息理解作答。
8、读“天体系统层次示意图，回答第(1)~(2)题。
（1）图中序号与其表示的天体系统对应正确的是 。
A．①-地月系 B．②-河外星系 C．④-太阳系 D．②-银河系
（2）上图说明　 　。
①天体系统有不同级别
②天体系统的级别相同
③对于每一级别的天体系统，地球都有相应的位置
④地球只有在地月系中有自己的位置
【答案】（1）C
（2）①③
【解析】【分析】宇宙结构层次如下图：
【解答】（1）根据宇宙结构层次可知：①是宇宙，②是银河系，③是河外星系，④是太阳系，⑤是地月系，故C符合题意。
（2）根据宇宙结构层次图可知：天体系统是有级别的，不同的级别大小和含有天体的多少不同；对于每一级别的天体系统，地球都有相应的位置，故①③正确。
故答案为：（1）C；（2）①③
9、表中为四个星系距银河系的距离及它们的运动速度。
星系 距离(百万光年) 速度(km·s－1)
处女座 80 1200
大熊座 980 15000
牧夫座 2540 39000
长蛇座 3980 61000
（1）画出一个曲线图，说明每个星系距银河系的距离与它的运动速度之间的关系。(以距离为横坐标，速度为纵坐标)
（2）数据分析：星系的距离与速度之间有怎样的关系？　 　。
（3）归纳：由此可见，这些遥远的星系正在远离银河系，可推出宇宙是在膨胀还是在收缩？　 　。
【答案】（1）（2）星系距银河系的距离越远，运动速度越快；（3）膨胀
【解析】【分析】观察表中信息，通过对比不同星系经过漫长的时间，星系的距离和速度也在发生改变，星系正在远离银河系，说明宇宙在膨胀。
【解答】（1）根据图中信息，可以作出一个曲线图，如：
（2） 数据分析：星系距银河系的距离越远，运动速度越快。
（3） 这些遥远的星系正在远离银河系，可推出宇宙是在膨胀 。
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3.3 人类对宇宙的探索
1.知道从“地心说”到“日心说”的发展，领悟科学家追求真理的精神。(科学观念、态
度责任)
2.知道宇宙是有起源的、膨胀的、演化的。(科学观念)
3.理解宇宙大爆炸理论的主要观点。(科学观念、科学思维)
4.了解银河系的大小和结构，知道银河系是宇宙中的一个普通星系。(科学观念)
5.知道恒星的不同发展阶段:红巨星、超新星、白矮星、中子星或黑洞。(科学思维)
6.了解太阳及恒星的演化过程。(科学思维)
1.希腊科学家托勒密创立了“ ”，波兰天文学家哥白尼建立了“ ”。
2.宇宙学是研究宇宙的 、 和 （起源、演化和 死亡）的科学。现代宇宙学以爱因斯坦的 为理论依据，以 为事实依据。
3.星系的退行速度与它们到地球的距离成 ，这反映了我们所处的宇宙在 。
4.多方面观测研究表明，我们的宇宙始于约 138 亿年前的一次 。
5.星系是由 、 、 、 和 在 作用下形成的大型天体系统，天体系统的层次由低到高分别为 、 、 、宇宙。
6.星系的类型： 、 和 。
7.银河系是一个 星系，从侧面看，银河系呈 状；从上往下看，能够看到银河系的 结构，所有的恒星都围绕 旋转。 我们 在地球上看到银河系的旋涡结构，因为太阳系位于银河系的 上。
8. 是银河系之外星系的总称。
9.恒星的诞生过程： → →恒星。
10.恒星寿命的长短取决于它的 。 ，寿命越短。
11.恒星的演化过程：太阳→ → → ；大质量恒星→ → → 或 。
任务点一：从地心说到日心说
1、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。
任务点二：现代宇宙学说
1、探索活动：
（1）阅读图3.3-4，牧夫座星系离地球有多远？它的退行速度有多大？
（2）阅读图3.3-4，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、思考与讨论：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？
3、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？
4、思考与讨论：是否可以做出这样的盘点：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？（见课本第120页）
任务点三：银河系和河外星系
1、探索活动
（1）面向北天星空，先找到大熊星座。北斗七星在天空中呈斗状，很容易认出。其斗柄在不同季节指向不同：在晚上八九点钟观测，春天斗柄朝东，夏天斗柄朝南，秋天斗柄朝西，冬天斗柄朝北。
（2）把北斗七星中斗前的两星连线，并朝斗口方向延伸5倍距离，就可以找到北极星。
任务点四：恒星
1、探索活动
（1）图中展示了恒星的质量与它的寿命的关系。恒星寿命指恒星在耗尽燃料之前能存在的时间。
（2）一颗质量是太阳80%的恒星能存在多久？一颗质量是太阳1.7倍的恒星又能存在多久？
（3）描述恒星的质量与它的寿命的一般关系。
2、思考与讨论：了解了太阳一生的演化后，你对宇宙有了什么新认识？
3、思考与讨论：大质量恒星的消亡过程和太阳有什么不同？
1、在“地心说”统治西方文明1400年之后，16世纪哥白尼建立“日心说”。对此学说，下列说法恰当的是（　　）
A．“日心说”是一个正确无误的学说
B．“日心说”被宗教利用
C．“日心说”不能解释实际的天象运动
D．“日心说”否定了“地心说”
2、我们利用如图的气球做了关于星系运动特点的模拟实验，以下各实验步骤所描述的星系运动特点中，错误的是（　　）
A．在气球表面画上的这些小圆，是模拟宇宙中的星系
B．给气球充气，使气球不断地胀大，是模拟宇宙的膨胀
C．观察气球胀大过程中各圆点间距离的变化感知星系运动
D．气球胀大时，对甲圆点而言，乙圆点的分离速度比丙快一些
3、大爆炸理论认为，宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙都是膨胀的。若标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系如图所示，图中AB为直线，BC为向上弯曲的曲线，则（　　）
A．AB和BC均说明宇宙在匀速膨胀
B．AB和BC均说明宇宙在加速膨胀
C．AB说明宇宙在匀速膨胀，BC说明宇宙在加速膨胀
D．AB说明宇宙在匀速膨胀，BC说明宇宙在减速膨胀
4、北斗七星的位置会随着季节的变化而变化，我国民间流传谚语：斗柄东指，天下皆春；斗柄南指，天下皆夏：斗柄西指，天下皆秋；斗柄北指，天下皆冬。据此判断，下列哪个是在秋季星空图中看到的北斗七星（　　）
A． B． C． D．
5、宇宙中的天体都历经诞生、成长、成熟到衰老、死亡的缓慢演化过程。如图是M87超大质量黑洞照片，在演化的最后阶段可能变成黑洞的天体是（　　）

A．恒星 B．行星 C．卫星 D．彗星
6、下面是我们熟悉的北斗七星10 万年前、现在、10万年后的演变图，看了演变图后，给我们的启示是（　　）
A．它们离地球太远 B．它们是会运动的行星
C．恒星也在运动恒星其实也不恒 D．变成小熊星座了
7、宇宙是广袤空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。
（1）目前被人们广泛接受的宇宙起源学说是 　 　。
（2）科学家观察发现宇宙处于不断的膨胀中，所有的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，退行越快。若从我们所在的星系1观测，如图能类比宇宙膨胀的是（箭头方向和长短分别表示运动方向和快慢） 　 　。
A. B.
C. D.
8、读“天体系统层次示意图，回答第(1)~(2)题。
（1）图中序号与其表示的天体系统对应正确的是 。
A．①-地月系 B．②-河外星系 C．④-太阳系 D．②-银河系
（2）上图说明　 　。
①天体系统有不同级别
②天体系统的级别相同
③对于每一级别的天体系统，地球都有相应的位置
④地球只有在地月系中有自己的位置
9、表中为四个星系距银河系的距离及它们的运动速度。
星系 距离(百万光年) 速度(km·s－1)
处女座 80 1200
大熊座 980 15000
牧夫座 2540 39000
长蛇座 3980 61000
（1）画出一个曲线图，说明每个星系距银河系的距离与它的运动速度之间的关系。(以距离为横坐标，速度为纵坐标)
（2）数据分析：星系的距离与速度之间有怎样的关系？　 　。
（3）归纳：由此可见，这些遥远的星系正在远离银河系，可推出宇宙是在膨胀还是在收缩？　 　。
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