资源简介

我们的宇宙
【教学目标】
1．知道宇宙中的天体系统。
2．了解宇宙的大尺度分布。
3．了解多普勒效应。
【教学重难点】
1．知道宇宙中的天体系统。
2．了解宇宙的大尺度分布。
3．了解多普勒效应。
【教学过程】
一、导入。
在我们生活着的地球之外，是一个广阔无边、无始无终的世界，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，进行“探索宇宙”的活动。
首先，我们先来回忆一下之前所学过的天文知识。完成书本的思考与讨论。
展示星空的图像和太阳系的有关图片。
二、新课学习
（一）宇宙中的天体系统
1．天体系统
宇宙中存在着各种各样的天体，按照它们的体积大小和质量大小，可以排列为行星、恒星、星团、星系等不同的层次。
展示各种天体的图片，并梳理天体系统结构图。
2．离我们最近的和最远的星系。
师：银河并不是宇宙中唯一的星系：通过各种方法，人们已经观察到的星系已经有好几万个了！不过，由于距离太遥远，它们看起来远不如银河那么壮丽。借助望远镜，它们看起来还只像朦胧的云雾。离咱们银河系最近的星系——大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，距离我们银河系也有十几万光年。离我们最远的星系——仙女座星系，距离我们约200万光年。一般地，我们把除银河以外的星系，统称为“河外星系”。
（二）宇宙的大尺度分布
思考与讨论：
当我们想知道宇宙在大尺度上的分布情况时，我们应该去观测星系还是恒星？
学生回答：略
师：应该通过观测星系去了解宇宙在大尺度上的物质分布，因为宇宙在大尺度上的物质分布指的就是星系的分布。
学生自学相关内容，请同学表述自己的观点，老师最后进行归纳讲解。
师：1．宇宙的运动和物质分布：
（1）宇宙在大尺度上物质的分布是均匀的。
（2）宇宙在大尺度上还是各向同性的。
2．宇宙学原理：
科学家把在大尺度上均匀各向同性称为宇宙学原理。
（三）膨胀的宇宙
1．多普勒效应：站在铁道旁，当一列火车向我们开来时，听到的汽笛声会越来越高； 火车远去时，汽笛声又逐渐低下去。声音虽有高低，但汽笛声的频率没有变。这种现象是由奥地利科学家多普勒在1842年首先发现的，物理学上叫多普勒效应。
多普勒效应是波动的普遍特性，不仅声波具有多普勒效应，电磁波也如此。天文学家利用多普勒效应，可以测定星体的运动速度。但他不是靠耳朵，而是用精密仪器测定来自遥远星体的电磁波频率的微小变化，计算出天体相对于地球的运动速度。
2．用多普勒效应解释河外星系的谱线红移：
恒星相对我们太阳系的存在视向运动。当一个恒星相对我们太阳系运动而且方向背着我们而去时，那么我们观测到这个恒星的光的频率会变低，或者说波长会变长（向红端移动）；当一个恒星向着我们太阳系飞驰而来时，可以观测到这颗恒星的频率变高，或者说波长变短（向蓝端移动），这种现象称为多普勒效应。
一、人们对宇宙的认识
【讲解】在人类发展的初期，由于人们的活动范围狭小，往往凭自己的直觉认识世界，看到眼前的地面是平的，就以为整个大地也是平的，并把天空看做是好像倒扣在平坦大地上的一口巨大的锅，于是，便有了“天圆地方”的说法。后来，人们经过观察，发现天空中的各个星体都在围绕着地球转，地球好像处于整个宇宙的中心位置，这样，便产生了“地心说”。由于受西方宗教势力的影响，这个学说观点统治人们的思想是相当长的。到16世纪，哥白尼的“日心说”使自然科学第一次从中世纪神学的桎梏下解放出来，认为“太阳是宇宙的中心”，意味着宇宙实际上就是太阳系。18世纪天文学家引进了“星系”一词。到了20世纪60年代，随着大型天文望远镜的使用，以及空间探测技术的发展，人们对宇宙的认识范围在不断地扩大。
【活动】阅读《探索宇宙》，你能说出一个星空神话的故事吗？
（学生活动结果略。教师举例如牛郎星与织女星、嫦娥奔月、十二星座等）
【讲解】天文学家把人类目前能观测到的有限宇宙叫作“可见宇宙”或已知宇宙。可见宇宙的半径约为140亿光年。
【活动】根据课本P6——思考活动，回答：
①何为光年？一光年约为多少千米？
②计算可见宇宙的半径约为多少千米？
③面对上题的数字，你有什么感慨？
【归纳总结】光年为光在真空中一年所传播的距离，一光年约为94608亿千米。可见宇宙的半径=94608亿千米×140亿≈1．32×1023千米。由此可见，宇宙的范围是极其宽广的，可以说是无边无际的。宇宙中的奥秘无穷，有待于我们进一步的探索。
【过渡】在这个无限时间、无限空间的宇宙中，到底有些什么呢？请同学们仔细观察。
【多媒体演示】恒星、行星、卫星、星云、流星、彗星等图片。
二、多层次的天体系统
【讲解】宇宙间各种物质的存在形式统称为天体。天体在宇宙中的分布是不均匀的，万有引力和天体的永恒运动维系着它们之间的关系，组成了多层次的天体系统。
1．银河系和河外星系
【阅读活动】请阅读课本P7三段相关内容，思考：
①银河系和河外星系主要由什么天体组成？离太阳最近的恒星与太阳之间的距离约为多少光年？
②银河系的组成天体主要由哪两类？目前人类所能观测到的河外星系约有多少个？银河系与河外星系的关系如何？
③银河系和河外星系共同构成了什么天体系统？
学生回答后，老师进行点评总结。
【教师总结】银河系和河外星系主要由恒星组成，离太阳最近的恒星与太阳之间的距离约为4．2光年。银河系的组成天体主要由恒星和星云两类，目前人类所能观测到的河外星系已超过1250亿个，银河系与河外星系是同级别的天体系统。银河系和河外星系共同构成的天体系统称为总星系，它包括目前我们所知道的宇宙中的所有天体，从某种意义上来说，总星系就是天文学家所说的可见宇宙。
2．太阳系和地月系
【阅读活动】请阅读课本P7．P9两段内容，展示太阳系示意图。回答：
①太阳系由哪些天体组成？中心天体什么？为何说它是太阳系的中心天体？
②太阳系中有哪八大行星？如何排列？这些行星的饶日运动有何共同特点？小行星带在太阳系中位置在哪里？
③组成地月系的天体有哪些？
4请你根据上述天体系统的层次关系试着画出他们之间的关系示意图。
学生回答后，老师进行点评总结。
【教师总结】太阳系由太阳、围绕太阳运行的行星，以及卫星、彗星、流星体和行星际物质等组成，太阳的质量占了整个太阳系质量的约99．86%，为太阳系的中心天体。围绕太阳系运行的八大行星有水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，小行星带就位于火星和木星之间，它们在运行上具有同向性、近圆性、共面性的特点。地月系则是由地球和它的卫星月球组成，是最低级别的天体系统。
【归纳小结】天体系统的层次
【复习提问】 天体系统的概念及其层次结构？
普通行星
出示表格：八大行星的基本数据。
【阅读思考】：地球是一颗普通的行星体现在哪些方面？
填写下列表格：
类别
包括行星
距日
远近
体积
质量
平均
密度
表面
温度
卫星数目
光环
有无
类地行星
水星、金星、地球、火星
近
远
小
大
高
低
没有很少
无
巨行星
木星、土星
大
小
多
有
远日行星
天王星、海王星
介于前两者间
介于前两者间
较多
有无
2．地球具备生命物质存在的条件
【讲解】从地球的外观和所处的位置而言，地球与其他七大行星相比，并没有什么特殊的地方。地球只是一颗普通的行星。但由于地球具备了生命存在的基本条件：充足的水分，恰到好处的大气厚度和大气成份，适宜的太阳光照和温度范围等，在地球上产生了目前所知道的唯一的高级智慧生命——人类。从这种意义上说，地球是宇宙中一颗特殊的行星。
【拓展阅读】阅读材料，明确在地球之外，高级生命存在的可能性极大。
【小组活动】活动1，思考、讨论并回答：
①从地球与太阳的距离及其体积、质量的大小等方面，分析地球具有这些有利条件的原因。
②假如太阳光照条件变得不稳定，或者太阳突然消失了，地球上将会出现怎样的情形？并对此答案作出解释。
③除地球外，太阳系其他八大行星中可能存在生命的是哪个？并简述理由。
学生回答后，老师进行点评总结。
【点拨】①日地距离适中，使温度介于0～100℃之间，水呈液态状态；地球大小适中，使地球能够吸引住大气。②太阳的光照条件一旦发生变化，那么地球上所得的热量也将发生变化，从而影响到温度和水的相态，以至于影响到生命的存在，地球上的生命也可能随之而消失。③八大行星绕日运行具有共面、同向性，彼此间不会发生碰撞，故地球所处的行星际空间安全稳定。④因火星与地球在距日距离、公转周期等方面与地球相似，故火星上可能会存在生命物质。
结论：星系之间的相互远离表明。随着时间的推移，星系与星系之间的距离会变得越来越大，我们就说，宇宙正在膨胀。
3．思考：宇宙膨胀是没有中心的膨胀，为什么？
请学生进行探究活动：体验没有中心的膨胀。

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