探索宇宙的奥秘 【教学目标】 一、知识与技能1．宇宙空间分布着大小不同的天体系统。2．宇宙是运动变化的，膨胀的，组成宇宙的天体也是运动变化着的。 二、过程与方法1．对提供的资料或自己收集的资料进行研究，发现一些有效信息。2．学习利用数据、文字等来表述研究过程和研究结果。 三、情感、态度与价值观1．从人类探索宇宙的历程中，认识到科学是不断发展的。2．意识到宇宙是运动变化着的。 【教学重难点】1．初步认识宇宙的结构和运动，建立宇宙系统的概念。2．学习利用数据、文字等来表述研究过程和研究结果。 【教学过程】 一、宇宙的起源1．天体演化说我国古人认为大地是平的，日月星辰在天空中运行，其上方扣着穹顶。在古希 腊，德克利特提出了“天体演化说”，即在原子碰撞等原因形成的原始旋涡运动中， 较大的原子被赶到旋涡的中心相互聚集形成地球，较小的原子被赶到外围环绕地 球做旋转运动，变得干燥后燃烧，形成各个天体。2．星云假说德国哲学家康德则提出了“星云假说”。构成我们太阳系星球的物质，在最初 时都分解为基本微粒，充满整个宇宙空间。……这些微粒具有促使它们相互运动 的基本能力，它们本身就是活力的一个源泉。在这种情况下，物质就立即努力于形成自己。

密度较大而分散的一类微粒，凭 借引力从它周围的天空区域，把密度较小的物质聚集起来。但它们自己又与所聚集的物质一起，聚 集到密度更大质点所在的地方。而所有这些又以同样方式聚集到质点密度更为巨大的地方，并如此 一直继续下去，直到形成诸团块天体。在这同时，斥力使凝聚起来的团块天体发生旋转运动。3．有限无界的静态宇宙1916年，爱因斯坦的广义相对论横空出世。根据广义相对论，科学家们得出了一个有限无界的1 / 5 静态宇宙模型，正式开始了现代宇宙学研究。宇宙有限而无界，只不过比地球多了几维。比如，我们的地球就是有限而无界的。在地球上， 无论从南极走到北极，还是从北极走到南极，你始终不可能找到 地球的边界，但你不能由此认为地球是无限的。实际上，我们都 知道地球是有限的。地球如此，宇宙亦是如此。4．哈勃定律1929年，美国天文学家哈勃在研究星系的光谱后提出了哈勃定律。认定所有的星系都在彼此远 离，宇宙处于普遍膨胀之中。遥远恒星发出的光谱与地球上同种物质的光谱相比，波长边 长，即向红光方向偏移。不管往哪个方向看，远处的星系都正在急速地远离我们而去， 并距离我们越远的星系离开我们的速度越快。5．宇宙大爆炸1940年，美国科学家伽莫夫与他的两个学生一道，提出了更加耸人听闻的热大爆炸宇宙学模型。

认为我们的宇宙在大约150亿年前由一个无限小的奇点（被无限压缩的点）爆炸产生，大爆炸形成 了时间、空间、能量和物质。1970年，科学家发现了“大爆炸”模型所预言的宇宙微波背 景辐射的“余烬”，大爆炸假说一跃而成主流宇宙理论，大爆炸 学说更是成了真理的化身，成了书中的标准答案。 二、宇宙的演化设问：宇宙会一直膨胀下去吗？宇宙未来是怎么样的？学生发言，老师不评判对错。教师：宇宙除了发光天体，还有暗物质。暗物质是一种不能释放任何电磁辐射的物质。珀尔马特、里斯和施密特的研究对象，是一些大质量恒星在演化后期伴随星核与星壳分离出现 的一种现象，即超级规模大爆炸。质量相当于太阳的8 至 25 倍的恒星以超新星爆发方式结束“生 命”，而恒星外侧气体包则高速抛离，所显现的绝对光度可超过太阳光度100亿倍。分析特定类型的超新星爆发，珀尔马特、里斯和施密特所属的研究小组发现，超过50颗超新星 所显现的光度比先前预期暗淡。对这一结果的解释，是宇宙正在加速扩张。1．恒星的诞生教室介绍恒星诞生的过程：大爆炸10万年后，温度下降到3000K左右，开始了恒星的形成过程：2 / 5宇宙尘埃在万有引力的作用下成为更密集的尘埃，然后逐渐演化成气体状态的星云团，星云不 断凝聚，其内能不断增加，温度升高并发光，恒星就形成了。

2．恒星的稳定期当温度超过107K 时，氢通过热核反应成为氦，释放的核能主要 以电磁波的形式向外辐射。辐射产生的向外的压力与引力产生的收缩 压力平衡，这时星体稳定下来。恒星在这一阶段停留的时间最长。太 阳目前正处于这一阶段的中期，要再过50 亿年才会转到另一个演化 阶段。3．恒星的衰老当恒星核心部分的氢大部分聚变为氦以后，核反应变弱，辐射压力下降，星核在引力作用下再 次收缩。这时引力热能产生的热将使温度升得更高，于是发生了氦核聚合成碳核的聚变反应。类似 的过程一波接一波地继续下去，出现了氧、硅，直到铁等更重要 的元素。恒星在这个阶段要经历多次膨胀与收缩，光度也发生周 期性的变化。当各种热核反应都不再发生时，由热核反应维持的辐射压力 也消失了。星体在引力作用下进一步收缩，中心密度达到极大。4．恒星的归宿恒星最终归宿与恒星的质量大小有关，当恒星的质量小于1.4 倍太阳质量时，演变为白矮星；当恒星的质量是太阳质量的 1.4 倍～2倍时，演变为中子星；当恒星的质量更大时，演变为黑洞。斯蒂芬·威廉·霍金发现黑洞不完全是“黑”的，而是有向 外辐射，黑洞的温度会随其辐射而升高，最终会爆炸而消失。这 就是著名的“霍金辐射”。

三、永不停息的探索为了摆脱大气层的影响，人们先后发射了许多人造卫星及宇宙飞行器，用于天文观测。从伽利 略的折射式望远镜到射电望远镜，再到哈勃太空望远镜。哈勃太空望远镜自1990年以来，为人来源 源不断地提供震撼人心的星际图像。2015年，人类首次直接探测到引力波的存在。这标志着天文学进入一个新时代。宇宙茫茫无际， 人类的探索将用不停歇。教师展示中国天眼并做简单介绍。 【课堂小结】3 / 5人类对宇宙的探索是探测工具不断改进的过程，体现着科学技术的进步；中国宇航事业的发展 让我们感受到了一种民族的尊严和自豪感；我们更不会忘记，无数科学家和宇航员为实现人类遨游 太空的伟大理想，体现出的前赴后继的献身精神；人类对宇宙的探索是没有止境的。 【练习检测】1．判断对错（1）哈勃发现远处的星系正急速地远离我们而去。（√）（2）宇宙起源于一个“奇点”。（√）（3）科学家还没有证据证明黑洞的存在。（×）2．关于大爆炸宇宙模型的下列说法正确的是（ ）A．宇宙起源于一个特殊的点，这个点大爆炸，是空间的开始B．宇宙起源于一个特殊的点，在这个点爆炸之前时间已经存在C．宇宙大爆炸后空间膨胀一定会一直持续下去，永不停止D．宇宙起源的“奇点”温度无穷大，密度无穷大E．宇宙膨胀到某个极大值后会收缩答案：ADE3．以下说法中正确的是（ ）A．矮星表面的引力很强B．时钟在引力场弱的地方比在引力场强的地方走得快些C．在引力场越强的地方，物体长度越长D．在引力场强的地方，光谱线向绿端偏移E．引力场越强，时钟变慢的效应越明显答案：ABE4．黑洞是质量非常大的天体，由于质量很大，引起了其周围的时空弯曲，从地球上观察，我们 看到漆黑一片，那么关于黑洞，你认为正确的是（ ）A．内部也是漆黑一片，没有任何光B．内部的光由于引力的作用发生弯曲，不能从黑洞中射出C．内部应该是很亮的D．如果有一个小的星体经过黑洞，将会被吸引进去E．人类还没有发现黑洞存在的证据答案：BCD5．下列说法正确的是（ ）4 / 5A．哈勃发现的“红移”现象说明远处的星系正急速的远离我们B．哈勃发现的“红移”现象说明地球是宇宙的中心C．“新星”和“超新星”是刚刚产生的恒星D．“超新星”和“新星”的产生说明恒星正在不断灭亡E．“超新星”爆发后少数可能形成黑洞答案：ADE6．宇宙大爆炸理论被认为是________的开始。

答案：时间和空间7．大爆炸理论认为，我们的宇宙起源于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，宇宙基本上是匀速膨胀的。上世纪末，对1A型超新星的观测显示，宇宙正在加 速膨胀。面对这个出人意料的发现，宇宙学家探究其背后的原因，提出宇宙的大部分可能由暗能量 组成，它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀，如果真是这样，则标志宇宙大小 的宇宙半径R和宇宙年龄t 的关系，大致是下面哪个图象________ （填序号）。答案：C5 / 5