資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
第十六章 粒子和宇宙
16.2 浩瀚的宇宙
教學(xué)目標(biāo)：
1.物理觀念：
（1）了解人類探索太陽系及宇宙對的大致歷程。知道人類對宇宙探索不斷深入，關(guān)注人類探索宇宙的一些重大活動。
（2）了解物質(zhì)世界的大致尺度。
2.科學(xué)思維：
借助科學(xué)觀察方法和科學(xué)理論了解宇宙。
3.科學(xué)探究：
查閱資料，了解“天問一號”在探索火星方面的進(jìn)展及我國航天事業(yè)對人類探索宇宙的貢獻(xiàn)。
4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：
了解我國在載人航天及其他航天科技方面的新成就，體會我國航天人熱愛祖國、為國爭光的堅(jiān)定信念和用于攀登、敢于超越的進(jìn)取精神。
教學(xué)重點(diǎn)：了解人類探索太陽系及宇宙的大致歷程。
教學(xué)難點(diǎn)：關(guān)注人類探索宇宙的一些重大活動。
教學(xué)課時(shí)：1課時(shí)
教學(xué)用具：多媒體、太陽系教具。
教學(xué)互動設(shè)計(jì)：
1、 創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課
天問一號是執(zhí)行中國首次火星探測任務(wù)的探測器。
2020年7月23日12時(shí)41分，長征五號遙四運(yùn)載火箭托舉著我國首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器，在中國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火升空。
其任務(wù)目標(biāo)是通過一次發(fā)射，實(shí)現(xiàn)火星環(huán)繞、著陸和巡視探測。
天問一號探測器由環(huán)繞器、著陸器和巡視器組成，總重量達(dá)到5噸左右。天問一號環(huán)繞器進(jìn)入環(huán)火軌道后，先開展約三個(gè)月的對地觀測，特別是對預(yù)選著陸區(qū)進(jìn)行詳細(xì)勘測。之后攜帶火星車的著陸器將與環(huán)繞器分離，利用降落傘和反推火箭在火星表面著陸，并開展為期90個(gè)火星日（一個(gè)火星日約24小時(shí)39分35.2秒）的巡視探測任務(wù)。
2021年6月27日，國家航天局發(fā)布中國天問一號火星探測任務(wù)著陸和巡視探測系列實(shí)拍影像，包括著陸巡視器開傘和下降過程、“祝融號”火星車駛離著陸平臺聲音及火星表面移動過程視頻，火星全局環(huán)境感知圖像、火星車車轍圖像等。
2021年11月8日，“天問一號”環(huán)繞器成功實(shí)施第五次近火制動，準(zhǔn)確進(jìn)入遙感使命軌道，開展火星全球遙感探測。
截至2022年9月15日，天問一號環(huán)繞器已在軌運(yùn)行780多天，火星車?yán)塾?jì)行駛1921米，完成既定科學(xué)探測任務(wù)，獲取原始科學(xué)探測數(shù)據(jù)1480GB。科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)通過對中國自主獲取的一手科學(xué)數(shù)據(jù)的研究，獲得了豐富的科學(xué)成果。
2022年9月18日，天問一號火星探測任務(wù)團(tuán)隊(duì)獲得國際宇航聯(lián)合會2022年度“世界航天獎”。
二、新課講授，師生互動
（一）宇宙概觀
從人類的祖先第一次仰望星空，并且驚嘆其中的玄妙時(shí)，人們就開始試圖破譯日月星辰等天文現(xiàn)象的奧秘。那時(shí)，大多數(shù)人都自然而然地認(rèn)為，地球是靜止不動的，太陽、月亮和星星都從人們的頭上飛過，地球是宇宙的中心。
把人們從這種錯(cuò)誤的認(rèn)識中解脫出來的是16世紀(jì)的波蘭學(xué)者哥白尼(Nicolaus Copernicus， 1473一1543) 。他認(rèn)為太陽是整個(gè)宇宙的中心。后來的觀察表明，哥白尼的“日心說”較好地描述了宇宙(實(shí)為太陽系)的真實(shí)情況。
從18世紀(jì)后半葉開始，天文學(xué)家用各種望遠(yuǎn)鏡對宇宙中的天體進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察，使我們不僅認(rèn)識到太陽也不是宇宙的中心，而且有可能對宇宙的生成和演化做出一些說明，人類從此踏上了揭示宇宙之謎的科學(xué)之旅。
地球是浩瀚宇宙中太陽系內(nèi)的一顆行星(planet) 。太陽系(solar system)的中心天體是太陽，它是一個(gè)半徑約7×105km、表面溫度達(dá)6×103K的恒星(star) ， 其核心溫度高達(dá)1.5×107K。太陽系中有八顆行星及它們的205顆衛(wèi)星，還有約17600顆有正式命名或編號的小行星，以及數(shù)量眾多的彗星和流星。
太陽系的行星數(shù)據(jù)
科學(xué)窗
為什么冥王星被降級
1930年發(fā)現(xiàn)冥王星后，科學(xué)家普遍認(rèn)為太陽系有九顆行星。其中冥王星所處的軌道在海王星之外，屬于太陽系外圍的柯伊伯帶，這個(gè)區(qū)域一直是太陽系小行星和彗星誕生的地方。20世紀(jì)90年代以后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)柯伊伯帶有更多圍繞太陽運(yùn)行的大天體。比如，美國天文學(xué)家布朗發(fā)現(xiàn)的“2003UB313”，就是一個(gè)直徑和質(zhì)量都超過冥王星的天體。布朗等人的發(fā)現(xiàn)使傳統(tǒng)行星定義遭遇巨大的挑戰(zhàn)，國際天文學(xué)聯(lián)合會大會通過了新行星定義。“行星”指的是圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)、由于自身引力足以使天體呈圓球狀、能夠清除其軌道附近其他物體的天體。冥王星由于其軌道與海王星的軌道相交，不符合新的行星定義，因此被降級為“矮行星”。
晴朗的夜空中可以看到一條橫亙天際的光帶， 人們稱它為銀河(Milky Way) 。實(shí)際上它是無數(shù)星體集成的一個(gè)龐大的天體系統(tǒng)， 叫作銀河系(Galaxy)(圖)。銀河系的直徑約10萬光年，最大厚度約1萬光年，像是一個(gè)中央突起、四周扁平的旋轉(zhuǎn)鐵餅。
太陽是銀河系中的一顆普通恒星。銀河系中有2000億顆像太陽這樣的恒星。除太陽外，距地球最近的恒星是比鄰星。它與地球相距40萬億千米，從比鄰星發(fā)出的光約4.3年才能到達(dá)地球。
銀河系之外還有數(shù)以10億計(jì)的類似星系。人類肉眼可見的最遠(yuǎn)天體——仙女座河外星系(圖)就是其中之一，它跟銀河系相距220萬光年。就是說，我們在夜空中所見到的是220萬年前的仙女座星系。
許多星系還形成更大的星系團(tuán)(圖)，星系團(tuán)的直徑可達(dá)1000萬光年以上。目前，望遠(yuǎn)鏡已能觀察至少130億光年距離的天體，在所見范圍內(nèi)，有無數(shù)的星系團(tuán)、超星系團(tuán)存在。
（二）飛向太空
探索宇宙的奧秘，奔向廣闊而遙遠(yuǎn)的太空是人類自古以來的夢想。真正為人類邁向太空提供科學(xué)思想的是生于19世紀(jì)中葉的俄國學(xué)者齊奧爾科夫斯基(1857一1935)。他指出，在沒有空氣的太空中，利用噴氣反作用力推進(jìn)的多級火箭，是實(shí)現(xiàn)太空飛行最有效的交通工具，液態(tài)氫和液態(tài)氧可以作為火箭發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑。在他逝世20多年之后，人類終于夢想成真，踏上了遨游太空的旅程。
1957年10月4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功。衛(wèi)星直徑0.58m， 質(zhì)量83.6kg， 每96min沿橢圓軌道繞地球飛行一圈。
1961年4月12日，蘇聯(lián)拜克努爾發(fā)射場上，矗立著一枚高大的運(yùn)載火箭。火箭的頂端放著“東方-1”號飛船。空軍少校加加林(1934一1968)身穿航天服，頭戴盔罩，進(jìn)入飛船載人艙。火箭點(diǎn)火起飛，飛船歷時(shí)108min繞地球飛行一圈后， 從空間軌道上通過大氣層重返地面，鑄就人類第一次乘飛船進(jìn)入太空的豐碑。
美國東部時(shí)間1969年7月16日09：32，帶著“阿波羅-11”號飛船的火箭在美國卡納維拉爾角點(diǎn)火升空，拉開人類登月這一偉大歷史事件的帷幕。7月19日，飛船進(jìn)入月球軌道。7月20日，指揮長阿姆斯特朗和登月艙駕駛員奧爾德林進(jìn)入登月艙，與母船分離，向月面降落，而航天員柯林斯則在母船內(nèi)沿距月球120km的軌道運(yùn)行。16：17，登月艙在月球軟著陸。22：56，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上了月球，說出了那句注定要載人史冊的名言：“對個(gè)人來說，這不過是小小的一步，但對人類而言，卻是一個(gè)巨大的飛躍。”人們祝賀他們說：“由于你們的成功，天空已成為人類世界的一部分。”
2003年10月15日，我國成功發(fā)射了“神舟”五號載人飛船(圖)，中國人實(shí)現(xiàn)了遨游太空的理想。
我國自2004年啟動探月工程，2007年至2020年，成功發(fā)射“嫦娥”一、二號衛(wèi)星，“嫦娥”三、四、五號探測器，成功完成“繞、落、回“三步走規(guī)劃。其中”嫦娥”四號成功著陸在月球背面的預(yù)選著陸區(qū)，“嫦娥”五號任務(wù)實(shí)現(xiàn)了我國首次月面采樣與封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、攜帶樣品再入返回等多項(xiàng)重大突破。2022年探月工程四期正式啟動工程研制，我國將陸續(xù)發(fā)射“嫦娥”六號、七號、八號探測器，開展任務(wù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和國際月球科研站建設(shè)。
2021年5月，我國天問一號探測器在火星成功著陸，首次在火星留下中國印記。天問一號任務(wù)實(shí)現(xiàn)了6個(gè)“首次”:首次實(shí)現(xiàn)地火轉(zhuǎn)移軌道探測器發(fā)射，首次實(shí)現(xiàn)行星際飛行，首次實(shí)現(xiàn)地外行星軟著陸，首次實(shí)現(xiàn)地外行星表面巡視探測，首次實(shí)現(xiàn) 4億千米距離的測控通信，首次獲取第一手火星科學(xué)數(shù)據(jù)。
（三）破解宇宙奧秘之路
盡管人類已經(jīng)跨入太空，登上月球，但是，相對于宇宙之宏大，地球和月球不過是茫茫宇宙中的兩粒“塵埃”;相對于宇宙之久長，人類至今所做的事情不過是宇宙年輪上一道小小的刻痕·····宇宙有沒有起源和終結(jié)，它是永恒不變的還是不斷演化著的，是有限的還是無限的 古往今來，這些謎一般的問題一直縈繞在人們的心頭·····
從“地心說”到“日心說”的轉(zhuǎn)變使意大利學(xué)者布魯諾(Giordano Bruno,1548一1600)指出這種宇宙中心的轉(zhuǎn)移本身就意味著宇宙根本就沒有中心，而個(gè)沒有中心的宇宙又會是怎樣的呢
1929年，美國科學(xué)家哈勃(Edwin Powell Hubble，1889-1953)從天文觀察中發(fā)現(xiàn)，所有河外星系正在離我們銀河系而去，其退行速度與它們離我們的距離成正比。
就是說，所有河外星系都在遠(yuǎn)離我們，而且離我們越遠(yuǎn)的星系逃離得越快。由于在宇宙中銀河系并不處于特殊的中心位置，所以哈勃的發(fā)現(xiàn)對任何星系而言都是真實(shí)的。這就是說，宇宙處于普遍的膨脹之中。為了紀(jì)念哈勃，美國將一架太空望遠(yuǎn)鏡命名為哈勃望遠(yuǎn)鏡(圖 )。
為了紀(jì)念哈勃，美國將一架太空望遠(yuǎn)鏡命名為哈勃望遠(yuǎn)鏡(圖 )。+
如果宇宙中的星系目前正在彼此遠(yuǎn)離，那么它們過去必定要靠得近些，而且越是年代久遠(yuǎn)，就靠得越近。也就是說，較早時(shí)代的宇宙的物質(zhì)密度會更高，以至于必定存在一個(gè)時(shí)刻，那時(shí)宇宙中的物質(zhì)處在極其高溫、高密度的狀態(tài)，這就是我們宇宙的開端。
1948年，物理學(xué)家伽莫夫(George Gamow，1904-1968)提出，宇宙起源于一次“大爆炸”，爆炸生成的“原始火球”不斷膨脹而逐漸冷卻下來,形成今天的還在膨脹著的宇宙。按照他的理論計(jì)算，作為這種膨脹過程的“遺跡”，目前的宇宙中應(yīng)該普遍存在著溫度約為 5 K 的電磁輻射。果然，1964年，美國科學(xué)家彭齊亞斯(Arno Penzias，1933一 和威爾遜(Robert Wilson，1936一 )真的發(fā)現(xiàn)了這種輻射，且證實(shí)電磁輻射的溫度為 2.7 K，并因此獲得了 1978 年諾貝爾物理學(xué)獎。
“宇宙大爆炸”學(xué)說的許多見解雖然得到了實(shí)驗(yàn)觀測的支持，但它提出的問題實(shí)際上比它解決了的問題還要多，留給人們的思考和疑問也更加深邃而廣闊。
愛因斯坦(Albert Einstein，1879-1955)曾經(jīng)說過:“一個(gè)人最完美和最強(qiáng)烈的情感來自面對不解之謎。”你愿意加人破解它的行列嗎
三、總結(jié)反思，超越自我
1. 人類祖先曾認(rèn)為地球是宇宙的中心；16世紀(jì)哥白尼認(rèn)為太陽是整個(gè)宇宙的中心；18世紀(jì)后借助望遠(yuǎn)鏡觀察揭示宇宙之謎。地球是太陽系內(nèi)一顆行星，太陽系的中心天體是太陽，它是半徑約7×105km的恒星。太陽是銀河系中一顆普通恒星，銀河系中有2000億顆像太陽的恒星。銀河系外還有數(shù)以10億計(jì)的類似星系。
2. 1957年，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功；1961年，前蘇聯(lián)加加林第一次乘坐飛船進(jìn)入太空；1969年美國阿姆斯特朗踏上了月球；2021年5月，我國天問一號探測器在火星上成功著陸。
3. 1929年，美國哈勃從天文觀察發(fā)現(xiàn)，所有河外星系正在離銀河系而去；1948年，伽莫夫提出，宇宙起源于一次“大爆炸”，其學(xué)說得到實(shí)驗(yàn)觀測支持，留給人們思考和疑問期待去破解。
四、板書設(shè)計(jì)，整合提升
1. 人類祖先曾認(rèn)為地球是宇宙的中心；16世紀(jì)哥白尼認(rèn)為太陽是整個(gè)宇宙的中心；18世紀(jì)后借助望遠(yuǎn)鏡觀察揭示宇宙之謎。地球是太陽系內(nèi)一顆行星，太陽系的中心天體是太陽，它是半徑約7×105km的恒星。太陽是銀河系中一顆普通恒星，銀河系中有2000億顆像太陽的恒星。銀河系外還有數(shù)以10億計(jì)的類似星系。
2. 1957年，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功；1961年，前蘇聯(lián)加加林第一次乘坐飛船進(jìn)入太空；1969年美國阿姆斯特朗踏上了月球；2021年5月，我國天問一號探測器在火星上成功著陸。
3. 1929年，美國哈勃從天文觀察發(fā)現(xiàn)，所有河外星系正在離銀河系而去；1948年，伽莫夫提出，宇宙起源于一次“大爆炸”，其學(xué)說得到實(shí)驗(yàn)觀測支持，留給人們思考和疑問期待去破解。
五、大海揚(yáng)帆，嘗試遠(yuǎn)航
1. 下列說法不正確的是（ ）
A. 地球是太陽系內(nèi)的一顆行星
B. 太陽系的中心天體是太陽
C. 太陽是銀河系中的一顆普通恒星
D. 銀河系中2000顆像太陽這樣的恒星
2．科學(xué)家通過對星系光譜的研究發(fā)現(xiàn)，所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去，宇宙中星系間的距離在不斷擴(kuò)大，這說明( )。
A.宇宙處在不斷的膨脹中
B.銀河系是一個(gè)龐大的天體系統(tǒng)
C.太陽是銀河系的中心天體
D.太陽和太陽系最終也會走向“死亡”
3．關(guān)于“銀河系”說法正確的是（ ）
A.銀河系的半徑約10億光年
B.銀河系最大厚度約1光年
C.銀河系像一個(gè)中央凸起，四周扁平的旋轉(zhuǎn)鐵餅
D.除太陽外，距地球最近的恒星是比鄰星，它與地球相距40億千米
4． 下列說法不正確的是（ ）
A.銀河系之外還有數(shù)以10億計(jì)的類似恒星系
B.人類肉眼可見的最遠(yuǎn)天體——仙女座河外星系是其中之一，距銀河系220萬光年
C.目前，望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)觀察至少130光年距離的天體
D.我們對宇宙的了解，是天文學(xué)家數(shù)千年發(fā)展的結(jié)晶
5． 下列說法不正確的是（ ）
A.1957年，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功
B.1961年前蘇聯(lián)加加林第一次乘坐飛船進(jìn)入太空
C.1969年美國阿姆斯特朗和柯林斯踏上了月球
D.2021年5月，我國天問一號探測器在火星成功著陸
參考答案1.D；2.A；3.C；4.C；5.C。
六、作業(yè)：P205.T2
課外作業(yè)P205.T1、T3、T4 。
P206閱讀材料 在地球之外
教學(xué)反思：
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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