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
探索宇宙的奥秘教案
