高一物理行星.恒星.星系和宇宙4

行星、恒星、星系和宇宙

●本节教材分析

本节内容按教材的编排属选学内容．在本节中重点介绍了有关行星、恒星和星系等概念，通过对这些概念的学习，使我们对宇宙的几个主要天体的层次有一个清楚的认识．同时在万有引力的基础上，了解宇宙大爆炸理论．对宇宙的形成有一个科学的、客观的、正确的认识．对于宇宙大爆炸理论，应注意向学生说明，它是现阶段解释宇宙演变较为成功的理论，但仍有许多问题有待进一步研究，进而激发学生探究知识的积极性．

●教学目标

一、知识目标

1．了解行星、恒星、星系等概念，知道宇宙中的几个主要天体层次．

2．了解宇宙大爆炸理论．

3．了解本章知识结构．

二、能力目标

1．通过对本节知识的学习，培养学生明辨是非，认识世界的能力．

2．通过对本章知识的小结，培养学生总结知识的能力．

三、德育目标

通过对宇宙中几个主要天体层次的学习，培养学生的科学世界观．

●教学重点

1．行星、恒星、星系、宇宙等概念．

2．宇宙大爆炸理论．

●教学难点

对宇宙形成的正确认识．

●教学方法

阅读法，归纳法，分层教学法．

●教学用具

投影仪、录像．

●课时安排

1课时

●教学过程

本节课的学习目标

1．了解行星、恒星和星系等概念．

2．了解宇宙大爆炸理论．

学习目标完成过程

一、导入新课

通过前面的学习我们知道了宇宙中天体的运动规律及其动力学方程．那么宇宙中究竟由哪些天体或天体组组成呢？本节我们共同来了解一下宇宙的组成及其形成．

二、新课教学

(一)宇宙的组成

A．基础知识

请同学们阅读课文1~9自然段，同时考虑下列问题：

1．什么是恒星、行星、卫星？

2．古代人们怎样认识恒星的运动？

3．哪颗恒星离我们最近？

4．宇宙中除太阳系外是否还有其他的行星系统？

5．什么叫星系？

6．比星系更大的天体系统是什么？

7．什么是宇宙？

阅读课文，从课文中找出上述问题的答案．

1．由炽热的气体组成，能够发热、发光，近似球体的天体叫恒星．

绕恒星运转的星体叫行星．

绕行星运转的星体叫卫星．

2．古代人们认为恒星是静止不动的．恒星的“恒”就是这个意思．

3．在宇宙中，离地球最近的恒星是太阳，它是地球运转时所环绕的中心天体．

4．除太阳系外，到目前为止还没有发现别的行星系统，世界上的天文学家正在致力于这方面的探索．

5．由恒星组成的天体系统叫星系，太阳系所在的恒星系叫银河系．

6．在宇宙中，比星系更大的天体系叫星系团、超星系团，它是由相互作用的星系组成的．

7．由卫星、行星、行星系、星系、星系团这样由小到大、不同层次的天体组成了宇宙．

B．深入探究

请同学们重新阅读这部分内容，并且讨论下面几个问题．

1．太阳系中有哪九颗行星？

2．恒星是否“恒”定不动？

3．夜晚仰望天空时，点点繁星中除恒星外，还有肉眼可看见的五颗行星，为什么行星也会“发光”？

4．恒星为什么能够组成星系？

阅读课文，并分组讨论后得出相应答案：

1．在太阳系中有金星、木星、水星、火星、土星、地球、天王星、海王星、冥王星九颗行星在绕太阳运转．

2．古代人们由于受科学技术的限制，不能了解太阳系以外其他星系的情况，所以他们认为恒星是静止不动的．今天，我们借助特殊的天文仪器便可观察到它在天空中位置的变化，其实恒星也是在运动的．

3．我们晚上观察到的闪光的行星，实际上并不是行星本身发出的光，而是它反射恒星的光，就像我们看到月亮发出的光一样．

4．恒星之所以能组成星系是因为在恒星之间存在着相互作用的引力，使得恒星有“聚集”的特点．

C．教师总结

通过上面的学习我们知道，宇宙是由无数不同层次的天体世界组成的，其从小到大的顺序为：卫星→行星→恒星→行星系→星系→星系团→宇宙．由此可见，太阳系只是宇宙中极其微小的一个组成部分，为此我们对客观世界的认识不能只停留在地球这一个小星球上，而应拓展思维，更深、更广地去认识宇宙，改造世界．

D．基础知识应用

1．太阳周围有________、________、________、________、________、________、________、________、________九颗行星绕其运行．

2．由炽热气体组成，发热，发光，近似球体的天体叫________，绕恒星转动的星体叫________，而绕行星转动的星体叫________．

3．由恒星组成的天体系统叫________，而由星系组成的天体系叫________． 参考答案：

1．金星，木星，水星，火星，土星，地球，天王星，海王星，冥王星

2．恒星，行星，卫星

3．星系，星系团

(二)大爆炸理论

上面我们学习了宇宙的组成，那么宇宙又是怎样形成的呢？下面我们共同来学习．至今为止较为成功的理论--宇宙大爆炸理论．

A．基础知识

请同学们阅读课文，同时考虑下列问题：

1．宇宙大爆炸理论形成的科学依据是什么？

2．大爆炸理论的具体内容是什么？

3．依据大爆炸理论，今后的宇宙将会怎样发展、演化下去呢？

学生阅读课文，从课文中找出相应的答案：

1．大爆炸理论形成的科学依据是现代的科学的观测结果．因为观测表明：除银河系外，几乎所有的星系都在远离银河系，而且远离的速度与距离成正比．

2．大爆炸理论认为，宇宙在形成前所有的物质都聚集在一起，随宇宙的不断膨胀，温度下降，逐渐形成了今天的宇宙．

3．依据大爆炸理论，宇宙的发展有两种可能：一种是受引力的作用膨胀减慢、停止，然后收缩；另一种是由于膨胀太快，距离迅速增大，使引力不再起作用，宇宙永远膨胀下去．

B．深入探究

请同学们下课后寻找相关的书籍．加深对大爆炸理论的了解．

C．教师总结

宇宙是一个令人神往的未知世界，对宇宙的了解我们差的还很远，对它更深入的了解还有待于我们这一代去探索．爱因斯坦说过“宇宙间最不可理解的事物就是：宇宙是可以理解的。”相信同学们一定可以使爱因斯坦的梦想变成现实．

D．基础知识应用

1．宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于约________年前的一次大爆炸．

参考答案：二百亿

2．本章知识小结

三、小结

学生阅读课文，从课文中找出相应的答案：

1．大爆炸理论形成的科学依据是现代的科学的观测结果．因为观测表明：除银河系外，几乎所有的星系都在远离银河系，而且远离的速度与距离成正比．

2．大爆炸理论认为，宇宙在形成前所有的物质都聚集在一起，随宇宙的不断膨胀，温度下降，逐渐形成了今天的宇宙．

3．依据大爆炸理论，宇宙的发展有两种可能：一种是受引力的作用膨胀减慢、停止，然后收缩；另一种是由于膨胀太快，距离迅速增大，使引力不再起作用，宇宙永远膨胀下去．

B．深入探究

请同学们下课后寻找相关的书籍．加深对大爆炸理论的了解．

C．教师总结

宇宙是一个令人神往的未知世界，对宇宙的了解我们差的还很远，对它更深入的了解还有待于我们这一代去探索．爱因斯坦说过“宇宙间最不可理解的事物就是：宇宙是可以理解的。”相信同学们一定可以使爱因斯坦的梦想变成现实．

D．基础知识应用

1．宇宙大爆炸理论认为，宇宙起源于约________年前的一次大爆炸．

参考答案：二百亿

2．本章知识小结

三、小结

通过本节学习，我们了解了：

1．宇宙的组成．

2．宇宙大爆炸理论．

3．本章知识结构．

四、作业

1．阅读课文，复习本节内容．

2．综合复习本章知识．

五、板书设计

●备课资料

一、万有引力与星系的组成

宇宙间任何两物体之间都存在相互吸引的力--万有引力．因此宇宙中任何两天体之间都

Mm

有相互吸引的万有引力．万有引力F＝GR的规律使不同层次的天体组成不同层次的天体系统．在行星与卫星之间，如地球-月球系统，地球与月球间的万有引力F地＝6.67

5.9810247.3810222

×10-11·(3.8107)2＝2.04×10 N，而卫星与恒星之间，如月球-太阳之间的万有

2.010307.381022

2022(1.510)引力F太＝6.67×10×＝4.4×10 N，可以说F地>>F太，所以地球-月球

组成一个整体，整体受太阳的作用，绕太阳运转．可以计算出行星与恒星之间的万有引力又会远大于银河系对它的万有引力，因此万有引力使行星与恒星组成一个整体，这个整体又在银河系中运动．可以推测银河系内对恒星的万有引力又远大于河外星系对其恒星的万有引力，因此，银河系又是一个整体在宇宙中运动． -11

二、膨胀的宇宙

在1910~1920年的十年内，洛威尔天文台的科学家发现许多星系有红移现象．所谓红移现象可以用多普勒效应来解释，即星系远离我们而去时，接到的星光的频率变低，使谱线向红端移动．1929年美国天文学家哈勃发现，所有银河外星系的谱线普遍有红移现象，他把测得各星系的距离跟它们各自退行的速度比较，发现在大尺度上星系的退行速度是跟它们离开我们的距离成正比的，这个关系叫做哈勃定律．

哈勃的发现给我们提供了星系远离我们而去且在不停运动的有力证据．从任何一个星系上看，其他星系都在彼此远离退行，这实际上显示我们的宇宙正处于不断膨胀中，从而彻底改变了静态宇宙的传统观念．

三、大爆炸宇宙学

我们已经知道，宇宙是膨胀的．既然宇宙一直膨胀，那么逆着时间往上推，追根寻源，早期的宇宙一定处于比现在小得多、密度大得多的状态，而且原则上允许一直追溯到初始奇点．初始奇点即体积无限小、密度无限大的一种状态．因此，人们提出宇宙起源于原始火球的假设．原始火球就是初始奇点，现在宇宙的膨胀正是大爆炸所开始的空间膨胀的继续．目前比较盛行的是热大爆炸宇宙说，这一学派的主要观点是：我们的宇宙曾有过一段从密到稀、从热到冷的演化历史，按照这种观点来研究宇宙中物性演化的历史，统称为大爆炸宇宙说． 大爆炸宇宙模型得到许多观测数据的支持，特别是3K宇宙背景辐射预言的证实．当然，大爆炸模型尚未解决的问题很多，还有一些疑难问题有待进一步研究，例如宇宙是否弥散着反物质等．而大爆炸宇宙学作为人类探索宇宙起源及其演化的一个里程碑地位已经确定，不会轻易改变．

四、宇宙的起源和归缩

大爆炸宇宙学可以说是当今的创世说，宇宙起源于时空初始奇点的大爆炸．在1970年英国的彭罗斯和霍金证明一个奇点定理，指出：在经典广义相对论成立的条件下，时空区域的奇点是不可避免的．奇点就是在该处具有无限大的密度和无限大的时空曲率等．1983年哈特和霍金等人避开引力场量子化问题，把宇宙整体看做是一个物理的量子系统，在t＝0时，由状态“无”，即连时间、空间都不存在的一个什么也没有的“无”状态，自发跃迁到具有空间、时间的量子状态，宇宙创生于完全偶然的一次量子跃迁中．即他们把宇宙的起源归结为“从无到有”，这有点像我国古代老子的思想，“天地万物生于有，有生于无．” 尽管物理学家对宇宙的起源的细节仍然了解不多，争论也多，但是对它的基本理论框架的看法已达成一致．宇宙来自真空，那时宇宙的一切物质的正能量正好等于所有星系物质之间的引力相互作用能．由于引力势能是负能量，宇宙的总能量等于零，所以，不需要任何创造宇宙的能量．宇宙来自真空这一思想的主要困难，一直是如何解释宇宙中质子从何而来的问题．总之，宇宙创生的面貌已依稀可见．

对于宇宙的结局，目前没有一致意见．物理学家们认为，宇宙的结局要么无限冰冷，不然就是炽热燃烧，一切化为灰烬．这主要决定于今后宇宙是不断膨胀下去呢，还是膨胀一段时间之后又开始收缩．

让我们以两代物理学家对宇宙的评述结束我们关于宇宙的讨论吧．

爱因斯坦说过；“宇宙间最不可理解的事物就是：宇宙是可以理解的．”

当代的大物理学家温伯格在他的名著《最初三分钟》一书中写道：“了解宇宙的努力是那些为数甚少的事物之一，这些事物使人类的生命从笑剧的水平提高一点，而赋予它一些悲剧的韵味．”