2020-2021學(xué)年高中物理 第5章 科學(xué)進(jìn)步無(wú)止境 第3節(jié) 探索宇宙的奧秘教案 魯科版必修第二冊(cè)

1、2020-2021學(xué)年高中物理 第5章 科學(xué)進(jìn)步無(wú)止境 第3節(jié) 探索宇宙的奧秘教案 魯科版必修第二冊(cè)2020-2021學(xué)年高中物理 第5章 科學(xué)進(jìn)步無(wú)止境 第3節(jié) 探索宇宙的奧秘教案 魯科版必修第二冊(cè)年級(jí)：姓名：- 9 -第3節(jié) 探索宇宙的奧秘本節(jié)分別設(shè)置了“宇宙的起源 ”“宇宙的演化 ”和對(duì)宇宙“永不停息的探索 ”三部分內(nèi)容，以科普的形式介紹了人類對(duì)宇宙研究的過去和現(xiàn)狀。在本節(jié)的“科學(xué)書屋 ”欄目中，分別介紹了英國(guó)科學(xué)家霍金身殘志堅(jiān)、勇敢面對(duì)病痛的精神以及致力于天體物理研究的事跡和建造“中國(guó)天眼 ”的首席科學(xué)家兼工程師南仁東先生獻(xiàn)身科學(xué)的感人事跡，旨在讓學(xué)生了解人類對(duì)自然（包括宇宙）的探索從

2、未停止，讓學(xué)生初步形成關(guān)注宇宙起源、宇宙演化研究進(jìn)展的意識(shí)，激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、投身科學(xué)研究的熱情，增強(qiáng)民族自信心和自豪感，形成探索自然、造福人類的意識(shí)。 物理觀念：關(guān)注宇宙的起源和演化的研究進(jìn)程，了解什么是科學(xué)探究和科學(xué)思維。 科學(xué)思維：初步了解宇宙中包含什么，知道創(chuàng)新對(duì)科學(xué)進(jìn)步的重要意義。 科學(xué)探究：了解宇宙起源和演化有關(guān)的信息；能用收集的信息說明高速世界的一些特點(diǎn)以及典型恒星的演化過程。 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：人類對(duì)自然的探索永無(wú)止境；具有探索自然、造福人類的志趣，有關(guān)注宇宙起源與演化研究進(jìn)展的意愿；能體會(huì)科學(xué)技術(shù)社會(huì)存在相互聯(lián)系，需要協(xié)調(diào)發(fā)展。 1、 教學(xué)重點(diǎn)：了解從古至今人類對(duì)宇宙不斷探索的

3、歷史，并指出這種探索不會(huì)停止。 2、 教學(xué)難點(diǎn)：關(guān)注宇宙的起源和演化的研究進(jìn)程。 多媒體課件、視頻片段【新課導(dǎo)入】人類第一次將目光投向太空時(shí)，就想知道這浩瀚無(wú)垠的宇宙從哪里來(lái)，又將去向何處。本節(jié)我們將一起探索宇宙起源和演化的奧秘。 觀看視頻人類探索太空之路?！拘抡n內(nèi)容】1. 宇宙的起源自古以來(lái)，人們通過對(duì)日月星辰及周圍事物的觀察，設(shè)想著宇宙的模樣。1. 古人對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)我國(guó)有古人認(rèn)為大地是平的，日月星辰在天空中運(yùn)行，其上方扣著穹頂。 中國(guó)古人的宇宙觀：渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃，孤居于內(nèi)，天大而地小，天表里有水，天之包地，猶殼之裹黃。” 在古希臘，德謨克利特提出了“天體演化說”，即在

4、原子碰撞等原因形成的原始旋渦運(yùn)動(dòng)中，較大的原子被趕到旋渦的中心相互聚集形成地球，較小的原子被趕到外圍環(huán)繞地球做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，變得干燥后燃燒，形成各個(gè)天體。德國(guó)哲學(xué)家康德則提出了“星云假說”， 用引力和斥力的觀點(diǎn)描述天體的形成和運(yùn)動(dòng)。2.大爆炸宇宙模型1929 年，哈勃（e. hubble，18891953）做了一個(gè)具有里程碑意義的觀測(cè)：遙遠(yuǎn)的恒星發(fā)出的光譜與地球上同種物質(zhì)的光譜相比，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，即向紅光方向偏移。這一現(xiàn)象說明：不管往哪個(gè)方向看，遠(yuǎn)處的星系都正在急速地遠(yuǎn)離我們而去，并且距離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系離開我們的速度越快。哈勃的驚人發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)1、所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去。發(fā)現(xiàn)2、星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，運(yùn)動(dòng)

5、的速度越快；發(fā)現(xiàn)3、星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)大美國(guó)科學(xué)家伽莫夫（g.gamow，1904-1968）將微觀的核物理、化學(xué)元素的起源與宏觀的膨脹宇宙聯(lián)系在一起，提出了描述宇宙起源和演化的大爆炸宇宙模型，認(rèn)為宇宙從圖5一個(gè)溫度無(wú)限高、物質(zhì)密度無(wú)限大的“奇點(diǎn)”爆炸而成。大爆炸宇宙模型不僅能解釋宇宙光譜的紅移現(xiàn)象，而且預(yù)言在大爆炸的特殊宇宙背景下產(chǎn)生的微波輻射至今存在于宇宙空間中。 1965年，威爾森和彭齊亞斯觀測(cè)到了宇宙背景微波輻射，大爆炸宇宙模型得到了有力的支持。大爆炸宇宙產(chǎn)生示意圖：大爆炸理論主要觀點(diǎn)：大約150億年前，我們所處的宇宙全部以粒子的形式、極高的溫度、極大的密度，被擠壓在一個(gè)“原始火球

6、” 中。大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來(lái)相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。大膽猜測(cè)：宇宙的將來(lái)：永遠(yuǎn)膨脹下去，不斷地?cái)U(kuò)大，我們將看到所有星系的星球老化、死亡，剩下我們孤零零的，在一片黑暗當(dāng)中。 或者會(huì)塌縮而在大擠壓處終結(jié)。二.宇宙的演化根據(jù)愛因斯坦廣義相對(duì)論的預(yù)言，宇宙的未來(lái)在很大程度上依賴于宇宙中的物質(zhì)分布（宇宙物質(zhì)的平均密度）。如果宇宙物質(zhì)的平均密度大于某個(gè)臨界值，星系間的引力將最終使膨脹停止并使宇宙開始重新收縮，最終坍縮；如果宇宙物質(zhì)的平均密度小于該臨界值，宇宙將會(huì)繼續(xù)膨脹。但對(duì)宇宙物質(zhì)平均密度的觀測(cè)非常困難，因?yàn)橛钪嬷谐丝梢姷陌l(fā)光天體之外，還

7、有大量的暗物質(zhì)和暗能量。1998年，科學(xué)家索爾珀?duì)栺R特（s.perlmutter）、布萊恩施密特（b.schmidt）和亞當(dāng)里斯（a.riess）通過觀測(cè)遙遠(yuǎn)的超新星，發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹，并且證明了暗能量的存在，因而獲得2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 通過觀測(cè)和理論分析，科學(xué)家推測(cè)宇宙的大部分都是由暗物質(zhì)和暗能量組成的，但人類對(duì)暗物質(zhì)和暗能量的本質(zhì)至今仍不了解，現(xiàn)有的天文觀測(cè)資料還不能確定宇宙的未來(lái)將走向何處，這有待于人類的進(jìn)一步探索。三不停息的探索16 世紀(jì)初，意大利科學(xué)家伽利略用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天空，從此人類的視野更加開闊。從伽利略開始，人類一直在通過不斷增加電磁波譜的范圍來(lái)探索宇宙的奧秘，每一種

8、新的電磁波譜的拓展都意味著打開一扇通向宇宙的新的窗口。射電望遠(yuǎn)鏡是主要接收天體射電波段輻射的望遠(yuǎn)鏡。1939 年，美國(guó)科學(xué)家雷伯利用世界上第一架專門用于天文觀測(cè)的射電望遠(yuǎn)鏡接收到了來(lái)自銀河系中心的無(wú)線電波，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果繪制了第一張射電圖。 2016年，我國(guó)落成啟用的世界上最大單口徑、最靈敏、具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的射電望遠(yuǎn)鏡，是人類探索宇宙深處奧秘的神奇“眼睛” “中國(guó)天眼”?！爸袊?guó)天眼”的首席科學(xué)家兼總工程師南仁東（1945-2017），為選擇最佳臺(tái)址，帶著300多幅衛(wèi)星遙感圖，跋涉在中國(guó)西南的大山里，先后對(duì)比了1000多個(gè)洼地。工程建設(shè)中，他克服了技術(shù)、資金等重重困難，為工程的順利完成作出了

9、卓越的貢獻(xiàn)。他用人生最后的22年，精益求精、堅(jiān)毅執(zhí)著地實(shí)現(xiàn)了一個(gè)夢(mèng)想，用生命鑄就了世人矚目的“中國(guó)天眼”。引力波開啟了探索宇宙的新窗口，它可讓我們傾聽宇宙，了解宇宙。 1916 年，愛因斯坦依據(jù)廣義相對(duì)論預(yù)言，大質(zhì)量天體發(fā)生碰撞、恒星爆炸、中子星合并、黑洞合并等極端天文事件發(fā)生時(shí)，時(shí)空會(huì)產(chǎn)生漣漪并產(chǎn)生“ 引力波 ”，以光速向外擴(kuò)張。由于產(chǎn)生引力波的天體離我們過于遙遠(yuǎn)，引力波到達(dá)地球時(shí)就變得極其微弱。 2015年，人類首次直接探測(cè)到引力波的存在。這是由兩個(gè)黑洞合并為一個(gè)更大黑洞時(shí)產(chǎn) 生的持續(xù)不 到 1 s 的引力波信號(hào)被激光干涉引力波天文臺(tái)的兩個(gè)探測(cè)器以7ms的時(shí)間差先后捕捉到。之后，人類多次探測(cè)到引力波，但信號(hào)皆產(chǎn)生于雙