1.1 人類對宇宙的認識（課件）（含視頻）

中物理學易同步精品課堂第一章演化的自然第1節(jié)

人類對宇宙的認識浙教版科學（初中）九年級上1課堂導入觀察思考宇宙是怎樣誕生的？宇宙最終是否會走向終結？對于這些問題，人類在很早的時候就開始探索，出現(xiàn)過多種多樣的說法。一、古代人的宇宙觀互動學習2女媧補天相傳遠古時代，天塌地陷，世界陷入巨大災難。女媧不忍生靈受災，于是煉五色石補好天空，折神鱉之足撐四極，平洪水殺猛獸，通陰陽除逆氣，萬靈始得以安居。在很久很久以前，沒有天，沒有地，到處是混沌的一片，簡直就像是一個渾圓的雞蛋。這個渾圓的東西也有一個中心，這個中心就是人類的始祖，他的名字叫做盤古氏。盤古氏在這個渾圓的東西中間孕育了1萬8千年。終于有一天，他破殼而出，拿著自己制造的巨斧劈開了這個混沌的圓東西，輕的上升為天，重的下降為地。盤古死后，他的左眼，變成了光輝奪目的太陽；右眼，變成了一輪美麗的月亮。頭發(fā)和胡須，變成了天空密密麻麻的星辰；身體則化為江河山脈，花草樹木。（2）上帝創(chuàng)造天地和萬物基督教《圣經(jīng)》—《創(chuàng)世紀》：第一天，上帝創(chuàng)造了晝夜；

第二天，上帝創(chuàng)造了天空；

第三天，上帝創(chuàng)造了陸、海及植物；

第四天，上帝創(chuàng)造了日月星辰；

第五天，上帝創(chuàng)造了動物；

第六天，上帝創(chuàng)造了人；

第七天，上帝歇工休息。古代人為什么會對宇宙的起源形成這樣的認識？古代人觀察天空的工具僅僅是眼睛，靠臆想，而現(xiàn)代科學家能借助更先進的科技手段對宇宙的起源進行更深入的研究，才發(fā)現(xiàn)了許多關于宇宙起源的證據(jù)。這說明人類對自然界的認識水平取決于當時的科技發(fā)展水平。蓋天說這種宇宙觀，雖然已經(jīng)擺脫了神話的影響，但遠沒有揭示宇宙的本質(zhì)。一、從“地心說”到“日心說”中國古代認為天圓如張蓋，地方如棋盤。早期的古希臘學者也有類似的看法。1.中國戰(zhàn)國時期的“蓋天說”兩千多年前，古希臘的哲學家亞里士多德認為：“地球位于宇宙的中心，整個宇宙由環(huán)繞著地球的七個同心球殼組成，太陽、月亮、行星和恒星分別處在不同的球殼上，它們都圍繞地球做完美的圓周運動。”這樣，空間的位置是絕對的，地球的地心就是宇宙的中心，而每個物體都有它的天然位置。亞里士多德把宇宙空間分為“月上”和“月下”兩部分、天上的物體就在天然位置上，它們隨天球做圓周運動，月下和地面附近物體的天然位置是地心，它們之所以做落體運動，是因為它們還沒有到達自己的天然位置。亞里士多德的地心說公元2世紀，希臘科學家托勒密在亞里士多德等前人對宇宙的認識的基礎上，經(jīng)過幾十年的觀測，運用數(shù)學方法，創(chuàng)立了“地心說”。托勒密認為，地球處于宇宙中心靜止不動，日、月、行星和恒星等所有天體都圍繞著地球在各自的圓形軌道上繞地球運轉(zhuǎn)，而恒星位于最外面的天球上，它們之間的相對位置保持不變，同時作為一個整體在天空中轉(zhuǎn)動。2.托勒密的“地心說”為什么人們會感覺到太陽是東升西落，而大地是靜止不動的呢？運動是相對的，地球上的人們選地球為參照物時，地球是靜止的，太陽是運動的。地球也以一定的速度繞地軸自西向東運動，人們選擇地球為參照物，則太陽是自東向西運動，所以人們以為太陽從東邊升起，從西邊落山。3.哥白尼的“日心說”16世紀，哥白尼用自制的簡陋儀器經(jīng)過20年的天文觀測與研究，建立了“日心說”?！叭招恼f”認為：太陽是宇宙的中心哥白尼在不同的時間、不同的距離從地球上觀察行星，發(fā)現(xiàn)每一顆行星運行情況都不相同，而且發(fā)現(xiàn)日地距離始終不變。因此他否定了地球是宇宙的中心，認為太陽是宇宙的中心，地球和行星是繞太陽做圓周運動，月球圍繞地球轉(zhuǎn)動，而最外層的恒星天球則與地心說并無本質(zhì)區(qū)別。哥白尼提出“日心說”后，差不多經(jīng)過一個世紀才被人們接受。日心說把宇宙的中心從地球挪向太陽，這看上去似乎很簡單，實際上卻是一項非凡的創(chuàng)舉。哥白尼依據(jù)大量精確的觀測材料，運用當時正在發(fā)展中的三角學的成就，分析了行星、太陽、地球之間的關系，計算了行星軌道的相對大小和傾角等，“安排”出一個比較和諧而有秩序的太陽系。這比起地心說，不僅在結構上優(yōu)美和諧得多，而且計算簡單。更重要的是，哥白尼的計算與實際觀測資料能更好地吻合。因此，日心說最終代替了地心說?！叭招恼f”宇宙體系學說的意義：科學地闡明了天體運行現(xiàn)象，為后人認識太陽系進而認識地球的起源奠定了基礎?！叭招恼f”推翻了長期居于統(tǒng)治地位的“地心說”，并從根本上否定了基督教關于上帝創(chuàng)造一切的謬論，給了神權統(tǒng)治者沉重一擊?！叭招恼f”中有關宇宙以太陽為中心的提法也是不正確的，用你知道的相關知識加以解釋。伽利略表明了對哥白尼學說的支持。他通過嚴密的科學觀察、研究，加以驗證，出版了《星際使者》和《關于太陽黑子的書信》，發(fā)表了他對星空的觀測結果，轟動了整個歐洲和學術界。1632年出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界的對話》。在被監(jiān)禁的歲月里，寫成了《關于兩門新科學的對話和數(shù)學證明》的巨著。伽利略利用自制的天文望遠鏡，發(fā)現(xiàn)了可以支持日心說的新的天文現(xiàn)象，日心說才逐漸得到認可。二、現(xiàn)代的宇宙學說互動學習2隨著時代的進步，先進科學儀器的發(fā)明，對觀察宇宙更加有利。哈勃望遠鏡哈勃望遠鏡拍攝到的星空哈勃眼中的宇宙

發(fā)現(xiàn)1、所有的星系都在遠離我們而去。哈勃的驚人發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)2、星系離我們越遠，運動的速度越快；發(fā)現(xiàn)3、星系間的距離在不斷地擴大按照哈勃的說法，所有的星系都在離我們而去，那是否說明地球就是整個宇宙的中心呢？你同意這樣的說法嗎？如果不，那么你是怎樣理解哈勃定律中關于星系運動的特點？建立星系運動模型1.準備一只氣球，在其表面畫上一些小圓點。2.用打氣筒持續(xù)地向氣球充氣，使氣球不斷地脹大。3.觀察氣球在脹大過程中各個小圓點間距離的變化。4.如果這些小圓點代表星系，那么，這些原先靠得很近的星系之間的距離增大了嗎?氣球在脹大過程中各個小圓點間的距離變大，實驗表明，宇宙擴張，原先靠得很近的星系之間的距離增大了。慢慢放掉氣球里的氣體，由此思考宇宙的起源應該是怎樣的？根據(jù)以上科學假設，我們可以進行這樣的推理：如果能將時間倒退，宇宙中的星系之間的距離必然縮小，最終會聚在一個點上。1.如圖所示，請你選定一個點，看另外兩點的運動方向和快慢，如選A看B和C的運動方向和快慢是如何的？2.假設宇宙在膨脹，那么原先緊鄰的星系分離的速度比遙遠的星系分離速度快一些還是慢一些？B和C都離A遠去，C比B遠離A快。緊鄰的星系分離速度慢一些。宇宙形成的理論之一——大爆炸宇宙論最初的宇宙沒有空間和時間，溫度極高,在100億度以上。物質(zhì)密度也相當大。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。全部的物質(zhì)和能量集中在一點——“奇點”。現(xiàn)在觀測到的宇宙開始于150億年一次大爆炸。大爆炸使物質(zhì)四散飛出，整個體系在不斷膨脹，溫度很快下降，當溫度降到10億度左右時，化學元素開始形成。當溫度進一步下降到100萬度后，早期形成化學元素的過程結束。當溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。大爆炸宇宙產(chǎn)生示意圖1)星星出現(xiàn)(10億年)2)我們銀河誕生

(50億年)3)恒星、銀河并演化成我們今日所知的宇宙4)現(xiàn)在宇宙持續(xù)膨脹中(137億年)大約137億年前，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“原始火球”中。大爆炸理論主要觀點大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。宇宙形成的其他理論——穩(wěn)態(tài)理論若干世紀以來，很多科學家認為宇宙除去一些細微部分外,基本沒有什么變化.宇宙不需要一個開端或結束.即使是在發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹之后,這種想法也沒有被放棄.托馬斯.戈爾德(ThomasGold),赫爾曼.邦迪(HermanBondi)及弗雷德.霍伊爾(FredHoyle)于40年代后期提出，物質(zhì)正以恰當?shù)乃俣炔粩鄤?chuàng)生著，這一創(chuàng)生速度剛好與因膨脹而使物質(zhì)變稀的效果相平衡，從而使宇宙中的物質(zhì)密度維持不變。這種狀態(tài)從無限久遠的過去一直存在至今，并將永遠地繼續(xù)下去。宇宙在任何時候，平均來說始終保持相同的狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)理論所要求的創(chuàng)生速率很小，每100億年中，在一立方米的體積內(nèi)，大約創(chuàng)生1個原子。穩(wěn)態(tài)理論的優(yōu)點之一是它的明確性。它非?？隙ǖ仡A言宇宙應該是什么樣子的。也正因如此，它很容易遭受觀測事實的質(zhì)疑或反駁。當宇宙背景輻射被發(fā)現(xiàn)后，這一理論基本上已被否定。拓展與提高大膽猜測：宇宙的將來永遠膨脹下去，不斷地擴大，我們將看到所有星系的星球老化、死亡，剩下我們孤零零的，在一片黑暗當中?；蛘邥s而在大擠壓處終結。

史蒂芬·霍金，英國人，當代著名的科學思想家和杰出的理論物理學家。他提出的黑洞理論和宇宙無邊界的設想成了現(xiàn)代宇宙學的重要基石?；艚鸬挠钪鏌o邊界設想是這樣的：第一，宇宙是無邊的。第二，宇宙不是一個可以任意賦予初始條件或邊界的一般系統(tǒng)?；艚痤A言宇宙有兩種結局：它可以永遠地膨脹下去，或者它會塌縮而在大擠壓處終結?；艚鸬闹饕碜髌酚小稌r間簡史》、《果殼中的宇宙》等。3課堂小結典例分析考點一：古代人的宇宙觀4【典型例題1】“地心說”宇宙體系在科學發(fā)展史上的作用是（）A.認識到地球是宇宙的中心B.打破了“天圓地方”的宇宙觀，建立了宇宙空間的觀念C.發(fā)展了“日心說”宇宙體系D.人造衛(wèi)星拍攝的地球照片B【遷移訓練1】公元2世紀，希臘科學家托勒密創(chuàng)立了“地心說”，認為地球處于宇宙的中心靜止不動。16世紀，哥白尼經(jīng)過對太空的仔細觀測，發(fā)現(xiàn)這個認識存在錯誤，他認為太陽是宇宙的中心，地球和行星是繞太陽做圓周運動的。又經(jīng)過幾個世紀的觀測和研究，科學家發(fā)現(xiàn)太陽只是處在銀河系的邊緣，我們所在的銀河系也只是宇宙中無數(shù)個星系中的一個。1929年，哈勃根據(jù)自己的測量數(shù)據(jù)，對宇宙又有了新的認識。請回答：(1)哈勃的發(fā)現(xiàn)告訴我們，星系間的距離________(填“在擴大”“保持不變”或“在縮小”)。(2)上述科學史給我們帶來了什么啟示？(1)在擴大(2)人類對真理的追求是一個不斷完善的過程。(或“科學探索是永無止境的。”或“努力尋找證據(jù)，要敢于挑戰(zhàn)權威?！被颉霸诓煌臍v史階段或科技條件下，人類對自然界的認識具有一定的局限性?！?典例分析考點二：現(xiàn)代的宇宙學說4【典型例題2】史蒂芬·霍金曾在《時間簡史》中提出：“宇宙是不斷膨脹著的，它在最初應該收縮為一點，這一時刻被稱為宇宙大爆炸時刻。宇宙在這一點的密度無窮大，這一點即為數(shù)學上所稱的奇點?！备鶕?jù)以上信息，霍金認為宇宙是(

)A．靜止的 B．由星系構成的C．在不斷收縮的 D．在不斷膨脹的D【遷移訓練2】如圖所示，在吹一個表面畫有一些小圓點的氣球時會發(fā)現(xiàn)，隨著氣球鼓起，小圓點間的距離在不斷變化。從任何一點出發(fā)，其他的點都可以以它為中心向四周散開，并且距離越遠，散開的速度越快。如果我們把這個氣球比作宇宙，試回答下列問題。(1)根據(jù)多普勒效應，當星系靠近觀察者時，見到的星光光譜線向頻率高的藍光方向移動，反之則向紅光方向移動。把氣球上的小圓點看作一個個星系，并選定一個作為太陽系。當我們把氣球逐漸吹起時，以太陽系為觀測中心，我們觀測到的星系大多在向________光方