1、恒星的一生教學設計科學（浙教版）九年級下冊 第1章 第3節(jié) 一、教材分析本節(jié)設一課時。本課時是浙教版教材科學九年級上冊第一章第三節(jié)的內容，前2節(jié)學習了宇宙的起源大爆炸理論、太陽系的形成星云學說，這一節(jié)要對宇宙觀有一個整體的認識，了解恒星一生的演化過程。人類對宇宙來說太短暫了，對宇宙某個恒星的觀察會認為沒有什么變化的，自從有了哈勃望遠鏡，天文學家們獲得了大量沒有受大氣層干擾的重要數據，通過大量信息和合理的假設，天文學家們建立宇宙大爆炸理論，恒星的一生一節(jié)所描述的是該理論體系中關于恒星運動的理論，有一定觀測依據作支撐。本節(jié)。對前2節(jié)作小結二、學情分析關于宇宙的知識，學生知道的很少，但非常感興趣。在

2、小學和七年級時有過關于宇宙的點滴了解，關于銀河系、太陽系了解稍多一些。本章1-3節(jié)介紹的內容與學生的生活常識相差甚遠。而宇宙中的各種“特別的恒星”如紅巨星、白矮星、暗矮星、超新星、中子星與黑洞等“恒星”的不同發(fā)展階段學生非常的陌生，但又聽說過這些名稱。因此要讓學生對恒星的一生建立整體概念要通過視屏、圖片來建立感性認識，再通過教師的講述建立理性概念。恒星在不同的階段演化的過程要涉及復雜的物理學專業(yè)知識，對于九年級的學生知識是遠遠不夠的，因此教師要深入淺出的講述，不要涉及深奧的物理知識，但學生很有熱情了解，要鼓勵，并告訴學生這里大有學問，有志者可以將來去從事天文研究。三、教情分析恒星的一生內容屬于

3、天文知識，現(xiàn)在在初中任教的科學教師幾乎都沒有系統(tǒng)接受過這方面的學習，甚至培訓都沒有。所以這些知識對教師本身就是極大的挑戰(zhàn)。教師們大都從網上查閱了一些知識，再結合教材、教參一整合，就將這些教師自認為正確的知識教下去了。這個現(xiàn)狀目前暫時難以改變，教師們對這些內容的教學目標應更多注重學生學科情感的培養(yǎng)，知識點的講述也得告訴學生這是目前被大多數人接受的，有待于發(fā)展。不要將知識說死。四、設計理念1.盡可能啟發(fā)學生的想像力和對科學的興趣。由于學生從前兩節(jié)中，對宇宙的知識 、對星云學說有所了解，對恒星的變化渴望了解，因此教授本課時內容著眼點不在于學生記住多少知識而在于對宇宙的了解有更濃厚的興趣。2.本節(jié)內容

4、的學習時間是在學生中考前的最后一個學期，大環(huán)境迫使師生已經帶上了強烈的升學意識，甚至會砍掉這節(jié)課而去做一些中考有關的題。鑒于此，這節(jié)課更可能是學生難以忘懷的課，用豐富的畫面，生動的視頻和充滿對科學的憧憬的講解，充分調節(jié)學習欲望，也調節(jié)緊張的學習氣氛。五、教學目標 1知識目標：（1）認識恒星的不同發(fā)展階段：紅巨星、超新星、白矮星、暗矮星和黑洞（2）了解太陽一生的演化過程（3）知道大質量恒星的演化過程和小質量恒星的演化過程。2能力目標：（1）培養(yǎng)學生收集信息的能力和處理信息能力（2）培養(yǎng)學生探索宇宙的興趣和獲取新知識的欲望3情感、態(tài)度、價值觀目標（1）感悟人類（科學家）對科學知識的探索和追求，學習

5、辨證分析的方法和態(tài)度（2）感悟科學家利用有限證據和一定理論大膽建立科學假設的精神，不斷尋找新證據來證實或修正假設，使理論趨向完善。教學重點、難點 重點：通過對大質量恒星和小質量恒星的演變過程的學習建立科學探究的興趣難點：從認識許多特別的“恒星”到認識科學家所描繪的小質量恒星演化過程或大質量演化過程的思維臺階是學生的困難。六、教法與學法（1）問題式預習：教師給出問題，讓學生查閱資料和交流資料（2）計算機輔助教學 學生利用利用多媒體展示資料，圖片。 教師利用多媒體展示圖片，視頻。（3）情境教學 讓學生設想太陽將如何演化下去，太陽將如何走向死亡。（4）激勵性教學教師把自己定位為“主持人”，把機會讓給

6、學生，教師要設疑、啟發(fā)、引導、激勵、撫慰，讓學生展示各種能力。七、課前準備（1）教師閱讀教材、閱讀教參、查閱有關資料。（2）教師設計教學模式，制作課件（3）教師根據教學設計分工定出學生要查閱的資料，之后了解學生查閱了哪些資料，如何進行課堂展示，學生展示需要什么工具等。（4）做好課堂多媒體展示的各項準備（注意視頻能否放）教師有必要看的課外資料：（1）浙江省臺州初級中學 金京生老師的一篇講稿演化的自然，了解本章綜述。（2）閱讀師天一的博客 譯文恒星的一生（3）從網上閱讀視頻恒星的一生。（4）從網上閱讀各種特別的恒星：紅巨星、超紅巨星、白矮星、黑洞、超新星、行星狀星云。布置學生查閱的資料：（1）將學

7、生分成紅、藍兩隊讓學生自己討論設想是否會走向死亡并說說走向死亡的方法。明天上課派對表表述。（2）從下列各種特別的恒星中選擇一項，查閱有關資料。可以從網絡、雜志、圖書館有關書籍里查。各種特別的恒星：紅巨星、超紅巨星、白矮星、黑洞、超新星、行星狀星云。每一位學生都要做。八、教學過程教學流程教師活動學生活動設計意圖引入直接引入：科學家曾預言：太陽會走向死亡，你們認為呢？學生演說時作合適的點評安排兩位學生分別代表兩個小組上臺演說。讓學生以主體身份進入課堂感受科學觀測科學家們?yōu)榱俗C明預言是否成立并逐步完善演化理論，做了大量觀測。請同學們來展示你們查閱到的資料。學生用圖片和文字展示所查到的各種特別的恒星。

8、展示并交流學生查閱的成果，肯定學生自主學習能力并給予指導。感受科學觀測同學們查閱了大量資料，老師也查找了一些，有一些是同學們中沒出現(xiàn)過的，我與大家分享。展示并介紹。圖片和資料在后面附錄里。學生集體觀看照片被照片震撼學生觀看后交流與猜測交流后提出問題。充分調動學生的思維，培養(yǎng)學生的觀察、思考、猜測、驗證、交流、討論的能力。提問思考看了科學家們得觀測記錄，同學們對恒星演化有怎樣的猜想學生提出猜想學生猜想很不成熟但還是培養(yǎng)猜想能力，觀看視頻領悟科學家的猜想下面請同學們觀看科學家們得猜想學生集體觀看視頻從視頻中領悟科學家的猜想及已有的實證學生向科學家學習觀察、思考、猜測、驗證等科學探究能力教師講述通過

9、觀看視頻，我們可以描繪出三類恒星的演化過程學生聽講培養(yǎng)學生歸納提升能力。小結通過今天的學習你知道了哪些新的知識？有了怎樣的新感悟？能力有何提升？回顧新知鞏固。作業(yè)1、作業(yè)本2、上網收集資料，編寫“超大質量恒星的一生”。課后完成鞏固新知培養(yǎng)科學精神培養(yǎng)利用網絡學習的能力。九、板書設計 十、附錄資料1.紅巨星哈勃于1997年拍攝的紅巨星苧藁增二紅巨星是一種演化晚期的恒星，廣義上包括氫燃燒以后離開主星序的所有的大光度的恒星，它們位于赫羅圖的右方或右上方，屬于巨星支或超巨星支，通常這些巨星支或超巨星支的恒星大部分是體積和光度均很大的K型星和M型星，因而是光色發(fā)紅的低溫恒星，故稱為紅巨星。2. 行星狀星

10、云哈勃太空望遠鏡拍攝到銀河系內罕見的行星狀星云NGC 2818 行星狀星云實質上是一些垂死的恒星拋出的塵埃和氣體殼，直徑一般在一光年左右。由質量小于太陽十倍的恒星在其演化的末期，其核心的氫燃料耗盡后，不斷向外拋射的物質構成。行星狀星云是指外形呈圓盤狀或環(huán)狀的并且?guī)в邪等跹由煲暶娴男窃疲瑢儆诎l(fā)射星云的一種。在望遠鏡中看去，它具有像天王星和海王星那樣略帶綠色而有明晰邊緣的面。 行星狀星云呈圓形、扁圓形或環(huán)形，有些與大行星很相像，因而得名。3. 超新星 哈勃太空望遠鏡拍攝到這張蜘蛛星云的精美近照，這是蜘蛛星云的廣角圖片，它顯示了超新星殘余物NGC 2060、超新星SN 1987a的殘余物，以及恒星簇

11、RMC 136。超新星爆發(fā)事件就是一顆大質量恒星的“暴死”。對于大質量的恒星，如質量相當于太陽質量的820倍的恒星，由于質量的巨大，在它們演化的后期，星核和星殼徹底分離的時候，往往要伴隨著一次超級規(guī)模的大爆炸。這種爆炸就是超新星爆發(fā)。現(xiàn)已證明，1572年和1604年的新星都屬于超新星。在銀河系和許多河外星系中都已經觀測到了超新星，總數達到數百顆。可是在歷史上，人們用肉眼直接觀測到并記錄下來的超新星，卻只有6顆。4.白矮星“哈勃”太空望遠鏡2004年拍攝的照片形成“貓眼”星云的恒星正在加速走向滅亡，一顆白矮星清晰可見。白矮星(White Dwarf)是一種低光度、高密度、高溫度的恒星。因為它的顏

12、色呈白色、體積比較矮小，因此被命名為白矮星。白矮星是一種晚期的恒星。根據現(xiàn)代恒星演化理論，白矮星是在紅巨星的中心形成的。白矮星是一種很特殊的天體，它的體積小、亮度低，但質量大、密度極高。5.中子星 1968年在SN1054遺跡即蟹狀星云中發(fā)現(xiàn)一顆脈沖星(即中子星) 質量比太陽大8倍的恒星，它在爆發(fā)坍縮過程中產生的巨大壓力，使它的物質結構發(fā)生巨大的變化。在這種情況下，不僅原子的外殼被壓破了，而且連原子核也被壓破了。原子核中的質子和中子便被擠出來，質子和電子擠到一起又結合成中子。最后，所有的中子擠在一起，形成了中子星。顯然，中子星的密度，即使是由原子核所組成的白矮星也無法和它相比。在中子星上，每立

13、方厘米物質足足有一億噸重甚至達到十億噸。 6. 黑洞2011年8月24日報道，天文學家近日首次抓拍到黑洞吞噬恒星的過程。黑洞是一種引力極強的天體，就連光也不能逃脫。當恒星的半徑小到一定程度時，就連垂直表面發(fā)射的光都無法逃逸了。這時恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無底洞，任何物質一旦掉進去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光無法逃逸，所以我們無法直接觀測到黑洞。然而，可以通過測量它對周圍天體的作用和影響來間接觀測或推測到它的存在。恒星的一生當我們觀看天穹上的恒星時，我們會得到恒星很少變化的印象。確實，我們今天所看到的星空與我們的古人在5000年前所看到的并無顯著區(qū)別。那時的人們

14、首先把恒星同諸如與巨熊相似的大熊座、與公牛相似的公牛座、與螃蟹相似的巨蟹座等星座相聯(lián)系。     但是，恒星在變化，就象我們人類一樣，有它的誕生、成長和死亡。與我們人類的幾百萬年歷史相比，恒星的壽命是太漫長了，所以我們只是偶爾看到恒星在我們眼前變化。     然而，天文學家卻能通過辨認處于不同時期的恒星來推斷恒星的一生經歷。類推法能提供一種思路。設想有一個火星人來到地球上，只在一群買東西的人中間停留片刻，所以看不出有人在他面前變老，但他看到了許多處于不同時期的人：嬰兒、老人、中年人、婦女。根據這些情況，火星人就可推

15、斷出人們是如何由小到大并最終進入生命的終點的。    類似的，天文學家能夠辨認出正在誕生的恒星、處于中年的恒星和垂死的恒星。那么，天文學家是如何知道一顆恒星正處于它一生中的那個時期的呢？這個答案來自基于物理定律詳述恒星一生的理論。這個“恒星演化”理論是20世紀自然科學的偉大成就之一。  恒星是從無限的宇宙中誕生的     恒星是從彌漫在整個宇宙中稀薄氣體中誕生的。這種氣體主要是是氫原子所組成，還含少量的氦。在有些地方，這種氣體一塊聚集在十分濃厚的氣體云之中。     根據引力

16、理論，這種氣體云的自身引力把它自身吸引住。這會把氣體云往自身內部拉，把它壓縮得具有更高的密度。氣體云的中心應是最濃密的區(qū)域。天學家料想到，在那里有些氣體凝聚為一個個單獨“氣團”。每個氣團都依靠它自身引力保持在一起。當氣體被壓縮時，它就變得更熱，以致在每個氣團的中心處溫度上升到1000萬度（絕對溫度），熱得足以進行熱核反應。這種核反應把氫聚變?yōu)楹げa生出巨大的能量。其結果使氣團開始發(fā)光：一顆恒星就誕生了。     遺憾的是普通望遠鏡不能真切地向我們展示恒星在星際氣體云中誕。問題出在那些與氣體一起分布在宇宙空間中象煙灰微粒那樣大小的塵埃。在塵埃比較集中的濃厚

17、的氣體云中，塵埃微粒吸收通過氣體云的光。其結果是,我們能在遙遠的恒星背景上看到如一個暗斑似的星云。最著名的暗星云就是煙袋星云,它在南半球用肉眼就看得見。塵埃也妨礙我們看出正在誕生恒星的暗星云中在發(fā)生什么事情。     最近幾年,天文學家解決了這個問題。他們制成了能辨認紅外輻射的望遠鏡,用以代替光學望遠鏡。在宇宙空間中,塵埃微粒并不吸收紅外輻射,所以紅外望遠鏡能辨認出來自濃厚氣體云中的紅外輻射,可以"看到"恒星在那里誕生。在紅外望遠鏡中,最有成效的是安裝在1983年射入軌道的一顆人造衛(wèi)星的窗舷上的那架望遠鏡。紅外天文衛(wèi)星(IRAS)發(fā)現(xiàn)

18、數以千計的年輕的恒星隱藏在星云深處。     天文學家發(fā)現(xiàn),氣團以差別很大的方式瓦解。氣團的中心部分很快地往里收縮,而其外部則以較慢的速度隨之收縮。氣團也在緩慢地自轉,但隨著氣團外部往里收縮,它如同慢速旋轉的滑冰者將手臂收攏時開始加快旋轉。其結果是,這個內部轉得迅速的氣團形成一個園盤,在其中心處氣體被壓縮得足以通過核反應而形成恒星。在這個園盤里,分布其中的氣體和塵埃最終形成一系列環(huán)繞新生恒星的行星。     一旦恒星發(fā)光,它就產生一股強烈的熱氣體"風",沿著不同的方向從園盤的上下左右向外涌流,遠

19、離從觀察者看來是隱藏著恒星的大部分原始氣體云。于是,我們就能用一架普通望遠鏡看到這些年輕的恒星。它們照亮了來自原始星云的最后的小塊氣體,使它象一個亮星云那樣發(fā)光。    每個圍繞著一顆年輕恒星的星云在天穹上形成一些最美妙的圖形。最著名的是獵戶座星云,在冬季你在歐洲可以用肉眼看到它,就象一個模糊的斑痕處于巨大的獵戶星座的星帶之下。  恒星一生的主要時期：主序星階段     當一顆恒星誕生時,它是一個主要由氫組成的熾熱的氣體球。它之所以發(fā)光是因為在其中心處進行著把氫聚變?yōu)楹さ暮朔磻倪@個意義上說,所有的新生恒星是相同

20、的。    從恒星內核中的氫點燃到全部變成氦的整個過程，恒星都處在赫羅圖的主星序上。主序星的能源主要是恒星核中的氫聚變。由于恒星中氫的含量很大，并且氫聚變?yōu)楹さ姆磻容^平緩，所以恒星在主星序上可以停留很長時間。事實上，主序星階段是恒星一生中最長的階段。這就是在各類恒星中，主序星占了大多數的原因。從另一方面說，標志一顆恒星的最重要的東西是它的質量,即它所包含的物質數量。一顆恒星的質量在它誕生時就被確定,它決定著恒星的壽命和最終結局。    我們的太陽是一顆十分典型的恒星,現(xiàn)在正處于中年,它已成為測量別的恒星的一把方便的尺子。例如,一顆恒

21、星重20000億億億噸,我們可以換句話把它說成有10個太陽那樣重。按照這個標準,新生的恒星包括一個很寬的范圍:從0.07個太陽那樣重到100個太陽那樣重。    在最重的恒星中,核反應進行得最快,因為它的核心最重、壓縮得最緊密。較重的恒星就是較亮的恒星,具有較熱的表面。我們可以把這些恒星依照一個明確的次序進行排列。大多數恒星屬于主序星這種類型。其末端是比太陽為輕的恒星,表面溫度只有3000度。處于主星序頂端的是重恒星,發(fā)光有10個太陽那樣亮,表面溫度為30000度或30000度以上。    恒星在把氫聚變?yōu)楹さ倪^程中度過它一

22、生的絕大部分時間。因此,主序星階段確實是恒星的主要時期。恒星的一生在很大的程度上取決于它有多重。重的恒星消耗核材料快,不多久就耗盡它的氫燃料。輕的恒星盡管它提供的核材料較少,但它消耗得很緩慢,反而能用更長得多的時間。    恒星的壽命對我們來說是太長了,所以為了便于比較,我們可以再次把太陽作為參照物。根據理論推測,太陽作為一顆主序星總共要經歷100億年時間。最重的恒星的壽命為這個時間的千分之一。那些很輕的恒星的壽命大概至少要比太陽長100倍。    當一顆太陽那樣的恒星死亡時，說它經歷主序星階段后就死亡是不對的。它不是在主序星階段后再

23、經歷一個延伸階段，而是膨脹為一顆比原來大100倍的巨星。其原因在于十分靠近恒星中心的地方，那里的核反應把氫聚變成了氦。就象一團火的灰那樣，這個恒星的中心區(qū)域就不產生能量了。但核反應仍在環(huán)繞這氦核的一層“薄殼”內進行。計算表明，這種核反應產生比以更多的能量。這種格外多的能量透過恒星向外釋放時，導致恒星的外部發(fā)生膨脹。當恒星的外殼冷下來時,它就發(fā)紅光,因而被稱為"紅巨星"。如果我們可以把整個紅巨星切開,那么我們就會發(fā)現(xiàn),它有一個很小很密的核和一個很大的稀薄氣體外殼。     與主序星相比,紅巨星是不尋常的,因為它們非常巨大,所以它們看起來

24、很明亮，并在我們的視野里顯得很引人注目。最著名的紅巨星是獵戶座中的參宿四;另一個是天蝎座中的大火,其希臘名稱的意思是"火星的競爭者",因為它具有燦爛的紅色。     恒星變成紅巨星后不久難以維持它的巨大的外殼，會變得不穩(wěn)定起來,外層氣體最終進入宇宙空間。這些氣體在完全消失之前形成一個環(huán)繞垂死恒星的氣泡,其情景猶如一個在宇宙中發(fā)光的煙環(huán)。天文學家把這種氣泡叫做"行星狀星云",因為當你用一架小望遠鏡觀察時,它們看起來很象一顆行星。    在這種恒星的外殼消失之后,我們能看到這個很

25、小很熱的核。其直徑只有太陽的千分之一,不如行星地球大,它熱得發(fā)白光。天文學家把它叫做"白矮星"。因為白矮星非常小,呈現(xiàn)為天穹上一種相當暗淡的天體,因而很難發(fā)現(xiàn)。    當白矮星成為另一顆恒星的伴星時,天文學家在追蹤白矮星方面是相當成功的。首先發(fā)現(xiàn)的是大犬座的伴星,大犬座是全天最亮的星,因為它就是眾所周知的"天狼星",所以它的小伴星通常被稱為"酒店"。     一顆白矮星產生任何一種能量的時間都比較短。它發(fā)光僅僅是因為它開始形成時是如此之熱。隨著時間的推移,它逐漸冷下

26、來,褪為黃色、桔黃色和紅色,直至象一團火中將熄滅的煙灰那樣,從視野中逐漸全部消失。                            超新星！在宇宙中的一種爆發(fā)！    正如1987年天文學家在南半球所看到的那樣,大質量恒星具有一種非常戲劇性的結局。一顆以前只有用強威力望遠鏡才看得見的恒星突然爆

27、發(fā),發(fā)光亮得用肉眼就很容易看到。這顆恒星變?yōu)橐活w超新星而死亡。    一顆大質量恒星在度過了它的主序星階段之后,會變成一顆紅巨星并開始往一顆超新星發(fā)展。當一顆大質量恒星用完它核心中的氫之后,就膨脹成為核心完全是氦的紅巨星。但這并非是這個故事的結局。在這樣一顆大質量恒星里面,溫度和壓力持續(xù)上升,直至氦元素聚變?yōu)樘荚亍＿@種核反應產生額外多的能量以維持恒星發(fā)光。隨著溫度和壓力的增加,致使碳變?yōu)楦氐脑?如氖、硅，直到聚變成最穩(wěn)定的鐵為止。   在這一點上,恒星的核好象一個洋蔥頭, 從里到外具有鐵、硅、氖、氦和氫的同心圈層。但這個過程不能帶來能量補

28、償。如果你企圖繼續(xù)溶化鐵核,那么這個反應并不產生能量,實際是帶走能量。所以,恒星的中心這時是不穩(wěn)定的。在不過幾秒鐘內,它完全坍塌。來自坍塌而來的核能波在超新星爆發(fā)時摧毀了這顆恒星。                                   中子星和黑

29、洞     那么一顆超新星的核坍塌將會發(fā)生怎樣的情況呢?在20世紀30年代,兩位在美國工作的天文學家佛里茨.茲維基和沃爾特.貝特猜想到,它會收縮成一個比白矮星還小的球體,完全由比原子還小叫做中子的粒子所組成。    數十年來,這一直是一種理論上的設想。直到1967年秋季的一天,坎布里奇的兩位天文學家托尼.休伊特和喬斯林.貝爾獲得了來自天空的有規(guī)律的信號。他們打消了可能是"小綠人"企圖與地球取得聯(lián)系的想法,現(xiàn)實地改變成認為,他們發(fā)現(xiàn)了宇宙中某種天然的光時燈。這種光時燈射出來的光束如同一只旋轉燈所發(fā)出的閃光。

30、坎布里奇辨的天文學家認出來的這種信號來自一個每秒自轉一圈、發(fā)射著一束束射電波的宇宙光時燈。根據我們現(xiàn)有知識,只有一種恒星能小得足以如此迅速地旋轉,這就是中子星。    現(xiàn)在天文學家己找到數以百計的旋轉著的中子星(也就是所謂的脈沖星,因為它們有規(guī)律地發(fā)射射電波"脈沖"),其中之一就是位于蟹狀星云的中子星。螺旋形的蟹狀星云則是900年前爆發(fā)的一顆超新星的遺跡。    一顆中子星的直徑只有25公里,其中的物質緊緊地擠壓在一起,以致于從中子星里取一塊針頭那么大的物質就會有100萬噸質量。它的引力是如此之強,以致使企圖在中子星上著陸的宇航員被壓扁,攤開成只有一個原子那么薄的一層。    白矮星和中子星可能看起來極其異乎尋常,但理論卻預言會有一種更奇異的"恒星死尸":即一個黑洞。    如果一顆超新星坍塌而成的核太重(比三個太陽還重),那么它就不能以中子星作為結局。它自身的引力是如此之強，,以致它的核繼續(xù)坍塌,直至成為一個沒有大小、密度極大的數學上的點。圍繞這個點有一個直徑只有幾公里的區(qū)域,這里引力強得使任何東西、甚至于連光都不能逃逸出去,這就是黑洞。它之所以