中物理學(xué)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(rèn)識浙教版科學(xué)（初中）九年級上1課堂導(dǎo)入觀察思考宇宙是怎樣誕生的？宇宙最終是否會走向終結(jié)？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(xué)習(xí)2女媧補(bǔ)天相傳遠(yuǎn)古時代，天塌地陷，世界陷入巨大災(zāi)難。女媧不忍生靈受災(zāi)，于是煉五色石補(bǔ)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(jì)》：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(rèn)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(xué)家能借助更先進(jìn)的科技手段對宇宙的起源進(jìn)行更深入的研究，才發(fā)現(xiàn)了許多關(guān)于宇宙起源的證據(jù)。這說明人類對自然界的認(rèn)識水平取決于當(dāng)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(yuǎn)沒有揭示宇宙的本質(zhì)。一、從“地心說”到“日心說”中國古代認(rèn)為天圓如張蓋，地方如棋盤。早期的古希臘學(xué)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(xué)家亞里士多德認(rèn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動，是因?yàn)樗鼈冞€沒有到達(dá)自己的天然位置。亞里士多德的地心說公元2世紀(jì)，希臘科學(xué)家托勒密在亞里士多德等前人對宇宙的認(rèn)識的基礎(chǔ)上，經(jīng)過幾十年的觀測，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，創(chuàng)立了“地心說”。托勒密認(rèn)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(yùn)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(yùn)動是相對的，地球上的人們選地球?yàn)閰⒄瘴飼r，地球是靜止的，太陽是運(yùn)動的。地球也以一定的速度繞地軸自西向東運(yùn)動，人們選擇地球?yàn)閰⒄瘴铮瑒t太陽是自東向西運(yùn)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(jì)，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”。“日心說”認(rèn)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(yùn)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(rèn)為太陽是宇宙的中心，地球和行星是繞太陽做圓周運(yùn)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(jì)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(shí)際上卻是一項(xiàng)非凡的創(chuàng)舉。哥白尼依據(jù)大量精確的觀測材料，運(yùn)用當(dāng)時正在發(fā)展中的三角學(xué)的成就，分析了行星、太陽、地球之間的關(guān)系，計(jì)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(jié)構(gòu)上優(yōu)美和諧得多，而且計(jì)算簡單。更重要的是，哥白尼的計(jì)算與實(shí)際觀測資料能更好地吻合。因此，日心說最終代替了地心說。“日心說”宇宙體系學(xué)說的意義：科學(xué)地闡明了天體運(yùn)行現(xiàn)象，為后人認(rèn)識太陽系進(jìn)而認(rèn)識地球的起源奠定了基礎(chǔ)。“日心說”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(guān)于上帝創(chuàng)造一切的謬論，給了神權(quán)統(tǒng)治者沉重一擊。“日心說”中有關(guān)宇宙以太陽為中心的提法也是不正確的，用你知道的相關(guān)知識加以解釋。伽利略表明了對哥白尼學(xué)說的支持。他通過嚴(yán)密的科學(xué)觀察、研究，加以驗(yàn)證，出版了《星際使者》和《關(guān)于太陽黑子的書信》，發(fā)表了他對星空的觀測結(jié)果，轟動了整個歐洲和學(xué)術(shù)界。1632年出版了《關(guān)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(guān)于兩門新科學(xué)的對話和數(shù)學(xué)證明》的巨著。伽利略利用自制的天文望遠(yuǎn)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(rèn)可。二、現(xiàn)代的宇宙學(xué)說互動學(xué)習(xí)2隨著時代的進(jìn)步，先進(jìn)科學(xué)儀器的發(fā)明，對觀察宇宙更加有利。哈勃望遠(yuǎn)鏡哈勃望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)，運(yùn)動的速度越快；發(fā)現(xiàn)3、星系間的距離在不斷地?cái)U(kuò)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(guān)于星系運(yùn)動的特點(diǎn)？建立星系運(yùn)動模型1.準(zhǔn)備一只氣球，在其表面畫上一些小圓點(diǎn)。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(diǎn)間距離的變化。4.如果這些小圓點(diǎn)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(diǎn)間的距離變大，實(shí)驗(yàn)表明，宇宙擴(kuò)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(yīng)該是怎樣的？根據(jù)以上科學(xué)假設(shè)，我們可以進(jìn)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(diǎn)上。1.如圖所示，請你選定一個點(diǎn)，看另外兩點(diǎn)的運(yùn)動方向和快慢，如選A看B和C的運(yùn)動方向和快慢是如何的？2.假設(shè)宇宙在膨脹，那么原先緊鄰的星系分離的速度比遙遠(yuǎn)的星系分離速度快一些還是慢一些？B和C都離A遠(yuǎn)去，C比B遠(yuǎn)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(dāng)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(diǎn)——“奇點(diǎn)”。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(dāng)溫度降到10億度左右時，化學(xué)元素開始形成。當(dāng)溫度進(jìn)一步下降到100萬度后，早期形成化學(xué)元素的過程結(jié)束。當(dāng)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(jìn)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(diǎn)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(jì)以來，很多科學(xué)家認(rèn)為宇宙除去一些細(xì)微部分外,基本沒有什么變化.宇宙不需要一個開端或結(jié)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?duì)柕?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(dāng)?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(yuǎn)的過去一直存在至今，并將永遠(yuǎn)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(diǎn)之一是它的明確性。它非常肯定地預(yù)言宇宙應(yīng)該是什么樣子的。也正因如此，它很容易遭受觀測事實(shí)的質(zhì)疑或反駁。當(dāng)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(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。或者會塌縮而在大擠壓處終結(jié)。

史蒂芬·霍金，英國人，當(dāng)代著名的科學(xué)思想家和杰出的理論物理學(xué)家。他提出的黑洞理論和宇宙無邊界的設(shè)想成了現(xiàn)代宇宙學(xué)的重要基石。霍金的宇宙無邊界設(shè)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)。霍金預(yù)言宇宙有兩種結(jié)局：它可以永遠(yuǎn)地膨脹下去，或者它會塌縮而在大擠壓處終結(jié)。霍金的主要代表作品有《時間簡史》、《果殼中的宇宙》等。3課堂小結(jié)典例分析考點(diǎn)一：古代人的宇宙觀4【典型例題1】“地心說”宇宙體系在科學(xué)發(fā)展史上的作用是（）A.認(rèn)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(xùn)練1】公元2世紀(jì)，希臘科學(xué)家托勒密創(chuàng)立了“地心說”，認(rèn)為地球處于宇宙的中心靜止不動。16世紀(jì)，哥白尼經(jīng)過對太空的仔細(xì)觀測，發(fā)現(xiàn)這個認(rèn)識存在錯誤，他認(rèn)為太陽是宇宙的中心，地球和行星是繞太陽做圓周運(yùn)動的。又經(jīng)過幾個世紀(jì)的觀測和研究，科學(xué)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(rèn)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(kuò)大”“保持不變”或“在縮小”)。(2)上述科學(xué)史給我們帶來了什么啟示？(1)在擴(kuò)大(2)人類對真理的追求是一個不斷完善的過程。(或“科學(xué)探索是永無止境的。”或“努力尋找證據(jù)，要敢于挑戰(zhàn)權(quán)威。”或“在不同的歷史階段或科技條件下，人類對自然界的認(rèn)識具有一定的局限性。”)典例分析考點(diǎn)二：現(xiàn)代的宇宙學(xué)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(yīng)該收縮為一點(diǎn)，這一時刻被稱為宇宙大爆炸時刻。宇宙在這一點(diǎn)的密度無窮大，這一點(diǎn)即為數(shù)學(xué)上所稱的奇點(diǎn)。”根據(jù)以上信息，霍金認(rèn)為宇宙是(

)A．靜止的 B．由星系構(gòu)成的C．在不斷收縮的 D．在不斷膨脹的D【遷移訓(xùn)練2】如圖所示，在吹一個表面畫有一些小圓點(diǎn)的氣球時會發(fā)現(xiàn)，隨著氣球鼓起，小圓點(diǎn)間的距離在不斷變化。從任何一點(diǎn)出發(fā)，其他的點(diǎn)都可以以它為中心向四周散開，并且距離越遠(yuǎn)，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(yīng)，當(dāng)星系靠近觀察者時，見到的星光光譜線向頻率高的藍(lán)光方向移動，反之則向紅光方向移動。把氣球上的小圓點(diǎn)看作一個個星系，并選定一個作為太陽系。當(dāng)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