16.2 浩瀚的宇宙 教案【核心素养目标】（2022新课标）

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第十六章 粒子和宇宙
16.2 浩瀚的宇宙
教学目标：
1.物理观念：
（1）了解人类探索太阳系及宇宙对的大致历程。知道人类对宇宙探索不断深入，关注人类探索宇宙的一些重大活动。
（2）了解物质世界的大致尺度。
2.科学思维：
借助科学观察方法和科学理论了解宇宙。
3.科学探究：
查阅资料，了解“天问一号”在探索火星方面的进展及我国航天事业对人类探索宇宙的贡献。
4.科学态度与责任：
了解我国在载人航天及其他航天科技方面的新成就，体会我国航天人热爱祖国、为国争光的坚定信念和用于攀登、敢于超越的进取精神。
教学重点：了解人类探索太阳系及宇宙的大致历程。
教学难点：关注人类探索宇宙的一些重大活动。
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、太阳系教具。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
天问一号是执行中国首次火星探测任务的探测器。
2020年7月23日12时41分，长征五号遥四运载火箭托举着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国文昌航天发射场点火升空。
其任务目标是通过一次发射，实现火星环绕、着陆和巡视探测。
天问一号探测器由环绕器、着陆器和巡视器组成，总重量达到5吨左右。天问一号环绕器进入环火轨道后，先开展约三个月的对地观测，特别是对预选着陆区进行详细勘测。之后携带火星车的着陆器将与环绕器分离，利用降落伞和反推火箭在火星表面着陆，并开展为期90个火星日（一个火星日约24小时39分35.2秒）的巡视探测任务。
2021年6月27日，国家航天局发布中国天问一号火星探测任务着陆和巡视探测系列实拍影像，包括着陆巡视器开伞和下降过程、“祝融号”火星车驶离着陆平台声音及火星表面移动过程视频，火星全局环境感知图像、火星车车辙图像等。
2021年11月8日，“天问一号”环绕器成功实施第五次近火制动，准确进入遥感使命轨道，开展火星全球遥感探测。
截至2022年9月15日，天问一号环绕器已在轨运行780多天，火星车累计行驶1921米，完成既定科学探测任务，获取原始科学探测数据1480GB。科学研究团队通过对中国自主获取的一手科学数据的研究，获得了丰富的科学成果。
2022年9月18日，天问一号火星探测任务团队获得国际宇航联合会2022年度“世界航天奖”。
二、新课讲授，师生互动
（一）宇宙概观
从人类的祖先第一次仰望星空，并且惊叹其中的玄妙时，人们就开始试图破译日月星辰等天文现象的奥秘。那时，大多数人都自然而然地认为，地球是静止不动的，太阳、月亮和星星都从人们的头上飞过，地球是宇宙的中心。
把人们从这种错误的认识中解脱出来的是16世纪的波兰学者哥白尼(Nicolaus Copernicus， 1473一1543) 。他认为太阳是整个宇宙的中心。后来的观察表明，哥白尼的“日心说”较好地描述了宇宙(实为太阳系)的真实情况。
从18世纪后半叶开始，天文学家用各种望远镜对宇宙中的天体进行了系统的观察，使我们不仅认识到太阳也不是宇宙的中心，而且有可能对宇宙的生成和演化做出一些说明，人类从此踏上了揭示宇宙之谜的科学之旅。
地球是浩瀚宇宙中太阳系内的一颗行星(planet) 。太阳系(solar system)的中心天体是太阳，它是一个半径约7×105km、表面温度达6×103K的恒星(star) ， 其核心温度高达1.5×107K。太阳系中有八颗行星及它们的205颗卫星，还有约17600颗有正式命名或编号的小行星，以及数量众多的彗星和流星。
太阳系的行星数据
科学窗
为什么冥王星被降级
1930年发现冥王星后，科学家普遍认为太阳系有九颗行星。其中冥王星所处的轨道在海王星之外，属于太阳系外围的柯伊伯带，这个区域一直是太阳系小行星和彗星诞生的地方。20世纪90年代以后，天文学家发现柯伊伯带有更多围绕太阳运行的大天体。比如，美国天文学家布朗发现的“2003UB313”，就是一个直径和质量都超过冥王星的天体。布朗等人的发现使传统行星定义遭遇巨大的挑战，国际天文学联合会大会通过了新行星定义。“行星”指的是围绕太阳运转、由于自身引力足以使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。冥王星由于其轨道与海王星的轨道相交，不符合新的行星定义，因此被降级为“矮行星”。
晴朗的夜空中可以看到一条横亘天际的光带， 人们称它为银河(Milky Way) 。实际上它是无数星体集成的一个庞大的天体系统， 叫作银河系(Galaxy)(图)。银河系的直径约10万光年，最大厚度约1万光年，像是一个中央突起、四周扁平的旋转铁饼。
太阳是银河系中的一颗普通恒星。银河系中有2000亿颗像太阳这样的恒星。除太阳外，距地球最近的恒星是比邻星。它与地球相距40万亿千米，从比邻星发出的光约4.3年才能到达地球。
银河系之外还有数以10亿计的类似星系。人类肉眼可见的最远天体——仙女座河外星系(图)就是其中之一，它跟银河系相距220万光年。就是说，我们在夜空中所见到的是220万年前的仙女座星系。
许多星系还形成更大的星系团(图)，星系团的直径可达1000万光年以上。目前，望远镜已能观察至少130亿光年距离的天体，在所见范围内，有无数的星系团、超星系团存在。
（二）飞向太空
探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空是人类自古以来的梦想。真正为人类迈向太空提供科学思想的是生于19世纪中叶的俄国学者齐奥尔科夫斯基(1857一1935)。他指出，在没有空气的太空中，利用喷气反作用力推进的多级火箭，是实现太空飞行最有效的交通工具，液态氢和液态氧可以作为火箭发动机的推进剂。在他逝世20多年之后，人类终于梦想成真，踏上了遨游太空的旅程。
1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功。卫星直径0.58m， 质量83.6kg， 每96min沿椭圆轨道绕地球飞行一圈。
1961年4月12日，苏联拜克努尔发射场上，矗立着一枚高大的运载火箭。火箭的顶端放着“东方-1”号飞船。空军少校加加林(1934一1968)身穿航天服，头戴盔罩，进入飞船载人舱。火箭点火起飞，飞船历时108min绕地球飞行一圈后， 从空间轨道上通过大气层重返地面，铸就人类第一次乘飞船进入太空的丰碑。
美国东部时间1969年7月16日09：32，带着“阿波罗-11”号飞船的火箭在美国卡纳维拉尔角点火升空，拉开人类登月这一伟大历史事件的帷幕。7月19日，飞船进入月球轨道。7月20日，指挥长阿姆斯特朗和登月舱驾驶员奥尔德林进入登月舱，与母船分离，向月面降落，而航天员柯林斯则在母船内沿距月球120km的轨道运行。16：17，登月舱在月球软着陆。22：56，阿姆斯特朗小心翼翼地踏上了月球，说出了那句注定要载人史册的名言：“对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是一个巨大的飞跃。”人们祝贺他们说：“由于你们的成功，天空已成为人类世界的一部分。”
2003年10月15日，我国成功发射了“神舟”五号载人飞船(图)，中国人实现了遨游太空的理想。
我国自2004年启动探月工程，2007年至2020年，成功发射“嫦娥”一、二号卫星，“嫦娥”三、四、五号探测器，成功完成“绕、落、回“三步走规划。其中”嫦娥”四号成功着陆在月球背面的预选着陆区，“嫦娥”五号任务实现了我国首次月面采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、携带样品再入返回等多项重大突破。2022年探月工程四期正式启动工程研制，我国将陆续发射“嫦娥”六号、七号、八号探测器，开展任务关键技术攻关和国际月球科研站建设。
2021年5月，我国天问一号探测器在火星成功着陆，首次在火星留下中国印记。天问一号任务实现了6个“首次”:首次实现地火转移轨道探测器发射，首次实现行星际飞行，首次实现地外行星软着陆，首次实现地外行星表面巡视探测，首次实现 4亿千米距离的测控通信，首次获取第一手火星科学数据。
（三）破解宇宙奥秘之路
尽管人类已经跨入太空，登上月球，但是，相对于宇宙之宏大，地球和月球不过是茫茫宇宙中的两粒“尘埃”;相对于宇宙之久长，人类至今所做的事情不过是宇宙年轮上一道小小的刻痕·····宇宙有没有起源和终结，它是永恒不变的还是不断演化着的，是有限的还是无限的 古往今来，这些谜一般的问题一直萦绕在人们的心头·····
从“地心说”到“日心说”的转变使意大利学者布鲁诺(Giordano Bruno,1548一1600)指出这种宇宙中心的转移本身就意味着宇宙根本就没有中心，而个没有中心的宇宙又会是怎样的呢
1929年，美国科学家哈勃(Edwin Powell Hubble，1889-1953)从天文观察中发现，所有河外星系正在离我们银河系而去，其退行速度与它们离我们的距离成正比。
就是说，所有河外星系都在远离我们，而且离我们越远的星系逃离得越快。由于在宇宙中银河系并不处于特殊的中心位置，所以哈勃的发现对任何星系而言都是真实的。这就是说，宇宙处于普遍的膨胀之中。为了纪念哈勃，美国将一架太空望远镜命名为哈勃望远镜(图 )。
为了纪念哈勃，美国将一架太空望远镜命名为哈勃望远镜(图 )。+
如果宇宙中的星系目前正在彼此远离，那么它们过去必定要靠得近些，而且越是年代久远，就靠得越近。也就是说，较早时代的宇宙的物质密度会更高，以至于必定存在一个时刻，那时宇宙中的物质处在极其高温、高密度的状态，这就是我们宇宙的开端。
1948年，物理学家伽莫夫(George Gamow，1904-1968)提出，宇宙起源于一次“大爆炸”，爆炸生成的“原始火球”不断膨胀而逐渐冷却下来,形成今天的还在膨胀着的宇宙。按照他的理论计算，作为这种膨胀过程的“遗迹”，目前的宇宙中应该普遍存在着温度约为 5 K 的电磁辐射。果然，1964年，美国科学家彭齐亚斯(Arno Penzias，1933一 和威尔逊(Robert Wilson，1936一 )真的发现了这种辐射，且证实电磁辐射的温度为 2.7 K，并因此获得了 1978 年诺贝尔物理学奖。
“宇宙大爆炸”学说的许多见解虽然得到了实验观测的支持，但它提出的问题实际上比它解决了的问题还要多，留给人们的思考和疑问也更加深邃而广阔。
爱因斯坦(Albert Einstein，1879-1955)曾经说过:“一个人最完美和最强烈的情感来自面对不解之谜。”你愿意加人破解它的行列吗
三、总结反思，超越自我
1. 人类祖先曾认为地球是宇宙的中心；16世纪哥白尼认为太阳是整个宇宙的中心；18世纪后借助望远镜观察揭示宇宙之谜。地球是太阳系内一颗行星，太阳系的中心天体是太阳，它是半径约7×105km的恒星。太阳是银河系中一颗普通恒星，银河系中有2000亿颗像太阳的恒星。银河系外还有数以10亿计的类似星系。
2. 1957年，世界上第一颗人造地球卫星发射成功；1961年，前苏联加加林第一次乘坐飞船进入太空；1969年美国阿姆斯特朗踏上了月球；2021年5月，我国天问一号探测器在火星上成功着陆。
3. 1929年，美国哈勃从天文观察发现，所有河外星系正在离银河系而去；1948年，伽莫夫提出，宇宙起源于一次“大爆炸”，其学说得到实验观测支持，留给人们思考和疑问期待去破解。
四、板书设计，整合提升
1. 人类祖先曾认为地球是宇宙的中心；16世纪哥白尼认为太阳是整个宇宙的中心；18世纪后借助望远镜观察揭示宇宙之谜。地球是太阳系内一颗行星，太阳系的中心天体是太阳，它是半径约7×105km的恒星。太阳是银河系中一颗普通恒星，银河系中有2000亿颗像太阳的恒星。银河系外还有数以10亿计的类似星系。
2. 1957年，世界上第一颗人造地球卫星发射成功；1961年，前苏联加加林第一次乘坐飞船进入太空；1969年美国阿姆斯特朗踏上了月球；2021年5月，我国天问一号探测器在火星上成功着陆。
3. 1929年，美国哈勃从天文观察发现，所有河外星系正在离银河系而去；1948年，伽莫夫提出，宇宙起源于一次“大爆炸”，其学说得到实验观测支持，留给人们思考和疑问期待去破解。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 地球是太阳系内的一颗行星
B. 太阳系的中心天体是太阳
C. 太阳是银河系中的一颗普通恒星
D. 银河系中2000颗像太阳这样的恒星
2．科学家通过对星系光谱的研究发现，所有的星系都在远离我们而去，宇宙中星系间的距离在不断扩大，这说明( )。
A.宇宙处在不断的膨胀中
B.银河系是一个庞大的天体系统
C.太阳是银河系的中心天体
D.太阳和太阳系最终也会走向“死亡”
3．关于“银河系”说法正确的是（ ）
A.银河系的半径约10亿光年
B.银河系最大厚度约1光年
C.银河系像一个中央凸起，四周扁平的旋转铁饼
D.除太阳外，距地球最近的恒星是比邻星，它与地球相距40亿千米
4． 下列说法不正确的是（ ）
A.银河系之外还有数以10亿计的类似恒星系
B.人类肉眼可见的最远天体——仙女座河外星系是其中之一，距银河系220万光年
C.目前，望远镜已经观察至少130光年距离的天体
D.我们对宇宙的了解，是天文学家数千年发展的结晶
5． 下列说法不正确的是（ ）
A.1957年，世界上第一颗人造地球卫星发射成功
B.1961年前苏联加加林第一次乘坐飞船进入太空
C.1969年美国阿姆斯特朗和柯林斯踏上了月球
D.2021年5月，我国天问一号探测器在火星成功着陆
参考答案1.D；2.A；3.C；4.C；5.C。
六、作业：P205.T2
课外作业P205.T1、T3、T4 。
P206阅读材料 在地球之外
教学反思：
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