课件19张PPT。科学教科版 六年级下视频引入“天眼”望远镜是位于我国贵州省的 500 米口径球面射电望远镜，简称 FAST。它由中国科学院国家天文台主导建设，于 2016 年 9 月 25 日建成启用。“天眼”是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。借助“天眼”，科学家可以观测宇宙中的暗物质，测定黑洞质量，甚至搜寻可能存在的星外文明。资料阅读 自古以来，人类就充满了对宇宙的幻想，向往着飞向太空。
人类对宇宙认识的每一次进步都离不开科学技术的发展。自从1609年意大利科学家伽利略发明了望远镜以来，人们不断地改进，发明了许多功能各异的望远镜，从而获得了越来越多的来自宇宙的信息。人类对宇宙的探索阿雷西博射电望远镜反射望远镜太空站“旅行者”2号 太空技术的发展，人造地球卫星、太空望远镜、太空探测器、载人宇宙飞船等相继出现，实现了人类飞天的梦想。现在宇航员还可在太空站上过太空生活呢！ 说一说你所知道的人类对宇宙的探索史探索宇宙太阳系太阳系是以太阳这颗恒星为中心的，由行星、卫星、矮行星、小天体（包含小行星、彗星）等组成的一个天体系统。膨胀的宇宙天空中的星星大多数也是和太阳一样发光发热的恒星，它们有的也会组成类似太阳系一样的天体系统。在观星过程中，我们看到的天空中闪亮的银河光带，实际是由许许多多的恒星组成的一个恒星集团，被人们称为银河系。银河系大约由1000亿～2000亿颗恒星组成，直径有10万光年。光年是一个什么单位？光年就是光在一年中所走的距离，它是用来计量恒星间距离的单位。1光年等于多少千米？提示：光的传播速度是每秒钟30万千米。1光年=光速×时间=300000×365×24×60×60=？9460800000000千米了解了银河系，说一说你的感受。河外星系人们发现银河系以外还有类似银河系一样庞大的恒星集团。比如：仙女座星系、猎犬座星系，目前人类已经发现了超过100亿个河外星系。猎犬座星系现在人们用天文望远镜已观测到距我们120亿光年的宇宙空间深处，但仍没有看到宇宙的边缘，而且科学家还发现宇宙正处于膨胀之中！充满活力的宇宙超新星爆炸前超新星正在爆发宇宙最强超新星, 超级爆炸100天后“复活”, 比黑洞活的都长!小结宇宙中每时每刻都有许多恒星诞生，同时也有许多恒星消亡。恒星都在不停地高速运动。有些恒星自身还有节奏地膨胀和收缩，有些恒星还不断地向外抛射物质……我们的宇宙是一个充满活力的宇宙。拓展延伸课后继续收集各种有关宇宙和人类探索宇宙方面的资料。小提示：
1.利用书籍、网络、影视等各种方法收集；
2.对资料进行分类整理，如天体资料、探索工具、航天故事等；
3.通过黑板报、科技手抄报等形式进行展示交流等。谢谢21世纪教育网（www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
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教科版六年级科学下册第三单元《宇宙》
第8课《探索宇宙》教学设计
【教学目标】
科学概念：
1.宇宙空间分布着大小不同的天体系统。
2.宇宙是运动变化的、膨胀的，组成宇宙的天体也是运动变化着的。
过程与方法：
1.对提供的资料或自己收集的资料进行研究，发现一些有效信息。
2.学习利用数据、文字、图表、模型来表述研究过程。
情感态度与价值观：
1.从人类探索宇宙的历程中，认识到科学是不断发展的。
2.意识到宇宙是运动变化着的。
【教学重点】初步认识宇宙的结构和运动，建立宇宙系统的概念。
【教学难点】学习利用数据、文字、图表、模型来表述研究过程。
【教学准备】
教师准备：有关宇宙的图片、视频等。
学生准备：课前收集有关宇宙的信息。
【教学过程】
一、视频导入
师播放中国“天眼”射电望远镜的视频与相关资料。
生观看视频和资料，了解“天眼”射电望远镜。（目前世界上世界上最大的单口径射电望远镜）
二、人类对宇宙的探索
师：其实自古以来，人类就充满了对宇宙的幻想，向往着飞向太空。人类对宇宙认识的每一次进步都离不开科学技术的发展。自从1609年意大利科学家伽利略发明了望远镜以来，人们不断地改进，发明了许多功能各异的望远镜，从而获得了越来越多的来自宇宙的信息。太空技术的发展，人造地球卫星、太空望远镜、太空探测器、载人宇宙飞船等相继出现，实现了人类飞天的梦想。现在宇航员还可在太空站上过太空生活呢！
生补充说一说所知道的人类对宇宙的探索史。
师出示课题：探索宇宙。板书课题。
三、膨胀的宇宙
师：我们先来到地球家园的所在地——太阳系，回想一下，太阳系是怎样一个星系？
（太阳系是以太阳这颗恒星为中心的，由行星及其卫星、矮行星、小天体（包含小行星、流星、彗星）等组成的一个天体系统。）
师：太阳系在宇宙中是唯一的吗？
学生思考交流。（师出示银河系的图片，引导学生认识：天空中的星星大多数也是和太阳一样发光发热的恒星，它们有的也会组成类似太阳系一样的天体系统。在观星过程中，我们看到的天空中闪亮的银河光带，实际是由许许多多的恒星组成的一个恒星集团，被人们称为银河系。银河系大约由1000亿～2000亿颗恒星组成，直径有10万光年。）
师：太阳在银河系中的位置看得出来吗？光年是一个什么单位？1光年等于多少千米？算一算。（预设：太阳在银河系中显得特别小；光年就是光在一年中所走的距离，它是用来计量恒星间距离的单位；1光年=光速×时间=300000×365×24×60×60=9460800000000千米。）
师：了解了银河系，你们有什么感受？生说感受。
师讲解：人们发现银河系以外还有类似银河系一样庞大的恒星集团。比如：仙女座星系、猎犬座星系，目前人类已经发现了超过100亿个河外星系。
生讨论：我们已知的宇宙空间到底有多大呢？
教师出示红移现象的资料，生阅读了解。（现在人们用天文望远镜已观测到距我们120亿光年的宇宙空间深处，但仍没有看到宇宙的边缘，而且科学家还发现宇宙正处于膨胀之中！）
四、充满活力的宇宙
师出示太阳一生的资料：星云（50亿年）→太阳（40亿年）→红巨星（10亿年）→白矮星（漫长）→黑矮星。生了解太阳的一生后，师提问：宇宙中还有很多和太阳一样的恒星，那么这些恒星的生命是不是也和太阳一样呢？我们看一段视频。
师播放视频《恒星的一生》，生观看视频。
师出示恒星一生中的几个重要阶段的图片资料，引导学生。
（恒星的一生：星云的气体和尘埃紧缩——原恒星——燃料消耗殆尽，膨胀变成巨星或超巨星——爆炸成超新星——变成黑洞或中子星；或者星云的气体和尘埃紧缩——原恒星——小型或中等恒星变成红巨星——燃料耗尽而缩小变成白矮星——能量耗尽变成黑矮星）
师：新星爆炸是怎么回事？你有没有收集到这方面的资料。
生交流各自收集的资料。（如果学生没有收集到这方面资料，教师可以适当播放视频并引导学生课后继续收集资料了解相关知识。）
小结：宇宙中每时每刻都有许多恒星诞生，同时也有许多恒星消亡。恒星都在不停地高速运动。有些恒星自身还有节奏地膨胀和收缩，有些恒星还不断地向外抛射物质......我们的宇宙是一个充满活力的宇宙。
五、拓展延伸
师：请同学们课后继续收集各种有关宇宙和人类探索宇宙方面的资料。
（师引导学生：利用书籍、网络、影视等各种方法收集；对资料进行分类整理，如天体资料、探索工具、航天故事等；通过黑板报、科技手抄报等形式进行展示交流等。）
六、板书设计
探索宇宙
太阳系
宇宙 银河系 膨胀、充满活力
河外星系
......
《探索宇宙》课后练习
1.选择题。
（1）银河系大约由（ ）颗恒星组成，太阳是其中的一员。
A. 1000～2000
B. 1 万～2 万
C. 1 亿～2 亿
D. 1000 亿～2000 亿
（2）目前，人类已经发现了超过（ ）个河外星系。
A. 100
B. 100 万
C. 100 亿
D. 100 万亿
（3）在计算恒星之间的距离时，通常使用的计量单位是（ ）。
A. 米
B. 千米
C. 光年
D. 周年视差
（5）世界上公认的火箭发源地是（ ）。
A. 中国
B. 美国
C. 英国
D. 苏联
（5）关于宇宙的探索，下列说法正确的是（ ）。
A. 天文望远镜观测到的宇宙直径为 120 亿光年
B. 科学家通过观测发现，宇宙正处于收缩之中
C. 宇宙中时刻有恒星诞生，同时也有恒星消亡
D. 人类历史上探索宇宙的首位科学家是伽利略
2.阅读下面的资料，回答问题。
“天眼”望远镜是位于我国贵州省的 500 米口径球面射电望远镜，简称 FAST。它由中国科学院国家天文台主导建设，于 2016 年 9 月 25 日建成启用。“天眼”是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。借助“天眼”，科学家可以观测宇宙中的暗物质，测定黑洞质量，甚至搜寻可能存在的星外文明。
目前，世界上最大的单口径射电望远镜是（ ）。
A. 哈勃望远镜
B. 伽利略望远镜
C. FAST 望远镜
《探索宇宙》课后练习参考答案
1.选择题。
（1）银河系大约由（ ）颗恒星组成，太阳是其中的一员。
A. 1000～2000
B. 1 万～2 万
C. 1 亿～2 亿
D. 1000 亿～2000 亿
答案：D。
（2）目前，人类已经发现了超过（ ）个河外星系。
A. 100
B. 100 万
C. 100 亿
D. 100 万亿
答案：C。
（3）在计算恒星之间的距离时，通常使用的计量单位是（ ）。
A. 米
B. 千米
C. 光年
D. 周年视差
答案：C。
（4）世界上公认的火箭发源地是（ ）。
A. 中国
B. 美国
C. 英国
D. 苏联
答案：A。
（5）关于宇宙的探索，下列说法正确的是（ ）。
A. 天文望远镜观测到的宇宙直径为 120 亿光年
B. 科学家通过观测发现，宇宙正处于收缩之中
C. 宇宙中时刻有恒星诞生，同时也有恒星消亡
D. 人类历史上探索宇宙的首位科学家是伽利略
答案：C。
2.阅读下面的资料，回答问题。
“天眼”望远镜是位于我国贵州省的 500 米口径球面射电望远镜，简称 FAST。它由中国科学院国家天文台主导建设，于 2016 年 9 月 25 日建成启用。“天眼”是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。借助“天眼”，科学家可以观测宇宙中的暗物质，测定黑洞质量，甚至搜寻可能存在的星外文明。
目前，世界上最大的单口径射电望远镜是（ ）。
A. 哈勃望远镜
B. 伽利略望远镜
C. FAST 望远镜
答案：C。
从光线红移到宇宙膨胀，宇宙大爆炸的证据！
因为科学家发现了光谱谱线的红移，所以知道了我们这个宇宙并不安静，不但普通的天体运动能导致红移出现，还发现了由于宇宙本身的膨胀也能导致此种现象的发生，甚至爱因斯坦还发现了引力场的存在也会导致红移现象出现。
此前，我们介绍了基尔霍夫和本生等人通过光谱分析法发现了太阳中存在许多化学元素的事实，此后科学家们在此基础上又取得了其它发现，但归根结底还是建立在光谱的基础上所做的研究，那么我们通过光谱还能发现什么呢？接下来所讲的就是咱们今天这篇文章的主要内容了。
咱们首先从多普勒效应说起
提到这个词，想必大家都不陌生，中学时期咱们就学过这个物理知识。用一个经常提到的例子来说明这个多普勒效应到底是怎么一回事：
当我们站在川流不息的马路边，会听到此起彼伏的汽车鸣笛声，仔细分辨，我们会发现如果一辆小汽车在鸣笛时，恰好从你身旁穿过，那么它的鸣笛声经历一次由低到高再回到低的起伏，这是为什么呢？难道是驾驶员故意改装了喇叭，使得鸣笛声变的可控吗？
实际上，在汽车内部的驾驶员，他本身并不会感到鸣笛声有什么变化，这是因为他同波源之间并不存在相对运动。从波动角度来看，马路边的观测者同路上的小汽车具有相对运动的状态存在，如果波源与观测者之间是相互靠近，那么观测者在单位时间内接收到的完全波的数目就要比静止状态多一些，从而表现出频率的升高（也就是鸣笛声变的尖锐）；反之，如果两者相互远离，那么频率就会下降（鸣笛声变的低沉）。
如果知道波源本身的频率，再通过测量相对运动时的频率，那么就能借此推算出波源的移动速度。
这是声波的多普勒效应，那么对于光波是否也有这样的效应呢？回答是肯定的。那么我们该如何判断光波的频率变化呢？
在之前的文章中，我们有说过可见光与不可见光的区别，那就是表现在波长的不同（也就是频率的不同）。并且还知道了各种元素在光谱上有着确定的位置，如果我们发现元素在光谱上谱线位置发生了移动，那不就代表着光波的频率变化吗？
观测实验证实了这一想法，科学家们通过对恒星的光谱和地球上的元素光谱进行分析，发现了恒星的谱线确实发生了位移，那些朝着光谱中低频区间移动被称做“红移”（这表明我们与这颗恒星是在相互远离）；反之，如果恒星朝向我们运动，那么就是蓝移，但是为了统一起见，我们利用红移的正负值来代表光波频率的升高或者降低（也就是恒星的靠近或者远离）。
因为涉及光源与观测者的相对速度，所以光的多普勒效应需要狭义相对论进行简单修正一下。但定性来说，只要恒星与观测值相互远离，那么必定会出现红移，反之也一样（称为蓝移，或者是红移值为负）。
但宇宙中的所有光谱红移都是因为天体的直接运动所导致的吗？实际上并不是这样。
下面就来说说著名的宇宙学红移
略知相对论的读者都知道，我们的处于四维时空当中，宇宙的空间是具有弹性的。那么空间的变化是否也能导致光谱位移的出现呢？
爱德文.哈勃
确实是这样，当年哈勃通过对众多河外星系的观测发现，它们的光谱几乎都无一例外的朝着低频位移（也就是红移），并且距离越远的星系，红移量越多（也即是退行速度越快）。如果单纯的认为这是多普勒效应所导致的结果，那么这几乎满天的星系是什么原因导吸引它们飞速远离呢？难道在宇宙的遥远处有着一圈强大的引力源？这明显说不过去（至少这样的宇宙模型是不合理的，各向同性被破坏）
膨胀导致红移
那么原因到底是什么呢？没错，就是空间自身在膨胀，一个简单的例子，如果我们在一个宽橡皮带上画上一条波浪线，随后对橡皮带进行拉伸，很明显，我们会看到波浪线也跟着变长，重点是它的波长（两个相邻波峰或波谷之间的距离）也变长，也就意味着频率降低了。
那么这能说明什么呢？实际上，空间的膨胀就好似这个橡皮带，由于不停的膨胀，光波在传播过程中也相应的进行这波长和频率的上的变化（因为真空光速是恒定的）。很显然，这就直接导致了红移现象的出现。（这辈称为宇宙学红移）
需要注意的是，宇宙学红移和多普勒红移在本质上完全是两码事，简单理解：你可以认多普勒效应只是一种“观测效应”，因为它与参考系的选取息息相关；但宇宙学红移则是空间性质所产生的一种现象。
最后再来看看引力红移
这种红移最早是爱因斯坦在广义相对论诞生前，利用等效原理和狭义相对论得到的结论。简单来说，如果一个光子从地球表面飞向太空，那么光子的能量将会下降（虽然这一变化值非常小）。
我们都只知道光子的能量和它的频率成正比，如果能量下降，那么就意味着频率下降，也即是产生了红移。那么如何通俗的理解这个现象的产生原因呢？
一个简单的例子，当跳水运动员从高高的跳台上一跃而下，到最终落水，这中间发什么那些能量的变换呢？很简单，重力势能转化成了动能。那么如果有一个光子从太空飞向地球，是否也有能量上的变化呢？
首先，因为光速恒定，这个光子的速度自然是不会因为地球引力而加速的，但你可以认为它在太空时具有引力势能，而当其达到地表时，引力势能为零，那么这个引力势能哪去了呢？没错，变成光子能量了。
也就是说，当光子朝向一个引力源飞行时，它的能量会上升，频率升高，产生蓝移；反之，在远离引力源时，就产生红移。这个过程，可以利用光子所在位置的引力势的不同来进行一个大概的计算。说到底，这个引力红移和宇宙学红移本质是差不多的，都是因为时空性质的变化而导致的。
总的来说，这三种红移，宇宙学红移的影响更大，因为从哈勃观测到河外星系远离这个事实后（提出了著名的哈勃定律），为后来宇宙大爆炸理论的正式出现，提供了依据。
