1.1人類認(rèn)識(shí)的宇宙

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1、1.1 人類認(rèn)識(shí)的宇宙 教學(xué)目標(biāo)： 1． 了解宇宙的概念，理解宇宙的基本特征 2． 了解地球是宇宙中既普通又特殊的天體，正確理解地球上生命存在的條件。 教學(xué)重點(diǎn)： 1． 天體系統(tǒng)的層次。 2． 地球上生命存在的條件。 教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí) 教學(xué)過(guò)程： 一、人類目前觀測(cè)到的宇宙： 1． 宇宙的概念：（上下四方曰“宇”、古往今來(lái)曰“宙”）無(wú)窮無(wú)盡的時(shí)間和空間。 2． 人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)過(guò)程： 時(shí) 代 人 類 對(duì) 宇 宙 的 認(rèn) 識(shí) 公元2世紀(jì) 古希臘天文學(xué)家托勒玫提出“地心說(shuō)” 16世紀(jì) 波蘭天文學(xué)家哥白尼提出“日心說(shuō)” 18世紀(jì) 天文學(xué)家引進(jìn)“星系”一

2、詞 20世紀(jì)60年代以來(lái) 大型天文望遠(yuǎn)鏡的使用以及空間探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，使天文觀測(cè)尺度擴(kuò)展到上百億年和上百億光年的時(shí)空區(qū)域。 光年：光在一年內(nèi)通過(guò)的距離。9.46*1012千米。（距離單位） 3． 宇宙的物質(zhì)性特點(diǎn)（讀圖1.1宇宙是由物質(zhì)組成的）： ①. 天體：宇宙間物質(zhì)的存在形式 ②. 天體的多樣性：天體在大小、質(zhì)量、光度、溫度等方面存在差異 自然天體：恒星、行星、衛(wèi)星、流星、彗星、星云 人造天體：人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、宇宙飛船等 4． 宇宙的運(yùn)動(dòng)性特點(diǎn)： ①.天體系統(tǒng)的概念：運(yùn)動(dòng)著的天體相互吸引和相互繞轉(zhuǎn)，構(gòu)成天體系統(tǒng)。②.天體系統(tǒng)的層次（讀圖1.2宇宙中不同級(jí)

3、的天體系統(tǒng)）： 地球 中心天體：太陽(yáng) 河外星系(10億計(jì)) 地月系 (99.86%) 太陽(yáng)系 總星系(150—200億) 月球 其他行星、衛(wèi)星 銀河系 （人類目前觀測(cè)到的宇宙） 恒星集團(tuán)(2000多億顆) (8萬(wàn)光年) 二、宇宙中的地球： 1． 地球的普通性（太陽(yáng)系九大行星的比較數(shù)據(jù)）：在太陽(yáng)系的九大行星中，地球的質(zhì)量、體積、密度和公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有自己的特點(diǎn)，但并不特殊。 2． 地球的特殊性：有生命物質(zhì)存在 ①. 地球所處的宇宙環(huán)境（圖1.3地球在太陽(yáng)系中的位置）： 穩(wěn)定的光照條件：太陽(yáng)沒(méi)有明顯變

4、化，生物演化沒(méi)有中斷。 安全穩(wěn)定的宇宙環(huán)境：同向性、共面性，大小行星各行其道，互不干擾。 ②. 地球適宜的自身?xiàng)l件： 適宜的溫度（15℃） 日地距離適中（1.496億千米） 適宜生物呼吸的大氣 地球的質(zhì)量和體積適中 液態(tài)水 地球內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，使得結(jié)晶水汽化，促進(jìn)了海洋的形成 補(bǔ)充：彗星繞日公轉(zhuǎn)的方向和變化規(guī)律：（繪圖講解） 離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，彗尾越長(zhǎng)，且永遠(yuǎn)背向太陽(yáng) 哈雷彗星公轉(zhuǎn)方向自東向西 圖表解析 圖1.1 宇宙是由物質(zhì)組成的 這是一幅說(shuō)明宇宙由物質(zhì)組成的示意圖,由四幅小圖組成。由上而下依次是蟹狀星云、土星、獅子座流星雨和哈雷

5、彗星。圖片形象直觀，增加了宇宙是由物質(zhì)組成的真實(shí)感和可信度。 閱讀“宇宙是由物質(zhì)組成的”示意圖，應(yīng)注意其豐富的內(nèi)涵和外延，并依據(jù)自己教學(xué)的實(shí)際情況，分層次地向?qū)W生一一揭示，如什么是宇宙、天體、行星、流星體、星和彗星等等，讓“宇宙是由物質(zhì)組成的”示意圖由單一認(rèn)識(shí)組成宇宙的幾種物質(zhì)而變得豐滿、有趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和探索精神。 閱讀“宇宙是由物質(zhì)組成的”示意圖步驟如下： ① 說(shuō)明讀圖目的 讀圖的目的是認(rèn)識(shí)宇宙是由物質(zhì)組成的。圖中所示內(nèi)容是組成宇宙的一 部分物質(zhì)，這部分物質(zhì)通稱天體。圖中僅表示了各天體的形狀，沒(méi)有涉及它們?cè)诳臻g的高度和相對(duì)位置，是各自獨(dú)立的天體形狀示意圖。 ②解釋圖中涉

6、及到的有關(guān)概念： 宇宙：我國(guó)古代學(xué)者稱“四方上下曰宇，古往今來(lái)曰宙，以喻天地”。意 思是宇指無(wú)限的空間，宙指無(wú)限的時(shí)間，宇宙就是在空間上無(wú)邊無(wú)際，時(shí)間上無(wú)始無(wú)終，按客觀規(guī)律不斷運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)世界，也就是天地萬(wàn)物的總稱。宇宙是多樣而又統(tǒng)一的，多樣性是指宇宙間物質(zhì)表現(xiàn)形態(tài)的多樣性，如各種天體形態(tài)的多樣性；統(tǒng)一性則表現(xiàn)為宇宙是由物質(zhì)組成的。組成宇宙的各種物質(zhì)都有它發(fā)生、發(fā)展、演變以及消亡的過(guò)程，是有限的；而作為總體的宇宙，在空間和時(shí)間上，在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的形態(tài)轉(zhuǎn)化上則是無(wú)限的。所以，宇宙是由物質(zhì)組成的，物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的。 天體：宇宙間各種星辰的總稱。分自然天體和人造天體兩類。恒星、行星、衛(wèi)星、流星體、彗星

7、和星云等為自然天體。人造地球衛(wèi)星為人造天體。 蟹狀星云：是銀河系內(nèi)一個(gè)著名的氣體星云，有相當(dāng)強(qiáng)的射電源、紅外源、X射線源和r射線源。它位于金牛座ε星（我國(guó)稱“天關(guān)”星）的西北10處。獵戶座、人馬座、天琴座和狐貍座是天空中幾個(gè)較亮的星云，其中獵戶座的彌漫星云肉眼可以看見(jiàn)。 土星：太陽(yáng)系中九大行星之一，按距太陽(yáng)由近及遠(yuǎn)的排列順序，它為第六顆星，有23個(gè)天然衛(wèi)星。它的大氣層很厚。主要成分是沼氣和少量的氨。表面的云霧帶比木星更為規(guī)則。但沒(méi)有木星那么顯著。在它的赤道平面上圍繞著一個(gè)平而寬的美麗光環(huán)，光環(huán)由無(wú)數(shù)的質(zhì)點(diǎn)組成，這些質(zhì)點(diǎn)都圍繞土星旋轉(zhuǎn)，光環(huán)的直徑有27萬(wàn)多千米，寬約9。4千米，厚度很薄，不足

8、20千米。光環(huán)并不完整，它被若干暗縫分開(kāi)，成為好幾個(gè)環(huán)。土星的第六顆衛(wèi)星，體積比水星還大，表面也有大氣層，這在太陽(yáng)系九大行星的眾多衛(wèi)星中，是僅有的。我國(guó)古代稱土星為“填星”、“鎮(zhèn)星”。 流星體：行星際空間內(nèi)，小而暗的塵粒和固體物質(zhì)。當(dāng)創(chuàng)入地球大氣層時(shí)，與大氣發(fā)生劇烈摩擦而發(fā)光，產(chǎn)生短暫而明亮的光跡，稱之為流星。流星分偶發(fā)流星和流星群兩類。偶發(fā)流星是單個(gè)的、零星的、彼此無(wú)關(guān)的，出現(xiàn)時(shí)間和方向沒(méi)有規(guī)律，一般下半夜流星多于上半夜，而且亮一些。流星群是指集合在同一軌道上圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的流星體群，它們可能是彗星瓦解后的破碎物，在軌道上分布不均勻。當(dāng)?shù)厍蚺c這些流星群的密集部分相遇時(shí)，流星從天空的某一點(diǎn)向四

9、周放射而出，好象下雨一般，人們稱這種現(xiàn)象為“流星雨”。英仙座、獅子座與其它星座相比，“流星雨”較多，是著名的流星群星座。流星是發(fā)生在離地面80千米—120千米大氣層中的一種現(xiàn)象。流星現(xiàn)象既同流行本身有關(guān)，也同大氣層的情況有關(guān)，通過(guò)對(duì)流星雨的觀測(cè)，可以了解大氣層的物理狀況。 哈雷彗星：彗星是在扁長(zhǎng)軌道上圍繞太陽(yáng)運(yùn)行、質(zhì)量較小的云霧狀小天體。為紀(jì)念英國(guó)天文學(xué)家哈雷，首先利用萬(wàn)有引力定律推算一棵彗星的軌道，并預(yù)言它將以76年為周期圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，而命名這顆彗星為哈雷慧星。彗星由彗頭和彗尾組成。彗頭包括彗核、彗發(fā)和彗云，彗核是由比較密集的固體塊和質(zhì)點(diǎn)組成，其周圍的云霧狀光輝稱彗發(fā)，氫原子云分布在彗頭的

10、外圍。彗尾有極稀薄的氣體和塵埃組成，當(dāng)彗星接近太陽(yáng)時(shí)，組成彗尾的物質(zhì)，受太陽(yáng)風(fēng)的輻射壓力，朝著背向太陽(yáng)的方向延伸，形狀像掃帚，因此彗星俗稱掃帚星，我國(guó)古代稱它為“妖星”。彗星的軌道有橢圓、拋物線、雙曲線三種。軌道是拋物線和雙曲線的彗星是非周期性彗星，它們繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一個(gè)彎就一去不復(fù)返了，只能看到一次。而軌道是橢圓的彗星，總是周期地繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，稱為周期彗星，可以多次看到，如哈雷慧星。絕大多數(shù)彗星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向和行星相同，為順行。但也有例外的，如哈雷慧星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向和行星不同，是逆行，被稱為逆行彗星。我國(guó)是世界上最早記錄哈雷慧星和記錄資料最豐富的國(guó)家，公元前613年第一次記錄哈雷慧星，而歐洲在公

11、元前11年才有了觀測(cè)哈雷慧星的記錄。 圖1.2 宇宙中不同級(jí)別的天體系統(tǒng) 這幅圖不僅說(shuō)明了宇宙是由物質(zhì)組成的，還進(jìn)一步揭示了各物質(zhì)之間的從屬關(guān)系，這種從屬關(guān)系的存在，又決定于物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)，相互吸引，分別組成各自的集團(tuán)，小集團(tuán)隸屬于大集團(tuán)，大集團(tuán)隸屬于更大的集團(tuán)，由許許多多更大的集團(tuán)組成了廣闊的宇宙。 圖中用箭頭表示了宇宙中不同級(jí)別天體系統(tǒng)的隸屬關(guān)系。圖中下方是由地球和它的天然衛(wèi)星——月球所構(gòu)成的天體系統(tǒng)，地球是它的中心天體。由于地球質(zhì)量同月球質(zhì)量相差懸殊，達(dá)81.1：1之比，依據(jù)萬(wàn)有引力定律，在兩物體之間，由于物質(zhì)具有質(zhì)量而產(chǎn)生相互的吸引力。質(zhì)量大的物體對(duì)質(zhì)量小的物體

12、吸引力大，月球以及人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)行，就是這個(gè)道理。由于地球和月球質(zhì)量相差懸殊，地月系的質(zhì)量中心距地球中心只有4728千米，即位于地面以下約1650千米處。通常說(shuō)的月球繞地球公轉(zhuǎn)，實(shí)際上是地球和月球相對(duì)于它們的共同質(zhì)心的公轉(zhuǎn)。 圖中地月系的箭頭直指太陽(yáng)系，停留在地球處于太陽(yáng)系的位置上，明確地告訴我們，地月系在太陽(yáng)系中的位置及兩者的隸屬關(guān)系。太陽(yáng)系是以太陽(yáng)為中心天體的天體系統(tǒng)，萬(wàn)有引力把該系統(tǒng)的所有天體聯(lián)結(jié)起來(lái)。太陽(yáng)系大體上是一個(gè)球體，其半徑在100000天文單位距離以上（1個(gè)天文單位=日地平均距離=1.496*108千米）。太陽(yáng)是這個(gè)系統(tǒng)的主體，占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.86%。太陽(yáng)系包括太陽(yáng)和

13、九大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星）、2958顆正式編號(hào)的小行星、48個(gè)衛(wèi)星、許多彗星和流星體等。地球化學(xué)年代的測(cè)定表明，地球和整個(gè)太陽(yáng)系是在47億年以前從銀河系某個(gè)部分分離出來(lái)的。 圖中太陽(yáng)系圖的箭頭直指銀河系，停留在太陽(yáng)系處于銀河系的位置上，明確地告訴我們，太陽(yáng)系在銀河系的位置以及兩者的隸屬關(guān)系。銀河系是地球和太陽(yáng)所在的天體系統(tǒng)，這個(gè)天體系統(tǒng)在天球上的投影就是我們?cè)谝雇砜吹降你y河。銀河系是一個(gè)旋渦星系，由兩個(gè)旋臂組成，旋臂相距4500光年。銀河系包括2000多億顆恒星和大量星云、星際氣體和星際塵埃，總質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的1400億倍，其中5%—10%為氣體和

14、塵埃。大多數(shù)恒星集中在一個(gè)扁球狀的空間范圍內(nèi)，空間范圍的形狀好似鐵餅；還有一部分恒星稀疏地分布在一個(gè)圓球狀的空間范圍內(nèi)，這個(gè)空間范圍叫做“銀暈”。銀河系的中心厚約1.2萬(wàn)光年，在人馬座方向。太陽(yáng)離該中心約3.3萬(wàn)光年。整個(gè)銀河系在轉(zhuǎn)動(dòng)著，其各部分的旋轉(zhuǎn)速度和周期，因距離銀河系中心遠(yuǎn)近不同而不同，太陽(yáng)處的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為250千米/秒。太陽(yáng)繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)一周約需2.5億年。 圖中銀河系圖箭頭直指總星系，停留在銀河系處于總星系的位置上，明確地告訴我們，銀河系在宇宙的位置和銀河系與總星系的從屬關(guān)系。由幾十億至幾千億顆恒星以及星際氣體、塵埃等物質(zhì)組成的天體系統(tǒng)叫星系，銀河系就是一個(gè)普通的星系。銀河系以外

15、的星系叫河外星系。目前，能觀測(cè)到的河外星系約10億個(gè)，按照它們的形態(tài)可以分為橢圓星系、透鏡星系、旋渦星系、棒旋星系和不規(guī)則星系等五大星系，肉眼可以看到的有仙女座星系和大小麥哲倫星系。仙女座星系是離我們最近的一個(gè)巨型旋渦星系，在我國(guó)南沙群島上空可以看到大小麥哲倫星系，它們是兩片云霧狀的天體。天文學(xué)上把銀河系和現(xiàn)階段能觀測(cè)到的河外星系，合起來(lái)叫做總星系。總星系就是我們能觀測(cè)到的宇宙范圍。 圖1.3 地球在太陽(yáng)系中的位置 這是一幅太陽(yáng)系特寫(xiě)圖，是地理書(shū)籍中最常見(jiàn)和石油頻率較高的圖象；是地理學(xué)科各種考試出現(xiàn)較多、給分較高的圖象；也是高一年級(jí)地理教學(xué)的重點(diǎn)圖象，表述了地球的宇宙環(huán)境；更是本節(jié)教

16、材的重點(diǎn)圖象，與圖1.1、圖1.2一起，由遠(yuǎn)及近地表述了地球在宇宙中的準(zhǔn)確位置，完成了知識(shí)教育的層次要求。在三幅圖象中，該圖為重點(diǎn)知識(shí)的著落處，承上啟下作用十分重要。 閱讀這幅圖時(shí)要緊扣書(shū)中的文字?jǐn)⑹龊捅?.1數(shù)據(jù)說(shuō)明，其層次如下：①“日心說(shuō)”的正確性。在公元前三世紀(jì)，古希臘天文學(xué)家阿里斯塔克提出了“日心說(shuō)”，他認(rèn)為太陽(yáng)處于宇宙的中心，地球和其它行星都繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。后來(lái)古希臘的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、地理學(xué)家和地圖學(xué)家托勒密，在他的主要著作《大綜合論》中提出了地心體系，他主張地球居中央位置，日、月、行星和恒星都繞地球運(yùn)行，即“地心說(shuō)”。這一理論為基督教神學(xué)所利用，長(zhǎng)期占據(jù)統(tǒng)治地位，直到哥白尼的“日心

17、說(shuō)”發(fā)表，才推翻了“地心說(shuō)”。給神權(quán)以沉重打擊，引起了宇宙觀的革命。哥白尼是波蘭天文學(xué)家，他最大的成就是以科學(xué)“日心說(shuō)”否定了“地心說(shuō)”，使自然科學(xué)從神學(xué)中解放出來(lái)。哥白尼認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的中心，其它行星和恒星以“完美的”圓形軌道繞日運(yùn)行。實(shí)際上太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心，而不是宇宙的中心。隨著時(shí)代的進(jìn)步，科學(xué)的發(fā)展，在開(kāi)普勒總結(jié)出行星運(yùn)動(dòng)三定律，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律以后，日心說(shuō)才建立在更加穩(wěn)固的科學(xué)基礎(chǔ)上。②地球是太陽(yáng)系中的一棵普通行星。首先引導(dǎo)學(xué)生在圖中找出地球，說(shuō)出地球的左臨右舍，確定地球在太陽(yáng)系中的位置。其次查閱表1.1將地球的質(zhì)量、體積、平均密度、自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)等一一與其它行星比較，得

18、出地球是太陽(yáng)系中一棵普通行星的結(jié)論，突出普遍性。③地球是太陽(yáng)系中一個(gè)特殊的行星。首先引導(dǎo)學(xué)生分析圖中各行星公轉(zhuǎn)軌道的形狀，得出它們公轉(zhuǎn)軌道同圓相當(dāng)接近（近圓性）。其次閱讀九大行星公轉(zhuǎn)方向的箭頭，得出它們繞日公轉(zhuǎn)方向同向性的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，教師講出九大行星的軌道面，幾乎在同一平面上，即共面性。由于九大行星繞日公轉(zhuǎn)有共面性、同向性和近圓性的特征，使地球處于一種比較安全的宇宙環(huán)境之中。最后從日地距離、地球的體積和質(zhì)量、地球內(nèi)部變化等幾個(gè)方面說(shuō)明地球具有生命的原因，突出其特殊性。 課堂練習(xí)： 1． 下列屬于天體的是：AD A.北極星 B.河外星系 C.空中飛行的飛機(jī) D.彗星和

19、流星體 2． 下列對(duì)地球宇宙環(huán)境的敘述，正確的是：D A.宇宙是物質(zhì)的，但物質(zhì)之間沒(méi)有任何聯(lián)系。 B.宇宙是由物質(zhì)組成的，任何物質(zhì)之間都有相互吸引和繞轉(zhuǎn)的關(guān)系。 C.宇宙是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，但物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有規(guī)律可循。 D.宇宙是物質(zhì)的，物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和聯(lián)系是有規(guī)律和層次的。 3． 關(guān)于宇宙的敘述，正確的是：D A.宇宙是除物質(zhì)以外的所有空間 B.宇宙是太空中所有的物質(zhì) C.宇宙是無(wú)邊無(wú)際的空間的總稱 D.宇宙物質(zhì)有不同形態(tài)且處于運(yùn)動(dòng)中 4． 目前人類能觀測(cè)到的最遠(yuǎn)的星系距離地球約為：D A.1.496億千米 B.120億千米 C.8萬(wàn)光年 D.200億光年 5． 太陽(yáng)系中與地球相鄰的兩顆行星是：B A.金星和水星 B.金星和火星 C.木星和火星 D.木星和水星 6． 所謂地球是太陽(yáng)系一顆特殊的行星，其特殊性體現(xiàn)在： A.在太陽(yáng)系中質(zhì)量、體積最大的行星 B.既有自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又有繞日公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) C.是九大行星中質(zhì)量最小的行星 D.是太陽(yáng)系中唯一存在生命物質(zhì)的行星 7