科学华师大版2 热大爆炸宇宙模型教案

这是一份科学华师大版2 热大爆炸宇宙模型教案，共7页。


课题
热大爆炸宇宙模型
章
一
学科
科学
年级
九
学习
目标
知识与技能：
1.知道宇宙起源于热大爆炸。
2.了解微波背景辐射是宇宙起源于热大爆炸的一个证据。
3.知道宇宙正在演化。
4.了解宇宙物质密度的大小是决定宇宙将来究竟是继续膨胀还是收缩的唯一条件。
过程与方法：
1.通过视频和图片得到更多的关于宇宙的感性性知识
情感、态度与价值观目标：
1. 通过学习帮助学生树立正确的宇宙观。
重点
1.什么是热大爆炸。
2.热大爆炸的证据—微波背景辐射。
3.宇宙的演化的过程。
难点
1.热大爆炸的证据—微波背景辐射。
2.知道宇宙密度的大小决定宇宙的形态。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
宇宙起源于热大爆炸，从大爆炸到现在已经过去了约137亿年。在这137亿年中，从无到有，先后产生了各种化学元素，出现了星系、恒星、行星；在地球这样的行星上还出现了生命和智慧生物 — 人类。宇宙从大爆炸起就始终在膨胀，现在正在加速膨胀。
宇宙的将来会怎样，目前的观测证据还不能给出非常令人信服的答案，也许你长大后会揭开宇宙未来命运的秘密。
引入新课
讲授新课
(教材第9页思考与讨论)
[根据宇宙正在膨胀的观测事实，可以推断现在的膨胀是过去膨胀的继续，在遥远的过去的某一时刻，宇宙中所有的物质挤压在一起，密度极大，温度极高。]
说明
宇宙不断地膨胀说明宇宙的过去和现在很可能是不一样的，宇宙现在的膨胀可能是过去膨胀的继续。
一、宇宙的起源
1.宇宙的前身
视频：宇宙的样子
根据星系之间在相互远离的事实，我们可以推断宇宙正在膨胀，还可以进一步推断宇宙有一个开端。因为宇宙现在的膨胀正是过去膨胀的继续，在遥远的过去总存在这样一个时刻，那时宇宙间所有物质紧紧地挤压在一起，物质密度极大，温度极高，宇宙的一切正是从这一时刻突然发生。
2.热大爆炸
视频：宇宙大爆炸
科学家把宇宙从密度和温度都是极大的时刻开始的膨胀，形象地称为热大爆炸。宇宙起源于热大爆炸，且这个大爆炸是没有中心的爆炸，即宇宙大爆炸是一种在每个地方同时发生，从一开始就充满整个宇宙空间的爆炸。
开创热大爆炸宇宙学的物理学家伽莫夫
（教材10页）
二、热大爆炸的证据——微波背景辐射
视频：微波背景辐射
1.20世纪60年代，科学家接收到了来自宇宙的微波段电磁波信号经证实，宇宙各处都存在这样的微波辐射，这一辐射相当于热力学温度3K(相当于-270℃)的热辐射。
2.科学家还发现无论在什么地方测量及向什么方向测量，都能观测到温度为3K的微波辐射，所以这是一个均匀的各向同性的辐射，可以肯定这是来自宇宙深处的辐射。这一弥漫于整个宇宙的辐射被称作微波背景辐射。
拓展
微波背景辐射为宇宙起源于热大爆炸提供了有力的证据，3K就是热大爆炸留下的余温。
三、宇宙的演化
宇宙从大爆炸起就始终在演化着，并将延伸下去
1.大爆炸后约3分钟宇宙中出现了复合原子核。
2.大爆炸后100万年宇宙中出现了原子。
3.大爆炸后10亿年宇宙中出现了星系和恒星。
4.大爆炸后100亿年左右太阳和地球诞生。
四、宇宙的将来
视频：宇宙的将来
宇宙既然有过去就一定会有将来。
宇宙的将来是由现在观测到的宇宙中物质的多少——正确地说是由现在观测到的宇宙密度决定的。宇宙密度越大，宇宙的引力就越强。
1.如果宇宙密度大于4.5×10-27千克•米-3（大约每立方米三个中子或质子)，宇宙的膨胀会由于引力的作用而停下来，转而开始收缩，最终回到高温高密的状态。
2.如果宇宙密度小于或等于4.5×10-27千克•米-3，宇宙将永远膨胀下去，宇宙的温度也将越来越低，最终消亡在接近绝对零度的冷寂世界中。
3.现在还无法给出宇宙密度的确切数值。现在观测到的宇宙密度虽然不大，但是宇宙中还存在我们无法看见的各种各样暗物质，所以宇宙密度的数值可以比目前测量值大。
4.科学家在20世纪的最后两年里发现，宇宙不仅在膨胀，而且是在加速膨胀，因此宇宙很有可能永远膨胀下去。
霍金
(教材第12页)
宇宙在加速膨胀——1998年世界头条科技新闻
(教材第12页)
依靠科学理解宇宙
(教材第13页)
活动：了解人类对宇宙认识的发展
(教材第13页活动)
1.中国古代天文中有丰富的关于宇宙结构的设想。远在人类社会的早期，中国古代就逐渐形成“天圆如张盖，地方如棋局”的朴素的直观见解。到了3000年前的西周时代，又逐渐形成了“盖天说”。盖天说认为，大地不是平整方形，而是拱形，天空如一个斗笠，大地犹如一个倒扣的盘子。战国时期的尸佼在《尸子》一书中对宇宙概念明确写到“四方上下曰宇，往古来今曰宙”。意思是：宇表示东南西北上下六个方向，即表示空间。宙表示过去、现在和将来，即表示时间。东汉著名天文学家张衡在《浑天仪图注》一书中载有：“天之包地，犹壳之襄黄。”这里描述的是浑天说。
2.牛顿时代对宇宙的认识
牛顿力学诞生后，很快以它的精确性，以它对自然现象的解释和实际应用中的成功成为科学家们普遍采用的科学理论，天文学家们相信宇宙间一切天体的相互作用和运动状态、空间分布也都遵从牛顿力学，遵从万有引力定律。牛顿关于时间和空间的欧几里得解释，在认识宇宙时同样被作为真理接受下来。
英国天文学家赖特、德国哲学家康德、法籍德国科学家朗伯特先后按照自己对天体运动现象的理解，给出了各自的宇宙图景，在这些不同的图景中，支撑宇宙的基本法则都是万有引力定律。
在18世纪，英国天文学家威廉•赫歇尔发现在轨道上彼此围绕旋转的双星恪守着和太阳系中行星一样的规律以后，更坚定了对牛顿引力定律的信念。威廉•赫歇尔在用他亲手制作的大型望远镜对1083个天区中的约11万颗恒星进行观测后，指出宇宙是一个无限的区域，无数不同大小的星体均匀地分布在这个区域里。
威廉•赫歇尔（以及后来他的孙子约翰•赫歇尔）在观测天文学领域中的成就和威望加上牛顿力学在科学领城中的崇高地位，使得2世纪以前的大多数天文学家和物理学家相信：宇宙在时间上是无限的，空间上是无限的，星体的分布是均匀的。
3.爱因斯坦的有限无边宇宙模型
1917年，爱因斯坦发表了题为《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》的论文。在这篇论文中，爱因斯坦以广义相对论为理论工具，在做了简化假设后，经过计算，得到一个关于宇宙的理论模型。
爱因斯坦根据当时对宇宙天体物质分布的认识，凭着自己的直觉，提出了如下两个简化假设。一是假设宇宙物质的分布在空间上是均匀和各向同性的，二是宇宙物质的分布不随时间变化。前一个假设后来被称为宇宙学原理。
爱因斯坦的宇宙模型给出了一个静态的球对称宇宙，理论计算还得出宇宙空间是三维球面空间。三维球面空间与我们在生活中熟悉的空间不同。我们熟悉的空间是三维平直空间，三维平直空间的几何是欧几里得几何。三维平直空间如果是无边的，那么其体积一定是无限的。但是，三维球面空间的几何不同于欧几里得几何，通常称为非欧几何。三维球面空间的体积是有限的，但却是无边的。所以，爱因斯坦的宇宙模型给出的宇宙在空间上有限却又无边。
爱因斯坦的这一宇宙模型，虽然已经不被采纳，但是爱因斯坦研究宇宙的理论和方法却被后来的科学家继承下来。
4.(1)宇宙是运动的，因为是“热”爆炸。
(2)宇宙是循环的，爆炸是一个开始，任何事物开始总会有终结。
(3)宇宙是有界无限的，爆炸是一个瞬间扩张的过程，时空无限延展。
(4)宇宙能量流动的方向性。
完成思考讨论
知道宇宙前身的模样
知道什么是热大爆炸
明确什么是微波背景辐射
知道宇宙的演化过程
了解宇宙将来的可能样子
完成活动
引导完成
自主学习完成宇宙前身的模样
自主学习热大爆炸
自主学习微波背景辐射
明确宇宙的演化过程
视频辅助介绍宇宙将来的可能样子
引导完成活动
课堂练习
1.在20世纪的最后两年里，科学家发现( D )
A.宇宙已经停止膨胀 B.宇宙在减速膨胀
C.宇宙在收缩 D.宇宙在加速膨胀
2.开创热大爆炸宇宙学的科学家是( A )
A.俄国 伽莫夫 B.美国 爱因斯坦
C.英国 牛顿 D.英国 霍金
3.科学家证实宇宙各处都存在这样的微波辐射，其热力学温度为( C )
A.270K B.0K C.3K D.-270K
4.目前，大爆炸宇宙论已被大多数科学家所接受，其主要观点有( D )
A.宇宙目前仍在不断地膨胀之中
B.宇宙以极高的密度和温度，被挤压在一个“原始火球”中
C.宇宙在爆炸中诞生，并不断地膨胀下去
D.以上说法都是
5.宇宙膨胀的最初时刻是( D )
A.密度极小、温度极低的时刻
B.密度极大、温度极低的时刻
C.密度极小、温度极高的时刻
D.密度极大、温度极高的时刻
6.人们对事物的认识常需经历一个不断修正和发展的过程，人类对宇宙的探索和认识也是如此。根据已学知识，下列有关观点中你认同的是( B )
A.太阳表面没有大气层
B.宇宙在不断地膨胀
C.地球是宇宙大爆炸的中心
D.恒星就是永恒存在的星球
7.在气球上画些小圆点，充气使气球膨胀，下列有关这一实验的说法，不正确的是(D )
A.气球上的点代表宇宙中的星系
B.该实验可模拟宇宙膨胀过程
C.该实验模拟的宇宙膨胀过程可以作为大爆炸宇宙论的证据
D.气球膨胀过程中有一个中心，由此可推测宇宙也有一个中心
习题训练
知识应用与理解
课堂小结
我们学了什么？
1.宇宙起源于热大爆炸，而且是一个没有中心的爆炸。
2.热大爆炸的概念。
3.热大爆炸的证据—微波背景辐射。
4.了解宇宙的演化的过程。
5.宇宙的将来很有可能永远膨胀下去。
知识小结
总结概括
板书