人教高一 人类认识的宇宙

人教高一 人类认识的宇宙

‎1．1 人类认识的宇宙 教学目标 ‎（知识目标）‎ ‎ 1．让学生了解天体的概念和宇宙中的主要天体类型、天体系统的层次以及人类目前观测到的宇宙范围。‎ ‎ 2．了解地球是太阳系中的一颗既普通又特殊的行星。‎ ‎3．理解地球上生命存在的原因。‎ ‎（能力目标）‎ 能运用图1．3和表1．1，熟悉太阳系的主要成员，通过分析日地关系来说明地球是太阳系中的一颗既普通又特殊的行星。‎ 教学重点：‎ ‎ 1．天体系统的层次。 ‎ ‎ 2．地球的宇宙环境及地球上存在生命的条件。‎ 教学难点：‎ ‎ 地球上生命存在的原因。‎ 本课线索：‎ 宇宙—天体—天体系统—系统级别层次—总星系—银河系—太阳系—地球—地球上有生命 教学过程：‎ 第一课时 ‎【引入新课】 ‎ 晴朗的夏夜，当地面景物因夜色降临而暗淡的时候，星空世界却开始显赫起来。那交相辉映的繁星在天上构成了宛如华灯初上的闹市，各种奇妙的景象把人们的视线引向了无限的宇宙。 ‎ 一、人类目前观测到的宇宙 ‎1．人们对宇宙的认识(板书)‎ ‎【引导、讲解】人们对宇宙的认识经历了一个漫长的历史时期。在人类发展的初期，由于人们的活动范围狭小，往往凭自己的直觉认识世界，看到眼前的地面是平的，就以为整个大地也是平的，并把天空看做是好像倒扣在平坦大地上的一口巨大的锅，于是，便有了“天圆地方”的说法。所以古代自然哲学认为，宇宙 (不外乎天与地) (随着人们视野的扩大，很多现象说明大地不是直觉的那么平。于是人们意想中的大地变成了一只倒扣着的盘子，天象一顶半圆的斗笠。于是就有了“天如斗笠，地如覆盘”的说法。1519——1522年麦哲伦率领船队实现了环球航行，首次证实了地球是一个球体。)后来，人们经过观察，发现天空中的各个星体都在围绕着 地球转，地球好像处于整个宇宙的中心位置，这样，便产生了“地心说”。由于受西方宗教势力的影响，这个学说观点统治人们的思想是相当长的。16世纪以前，“神学”占统治地位。‎ ‎16世纪，波兰天文学家哥白尼提出“日心说”，认为“太阳是宇宙的中心”，推翻了所谓上帝选定地球为宇宙中心的谬论，使科学从神学中解放出来，具有一定的现实意义和深远的历史影响。但是，“日心说”有其局限性，太阳也不是宇宙的中心。‎ ‎18世纪，天文学家引进“星系”一词 ‎20世纪60年代以来，大型天文望远镜的使用以及空间探测技术的发展，使天文观测尺度扩展到上百亿年和上百亿光年的时空区域。‎ ‎【补充】（光年：计量天体间距离的一种单位。光的速度为每秒钟30万千米，光在一年中传播的距离约为365天×24时×60分×60秒×30万千米＝‎94605千米，叫做1光年。）‎ ‎【讲述】何谓宇宙?宇即上下四方，指空间；宙，即古往今来，指时间。宇宙的基本含义指时空。现在人们认为宇宙是天地万物的总称，或者说，宇宙是空间和时间的组合。宇宙在空间上无边无际，在时间无始无终。‎ 宇宙是由物质组成的，而一切物质又都处于处于永不停息的运动之中，所以物质和运动是宇宙的重要内涵。‎ ‎【承转】晴朗的夜晚，我们看到天空中有许许多多、密密麻麻的各种星体在闪烁，我们把宇宙中的各种星体和星际物质通称天体。天体是宇宙间物质的存在形式，‎ ‎【板书】2、宇宙的物质性 ‎（1）天体： ‎ ‎（2）天体的类型：恒星、行星、卫星、星云、流星、彗星、星际空间的气体和尘埃等。‎ ‎【提问】读图1.1请同学们思考一下：我们怎样来区别这些天体?（提醒学生从光度、质量、大小、温度等方面来比较）能否举例说明?‎ ‎【讲述】恒星、行星、卫星三者之间主要是以质量大小来区别。一般恒星的质量大、内部温度高，自身可以发光。而行星的质量比恒星要小，受恒星的引力作用，行星绕着恒星运动。质量巨大才能吸引天体围绕它运动。卫星的质量更小，它是绕着行星运动的。例如，太阳属于恒星，而地球属于行星，月球属于卫星。‎ ‎【提问】恒星有运动吗?‎ ‎【讲述】恒星实际上是不“恒”的，它也在运动。我国唐代有两个著名僧人：一个是唐玄奘(唐僧)，另一个是僧一行。僧一行这个和尚除了平时念经外，还有一项“业余爱好”——观察天象。他不仅较准确地测量了子午线(经线)的长度，而且还是我国最早发现恒星运动的人。‎ ‎【学生活动】如果下图三个天体分别是卫星行星和恒星的话,‎ 请在图上填出它们各自的位置:‎ ‎ ——‎ ‎ o o （流星体）‎ ‎ o o ‎ 大气圈层 ‎ δ ‎ （流星）‎ ‎ （陨星）‎ ‎ 地球表面 ‎【讲述】流星体是在星际空间环绕太阳运行的微小天体，经过地球附近时，由于地球的吸引力，使它改变轨道向地球接近，并进入大气层。它们的体积虽然很小，但动能很大，大气的空气分子和原子碰撞时，动能和势能转化为热能，这些热能可使流星体融化和燃烧，产生光。因此流星体闯入地球大气圈后称为流星，流星能够发光。‎ ‎【讲述】图4是哈雷慧星，彗星也是绕太阳运行的一种天体，它由彗核、彗发、彗尾三部分组成。彗核由夹杂大量尘埃的冰物质组成，彗核周围的云雾状气体、尘埃叫彗发；彗尾由极为稀薄的气体和尘埃所组成，形状象一把扫帚，因此人们又形象地把彗星称为扫帚星。那么彗尾是怎么形成的呢？当彗星逐渐接近太阳时，太阳的巨大热量使它表面的冰物质汽化，夹带许多尘埃向外喷射，形成一大团气体尘埃云，在太阳的辐射压力下，它的体积迅速增大，并长出长长的一条或数条“尾巴”来。同时它也受到太阳所发出的粒子流即太阳风的推进作用而形成。因此我们可以知道彗尾的两个特点：（1）彗尾的方向怎样？——始终是背着太阳的（2）距离太阳越近时彗尾越长还是越短？——长，为什么？——因为距太阳近时太阳风强，对它的推斥作用强。‎ ‎【讲述】彗星同样也有它的轨道，有许多彗星的轨道呈极为扁长的椭圆形，也有的呈抛物线或双曲线。‎ ‎【讲述】当彗星运行到地球与太阳之间，而又离地球比较近时，彗星的尾巴有可能会扫到地球上，但不会带来灾难，因为彗星的质量一般不到地球质量的一千亿分之一。彗尾的密度极低，比在地球上实验室内所能得到的真空密度还小得多。，哈雷慧星在太阳和地球中间穿过，彗尾长达以上，地球从彗星尾部经过，当时地球上的人类安然无恙，甚至毫无感觉。‎ ‎【补充说明】以上各种天体是自然存在于宇宙中的，我们姑且把它称为自然天体。近几十年来，随着宇航事业的发展，一些国家纷纷向天空发射人造卫星、宇宙飞船、各种探测器等，我们统称为人造天体。‎ ‎【提问】宇宙中各种天体如何运动？彼此之间有什么联系？‎ ‎【过渡】我们的地球现在生活着60多亿人口，这么多人生活是有一定规律的：首先组成一个个家庭，然后又组成了一个个村落、城市，以至国家，大洲。天上的星星也是有规律的，组成了一个个的家族、集团，即天体系统。‎ ‎【板书】3．宇宙的运动性 ‎（1）天体系统 ‎【引导、讲解】在小学自然课上，老师就教过：太阳大，地球小，太阳带着地球跑；地球大，月亮小，地球带着月亮跑。为什么?地球与太阳比，太阳属恒星，质量巨大，自身温度高，能发光，而地球属行星，质量小，自身不能发光，只能反射太阳光，所以太阳吸引着地球，使地球绕着太阳运转。同样道理：由于地球的质量大，月球的质量小，属卫星，地球吸引着月球绕自身运转。这样，由于天体之间的相互吸引和相互绕转，便形成了天体系统。‎ ‎（2）天体系统的层次 ‎【活动】请同学看图1。2“宇宙中不同级别的天体系统”，上黑板画出反映天体系统级别的关系图。‎ 其他行星系统 总星系 地月系 太阳 ‎ 其它恒星系 太阳系 银河系 河外星系 ‎ ‎（目前观测到的宇宙）‎ ‎【板图】 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎【讲述】地月系级别最小，其中地球是中心天体，太阳系有九大行星，20多颗卫星和几千颗小行星，共同围绕太阳运动，大约有2000多亿个类似太阳的恒星组成庞大的恒星集团，就是银河系。（民间传说银河两岸住着牛郎织女，每年相会一次。其其实他们之间相距大约有16.3光年，如果真的要在它们之间架一座桥，这座桥的长度可在地球和太阳之间往返50万个来回！步行走过这座桥要花两亿年，喷气式飞机要飞几千万年，即使牛郎打一个电话，织女也要30多年后才能听到对方的声音。）‎ 目前人类观测到类似银河系的河外星系，数以10‎ 亿计，共同组成总星系，离我们最远的星系约200亿光年，这就是我们目前认识的宇宙范围。用目前最大的望远镜，能观测到的宇宙范围为150亿～200亿光年。‎ 第二课时 承转：如果我们把宇宙比喻为一片汪洋大海的话，我们人类认识的那一部分时空——总星系，就是大海中的一个小岛，银河系只是小岛上一个小石块，太阳系是粘附在这个小石块上的一颗小沙粒，地球就更渺小，然而就是这个十分渺小的天体，却是人类赖以安身立命的地方，地球是宇宙中一颗既普通又特殊的天体。‎ 二.宇宙中的地球 ‎ ‎1.地球的普通性 ‎（1）地球在太阳系中的位置 日地平均距离约1.‎5亿千米，叫做一个天文单位。‎ ‎【读图】1.3“地球在太阳系中的位置”，说明太阳系成员的排序，地球和小行星带的位置。‎ ‎【讲述】太阳系九大行星从里到外依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星，九大行星绕日公转有共面性、同向性和近圆性的特点。共面性是指九大行星绕日公转的轨道面几乎在同一平面上；同向性是指它们公转的方向都与地球公转的方向相同——自西向东绕太阳公转；近圆性是指它们的公转轨道近似于圆。地球位于太阳的第三轨道，金星与火星之间，小行星带位于火星和木星轨道之间，这成千上万颗小行星就象九大行星一样绕太阳公转，不过它们的质量都很小。‎ ‎【总结】请大家记住以下几个唯一：唯一自转方向顺时针的是——金星；质量最大的是——木星；质量最小的是——冥王星；体积最大的是——木星；体积最小的是——冥王星；卫星数目最多的是——土星；没有卫星绕转的是——水星和金星；光环最漂亮的是——土星；温度最高的是——金星（因为金星的表面是CO2白天温度可达272ºC，不是水星，水星表面没有大气）距离地球最近的行星是——金星，所以金星最亮，启明星就是金星。‎ ‎【提问】距离地球最近的恒星是？——太阳；距离地球最近的天体是？——月亮；距离太阳最近的恒星是？——比邻星；冥王星是否一直距离太阳最远？——不是，冥王星按平均距离是距太阳最远的大行星，目前却比海王星更接近太阳。‎ ‎（2）九大行星的比较 ‎【分析】引导学生分析表1．1，依据其质量、体积和距日距离可把九大行星分为哪三类？‎ ‎【讲述】第一类是类地行星，即类似于地球的行星，包括水星、金星、地球、火星，类地行星有什么特征？——距离太阳近、体积和质量小、平均密度大；第二类是巨行星，包括木星和土星，质量、体积都很大、平均密度小的行星；第三类远日行星，即距离太阳较远的三颗行星，包括天王星、海王星和冥王星。‎ ‎【承转】从表中提供的质量、体积、平均密度、公转周期和自转周期等五项资料数据来看，地球与其他八大行星相比，并没有什么特殊的地方，所以我们说地球是太阳系中一颗普通的行星。‎ ‎2．地球的特殊性——具有生命的星球 ‎【提问】但我们又说地球是一颗特殊的行星，为什么？‎ ‎【讲述】地球是太阳系中至今所知的唯一存在生命，特别是高级智慧动物——人类的星球。‎ ‎【承转】为什么地球上会出现生物呢?请同学们仔细阅读、分析课文，可以分组讨论，来寻找答案。‎ 地球上生命出现的条件 ‎ (外因)从恒星际空间来看，太阳周围的恒星际空间比较有利于太阳稳定，地球在漫长的演化过程中太阳没有明显的变化，太阳光照的稳定又有利于地球上生命的产生和演化，地球上生命从低级向高级演化没有中断；再从行星际空间看，大小行星公转轨道近似为不等距同心圆，行星各占一个轨道，且基本上在同一个平面上运行，大小行星各行其道，互不干扰，这使得地球的宇宙环境很安全。‎ ‎（1）地球所处的宇宙环境 ‎①稳定的太阳光照条件： ‎ ‎②安全的空间运行轨道： ‎ ‎【提问】当然，太阳系中的其他行星也是处在这样一个宇宙环境之中，那么为什么生命只出现在地球上呢？‎ ‎【小结】这就要从地球本身来找一找原因（内因）：首先从图1。3上可以看到地球位于第三个轨道上，与太阳距离适中（1。496亿千米），我们知道地球上的热量主要来源于太阳，这样的位置使得地球表面的温度不至于太冷或太热，地球表面的平均温度为15ºC，适宜的温度有利于生命过程的发生和发展，例如鸡蛋，只有在适宜的温度下才能孵化出小鸡。把鸡蛋放在冷冻室里，温度太低，鸡蛋会冻住，不会孵出小鸡；相反，煮熟了的鸡蛋也不会孵出小鸡。可见，适宜的温度对于生命体的形成有着特殊的意义。而且日地距离的适中使得地表具有适合生命生存的适宜温度，而且地球适宜的自转周期和公转周期，使地表日温度和年温度变化平缓。第二，我们知道生物要呼吸，必须要有大气，地球的体积和质量适中，其引力可以使大量气体聚集在地球周围，形成包围地球的原始大气层，原始大气经过漫长的演化过程，形成了以N和O为主的适合生物呼吸的大气。‎ 也为宇宙物质的侵入设置了一道屏障，大部分流星消失在大气层里。如果地球的体积和质量太小，引力太弱，地球上的气体将会逃逸到太空，就不存在大气层了；相反，如果地球的体积和质量太大，又会保持太厚的原始大气层和太多的有害气体。第三，现代科学认为最初的单细胞生命诞生在海洋中，海洋是生命的摇篮，是原始生命的保护伞，那么海洋是如何形成的呢？和由于地球内部的热能和重力收缩使地球内部温度升高，结晶水汽化，加上地球内部的物质运动，加速了水汽从地球内部逸出的过程，随着地表温度的逐渐下降，水汽经过凝结，降水落到地面低洼处，形成原始的海洋，为生命的出现提供了可能。综上的几个条件使得地球生命物质的产生。‎ ‎（2）地球适宜的自身条件：‎ ‎ ①日地距离适中—适宜的温度条件 ‎ ②体积质量适中—适合呼吸的大气 ‎ ‎ ③原始大洋的形成—液态水 适宜的温度、大气（主要是氧气）、液态水，被称为“生命三要素”‎ 总之，地球处在一个稳定和安全的宇宙环境中，自身具备生物生存所必须的温度、大气和水，生物的出现和进化就不稀奇了。‎ ‎【思考】其他星球为何没有生命？最可能有生命的行星是哪颗？（类行星太热，远日行星太冷，巨行星质量太大，气体可能过于厚重。火星上有生命的可能性最大，它的环境与地球相仿。）‎ ‎【总结】宇宙是运动着的物质组成的，地球在宇宙中只是太阳系中的一颗普通行星，但地球所处的宇宙环境是较稳定和安全的，地球自身又具备了生物生存所必需的温度、大气、水等有利条件，也就使地球上出现了生命物质，所以地球在太阳系里是一颗特殊的行星。‎ ‎【总结性板书】‎ ‎ 人类目前观测到的宇宙 时间：上百亿年 ‎ 空间：上百亿光年 人类认识的宇宙 宇宙的特性 物质性：天体——多样性 ‎ 运动性：天体系统——层次 ‎ 普通天体 宇宙中的地球 稳定的太阳辐射 ‎ 特殊天体 外部条件 安全的运行轨道 ‎ 地球生命存在的条件 温度 ‎ 自身条件 大气 ‎ 水