宇宙是人类探索的永恒主题之一,千百年来,人类一直渴望解开宇宙的奥秘,一直在致力于对宇宙奥秘的探索,探索天体的运动和演化规律,并把获得的真知应用于人类的生产和生活,实现人类社会的持续发展。
人类对宇宙的探索经过了漫长的历程,从古到今。
远古时代,人们对宇宙结构的认识处于十分幼稚的状态,他们通常按照自己的生活环境对宇宙的构造作了幼稚的推测。在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像一口锅,倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是拱形的。公元前7世纪 ,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕,而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为盒底的大盒子,大地的中央则是尼罗河。古印度人想象圆盘形的大地负在几只大象上,而象则站在巨大的龟背上,公元前7世纪末,古希腊的泰勒斯认为,大地是浮在水面上的巨大圆盘,上面笼罩着拱形的天穹。
最早认识到大地是球形的是古希腊人。公元前6世纪,毕达哥拉斯从美学观念出发,认为一切立体图形中最美的是球形,主张天体和我们所居住的大地都是球形的。这一观念为后来许多古希腊学者所继承,但直到1519,1522年,葡萄牙的F.麦哲伦率领探险队完成了第一次环球航行后 ,地球是球形的观念才最终证实。
公元2世纪,C.托勒密提出了一个完整的地心说。这一学说认为地球在宇宙的中央安然不动,月亮、太阳和诸行星以及最外层的恒星天都在以不同速度绕着地球旋转。为了说明行星视运动的不均匀性,他还认为行星在本轮上绕其中心转动,而本轮中心则沿均轮绕地球转动。地心说曾在欧洲流传了1000多年。1543年,N.哥白尼提出科学的日心说,认为太阳位于宇宙中心,而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。1609年,J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转,发展了哥白尼的日心说,同年,伽利略?伽利雷则率先用望远镜观测天空,用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年,I.牛顿提出了万有引力定律,深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因,使日心说有了牢固的力学基础。在这以后,人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。
在哥白尼的宇宙图像中,恒星只是位于最外层恒星天上的光点。1584年,乔尔丹诺?布鲁诺大胆取消了这层恒星天,认为恒星都是遥远的太阳。18世纪上半叶,由于E.哈雷对恒星自行的发展和J.布拉得雷对恒星遥远距离的科学估计,布鲁诺的推测得到了越来越多人的赞同。18世纪中叶,T.赖特、I.康德和J.H.朗伯推测说,布满全天的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统。弗里德里希?威廉?赫歇尔首创用取样统计的方法,用望远镜数出了天空中大量选定区域的星数以及亮星与暗星的比例,1785年首先获得了一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图,从而奠定了银河系概念的基础。在此后一个半世纪中,H.沙普利发现了太阳不在银河系中心、J.H.奥尔特发现了银河系的自转和旋臂,以及许多人对银河系直径、厚度的测定,科学的银河系概念才最终确立。
18世纪中叶,康德等人还提出,在整个宇宙中,存在着无数像我们的天体系统(指银河系)那样的天体系统。而当时看去呈云雾状的“星云”很可能正是这样的天体系统。此后经历了长达170年的曲折的探索历程,直到1924年,才由E.P.哈勃用造父视差法测仙女座大星云等的距离确认了河外星系的存在。
近半个世纪,人们通过对河外星系的研究,不仅已发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且已使我们的视野扩展到远达200亿光年的宇宙深处。
宇宙演化观念的发展在中国,早在西汉时期,《淮南子?俶真训》指出:“有始者,有未始有有始者,有未始有夫未始有有始者”,认为世界有它的开辟之时,有它的开辟以前的时期,也有它的开辟以前的以前的时期。《淮南子?天文训》中还具体勾画了世界从无形的物质状态到浑沌状态再到天地万物生成演变的过程。在古希腊,也存在着类似的见解。例如留基伯就提出,由于原子在空虚的空间中作旋涡运动,结果轻的物质逃逸到外部的虚空,而其余的物质则构成了球形的天体,从而形成了我们的世界。
太阳系概念确立以后,人们开始从科学的角度来探讨太阳系的起源。1644年,R.笛卡尔提出了太阳系起源的旋涡说;1745年,G.L.L.布丰提出了一个因大彗星与太阳掠碰导致形成行星系统的太阳系起源说;1755年和1796年,康德和拉普拉斯则各自提出了太阳系起源的星云说。现代探讨太阳系起源z的新星云说正是在康德-拉普拉斯星云说的基础上发展起来。
1911年,E.赫茨普龙建立了第一幅银河星团的颜色星等图;1913年,伯特兰?阿瑟?威廉?罗素则绘出了恒星的光谱-光度图,即赫罗图。罗素在获得此图后便提出了一个恒星从红巨星开始,先收缩进入主序,后沿主序下滑,最终成为红矮星的恒星演化学说。1924年 ,亚瑟?斯坦利?爱丁顿提出了恒星的质光关系;1937,1939年,C.F.魏茨泽克和贝特揭示了恒星的能源来自于氢聚变为氦的原子核反应。这两个发现导致了罗素理论被否定,并导致了科学的恒星演化理论的诞生。对于星系起源的研究,起步较迟,目前普遍认为,它是我们的宇宙开始形成的后期由原星系演化而来的。
1917年,A.阿尔伯特?爱因斯坦运用他刚创立的广义相对论建立了一个“静态、有限、无界”的宇宙模型,奠定了现代宇宙学的基础。1922年,G.D.弗里德曼发现,根据阿尔伯特?爱因斯坦的场方程,宇宙不一定是静态的,它可以是膨胀的,也可以是振荡的。前者对应于开放的宇宙,后者对应于闭合的宇宙。1927年,G.勒梅特也提出了一个膨胀宇宙模型.1929年 哈勃发现了星系红移与它的距离成正比,建立了著名的哈勃定律。这一发现是对膨胀宇宙模型的有力支持。20世纪中叶,G.伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙模型,他们还预言,根据这一模型,应能观测到宇宙空间目前残存着温度很低的背景辐射。1965年微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言。从此,许多人把大爆炸宇宙模型看成标准宇宙模型。1980年,美国的古斯在热大爆炸宇宙模型的 基础上又进一步提出了暴涨宇宙模型。这一模型可以解释目前已知的大多数重要观测事实。
当代天文学的研究成果表明,宇宙是有层次结构的、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。
层次结构 行星是最基本的天体系统。太阳系中共有九大行星:水星 金星 地球 火星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星(目前只有极少数科学家同意开除它,降为矮行星)。除水星和金星外,其他行星都有卫星绕其运转,地球有一个卫星 月球,土星的卫星最多,已确认的有26颗。行星 小行星 彗星和流星体都围绕中心天体太阳运转,构成太阳系。太阳占太阳系总质量的99.86,,其直径约140万千米,最大的行星木星的直径约14万千米。太阳系的大小
约120亿千米(以冥王星作边界)。有证据表明,太阳系外也存在其他行星系统。2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统——银河系。银河系中大部分恒星和星际系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约3万光年。银河系外还有许多类似的天体系统,称为河外星系,常简称星系。现已观测到大约有10亿个。星系也聚集成大大小小的集团,叫星系团。平均而言,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年。现已发现上万个星系团。包括银河系在内约40个星系构成的一个小星系团叫本星系群。若干星系团集聚在一起构成更大、更高一层次的天体系统叫超星系团。超星系团往往具有扁长的外形,其长径可达数亿光年。通常超星系团内只含有几个星系团,只有少数超星系团拥有几十个星系团。本星系群和其附近的约50个星系团构成的超星系团叫做本超星系团。目前天文观测范围已经扩展到200亿光年的广阔空间,它称为总星系。
多样性 天体千差万别,宇宙物质千姿百态。太阳系天体中,水星、金星表面温度约达700K,遥远的冥王星向日面的温度最高时也只有50K;金星表面笼罩着浓密的二氧化碳大气和硫酸云雾,气压约50个大气压,水星、火星表面大气却极其稀薄,水星的大气压甚至小于2×10-9毫巴;类地行星(水星、金星、火星)都有一个固体表面,类木行星却是一个流体行星;土星的平均密度为0.70克,厘米3,比水的密度还小,木星、天王星、海王星的平均密 度略大于水的密度,而水星、金星、地球等的密度则达到水的密度的5倍以上;多数行星都是顺向自转,而金星是逆向自转;地球表面生机盎然,其他行星则是空寂荒凉的世界。
太阳在恒星世界中是颗普遍而又典型的恒星。已经发现,有些红巨星的直径为太阳直径的几千倍。中子星直径只有太阳的几万分之一;超巨星的光度高达太阳光度的数百万倍,白矮星光度却不到太阳的几十万分之一。红超巨星的物质密度小到只有水的密度的百万分之一,而白矮星、中子星的密度分别可高达水的密度的十万倍和百万亿倍。太阳的表面温度约为6000K,O型星表面温度达30000K,而红外星的表面温度只有约600K。太阳的普遍磁场强度平均为1×10-4特斯拉,有些磁白矮星的磁场通常为几千、几万高斯(1高斯,10-4特斯拉),而脉冲星的磁场强度可高达十万亿高斯。有些恒星光度基本不变,有些恒星光度在不断变化,称变星。有的变星光度变化是有周期的,周期从1小时到几百天不等。有些变星的光度变化是突发性的,其中变化最剧烈的是新星和超新星,在几天内,其光度可增加几万倍甚至上亿倍。
恒星在空间常常聚集成双星或三五成群的聚星,它们可能占恒星总数的1,3。也有由几十、几百乃至几十万个恒星聚在一起的星团。宇宙物质除了以密集形式形成恒星、行星等之外,还以弥漫的形式形成星际物质。星际物质包括星际气体和尘埃,平均每立方厘米只有一个原子,其中高度密集的地方形成形状各异的各种星云。宇宙中除发出可见光的恒星、星云等天体外,还存在紫外天体、红外天体、X射线源、γ射线源以及射电源。
星系按形态可分为椭圆星系、旋涡星系、棒旋星系、透镜星系和不规则星系等类型。60年代又发现许多正在经历着爆炸过程或正在抛射巨量物质的河外天体,统称为活动星系,其中包括各种射电星系、塞佛特星系、N型星系、马卡良星系、蝎虎座BL型天体,以及类星体等等。许多星系核有规模巨大的活动:速度达几千千米,秒的气流,总能量达1055焦耳的能量输出,规模巨大的物质和粒子抛射,强烈的光变等等。在宇宙中有种种极端物理状态:超高温、超高压、超高密、超真空、超强磁场、超高速运动、超高速自转、超大尺度时间和空间、超流、超导等。为我们认识客观物质世界提供了理想的实验环境。
运动和发展 宇宙天体处于永恒的运动和发展之中,天体的运动形式多种多样,例如自转、各自的空间运动(本动)、绕系统中心的公转以及参与整个天体系统的运动等。月球一方面自转一方面围绕地球运转,同时又跟随地球一起围绕太阳运转。太阳一方面自转,一方面又向着武仙座方向以20千米,秒的速度运动,同时又带着整个太阳系以250千米,秒的速度绕银河系中心运转,运转一周约需2.2亿年。银河系也在自转,同时也有相对于邻近的星系的运动。本超星系团也可能在膨胀和自转。总星系也在膨胀。
人类探索太空之最历史,第一艘载人飞船,1961年4月12日,苏联成功地发射了世界上第一艘载人飞船“东方”1号,乘坐这艘飞船的航天员是加加林。 第一次太空行走,1965年3月18日,苏联发射了“上升2号”飞船,该飞船有两名航天员,别列亚耶夫空军上校和列昂诺夫空军中校。列昂诺夫在舱外空间环境中行走了12分钟,成为太空行走第一人。 第一次太空对接,1969年1月14日,苏联发射载人飞船联盟4号,1月16日与联盟5号对接成功,这是世界上第一次实现两艘飞船在太空对接飞行。飞行时间最长的飞船,1970年6月1日,苏联发射了联盟9号飞船,机组人员2名,目的是研究长期无重力飞行对机组的效应。该飞船在太空飞行17天16小时58分55秒,于6月19日返回地面,成为在太空飞行时间最长的飞船。 第一座空间站,1971年4月19日,苏联发射了世界上第一座空间站“礼炮”1号,开辟了载人航天的新领域。“礼炮”1号重18425公斤,运行到1971年10月11日,运行时间最长的空间站 。第一次进入月球轨道,1968年12月21日,美国的土星5号火箭发射升空,它携带的阿波罗8号飞船乘坐着3名航天员。在12月24日上午,机组抵达了月球轨道并进入环绕月球的轨道运动。这是人类第一次环绕月球飞行。 人类第一次登月,1969年7月16日,美国阿波罗11号飞船离开地球,飞往月球。7月20日,美国东部时间晚上10点56分,在着陆约6小时后,航天员阿姆斯特朗钻出登月舱,下到月球表面。 第一架航天飞机,1981年4月12日,第一架航天飞机“哥伦比亚”号在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射成功,揭开了航天史上新的一页。
总体来说,人类对宇宙的探索是由模糊到清晰、简单到复杂、迷信到科学、肤浅到精深的过程。探索宇宙有着深远的意义,发自本能追寻万事万物的起源,了解宇宙环境对地球及生命的影响,拓展生存空间,地球只是一个摇篮,人类生于地球,但地球只是人类的摇篮,它太小了。开发宇宙资源,宇宙是人类未来的主要资源来源。寻找其他高级智慧生命,探索自然规律造福人类,提高境界指导人生。
从人类在探索宇宙的过程,我们可以感受到一代又一代的人渴望解开宇宙的奥秘,一直在致力于对宇宙奥秘的探索,为此付出了很多努力,让我们对我们生活的地球和广袤的宇宙有了新的认识,不在盲目迷信。事物是不断变化发展的,人的认识水平受各种客观条件限制,但一旦这个科技水平得到提高,人对宇宙的认知就有所提高。人是不断打破旧理论,提出新理论,在探索宇宙的道路上不断前进。阿姆斯特朗的:对于一个人来说,这只是一小步,但对人类来说,这却是巨大的一步.思想有多远,我们就能走多远,我相信人类在宇宙探索的旅途上越走越远, 相信我们终有一天会征服无垠的星空。
人类对宇宙的探索
人类探索太空的历史
在浩瀚星河中,有一颗表面四分之三被海洋覆盖的蔚蓝色星球——地球。
生活在这个星球上的最高等智慧生物,是充满好奇心的白皮肤、黄皮肤、黑皮肤的人类。人类想要知道海洋的尽头是什么,五六百年前就创造了远洋航海技术,“全球文明”即由此发端;人类想要像鸟儿一样展翅高飞,,,,多年前就发明了飞机,寂寥长空从此成为旅行的驿站;人类想要摆脱地球引力到大气层外的空间看一看,半个世纪间,各式各样的航天器就纷纷射向太空……
——从自立行走于脚下这片土地到飞出蓝色地球村,人类就是这般孜孜不倦地幻想着,并一步一步地拓展着他们的活动空间。
梦想:脚步开始的地方
无法考证,人类的飞翔之梦,究竟是源自一个沐浴阳光的白天还是默数繁星的夜晚。
在东方的传说中,美貌的嫦娥偷吃了灵药飞天成仙,从此独守寂寞蟾宫;而在古希腊的神话里,太阳神阿波罗则驾着太阳车巡游九天,为人间送来光明和温暖。
充斥着飞天神话的人类幼年记忆,代代相传到今天。在双脚还只能停留在大地上的时候,想象,已经达到了一个人类自己也不知道有多高、多远的地方。
那是人类对太空最初的思考与渴望。
直到,,,多年前,波兰天文学家哥白尼用“日心说”掀起了一场轰轰烈烈的认知革命,人类才开始了对宇宙的科学审视。
就在“日心说”与统治欧洲一千多年的“地心说”艰难斗争的同一时代,中国的明朝官员万户——一位试图飞出天外的幻想家,却成了人类第一位飞天的真正实践者。
美国学者基姆在其著作《火箭与喷气》中这样描述人类历史上的第一次火箭飞行尝试:万户先做了两个大风筝,并排装在一把椅子的两边,然后在椅子下面捆绑了,,支大火箭——中国人发明的一种以火药作燃料的兵器。准备完毕后,万户坐在椅子当中,命仆人点燃火箭……
“人类航天始祖”万户勇敢的生命,最后殒落在了点燃火箭后的巨响中。多年后,月球上的一座环形山被命名为万户山。
从,,世纪开始,古老的梦想与发轫期的近代自然科学相遇,诞生出一系列具有强烈科学性的幻想小说。德国天文学家开普勒在,,,,年出版的《梦游》中第一次对月球旅行展开幻想,法国作家贝尔日拉克在《月球之旅》中用近似科学的态度讨论了太空旅行中的各种飞行方法,法国作家凡尔纳更是在其名作《从地球到月球》中大胆地把巨型炮弹作为未来的航空器,并运用大量的数学、物理学和天文学知识,对炮弹和发射装置进行了严格的计算。
科学,如同孕育在幻想中的胎儿,吮吸着幻想的营养一天天成长。
,,,,年,人类飞天史上的一个里程碑。那一年,莱特兄弟驾驶着他们在自行车修理车间里制造的第一架飞机“飞行者,号”,实现了人类历史上第一次成功的空中飞行。
同样在这一年,双耳失聪的俄国科学家齐奥尔科夫斯基在论文中提出了著名的“火箭公式”,论证了用火箭发射航天器的可行性。他指出:最理想的推进剂不是火药,而是液体燃料;单级火箭在当时达不到宇宙速度,必须用多级火箭接力的办法才能进入宇宙空间。
“地球是人类的摇篮,但是人类不会永远生活在摇篮里,开始他们将小心翼翼地穿出大气层,然后去征服太阳系。”齐奥尔科夫斯基说。
正是凭着这位“航天之父”的天才构想,一扇通往太空的科学之门打开了。
悲喜交加的太空旅程
,,,,年,,月,在哈萨克的大荒原里,前苏联用火箭把第一颗人造地球卫星“斯普特尼号”送上了天。这颗直径,,,毫米、太空运行仅,,天的小卫星,宣告着人类进入到一个空间探索的新时代。
此时,人类东西方的冷战已持续了,,多年。今天,我们不可否认的是,虽然人类纯洁的飞天梦因为承载了超级大国的政治野心而变得有些沉重,但地球上两个强国之间的竞争也让人类积蓄了数千年的能量在瞬间得以爆发。
,,,,年,月,在,次无人飞船试验后,“东方,号”飞船载着,,岁的前苏联空军少校加加林,进行了,,,分钟的太空旅行。这是人类历史上第一次载人航天飞行,加加林也成为人类造访太空的第一人。
同年,美国启动“阿波罗登月计划”。,年之后的,月,,日,美国宇航员阿姆斯特朗就在月球上留下了人类的第一个足印。在踏上月球的一刻,人类第一位月宫使者由衷慨叹:这是个人的一小步,却是人类的一大步。
“一小步,一大步”,人类就是这样一步步地探索着飞上九霄——
,,,,年,月,前苏联成功发射了世界上第一个试验性载人空间站——“礼炮,号”空间站。载人航天活动由此进入到规模较大、飞行时间较长的空间应用探索与试验阶段。
,,,,年,月,前苏联的“联盟,,号”飞船和美国“阿波罗,,号”飞船,在太空中成功对接。通过电视转播,全世界数以亿计的观众目睹了来自两国的两位太空使者相拥的历史画面。
,,,,年,月,美国发射了可以重复使用的太空运载工具——航天飞机。,年后,美国邀请欧洲航天局、日本和加拿大参加研制永久性载人空间站计划。,,,,年,俄罗斯的加入不仅扩大了空间站的规模,而且使这个项目成为一项真正意义上的国际性计划……
陷入疲惫竞赛的载人航天活动,似乎又找到了人类梦想的初衷。
国际空间站,一个共同探索、和平开发宇宙的平台。从飞船到空间站,人们用不懈的探索搭建起了通往“天宫”的云梯。
然而,通天之路从来充满艰辛——
,,,,年,月,前苏联,名宇航员在飞船气压阀失效时因为缺乏航天服的保护而死
亡;
,,,,年,月,美国“挑战者号”航天飞机起飞后凌空爆炸,,名壮志未酬的宇航员、包括一位即将在太空中为几十万美国中学生讲授奇妙太空的中学教师,在万众瞩目中献身蓝天;
,,,,年,月,美国“哥伦比亚号”航天飞机在它的第,,次飞行返程途中突然解体,再过,,分钟就能踏上地球的,名宇航员全部牺牲;
,,,,年的,月,巴西第三枚,,,型卫星运载火箭在发射前的最后检测中发生爆炸,“咖啡王国”的航天梦再次遭受重创……
收获大喜,却也历尽大悲。在悲喜交加的太空旅程中,人类一点一滴地感悟着“科学”二字,那沉甸甸的分量。
飞天路上,中国人烙下深深足迹
在人类大步迈向太空的旅程中,中国人追梦的步伐一天也没有停止过。
,,,,年,月,,日,中国第一颗人造卫星发射成功。
那一年,胡世祥,,岁,是按下发射“东方红一号”卫星火箭点火按钮的操作手;戚发轫,,岁,是“东方红一号”卫星的技术负责人。
,,年后的,,月,,日,他们分别以中国载人航天工程副总指挥和载人飞船系统总设计师的身份,出现在中国首次载人航天飞行的指挥大厅里。
,时整,“长征二号,”型火箭托举着神舟五号载人飞船轰然起飞。浩瀚太空迎来了第一位中国访客——,,岁的中国航天员杨利伟。在,,,公里的高度上,中国人第一次在自己的航天器上看到了人类美丽的地球家园。
这是中国的高度,一个崇尚独立自主的民族以自己的方式叩问天宇的高度。
从这一天起,中国成为继俄罗斯、美国在世界上第三个能够独立开展载人航天活动的国家。戚发轫说,梦圆那刻,是他这一生笑得最灿烂、哭得最痛快的一次。
神舟五号的顺利升空,不仅仅使得中国人的千年飞天梦想变为现实,更重要的是它标志着在人类探索太空的队伍中,又加入了一支强大而富于创造性的力量。
——中国已形成,,个型号的“长征”系列运载火箭。未来的新一代大推力运载火箭,将满足不同用途大型卫星和空间站的发射需要;
——中国已初步形成了返回式遥感卫星、通信广播卫星、气象卫星、科学探测与技术试验卫星、地球资源卫星、导航定位卫星等多种类型的卫星系列。将来,中国还要建立长期稳定运行的卫星对地观测体系,自主的卫星导航定位系统,以及产业化、市场化的空间应用体系;
——中国已启动无人月球探测的“嫦娥工程”,那轮在唐诗宋词里无数次被吟诵过的月亮,就要迎接来自中国的亲密接触……
在跨越式地实现了载人航天工程的第一步目标之后,中国正在稳步走向以交会对接为特征的第二步和更远的未来。中国的航天专家们已经在计划着实现载人航天后,着手建立太空实验室,建立包括永久性空间站在内的“地面——太空综合网”,将大型空间站发展成为空间航天基地……
在太空建立实验室的近期目标,以及太空开发的无穷远景,令所有的中国航天人,令所有爱好梦想的中国人,愉快地幻想并热切地期待着。
,,,,年金秋,中国第二次载人航天飞行即将起航。专家指出,如果这次任务能够顺利完成,下一步中国载人航天的目标将是航天员出舱进行太空行走……
——梦想有多远,我们的足迹就有多远。
072122 李志勇
人类对宇宙的探索
第三课 人类对宇宙的探索
一、教学目标:
1、 了解银河系及宇宙的概况。
2、 了解人类探索宇宙的事件以及我国探索太空的艰难历程和最新进展。
3、 感受科学技术能帮助人们认识宇宙。
4、 保持并发展关注天文科学的兴趣。
二、活动设计:
活动一、认识银河系
活动目标:
1、 了解银河系及宇宙的概况。
2、 了解地球、太阳在银河系的位置。
课前准备:图片、文字资料
活动二、了解人类探索宇宙过程中的重大事件
活动目标:
1、 了解人类探索宇宙的进展。
2、 了解我国探索太空的艰难历程和最新进展。
3、 保持并发展关注天文科学的兴趣。
4、 感受科学技术能帮助人们认识宇宙。
课前准备:图片、文字、影象资料
活动一、认识银河系
学生活动 指导要点
, 问题:宇宙有多大, , 引导学生从空间上初步了解光年的
概念,进一步认识到宇宙之大。 , 观察银河系的俯视、侧视图,找出, 通过数据的对比我们很容易判断地
太阳的位置,说说地球的位置。 球、太阳、银河系、宇宙的关系。
可以介绍一些科学史,帮助学生了
解到人类对于太阳系、银河系、宇
宙的认识也是不断发展的。 , 完成《活动手册》p24。
活动二、了解人类探索宇宙过程中的重大事件
学生活动 指导要点
, 小故事:万户飞天 , 让学生初步体会人类勇于牺牲勇于
探索的科学探究精神。 , 阅读交流:人类探索宇宙过程中的, 通过阅读与交流目的是让学生了解
重大事件。 人类探索宇宙的历程,引发学生保
持并关注天文科学的兴趣。 , 问题:我国的探索太空历程又是怎, 选定一个视角,比如航天飞船、人
样的呢, 造卫星、火箭等的发展皆可。
, 交流:中国探索宇宙大事记 , 课前布置让学生去收集一些资料,
通过课内交流与修正进行完善。教
师应提供相关的阅读资料与网络支
持。
, 阅读:中国载人航天工程计划 , 教师可以加入最新的“神舟”系列
宇宙飞船的信息进行补充。也可以
介绍一些国际上载人航天事业的竞
争和发展事例。激发学生关注我国, 小结: 载人航天事业的热情。
人类对宇宙的探索
人类对宇宙的探索
宇宙浩瀚无边,存在很多未解之谜。为了人类自身的生存和发展,地球人对于太空的探索,永无止境。
空间技术和信息技术的交织共融,推动空间系统和空间装备的迅猛发展。借助于高精度大型射电望远镜、哈勃望远镜、各种星际宇宙飞船及探测车等,人类对宇宙不断产生新的发现和认知。
人类已经从月球带回了400 千克月岩、月壤样品,为利用月球壳层来研究地球起源及历史提供了可能;发现水星表面布满环形山,大气层主要由氦离子组成;火星上有巨大的火山、峡谷和宽阔而干枯的河床,大气中95% 是二氧化。 2014 年7 月,科学家发现了银河系最遥远的恒星,其距离地球大约 77.5 万光年。
人类已经登上了月球,向火星也已经发射了30 余艘不同的探测飞船(但只有不到1/3 的飞船成功抵达了火星)。
其他星球上到底有没有生命,一直是地球人类充满好奇的问题。到目前为止,火星是太阳系中除地球外唯一有可能存在生命的行星。在火星上已经开展了三项寻找生命的实验,即放射性同位素示踪、光合作用和呼吸作用生物学实验,但均未找到生命存在的证据。然而,人类仍然怀有希望:如果火星现在没有生命,是否在很久以前曾有生命存在;或许这些生命对人类设计的实验没有反应。
中国目前已经开展了对月球的探测,并计划开展火星之旅,但距离先进国家的深空航天活动,还有不小的距离。当中国第一颗探月卫星“嫦娥”1 号迈出深空探测第一步,抵达38 万千米外的月球时,美国的“旅行者”1 号已经飞出了4 万个地月距离,到达太阳系的边缘。2014 年12 月,日本“隼鸟”2 号宇宙飞船发射升空,旨在探寻小行星上是否具有生命起源的迹象。“隼鸟”号在小行星上成功采样并返回地球,完成了美国也未做到的壮举。目前,中国深空探测器数量远远落后于欧美及日本,在比月球更遥远的深空探测领域,中国目前还是一片空白。
人类对宇宙的新探索[资料]
《人类对宇宙的新探索》说课稿
,各位领导、各位专家大家好~ 今天我说课的课题是《人类对宇宙的新探索》。 一、 说教材 ,
,本节教材内容位于高中地理(必修)上册的第一单元第三节,是高中地理学习的导入课,是人类为了实现飞天的梦想,所做的不懈努力历程。通过对本节的学习,让同学们了解基本的宇宙探索的知识,激发学生努力学习科学知识,立志探索宇宙奥秘的情感。增强民族自豪感。
,二、 说教学目标
,1、 知识与技能目标:通过本节课的学习,让学生了解人类对宇宙的认识是在不断的发展的,知道我国已步入航天技术先进国家的行列。
,2、 过程与方法目标:认识人类研究、开发、利用宇宙的重要意义及其成果。认识当前的“太空污染”危害以及“保持太空清洁”的重大意义。
,3、 情感和价值观目标:通过学习本节内容,让学生树立科学的宇宙观,用全面、发展、辨证的观点来看待一些宇宙现象,并能作出正确的解释。认识人类在不断探测宇宙活动中所获得的科学成就,激发学生努力学习科学知识,立志探索宇宙奥秘的情感。 三、说教学重点和难点 ,
,1、 重点:?人类对宇宙新探索的进程?人类研究、开发、利用宇宙资源的重要意义及其成果。
,2、 难点:认识当前的“太空污染”危害以及“保持太空清洁”的重大意义 。 ,教材内容确定了两个大问题:一是人类对宇宙进行探索的进程。二是人类对宇宙进行探索的目的。因此我们把人类对宇宙新探索的进程和认识人类研究、开发、利用宇宙资源的重要意义及其成果作为本节课的重点。在理解太空垃圾产生原因及危害上同学们有一定的困难,因此把它作为难点。
,四、课时安排:一课时
。
五、说教法
,教无定法,应“以学定法”,这是新课程“以人为本”的教育思想的体现。以此为出发点,本节课根据教学内容的特点和学生年龄特征,学生具有好奇心,爱探索,易受感染的心理特点,容易被新鲜的事物吸引。主要采用以下教学方式:
,1、 探究式教学:在教学中,营造宽松和谐的课堂氛围,激励学生在解决问题中探究。采用互动的方式有利于激发学生学习地理的积极性、主动性,培养学生的创新精神和地理实践能力。
,2、 小组合作学习:这种方式既有利于培养学生的合作学习意识,又能增强学生竞争意识,提高参与各种活动的积极性,促进全体学生的共同发展。
,3、 计算机辅助教学:利用ppt等软件制作地理课件,将文字、图形、动画等媒体综合在一起,创设直观性与探索性相结合的教学情境,以强化教学的直观性,提高课堂教学效率。 ,4、 提问导学法:提出问题让学生采取自学的方式来解决,增强学生自己解决地理问题的
能力。
,5、 视频录相:通过神舟系列飞船的录相,增强学生的爱国主义情感,对学生进行德育渗透。
,六、说学法
,教学矛盾的主要方面是学生的学。学是中心,会学是目的。教师在教学中必须“授之于渔”,
培养学生独立获取知识的能力。本节课主要从以下几个方面渗透学法: ,1、 运用图表:培养学生从各种地理图像中获取地理信息的能力,在地理课中,图表是最重要的一种知识载体,在图表上可以获得很多地理信息,在本节课中要求同学们运用图表来熟悉人类对宇宙进行探索的历程。
,2、 学会合作:通过小组讨论,培养学生的互动能力,使学生学会合作学习。 ,3、 学会探究:使学生在探究性学习中,掌握比较、分析综合等科学的探究方法。 ,七、说教学过程
,创设情景,引入新课. 利用人类生活、生产与地理环境的关系来提出这节课所要解决的问题.
,人类探索宇宙的历史非常悠久,但本课所讲是“新探索”。要突出“新”在何处。从天文探测的角度来看,人造卫星的发射,标志着人类活动范围的又一次飞跃。所以教材以原苏联发射的第一颗人造卫星为起点,介绍人类对宇宙的新探索。
,对于本课重点:?人类对宇宙新探索的进程。利用PPT展示人造卫星和太空探索工具及观看课件图片:《地球磁场》《最遥远的X射线流》《木星表面图片》,回忆《阿波罗宇宙飞船和人类登月》,启发同学们动脑筋回答,然后老师进行总结。
?人类研究、开发、利用宇宙资源的重要意义及其成果。采用小组合作学习和提问导学法。让同学们分组讨论,太空探索可以为人类开发的宇宙资源机开发的意义成果
?对于本节难点~认识当前的“太空污染”危害以及“保持太空清洁”的重大意义 。我会先请同学们进一步阅读课文及1.17图~提出太空资源开发相伴的有什么样的问题,“保护宇宙环境”的问题:太空垃圾是如何产生的,(先由学生思考、回答,教师进行总结)
然后情境创设,用ppt展示地球外层空间中美太空垃圾相撞图片。
引出太空垃圾处理方式:
学生回答完毕,教师对答案加工。
通过这种分层递进的提问方式和综合分析的方法,组织学生分组讨论,然后让学生回答,教师最后归纳总结并板书.这样由浅入深,循序渐进,学生理解起来也就没那么困难了.
小结
本节课联系生活实际,教学中强调图表、数据的运用,通过设计问题情景,引导学生思考问题,调动每一位学生的参与意识和学习积极性。通过录像、图片等多媒体素材来创设情景,引导学生参与,重视协作学习;并且开展小组讨论,让学生在合作与交流中构建宇宙探索、宇宙资源开发和宇宙环境保护的正确观念
八、作业布置
,让学生读一读《神舟铺路、中国撼天》的专题报道,确立一个研究性的课题即“中国航天之路”,让同学们利用互联网等手段来完成。使学生产生强烈的民族自豪感。把爱国主义教育渗透到学生的业余时间中去。
教案的基本内容包括:教学目标要求,教学重点、难点,教具准备,课时安排,教学步骤,板书设计和教后反思等。
一、教学目标的确定
,一,知识与技能知识目标
1.让学生了解人类探测宇宙、开发宇宙和保护宇宙已经取得的成果,明确人类对宇宙的认识在不断深化,理解宇宙探测的意义。
2.培养学生利用资料、图像分析说明问题的能力。
3.培养学生辩正思维能力,正确认识宇宙探测、开发和宇宙环境保护等方面的辩正关系。
,二,过程与方法
学生在教师的引导下,通过教师提供的资料、数据、图像,自己阅读文字和分析图表数据以及小组讨论、交流看法等学习活动,去学习知识、达成目标。
,三,情感态度与价值观
(1)认识地球是我们惟一的家园。
(2)培养学生热爱祖国、热爱科学和不怕艰辛、勇于探索的精神。
二(教学重点~教学难点
重点(1)人类对宇宙的认识在不断深化。
(2)宇宙空间资源。
难点 (1)宇宙空间资源。
(2)宇宙探测的意义。
三(教具准备
插图,黑板,课本,多媒体投影仪
四(课时安排。
1课时
五(教学步骤
〖情境创设〗视频播放《神五升空》
(转承)提问:为什么要探测宇宙,
一、要弄清楚这个问题~首先让我们从现代宇宙探测的轨迹中去寻找。
〖学生活动?〗请同学们读书和地图册,回答以下问题:
(1)人类对宇宙的新探索开始于什么时代,
Ppt展示“东方号”人造卫星图片回答:1957年10月,前苏联用火箭把第一颗人造地球卫星送上太空,开创了从太空观测、研究地球和整个宇宙的新时代。
(2)我们人类使用的探索工具有哪些,ppt展示“旅行者二号”宇宙飞船、“阿波罗”登月舱、人类登陆月球、“阿尔法”太空站、“发现号”航天飞机和哈勃太空望远镜的图片回答:人造地球卫星、载人飞船、航天站、航天飞机、太空望远镜。
(3)人类从太空观测、研究地球和整个宇宙获得了哪些实际利益,回答:军事侦察、空间通信、气象观测、导航、资源调查等等。
(4)我国第一颗人造地球卫星、第一颗返回式卫星以及第一颗地球静止轨道卫星分别是哪一年升空的,叫什么名字,ppt展示“东方红”1号、风云一号、风云二号和东方红2号等中国航天器图片,并列出答案:1970年东方红1号,1975年返回式卫星,1984年东方红2号试验通信卫星)
〖教师设问〗:那么人类对宇宙的新探索到底取得哪些成果呢,
〖情境创设〗:观看课件图片:《地球磁场》《最遥远的X射线流》《木星表面图片》,回忆《阿波罗宇宙飞船和人类登月》,启发同学们动脑筋回答。
〖教师总结〗:从20世纪60年代至今,人类对宇宙空间的观测、探索主要取得了以下几方面的成果:
(1)发现在地球上大气层外存在磁层;
(2)发现宇宙空间存在着大量的X射线和γ射线;
(3)测量了许多行星表面的物理特性和化学成分;
(4)在没有大气干扰的情况下,人类完成了对月球、大行星的逼近观测和直接取样观测。
二、从上述研究中~我们可以发现有许多宇宙资源值得我们去进行开发。
〖学生活动?〗
请同学们分组讨论,太空探索可以为人类开发宇宙资源,提供哪几个选项,
(回答)其中最主要的包括:
1.空间资源
(1)轨道资源:ppt展示“人造卫星轨道”图片,补充:美俄中日韩等国家已经在太空展开了一场争夺卫星“地盘”的空中大战,各国开始了空中“圈地运动”。如每隔几度就申报一颗卫星轨道,360度的整个轨道位置上,几乎是座无虚席。
(2)高真空、强辐射和失重的实验资源
Ppt展示“太空黄瓜”图片,在太空进行农作物育种实验,是中国在农业领域进行的一次高新技术革命。实验证明,在太空遨游的蔬菜种子返回地面后经过培育,其产量和营养含量都要超过普通蔬菜的数倍,具有很高的经济价值。
(3)全球定位和通讯资源
Ppt展示“伽利略计划”图片,空间资源开发的趋向是走上国际合作之路,目前世界上正在运营的全球定位系统(GPS)24颗卫星,由美国研发并控制。总投资约35亿欧元,伽利略系统30颗导航卫星和地面设备将在2008年部署完成,该系统确定地面目标位置的误差仅为1米,而GPS提供的非军用信号的误差达10米。届时美国GPS在卫星导航市场上的独家垄断地位将不复存在。2004年10月9日,中欧伽利略计划技术合作协议在北京正
式签署,中国将投入2亿欧元巨资参与伽利略计划,这也是中国目前最大的对外科技合作项目。
当前,我国利用卫星网络传输电视节目是47套。
2.太空太阳能资源:ppt展示“太空发电厂”图片,太空发电厂由两部分组成:太空部分??太阳能发电卫星,地面部分??接收电站。用火箭将太阳能发电卫星发射到空间轨道上,发电卫星在太空将太阳能转化成电能,通过微波传送到地面接收电站,再向用户供电。
3.矿产资源:ppt展示月球上人类的脚印图片:月岩中含有地球上没有的氦3,这是核聚变反应堆理想的燃料。不少小行星富含矿体。
(转承)地球上资源开发往往伴随着环境的破坏,在太空中,情况有什么不同吗,
〖情境创设〗ppt展示地球外层空间布满太空垃圾图片。
三、请同学们进一步阅读课文及1.17图~太空资源开发相伴的有什么样的问题,“保护宇宙环境”的问题:
太空垃圾是如何产生的,(学生思考、回答,教师总结)
(1)工作寿命终止的航天器;
(2)因意外或有意爆炸产生的碎片;
(3)航天员扔出飞船舱外的垃圾。
目前,太空垃圾大约以每年10%的速度增加,而且体积越来越大。
人类已经向太空发射了5000多个各类航天器,这些航天器仍然在轨道上工作的约有600,800个,2000多个丧失功能已经变成太空垃圾在轨道上遨游,还有2000多个已经解体不知去向。人们通过先进的仪器观测发现,目前在太空中有比苹果大的航天器碎片大约有7000,8000个,小的碎片约有3500万个,共计大约3000吨太空垃圾在日夜不停地绕地球飞行。
〖情境创设〗ppt展示地球外层空间中美太空垃圾相撞图片。
太空垃圾处理方式:
(1)将停止工作的卫星推进到其他轨道上去。
(2)用航天飞机把损坏的卫星带回地球。
学生回答完毕,教师对答案加工。
〖学生活动?〗完成以下问题:
1.下列所给的自然资源为地球上短缺的自然资源的是( a )
A.3He B.56Fe C.4He D.65Zn
2.从1969年至1972年,美国的登月采集月球岩和月壤的飞船名称(b )
A.“火星”号 B.“阿波罗”16号 C.“哥伦比亚号 D.“神舟”号
3.标志着中国是世界上第五个能发射地球静止轨道卫星的国家的卫星名称是( c )
A.“东方红10号 B.“神舟”号 C.“东方红2号 D.“长征”1号
4.下列关于太空垃圾的叙述,正确的是(a )
A.寿命终止的航天器也可成为太空垃圾
B.目前,太空垃圾大约每年以50%的速度增加
C.清除太空垃圾的重要途径是让其在太空中燃烧
D.宇宙空间辽阔,对航天器的威胁不大
6.能为无线通讯服务的地球轨道卫星是指:(d )
A.在地球赤道上空围绕地球运动的人造卫星
B.在地球公转轨道上空围绕地球运动的人造卫星
C.在地球南北两极上空围绕地球运动的人造卫星
D.分布在地球不同地点上空,但都以每小时15度的角速度围绕地球运动的人造卫星
〖提高与拓展〗据说“阿波罗”11号登月是美国人在内华达州沙漠中拍摄的。主要理由有:1、月球上无大气,星条旗怎么会飘扬,2、为什么登月的照片上看不到星辰,你如何考虑,
〖情境创设〗最后:播放“神五”着陆和杨利伟拍摄的太空录像,让学生重温2003年10月16日的历史时刻,涌起爱国主义和探索宇宙的激情~
八、板书设计: