科学九年级下册1 我们的宇宙教学设计

这是一份科学九年级下册1 我们的宇宙教学设计，共7页。教案主要包含了宇宙中的天体系统，宇宙的大尺度分布，膨胀的宇宙等内容，欢迎下载使用。


课题
我们的宇宙
章
一
学科
科学
年级
九
学习
目标
知识与技能：
1.知道星系的概念，了解星系是宇宙的基本组成部分，银河系只是星系中的一员。
2.知道宇宙在大尺度上的结构是均匀的且各向同性的，宇宙是无边的。
3.知道河外星系谱线红移现象。
4.知道宇宙正在膨胀，且是没有中心的膨胀。
过程与方法：
1.通过对“体验没有中心的膨胀”小实验的操作和讨论，初步了解和建立“科学建模”的思想
2.从“宇宙在大尺度上的均匀、各向同性和无边”的相互推理论证初步认识和树立通过相互推理论证来获得科学理论的思想
情感、态度与价值观目标：
1.通过学习使学生树立科学的宇宙观，培养学生热爱科学、勇于探索的精神和学习兴趣
2.使学生建立“事物总是在变化”、“事物总是有联系的”等辨证思维
重点
1.行星、恒星、星团、星系它们之间的关系。
2.宇宙的大尺度分布有哪些特点。
3.举例说明生活中遇到过的多普勒效应。
难点
1.宇宙的大尺度分布有哪些特点。
2.举例说明生活中遇到过的多普勒效应。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
视频：美丽的宇宙
自古以来，人们就一直对宇宙怀有难以割舍的好奇情结。宇宙有多大？宇宙的年龄有多长？宇宙有着怎样的结构？宇宙是从来如此，还是在不断演化？这些问题曾使无数人魂牵梦萦。
观看视频
引入新课
讲授新课
一、宇宙中的天体系统
1.天体层次的划分
按照天体在结构特点（包括体积和质量）、运动规律上的相似性和差异性，天文学家把它们归属于行星、恒星、星团、星系等不同的天体层次。
2.各天体系统的层级关系
(1)行星依附于恒星，在一定的轨道上围绕着恒星运动。
(2)众多的恒星在引力的作用下形成星团。
(3)星系则是由几亿甚至上万亿颗恒星、星际气体及尘埃物质构成的更大的天体系统。
3.星系
(1)现在知道宇宙中大约有1000亿个星系，星系是宇宙的基本组成部分，我们所在的星系称为银河系，银河系只是星系中的一员。银河系以外的星系称为河外星系。
(2)在观测到的星系中，离我们最近的星系叫大麦哲伦星系，离地球有16万光年。
(3)仙女座星系离地球200万光年。
(4)观测到的最远的星系离地球有100多亿光年之遥。
(5)多个星系成团分布形成星系团或超星系团。
4.天体间距离
宇宙中天体的分布非常松散，星系与星系之间的距离是星系大小的几十倍至几百倍。
拓展
宇宙是如此巨大，地球、太阳、银河系在宇宙中，都不过是微不足道的一小点。
二、宇宙的大尺度分布
(教材第3页思考与讨论)
当我们想知道宇宙在大尺度上的物质分布情况时，我们应该去观测星系还是恒星？说说你的理由。
[星系。因为星系中恒星间的距离对比星系与星系之间的距离相当于米和万米的差别，而宇宙中除了未知的暗物质，大部分的物质都集中在星系。而星系间又离得远，所以讨论宇宙大尺度的时候，适合观测的应该是星系。]
要了解宇宙的运动和物质分布等情况，我们必须考察星系的运动和分布。
1.星系的分布
(1)20世纪30年代，天文学家观测了许多星系，发现星系大体上呈均匀分布。
(2)近30多年来，天文学家进一步发现，星系的分布虽然并不绝对均匀，但是在更大尺度上(109光年以上)，宇宙中物质的分布是均匀的。
2.宇宙的分布
宇宙在大尺度上不但是均匀的，而且观测者在各个不同方向上观测到的宇宙状况也相同，即宇宙在大尺度上还是各向同性的。
注意
均匀并不是绝对均匀，而是在更大尺度上的均匀。
3.结论推断
既然宇宙在大尺度上是均匀和各向同性的，那么宇宙各处的状况和特性在大尺度上也应该是相同的，而且宇宙一定是无边的。因为如果宇宙有边，那么边界处不可能是各向同性，所以宇宙是无边的，同样宇宙也没有中心。
(教材第5页思考与讨论)
根据宇宙是均匀和各向同性的这一结论能推断宇宙是没有中心的吗？请说出你的理由。
[可以。因为不管站在宇宙中的哪个位置观察，所得到的大尺度的观测结果都是相同的，由此也可以得出宇宙是无边的，即宇宙没有中心。]
三、膨胀的宇宙
1.谱线红移
天文学家在观测星系时，发现来自星系的光谱线并不在标准的波长位置上，所有谱线的波长都变长，即颜色变红了，也就是说谱线向红端移动了，这个现象称为河外星系的谱线红移。
2.多普勒效应
(1)含义：多普勒效应是波源和观察者之间有相对运动时，观察者接收到的波的频率与波源发出的频率不同的现象。远方急驶过来的火车的鸣笛声变得尖细，离我们而去的火车鸣笛声变得低沉，就是多普勒效应的现象。
(2)发现者
奥地利物理学家多普勒在1842年发现。
(3)应用
多普勒效应从19世纪下半叶起被天文学家用来测量恒星的视向速度，现在多普勒效应已经被广泛地用来观测天体和人造地球卫星的运动。
3.星系间的运动
恒星相对我们太阳系存在视向运动，当一个恒星相对于我们太阳系运动，而且方向是背着我们而去的，那么我们观测到这个恒星发出的光的频率会变低，波长会变长（向远端移动）。
4.膨胀的宇宙
星系之间的相互远离表明，随着时间的推移，星系与星系之间的距离会变得越来越大，也就是说，宇宙正在膨胀。
常见的物体膨胀，都是从一个中心向四周膨胀的。但是，星系之间的退行是相互的，即在每一个星系上都能观测到其他星系离它而去。所以，宇宙膨胀是没有中心的膨胀。
(教材第6页思考与讨论)
[1.有，如火车开过，轮船开过时鸣笛声的变化等。
2.鸣笛声变尖时，波长变短，变低沉时，波长变长。
3.恒星相对我们太阳系存在视向运动，当一个恒星相对于我们太阳系运动，而且方向是背着我们而去的，那么我们观测到这个恒星发出的光的频率会变低，波长会变长（向远端移动)，即颜色变红了。]
(教材第6页活动)
注意：1.由教师演示，所选气球为无花纹的可吹气球。
2.观察要点：小圆点之内的位置，发现小圆点之间的位置都在增大，每个小圆点都似乎在中心，所以不存在真正的中心。
天文学家——哈勃
哈勃（，1889—1953）1889年11 月20日生于美国密苏里州马什菲尔德，1910年毕业于芝加哥大学天文学系，1917年在芝加哥大学获天文学博士学位。1919年10月应聘至美国威尔逊山天文台进行研究工作。此后的岁月，除“二战”期间曾一度离开参与军方的弹道学研究和领导风洞实验研究外，哈勃一直在威尔逊山天文台从事星系和观测宇宙学的研究。
哈勃是星系天文学的奠基人和现代观测宇宙学的主要创始人。他在天文学上的贡献很多，最重要的有四项：在1924年率先确认银河系外还有后来被称为河外星系或星系的遥远恒星系统；在1922年至1926年对星系进行了分类，建立了星系形态的哈勃序列；在1929年提出了著名的哈勃定律，从而引出了宇宙正在膨胀的观念，哈勃定律是20世纪天体物理学中的一个重大发现；从1 926年到1 936年，通过对星系的观测确定在不同距离上的星系分布是均匀的。哈勃是20世纪最伟大的天文学家之一。为了纪念哈勃，20世纪90年代由美国宇航局发射的空间望远镜被取名为哈勃空间望远镜。
知天体的层次划分
知各天体系统的层级关系
知星系
知天体间的距离
了解星系的分布
知道宇宙的分布
得到宇宙的分布的结论推断
知道谱线红移
理解多普勒效应
了解星系间的运动
了解膨胀的宇宙
参与活动
了解哈勃及贡献
自主学习天体的层次划分
自主学习天体系统的层级关系
自主学习星系
自主学习天体间的距离
引导思考完成
自主学习星系的分布
自主学习宇宙的分布
自主学习
自主学习谱线红移
自主学习多普勒效应
自主学习星系间的运动
自主学习膨胀的宇宙
引导完成
完成活动
阅读天文学家——哈勃
课堂练习
1.科学家用仪器观察星系发出的光，可以看到它的光谱，如图给出了太阳的光谱。上世纪20年代，天文学家哈勃发现星系的光谱向长波方向偏移，称之为谱线“红移”。这一现象说明宇宙在膨胀，即别的星系与我们( B )
A.逐渐靠近 B.逐渐远离
C.距离不变 D.无法判断
2.星系是宇宙的基本组成部分，下列天体属于星系的是( D )
A.地月系 B.天王星
C.太阳系 D.银河系
3.下列天体系统中不包括地球的是( A )
A.河外星系 B.太阳系
C.银河系 D.总星系
4.科学假说在科学发现中起着重要作用，但需要相应的现象或证据支持。下列现象与假说对应正确的是( C )
①所有星系都在远离地球而去，星系越远，退行速度越快——大爆炸宇宙论
②关于天堂、人间和地狱的说法——哥白尼的“日心说”
③大西洋两岸大陆轮廓的可拼合性——板块构造学说
④地球有昼夜更替现象——地球是一个球体
A.①②③ B.②③④ C.①③ D.①④
5.下列关于宇宙的认识，正确的是( C )
A.太阳是银河系的中心
B.地球绕日公转周期为一天
C.宇宙是不断膨胀和演化的
D.人类已完全掌握宇宙的奥秘
6.我们的宇宙蕴藏着无穷的奥秘。下列说法错误的是( C )
A.河外星系谱线红移可以推断星系之间正在相互退行远离
B.从侧面看，银河系的主体像一个中间凸起的大透镜
C.太阳黑子、日珥等太阳活动对人类的生产、生活没有影响
D.天宫二号、天舟一号等都是探索宇宙奥秘的航天器
习题训练
知识应用与理解
课堂小结
我们学了什么？
宇宙中存在各种各样的天体。
宇宙在大尺度上物质的分布是均匀的和各向同性，宇宙是无边的。
谱线红移及多普勒效应，宇宙膨胀是没有中心的膨胀。
知识小结
总结概括
板书