9.3 银河系 宇宙

1第九章9.3银河系宇宙执教：上海市闵行区诸翟学校乔利亚一、教学任务分析“银河系、宇宙”是拓展型课程中的教学内容，属于宏观的物质结构，天体物理的范畴。“银河系、宇宙”是物质主题下的二级主题。物质主题主要是让学生对物质结构的尺度有一个初步的认识，物质结构大到宇宙，小到微观粒子——分子原子等。空间尺度的数量级从１０２７到１０－１８。随着人类认识能力的提高，这个范围还会扩大。学生在《科学》的学习中对光年、银河系的形状大小和宇宙的起源已有一些初步认识。本节课通过进一步学习银河系、宇宙的基础知识，认识宏观的物质结构，感悟科学的宇宙观。这部分内容是物理学研究物体运动的一般规律和物质结构的重要组成部分，是现代物理学研究的前沿领域——天体物理学的基础。本节课以人类对宏观的物质结构的认识历程为主线，以银河系模拟实验和膨胀的宇宙模型模拟实验为基础，多媒体课件为手段，有关银河系的资料为辅助，让学生了解天体物理学的发展是人们在长期观察天体运行的基础上，逐渐认识银河系的结构和宇宙的过程。本节课的教学要求学生通过模拟星系旋转实验，了解螺旋星系的形状和构成，知道银河系属于螺旋星系。通过简单的模型模拟宇宙的膨胀，了解人类对宇宙的认识，体验天体物理研究的曲折复杂过程，激发学生对科学研究的热情。二、教学目标1、知识与技能（1）知道银河系的构成和星系分类。（2）知道人类对宇宙的初步认识。2、过程与方法（1）通过模拟实验，感受用模拟方法认识银河系空间结构的过程。（2）通过模拟宇宙的膨胀，认识人类对宇宙探索的方法——建立模型。3、情感、态度与价值观（1）通过了解人类对宇宙奥秘的探索过程，感知人类在探索宇宙奥秘过程中付出的艰辛努力和取得的部分成果，养成敢于质疑、勇于实践的科学态度。（2）通过了解人类对宇宙的最新探索，激发对宇宙奥秘的好奇心和物理学习的兴趣，感悟科学的宇宙观。三、教学重点和难点重点：银河系的特征。难点：银河系的空间结构。四、教学资源1、器材：一次性塑料杯子、水、豆粉、筷子、塑料小勺、气球、记号笔、60厘米长的线和米尺。2、课件：自制PPT幻灯片。23、录像：关于银河系、星系和宇宙的视频。五、教学设计思路本设计的基本思路是：以介绍人类对银河系认识历程为主线，以“水漩涡中的豆粉运动”模拟实验为突破点，学生通过观看介绍银河系的视频及阅读关于银河系的资料，认识银河系结构和特征。通过教师介绍河外星系，学生认识不同星系形状和哈勃星系分类标准。学生通过简单的“吹大气球”模拟试验，模拟宇宙膨胀的情形，推测宇宙的起源。学生通过了解介绍天体物理的最新研究成果，激发探索太空的兴趣。本节课要突出的重点是银河系的特征。方法是：（1）教师介绍人类对银河系的认识经历了长期观察、不断探索、大胆推测、及时修正、逐渐接近和认识银河系的真相的过程。（2）学生进行“水漩涡中的豆粉运动”模拟实验，模拟银河系恒星的运动，认识银河系的形状。（3）运用银河系运行的模拟flash动画，让学生了解银河系的结构与特点。本节课要突破的难点是银河系的空间结构。方法是利用“水漩涡中的豆粉运动”的模拟实验：豆粉颗粒相当于数千亿的恒星，水漩涡中心相当于银河系中心旋转，学生从正面和侧面观察，模拟银河系的正面和侧面形状，认识银河系属于螺旋星系。本设计通过两个模拟实验使学生形象化理解银河系、宇宙中天体运动规律和结构，运用多媒体介绍人类对银河系、宇宙曲折的探索过程，使学生了解最前沿的研究领域“天体物理”关于宇宙学的最新进展，激起求知欲与探索宇宙的热情。完成本设计的内容需要1课时。六、教学流程1.教学流程图情景I视频1情景II视频2星系的结构与特点活动I学生实验1情景Ⅲ视频3银河系结构活动Ⅲ学生实验2活动Ⅱ学生讨论情景Ⅳ视频4膨胀的宇宙32、教学流程图说明情景Ⅰ视频1利用多媒体介绍从古至今人类对银河系的认识过程，了解人类曲折的探索过程和取得的成果。活动Ⅰ学生实验1学生模拟星系旋转，了解螺旋星系的构成，认识银河系属于螺旋星系。情景Ⅱ视频2播放银河系行星运行的flash动画，了解银河系结构。活动Ⅱ学生讨论分析人类积累的银河系有关资料，了解银河系的结构与特点。情景Ⅲ视频3哈勃星系分类法，各种类型星系的照片展示。活动Ⅲ学生实验2利用实物模拟的方法将膨胀的宇宙转化为直观的实物模拟实验。情景Ⅳ视频4播放膨胀的宇宙视频，使学生了解现代物理学最前沿的研究领域天体物理的最新进展。3、教学主要环节本设计可分为两个主要的教学环节。第一环节，通过介绍人类认识银河系过程，学生模拟实验和阅读，认识银河系结构和特征。第二环节，通过介绍河外星系，学生了解不同星系形状和星系分类方法。通过模拟试验，学生了解宇宙膨胀的情形，以及天体物理的最新研究成果，激发探索太空的兴趣。七、教案示例（一）引入我们乘坐宇宙飞船，离开“太阳系”……引出课题“银河系、宇宙”。（二）新课1．银河系形状（1）视频1利用多媒体介绍从公元前324年亚里士多、托勒密的认为地球是宇宙中心的“地心说”；公元1579年哥白尼的认为太阳是宇宙中心的“日心说”；1610年，意大利伽利略用望远镜证明“日心说”，太阳是宇宙的中心。1875年英国天文学家威廉·赫歇尔绘出扁平状银河系图。第一次提出了太阳系以外的新的天体系统，太阳在银河系的中心，是宇宙的中心，具有划时代的意义，人类认识的飞跃。1918年美国天文学家沙普进行了四年认真的天体观测，否定了太阳在银河系中心的观点，提出了太阳系在银河系的边缘人马座附近的观点。1926年瑞典天文学家得布拉德认为银河系在转动，1927荷兰天文学家奥尔特认为银河4系绕着中心在自转。（2）学生模拟实验1做法：用筷子快速搅动杯子里面的水，使水形成圆向流动的漩涡，随后将1/2调羹“豆粉”从中央撒入杯中，豆粉相当于数千亿的恒星。观察：停止搅动，观察“豆粉”颗粒在水漩涡中的情况，漩涡中心相当于银河系的中心，并把所看到的正面和侧面的形状画下来。讨论：比较自己所画的图与所展示的银河系照片之间的异同，认识银河系的形状特征。了解引力和旋转速度影响星系的结构。（3）视频2播放银河系行星运行的flash动画，认识银河系的形状及特征。结论；银河系的形状是中间厚边缘薄的螺旋形状。2．银河系结构根据人类积累的银河系有关资料，讨论回答关于银河系宽厚是多少光年？银河系大约有多少颗恒星？太阳系位于银河系什么位置？距离银河系的中心有多远？宽10万光年、厚1万光年，银河系大约有1000多亿颗恒星，太阳系位于银河系的一个旋臂中，距银河系中心2.6万光年。结论：银河系是一个中间厚边缘薄的庞大的旋涡星系，他包容了约1500亿颗恒星和无数弥漫的气体、尘埃物质。3．河外星系特征（1）问题银河系以外是否有星系？各星系的特征是否相同？恒星数量是否一样多？（2）视频31923年美国天文学家哈勃首先发现银河系外的河外星系——造父变星。应用视频和图片，介绍哈勃星系分类法。结论：星系是由一大群运动着的恒星，大量的气体和尘埃组成的物质系统。哈勃星系分类：螺旋星系，椭圆星系，棒圆星系，不规则星系和星云。4．膨胀的宇宙（1）问题你认为由星系组成的宇宙是静态不变的，还是不断变化的？是膨胀的还是缩小的？（２）学生模拟实验2做法：请每组学生将一气球吹到直径10厘米，用笔在气球上分散画6个点记为A-F，A为银河系，其余代表其他河外星系。观察：记录六个点之间的距离，再次吹气直径增加5厘米，再次测量点之间的距离。重复三次。讨论：每次测量时，银河系与其他星系之间的距离是如何变化的，模拟宇宙的膨胀。（3）视频４5应用视频和图片，讲解天体物理理论，科学家根据观测到星系之间距离是增大的，从而提出宇宙是在膨胀，因此提出宇宙大爆炸理论。以及对宇宙探索的最新成果，使学生了解最前沿的天体物理研究领域。结论：宇宙是由大量星系和星云组成的物质系统，并且处在不断膨胀过程中。（三）知识运用4．宇宙之大，无奇不有。对茫茫宇宙来讲，我们只认识了其中很小的一部分。宇宙会永远膨胀下去吗？宇宙有没有边界？这一切都是谜，需要人类进行永恒地探索。5．作业布置：小组查找资料，搜集二至三个有关“银河系”、“宇宙”的謎。