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探索宇宙:北斗星的变迁与恒星移动的科学观察

时间:2023-07-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:不过我们知道,我们的世界却不仅限于此。大熊星座的主要亮星连结起来,就像一个勺子,在我国称其为北斗星。通过北斗星可找到北极星。另一个找北极星的方法是通过仙后座。光年就是光在一年中所走过的距离。科学家们通过观测和计算发现,恒星在各个方向上都有移动,以北斗七星为例,其十万年前、现在、十万年后的形状都不一样。

探索宇宙:北斗星的变迁与恒星移动的科学观察

第一课时

【新课导入】

初中学习地理,研究范围还只是地球表面,再加上太阳。不过我们知道,我们的世界却不仅限于此。现在我们就面向整个宇宙,而只将地球作为茫茫宇宙中一个普通的行星。

板书:第一章 地球在宇宙中

设问:宇宙中都有些什么呢?

学生回答略。

讲解:宇宙之含义包括两方面:空间和时间。宇宙是由物质组成的。从微观来看,无非是各种基本物理粒子、物理场和化学原子、分子,从宏观来看,像地球、月球、太阳、星星等,就构成了各种各样的天体,不同的天体可组成不同的天体系统。

板书:第一节 天体和天体系统

一、天体

介绍:人们对宇宙的探索早在人类文明初期就开始了。那时人们用肉眼进行观天,看到日月星辰,而星星又各有不同,有的看起来不动,人们称其为恒星;有的移动,称其为行星;还有彗星、流星等。后来,人们借助于光学天文望远镜,又发现了星云和星系。再后来,加上射电望远镜,人们还发现了中子星类星体黑洞等。所有这些都是宇宙中存在的物质形式,人们通称天体。

提问:进入航天时代以后,出现了许多人造天体,请同学们举一些例子。

过渡:我们在初中研究地球上的地理事物时,首先要确定它们的位置,当时我们采用的是什么方法呢?(地球仪)同样,在研究天体时,我们也可用同样的思路来确定天体的位置,请看,这就是天球仪(演示讲解教具)。

学生阅读:课本中楷体字“天球”一段。

过渡:“天上星,数不清”,天上有许多星星,它们模样都差不多,那么如何区分它们呢?不管是中国人还是外国人,都想到了将较亮的恒星连成一定图形的方法,在中国是以地上的国家都城等来构成这些图形,每一颗亮星都给出一个有意义的名字;而在古希腊,人们用神话来命名这些图形,这就是现在国际上通用星座

板书:二、天体与星座

请看幻灯片:四季星空。

那么到底天上有多少颗星呢?人类在世界各地用肉眼可看到的星大约有6000多颗。

讨论:四季星空为何不同?不同纬度看到的星空是否相同?

讲解:星座就将天球分成了许多区域,为了便于使用,国际上正式规定了88个星座,这样,天球上的每一个天体都属于某一星座。

大熊星座的主要亮星连结起来,就像一个勺子,在我国称其为北斗星。而小熊星座最亮的一颗星就是北极星。通过北斗星可找到北极星。

板图:大熊星座与小熊星座。

北极星位于北天极附近,可用来确定正北的方向。另一个找北极星的方法是通过仙后座

板图:仙后星座与小熊星座。

小熊、大熊和仙后星座都位于北天极附近,是北半球中高纬度终年可见的星座。另外北半球中纬度九月初的21时左右,在天顶附近有牛郎星所在的天鹰座织女星所在的天琴座,它们分别位于银河两侧。而引颈饮银河水的天鹅座,其尾部的天津四恰与牛郎星、织女星形成一个大的直角三角形,是天空中最灿烂的星座。

板图:天鹅星座、织女星座与天鹰星座。

总结全课

第二课时

复习提问:星座数目及九月星空图。

设问导入:宇宙中有各种各样的天体,那么最基本的天体是什么呢?是恒星和星云。

板书:三、恒星和星云

设问:距离我们最近的恒星是哪颗?

引申:太阳是离地球最近的恒星,而且太阳也是一颗典型的主序星。由此你能说说恒星的特点吗?学生讨论。

总结:正如同学们所说的那样,恒星是能自己发光的、球状的天体,其物质状态为气态。

板书:恒星:由炽热气体组成,能自己发光的球状天体。

启发:恒星体积同地球比,要大得多。但我们观测它们时,有的却只能看到一个亮点,即使用世界上最高倍的望远镜来看,也是如此,这说明什么呢?(www.xing528.com)

是的,恒星距离我们十分遥远,以至于我们在量算其距离时,不得不借助于一个极大的距离单位——光年。哪位同学知道光年是指什么呢?

光年就是光在一年中所走过的距离。光是已知传播速度最快的,其速度为多少呢?

好,那就请你粗略地计算一下一光年相当于多少千米。(94605亿千米)

离地球最近的恒星是太阳。那么,距太阳最近的恒星又是哪一颗呢?(半人马座的南门二丙星,即比邻星)它距我们有多远呢?(距地球4.2光年)

启发:恒星之所以称为恒星,是因为其相对位置似乎是不变的,它们静静地挂在天空中,一动不动,可它们是否真的静止不动呢?

当然不是,世界上没有绝对静止的物质,恒星也不例外。只是,恒星相对于我们纵深方向上的移动是不可能由肉眼观测出来的,而且即使是横向的移动,由于恒星距离我们过于遥远,我们通常也不能在短时期内看到它们的位置移动。科学家们通过观测和计算发现,恒星在各个方向上都有移动,以北斗七星为例,其十万年前、现在、十万年后的形状都不一样。

投影:北斗七星图形的变化图。

引导:科学家在观测天空时发现,天空中除了人们最常见的恒星之外,还有一些与恒星明显不同的天体,看上去它们不是一个亮点,而是弥散的不规则的一团,科学家们将其命名为星云。请看科学家们拍摄的一些著名星云图片。

幻灯:猎户座大星云、马头暗星云、蟹状星云、环状星云、羽状星云。

启发:星云离我们同恒星一样遥远,其外貌却不仅是一亮点而已,这说明什么呢?(体积巨大)

深化:是的,与恒星相比,星云的体积要大得多,一般来说,一个普通星云的半径大约为10光年,把太阳和比邻星都包进去是没问题的。星云与恒星之间关系很紧密,现在天文学家们一般认为恒星是星云收缩后形成的,而恒星演化到最后会将一部分或全部物质抛向宇宙空间中,如超新星的爆发,这些物质又是星云物质的来源之一。像刚才我们看到的环状星云,就是超新星爆发而形成的。这样看来,与恒星相比,星云在质量和密度方面有何不同呢?(质量大、密度小)

引导:星云与恒星相比,还有哪些不同呢?

星云是不发光的,当其中有正在形成的恒星或背景上有亮的恒星时,可以受激发光。从其发光的光谱分析来看,其主要成分是氢。

过渡:恒星和星云是宇宙中的天体,它们本身有许多类型。除此之外,宇宙中还有一些其它的天体,有些人们对其了解得还很少,如类星体、黑洞等。宇宙中的天体之间距离都很遥远,是不是它们之间就没有什么联系呢?

我们还是从最近来说吧。我们生活的地球与哪些天体有联系呢?它们是如何联系的呢?

过渡:星云、恒星、行星等天体在宇宙中并不是独立存在的,它们之间往往彼此相关,形成一些系统。请同学们举出一些天体系统的例子。

引导:好,像同学们举出的地月系、太阳系银河系等都是天体系统。那么,这些系统内的天体是如何相互作用的呢?它们之间存在什么形式的关系呢?(互相吸引;围绕旋转)

概括:天体是在不断的运动着的。运动着的天体互相吸引和互相绕转,从而形成天体系统。

板书:四、天体系统

启发:天体系统有大有小,大的天体系统又可包含许多小的天体系统。刚才同学们提到的三个天体系统之间是如何包含的呢?(银河系含太阳系,太阳系含地月系)

挂图讲解:地月系只有两个天体,地球和月球,它们之间的平均距离为384401千米;太阳系则包括太阳、九大行星、数十颗卫星及其它天体,整个太阳系的直径至少100亿千米以上;而银河系则拥有2000多亿颗太阳恒星及恒星系统,包括了我们用肉眼能看到的所有恒星,其主体部分的直径达7万光年,太阳就处于距银河系中心2.3万光年的位置上。

讲解:银河系已如此庞大,是否就是最大的天体系统呢?是否就是我们的宇宙呢?还远远不是。利用天文望远镜,我们可以观测到在银河系之外,还有约10亿个类似的天体系统,它们被统称为河外星系

幻灯:河外星系(仙女座星云,大、小麦哲伦云等)。

目前能够探测到的最远天体,距离地球约为200亿光年。从时间的角度说,我们所观测到的最远天体的信息(电磁波)是它们在200亿年前发出的!这就是人类目前所认识到的整个宇宙,科学家称之为总星系,是最高一级的天体系统。当然,随着空间探测技术的进步,人类对宇宙的认识必然还会进一步扩展。

练习:请同学们将下面不同级别的天体系统,按照它们的相互包含的关系画给出示意图

地月系、太阳系、银河系、河外星系、总星系。

【总结全书】

宇宙中有什么?如何确定天体的位置?最基本的天体是什么?它们有何不同?天体之间的关系怎样?天体系统的层次?

板书设计

第一章 地球在宇宙中

第一节 天体和天体系统

一、天体

二、天球与星座

三、恒星和星云

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