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111 第一章 浩瀚的宇宙 學案 導學 探索宇宙 【學習指導】 1．了解人類對宇宙的認識在不斷深化。 2．理解宇宙探測的意義。 3．了解宇宙探測的現(xiàn)狀和宇宙環(huán)境的保護。 4．樹立科學的宇宙觀，培養(yǎng)熱愛科學和勇于探索的精神。 【知識結(jié)構(gòu)】 【重難點知識講解】 一、人類探索宇宙的歷程 從古代起，人們就幻想穿過地球大氣層，飛上太空。1957年10月，原蘇聯(lián)用火箭把第一顆人造地球衛(wèi)星送上了天，開創(chuàng)了從太空觀測、研究地球和整個宇宙的新時代。例如，各種科學衛(wèi)星和空間探測器上天后，發(fā)現(xiàn)了地球大氣層外還有磁層；宇宙中存在著大量的X射線、γ射線。還測量了許多行星表面的物理特性和化學成分。 20世紀60年代以來，各種載人飛船、航天站、航天飛機先后進入太空，實現(xiàn)了在沒有地球大氣干擾的情況下，人類對月球、大行星的逼近觀測和直接取樣觀測，以及對宇宙空間環(huán)境的直接探測，極大地充實和豐富了人類對于太陽系和宇宙的知識。 宇宙探測的發(fā)展，不僅使人們進一步了解了地球的宇宙環(huán)境，而且還影響和改變著人們的社會生活。例如，人們利用衛(wèi)星進行軍事偵察、空間通信、氣象觀測，以及尋找資源、為飛機導航等，從中獲得許多實際利益。 在1957年世界第一顆人造衛(wèi)星上天，到1981年世界第一架航天飛機試航成功，在這短短的24年中，人類對宇宙的認識，已經(jīng)從空間探索階段，逐步進入到了空間開發(fā)利用的新階段。 我國的航天事業(yè)起步于20世紀50年代中期，現(xiàn)在已經(jīng)步入世界上航天技術(shù)先進國家的行列。 二、宇宙資源的開發(fā) 人類進入宇宙空間并開始適應、研究、認識、開發(fā)和利用空間環(huán)境，這是人類文明史上的一次大飛躍。宇宙環(huán)境蘊藏著豐富的自然資源。 1、空間資源。利用極其遼闊的宇宙空間，人造衛(wèi)星可以從距離地球數(shù)萬千米的高度觀測地球，迅速、大量地收集有關(guān)地球的各種信息；利用高真空、強輻射和失重等地面實驗室難以模擬的物理條件，可以在衛(wèi)星上進行各種科學實驗，例如在生物衛(wèi)星上研究失重對昆蟲、微生物、植物的生長、發(fā)育和代謝的影響。 2、太陽能資源。太陽能是地球最重要的能源。但是，其絕大部分能源不能穿透地球大氣層到達地表。如何最大限度地利用太陽能，是擺在科學家面前的科研課題。 3、礦產(chǎn)資源?？茖W家們對航天員從月球上帶回的月巖標本進行了分析，發(fā)現(xiàn)月巖中含有地殼里的全部元素和約60種礦藏，還富含地球上沒有的能源氦3，它是核聚變反應堆理想的燃料。此外，在火星和木星之間的軌道上運行著成千上萬顆小行星，其中不少小行星富含礦體。 空間開發(fā)活動，無論規(guī)模和技術(shù)，還是經(jīng)濟投入，都已不是一個國家所能獨立完成的。因此，空間資源開發(fā)的一個趨向是日益走上國際合作的道路。 三、宇宙環(huán)境保護 人類向宇宙空間發(fā)射的各種航天器，固然有著十分重大的科研和應用價值，但是不可避免地會產(chǎn)生太空垃圾。例如工作壽命終止的航天器、因意外或有有意爆炸產(chǎn)生的碎片，以及航天員扔出飛船艙外的垃圾等。這些空間垃圾大約以每年10%的速度增加，而且體積越來越大。由于空間垃圾和航天器之間的相對速度很大，一般為幾千米每秒到幾十千米每秒，因此即使輕微碰撞，也會造成航天器的重要損壞。面對這種情況，科學家們大聲疾呼“保護太空清潔!”現(xiàn)在，航天專家已經(jīng)開始研究限制太空垃圾產(chǎn)生的辦法，例如，將停止工作的衛(wèi)星推進到其它軌道上去，以免同正常工作的衛(wèi)星發(fā)生碰撞；用航天飛機把損壞的衛(wèi)星帶回地球，以減少空間的大件垃圾。 【學海泛舟】 人類探索宇宙的歷程 古時候，人們每天看到太陽、月亮和星星東升西落，仿佛看到一個巨大的圓穹形的“天”繞著大地不停地轉(zhuǎn)動。 公元前4世紀，古希臘哲學家亞里斯多德提出了大地是球形的證據(jù)。他說，大地實際上是一個球體，一部分是陸地，一部分是海洋，外面包圍著空氣。還作了論證，朋食時的黑影是地球的投影，它是個圓弧，可見地球是球體或者是近似的球體。 公元前270年，古希臘天文學家阿里斯塔克曾經(jīng)測定太陽和月亮對地球距離的近似比值，同時還提出地球繞太陽運轉(zhuǎn)的理論?？墒沁@古代樸素的“日心說”，在那時候卻沒有人相信。 在歐洲，基督教認為，宇宙萬物都是上帝創(chuàng)造的，《圣經(jīng)》中說，上帝花了6天工夫“創(chuàng)造了世界”。有1天，上帝來到一片空蕩虛無、黑黝黝的空間，他把它分為天和地，又創(chuàng)造了光，把光亮和黑暗分開，就有了晝和夜。第2天，又創(chuàng)造了光，把光亮和黑暗分開，就有了晝和夜。第2天，又創(chuàng)造了空氣，把天和地之間用空氣隔開。第3天，他又把地上的水聚在一起，使海陸分開，讓陸地生長出青草、蔬菜和果樹。第4天，他創(chuàng)造了太陽、月亮和星星，普照大地。第5天，他又創(chuàng)造了飛鳥和游魚，使世界更富有生氣。第6天，上帝又創(chuàng)造了昆蟲、野獸和牲畜，還嫌美中不足，又按照自己形象創(chuàng)造了人，讓人來管理世界上的一切。他對自己的杰作感到十分滿意，到了第7天，他便休息了，并把第7天定為圣日，也就是人們所說的禮拜（星期日）。 公元2世紀，希臘天文學家說，地球處于宇宙的中心，太陽、月亮和行星，都是圍繞著地球轉(zhuǎn)動的。這種“地球中心說”正符合“上帝創(chuàng)世說”的需要，為它提供了“科學依據(jù)”。《圣經(jīng)》成了當時檢驗真理的標準，誰要是宣傳和《圣經(jīng)》不同的觀點，誰就是“異端邪說”，誰就褻瀆了“神靈”，誰就要受到宗教法庭的嚴厲制裁。因此，在漫長的歷史時期里，科學真理的傳播被禁錮了。 到了16世紀，波蘭天文學家哥白尼在《天體運行論》一書中首先提出：地球不是宇宙的中心，地球和其他行星一樣，都是繞著太陽運動的，而地球也在不停地自轉(zhuǎn)著。 哥白尼完成了這部著作后，猶豫了36年才拿出來出版。書一出版，即遭到了羅馬天主教會的激烈反對。他們宣布太陽中心說是“異端邪說”，燒了哥白尼的書，殘酷迫害傳播哥白尼學說的人。 意大利思想家布魯諾宣傳和發(fā)展了哥白尼的思想。他說，地球并不是宇宙的中心，它不過是繞著太陽運行的一個石頭而已?？臻g是遼闊的，宇宙是無限的，星星都是一些遙遠的太陽。 教會將布魯諾送進監(jiān)獄，罪名是反對《圣經(jīng)》。布魯諾堅強不屈，最后卻被送到火弄場上活活燒死。 真理的聲音是元法燒毀的。在布魯諾死后9年，德國天文學家刻卜勒出版了《新天文學》一書，第一次指出行星運動的軌道是橢圓形的，太陽的位置在橢圓形的一個焦點上。 意大利科學家伽利略站在威尼斯的圣馬爾谷教堂塔樓上，第一次用望遠鏡觀測浩瀚的天空，發(fā)現(xiàn)了哥白尼假設(shè)的天文事實，有4個衛(wèi)星在繞木星不停地轉(zhuǎn)動。伽利略也因此受到迫害。 真理是扼殺不了的，哥白尼的學說被越來越多的科學家證實。地球照樣轉(zhuǎn)個不停。 之后，德國科學家開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運動的規(guī)律，英國科學家牛頓又進一步證明了行星圍繞太陽運行是受到“萬有引力”的作用，從而進一步揭示了宇宙的秘密。 現(xiàn)在，人們可以利用巨大的天文望遠鏡和先進的射電望遠鏡，對宇宙中遙遠的天體進行觀察。還可以利用人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等把儀器和人送到宇宙空間或其他星球上，探索更多的宇宙秘密。 通過多年的探索，現(xiàn)在人們知道： 太陽并不是宇宙中唯一的恒星。天空中閃爍著群星，都是像太陽一樣能發(fā)光的恒星。它們距離地球很遠，其中最近的也有4.22光年。（光年是計量天體距離的單位，光每秒傳播約30萬千米。） 有些恒星離我們太遠，肉眼無法分辨。如果通過天文望遠鏡觀察，可以發(fā)現(xiàn)：橫貫天空的銀河，原來是由許多恒星構(gòu)成的。這個龐大的恒星集團，大約有1000億~2000億顆恒星，構(gòu)成“鐵餅”形，直徑約10萬光年。人們把這個龐大的恒星集團叫做銀河系。我們的太陽系是銀河系的一員，距銀河系中心約3萬光年，與眾多恒星一起，圍繞銀河系中心運動著。 銀河系在宇宙中并不是唯一的恒星集團。在銀河系外還有很多像銀河系一樣的龐大的恒星集團，例如仙女座星系、獵犬座星系。我們把銀河系以外的恒星集團，叫做河外星系。目前，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約10億個河外星系，這些河外星系也都在運動著。 銀河系和我們現(xiàn)在所能觀測到的所有河外星系，被稱做總星系。 現(xiàn)在，用射電望遠鏡已能觀測到100億光年外的宇宙空間情況，但仍沒有找到宇宙的邊緣。 【同步練習】 一、單選題。 1．人類對太陽的逼近觀測開始于（　 ） A．1973年美國發(fā)射的大型載人航天站“天空實驗室” B．1969年至1972年美國的“阿波羅”登月計劃實施 C．1957年原蘇聯(lián)的第一顆衛(wèi)星上天 D．1973年原蘇聯(lián)發(fā)射的大型載人航天站“天空實驗室”。 2．目前人類對宇宙空間的探索正處在（ 　） A．很好地保護階段　　　　　　　　　　　 B．空間開發(fā)階段 C．初步探索階段　　　　　　　　　　　　 D．大規(guī)模開發(fā)階段 3．宇宙空間資源的特點是（ ?。? A．空氣濃、強輻射、失重　　　　　　　　 B．高密度、強輻射、失重 C．高真空、弱輻射、失重　　　　　　　　 D．高真空、強輻射、失重 4．下列不會造成空間垃圾污染的是（ ?。? A．工作壽命終止的航天器　　　　　　　　 B．航天員扔出飛船艙外的垃圾 C．航天器有意或無意爆炸產(chǎn)生的垃圾　　　 D．返回型人造地球衛(wèi)星 5．空間垃圾的主要危害是（　 ） A．污染大氣　　　　　　　　　　　　　　 B．危害人體健康 C．造成航天器的重大損壞　　　　　　　　 D．落到地面，毀壞建筑 6．開發(fā)宇宙能源資源主要是指開發(fā)其（ 　） A．重力能　　　　　　　　　　　　B．天體引力能 C．太陽能　　　　　　　　　　　　D．風能 7. 在衛(wèi)星上進行科學實驗往往會取得比地球上更好的效果，是由于那里（ ?。? A. 高真空、強輻射、失重 B. 高真空、弱輻射、失重 C. 高密度、強輻射、失重 D. 低真空、強輻射、失重 8. 人類對宇宙探測的手段按發(fā)展順序排列的是（ ） A.人造衛(wèi)星——載人飛船——航天站——航天飛機 B.航天飛機——人造衛(wèi)星——航天站——載人飛船 C.人造衛(wèi)星——航天飛機——載人飛船——航天站 D.載人飛船——航天飛機——人造衛(wèi)星——航天站 9．關(guān)于宇宙資源的敘述，錯誤的是（ ） A．遼闊的宇宙空間屬于可開發(fā)的資源 B．宇宙空間的高真空、強輻射、失重狀況均屬資源 C．宇宙中的太陽能源比地球表面豐富得多 D．太陽系小行星的巖體中富含地球上沒有的能源3 He 10．以下有關(guān)宇宙的說法，錯誤的是（ ） A．宇宙是用時間和空間來表達內(nèi)涵的 B．宇宙是物質(zhì)的，物質(zhì)處于難以預料的運動和發(fā)展中 C．目前，人類所能觀測到的宇宙半徑大約是200億光年 D．隨著空間探測技術(shù)的發(fā)展，人類觀測到的宇宙范圍將不斷擴大 11．人類探索宇宙的目的是（ ） A．了解宇宙發(fā)展規(guī)律，控制其向有利于人類的方向發(fā)展 B．地球人口過多，向宇宙空間轉(zhuǎn)移 C．研究、認識、開發(fā)和利用宇宙環(huán)境 D．保護地球以外的生命 12．從古到今，人類對宇宙的探索未曾停息且不斷發(fā)展，以下說法正確的是（ ） A．1969年，原蘇聯(lián)用火箭把第一顆人造地球衛(wèi)星送上太空 B．1972年，美國的“阿波羅”登月計劃，使人類首次涉足月球 C．1990年，世界第一架航天飛機試航成功 D．1999年，我國第一艘載人航天實驗飛船“神舟”號發(fā)射升空 二、雙選題。 1．下列清除空間垃圾的有效措施是（ ?。? A．將停止工作的衛(wèi)星推進其他軌道上　　　 B．減少航天器發(fā)射 C．用航天飛機把損壞的衛(wèi)星帶回地球　　　 D．建立空間垃圾站 2．關(guān)于我國航天事業(yè)的發(fā)展正確的是（ 　） A．起步于20世紀60年代中期 B．1970年發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星 C．1975年成為世界上第三個掌握衛(wèi)星返回技術(shù)的國家 D．20世紀90年代開始承擔國外商業(yè)性的衛(wèi)星發(fā)射 3. 目前太空垃圾的主要來源是（ ?。? A．小行星爆炸　　　　　　B．工作壽命終止或爆炸的航天器 C．彗星升華的物質(zhì)　　　　D．航天員扔出飛船外的垃圾 4. 有關(guān)我國航天事業(yè)的發(fā)展，敘述正確的是（ ?。? A. 起步于20世紀60年代中期，發(fā)展速度較快 B. 1970年發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星 C. 1975年成為世界上第三個掌握衛(wèi)星返回技術(shù)的國家 D. 20世紀90年代開始承擔國外商業(yè)性的衛(wèi)星發(fā)射 5. 宇宙探測的發(fā)展，影響和改變著人們的社會生活，主要表現(xiàn)為（ ?。? A. 利用氣象衛(wèi)星更準確地預報天氣 B. 從空中研究地球，因隔有厚厚的大氣層，不能為人類尋找資源 C. 利用衛(wèi)星進行無線電長波通訊 D. 利用衛(wèi)星為飛機、輪船導航，為汽車導向 三、綜合題。 材料1：繼1999年11月20日我國第一艘載人航天試驗飛船“神舟一號”發(fā)射成功后，我國在2001年1月20日和2002年3月25日又成功發(fā)射“神舟二號”和“神舟三號”載人試驗飛船?！吧裰鬯奶枴憋w船也將在年內(nèi)發(fā)射升空。 材料2：載人航天是人類開發(fā)利用空間資源的重要手段。自1961年4月12日人類首次進入太空成功后，載人航天一直是當代世界科技史上最攝人心魄的樂章。發(fā)展載人航天也就成為世界大國綜合國力的重要標志。 材料3：2002年10月23日上午11時17分，我國自行研制的第二代傳輸型遙感衛(wèi)星“中國資源二號”在山西太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功?！爸袊Y源二號”衛(wèi)星發(fā)射成功和穩(wěn)定運行，標志著我國航天遙感技術(shù)日臻成熟。 閱讀上述三則材料，結(jié)合相關(guān)知識完成下列問題： （1）世界上把第一顆人造地球衛(wèi)星和第一個宇航員送上天的國家是（ ） A、美國 B、前蘇聯(lián) C、中國 D、法國 （2）人類探索宇宙的目的是（ ） A、了解宇宙發(fā)展規(guī)律，控制宇宙空間 B、開發(fā)和利用宇宙環(huán)境資源 C、地球人口過多，準備向宇宙空間轉(zhuǎn)移 D、發(fā)現(xiàn)、保護地外生命 （3）目前人類開發(fā)利用的宇宙自然資源主要有（ ） ①空間重力資源 ②空間太陽能資源 ③空間礦產(chǎn)資源 ④宇宙生物資源 A、①② B、③④ C、②④ D、①④ （4）我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”成功發(fā)射于（ ） A、1970年 B、1960年 C、1975年 D、1984年 （5）簡述載人航天器進入太空的重要意義。 （6）我國成功發(fā)射“神舟號”系列飛船的意義是什么？ 【參考答案】 一、單選題 1．A 2．B 3．D 4．D 5．C　　　 6．C 7. A 8. A 9. D 10. B 11. C 12. D 二、雙選題 1．AC 2．BC 3．BD 4．BD 5．AD 三、綜合題 【簡析】試題以我國成功發(fā)射的“神舟”系列載人試驗飛船為背景材料，引出世界和我國開發(fā)利用宇宙太空資源的成果及前景?！吧裰邸陛d人試驗飛船是我國高科技領(lǐng)域繼“兩彈一星”之后，規(guī)模最大、系統(tǒng)最復雜、技術(shù)難度最高的大型工程，“神舟”載人試驗飛船的發(fā)射成功有利于提高我國的綜合國力和在世界上的大國形象，為我國開發(fā)利用宇宙太空資源創(chuàng)造條件。 【參考答案】 （1）B（2）B（3）A（4）A （5）載人航天器進入太空實現(xiàn)了在沒有地球大氣干擾的情況下，人類對月球、大行星的逼真觀測和直接取樣觀測，以及對宇宙空間環(huán)境的直接探測，極大地充實和豐富了人類關(guān)于太陽系和宇宙的知識。 （6）我國成功發(fā)射“神舟”載人試驗飛船是中國航天史上一項重要的里程碑，標志著中國將成為繼美、俄之后第三個掌握載人航天技術(shù)的國家，展示了中國綜合國力的提高，對增強中華民族的自豪感和國民凝聚力、提高中國的國際地位意義深遠。 111