高中物理 《宇宙学简介》教案 粤教版选修3-4

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1、宇宙学简介一、教学目标1.知识与技能（1）初步了解宇宙学的发展史（2）关注宇宙学研究的新进展2.过程与方法通过阅读书刊和上网收集资料、同学间交流、观看关于宇宙学的科普影片和录像等形式来关注宇宙学研究的进展3.情感、态度与价值观通过初步了解宇宙学的发展和目前研究的新进展，使学生更深刻感受物理学的价值，认识到“利用科学解决人类社会的问题，是人类改造社会不可或缺的手段”。激发学生热爱科学，促进学生情感的迁移和人性的完善。二、教学过程（一）引入新课放眼无垠夜空，触目所视皆是扣人心弦的悸动。令人无法自已的万里星空，是宇宙造物主鬼斧神工，瑰丽惊艳的传世之作。自从1929年Hubble将人类视野延伸至银河系

2、外，加上1965年发现的3K（更精确的数值为2.735K）宇宙背景辐射以及60年代成功的高能粒子理论，人类的宇宙观有了重大的转变。20世纪末叶人类的宇宙观，更由于观测技术的进步与发展，而有大幅度的成长。其中对宇宙背景辐射（CMB,CosmicMicrowaveBackground）的精密观测与数据陆续出笼，使得宇宙学正式成为实验物理最为令人看好的一支，也吸引大量人力与物力的投入，是最被物理学家看好，最有前景的主流物理之一。（二）进行新课1.人类对宇宙演化的认识宇宙学进展大事随纪1.1608年　HansLippershey建造第一个折射式光学望远镜。2.1609年　Galilei建造第一个折射式

3、光学天文望远镜，并用其作为天文观测之用。3.1668年　IssacNewton牛顿建造第一个反射式光学天文望远镜，并用其作为天文观测之用。4.1917年　GeorgeHale建造完成位于美国加州威尔森山(Mt.Wilson)直径100吋的光学反射式望远镜天文观测站。5.1929年　哈伯(EdwinHubble)在美国加州威尔森山利用光学望远镜观测宇宙，发现银河系外还有其它星系，而且由光谱线红位移现象发现宇宙正在膨胀之中。6.1949年　GeorgeHale负责设计监造位于加州帕洛玛(Palomar)直径200吋的光学反射式望远镜天文观测站完成。7.1965年　ArnoPenzias和Rober

4、tWilson发现2.735K宇宙背景辐射。8.1966年　RainerSachs和ArthurWolfe预测因为介于观测者与最后散射面(lastscatteringsurface,LSS)　间导因于重力场变化的CMB微扰。史称Sachs-Wolfe效应。9.1969年　RashidSunyaev和YakovZel’dovich研究CMB光子和LSS热电子间的康卜敦散射(Comptonscattering)。史称Sunyaev-Sel’dovich效应。10.1989年　CosmicmicrowaveBackgroundExplorer(COBE)升空进入地球轨道。11.1990年　哈伯天文望

5、远镜　(HubbleTelescope,HUT)升空进入地球轨道。1.1999年　对第一类超新星(typeIsupernova)的观测证实宇宙正在加速膨胀之中。2.2001年　MicrowaveAnisotropyProbe(MAP)升空进入地球轨道。3.2002年　台湾AnisotropyMicrowaveBackgroundInterferometerBaselineArray(AMIBA)的原型望远镜即将正式运作。其它大型计划亦是箭在弦上。３０年代的宇宙观20世纪人类有三大创举，除了高得(Godel)的不完整理论(incompletetheory,1931发表)，少有人注意到之外，一般物

6、理学家都耳熟能详的，就是量子力学(Quantummechanics,QM)及广义相对论了，而广义相对论的重要性与影响的深远，更远在量子力学之上。然而，颇令人不可思议的是：广义相对论并没有在大学课程的安排上，受到量子力学般必修的待遇，这其中的缘由实在值得我们重新思考。人类文明史的发展与夜观天象这回事，密不可分。不论东方或西方的天文记载，早在文字一出现就有脉落可循。随后较大的突破，始于400年前的伽利略，他不但确立以实验验证理论的划时代作风，宣告物理学的诞生，他还有一项发明，就是望远镜。这项发明，帮助天文观测以及理论更上层楼。当然，古典的重力理论随后由牛顿创立，在爱因斯坦之前的古典天文史，也算颇有

7、年代了。然而，你可能不知道，我们今天所认识的宇宙，是在20年代末，才由哈伯在加州威尔森山的观测，确立我们现在所熟悉的宇宙及演化模型。还有星星的演化流程与机制，也是在60年代，理论高能物理有了重大突破以后，才逐渐形成今天广为众人接受的大霹厘说今天的样貌。也就是说，你如果活在20年代，你大概会被当代大师的宇宙观吓一大跳！由于90年以前天文观测的误差相当令人难以接受，致使天文与物理之间，如同同床异梦，貌