《现代宇宙学教学绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代宇宙学教学绪论（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、, 探索宇宙的奥秘,物理学教授 吴大江著 清华大学出版社 出 版,现代宇宙学 （ modern cosmology ),,第一篇 神秘的宇宙 第1章 神秘的宇宙,第2章 漫话地心说,第二篇 科学宇宙学的诞生,第3章 漫话日心说,第4章 经典力学的时空观,第三篇 时间简史从爱因斯坦、哈勃到霍金,第5章 时空观的革命,第6章 膨胀的宇宙,第7章 宇宙大爆炸理论,第8章 恒星的演化,第9章 暗物质和暗能量之迷,,一幅科学交融的美妙画卷,学习一门不用计算的理科课程；,打开一扇开拓眼界的多彩窗口；,获得一个完善素质的难得机会,和一次感受科学的全新体验；,快快乐乐学物理 高高兴兴得学分 兢兢业业思创新 他
2、日必将成精英,还能获得一块解决自己学科问题的“他山之石”。,,随着人类社会和科学技术的发展，人们的教育观念、教学思想也正在发生重要变化。 “终身学习”、“自主学习”、“学会学习”、 “以问题为中心、以培养学生创新能力为主线” 等现代教育理念已逐渐被人们所接受，并日益成为广大物理教育工作者的自觉行动。,,,,“研究性学习”是一种崭新的 学习方式，这种学习方式彻底 摆脱了传统的“教师讲学生听”的灌输式概念教学模式，它是以问题为中心，以学生为中心，学生成为知识的主动探究者和“发现”者，教师的角色仅仅是一个指导者，协助者和伙伴。研究性学习可以全面培养学生: 1 综合运用所学知识的能力、 2 收集和处理
3、信息的能力、 3 分析和解决问题的能力、 4 语言文字表达能力以及 5 团结协作能力等。,,美国心理学家布鲁纳认为： 教师不是给学生现成的答案， 而是要激发学生的探究心理， 引导他们结合自己的思维特点和已有的经验，发挥个人的创造性，独立思考、主动发现和掌握知识。,,中华民族正在东方大地崛起，整个国民素养有待提高。国民科学文化素养的高低，反映了一个国家和民族竞争力的强弱。对于一个民族，如果缺乏科学文化素养，甚至会引起民族的恐慌。 只有社会公众懂得科学、数学和技术，培养出科学思维的习惯，科学技术在改善生活质量方面的潜力才能发挥出来；如果人们没有科学素养，对一个更美好的世界的期望就会落空。,直击抢盐
4、2011-03-17 11:39:06日本福田核电辐射,,全民科学素养的提高应建立在科学教育的基础上，让青年人了解自然科学在人类文明中的作用，了解人类文明在宇宙演化中的位置，会大大开阔他们的眼界，提高他们学习的兴趣，让他们了解到物理学不断发展、激动人心的内容； 在人类文明的宏大背景下，带领他们进入物理学的殿堂，这样能让他们认识到物理学与人类文明之间的依存关系和相互影响。,,只有社会公众懂得科学、数学和技术，培养出科学思维的习惯，科学技术在改善生活质量方面的潜力才能发挥出来；如果人们没有科学素养，对一个更美好的世界的指望就会落空。,学习物理可以为你提供一种研究自然、欣赏艺术、崇尚科学、热爱生活的
5、新视角。学习时，你可能不能理解某些物理概念，但建议你首先要接受它，进而就会发现这个世界真的很奇妙，也很简单，可以从不同的角度去欣赏它。 文学家和科学家歌德：如果你想超然这个世界，没有比艺术更可靠的途径；如果你想与这个世界结合，没有比科学更可靠的途径。,,让大家分享探索自然奥秘的神奇和这些发现的喜悦，由此涌现出来的现实世界的新的图像。,希望同学们能在轻松、愉快的情况下学习并有所收益。也希望有志于自然科学和社会科学的年轻人从书中得到一些启发，增强自己的科学研究的能力。,青年是科学发现的主力军，“江山代有人才出，各领风骚数百年”，值此中华民族重新崛起之际，青年人不应妄自菲薄，而应无愧于时代，为创建民
6、族的更大的辉煌，为人类文明的进步和发展做出自己的一份贡献，“士不可以不弘毅，任重而道远”。,,大学物理学课程是一门重要的基础课，它也是为提高学生的现代科学素质服务的。为此，物理课程应提供一定范围、一定深度的系统的现代物理学知识作为科学素质的基础，为学生学习后续课程以及将来从事各项工作、科学研究打下必要的物理基础的同时，培养学生的科学观思想、科学方法和科学态度，训练学生掌握科学的思维方法，提高分析问题、解决问题的能力并引发学生的创新意识。,近代物理的概念、研究方法和实验技术在各学科的广泛应用，是各类高层人才所必须具备的知识，学了物理的应该很自豪！,,期末考试开卷 题型构成与比例：,,宋代观察超新
7、星.flv,,宇宙论是一门既古老又年轻的学科。作为宇宙里高等生物的人类不会满足于自身的生存和种族的绵延，还一代代不懈地探索着存在和生命的意义。中国古代就有超新星SN1054的遗迹-蟹状星云的图象相关记录，如图所示。,,图1.2 星空 亮星分布 各向同性,,“哈勃”上演的五大科学发现,1990年发射，于距地面600千米、周期95分钟轨道上2.4米口径镜片，可以在光学、紫外和红外波段进行观测 2002年3月添加the Advanced Camera for Surveys (ACS),美国哈勃太空望远镜走过20年.flv,,1.一个处于加速状态的宇宙,三颗距离地球最遥远的超新星,通过观测遥远爆炸恒
8、星发出的光线，“哈勃”帮助天文学家发现了暗能量。这种能量充斥着宇宙各个角落。暗能量是一种神秘的能量形态，能够产生与引力相反的排斥力。此外，这架望远镜还发现了能够证明暗能量数十亿年来一直与引力“拔河”的证据。在暗能量的影响下，星系之间以不断提高的速度彼此远离对方，进而让宇宙不断膨胀并且速度越来越快。,,2.宇宙多大了？,宇宙年龄应该在137.5亿年左右,,3.星系处于不断成长状态,通过研究不同时代的星系，天文学家可以了解星系如何随时间变化。这个过程就好比是一个大相册，里面记录着一个人从孩童到成年的各个成长阶段。“哈勃”太空望远镜还对星系稠密的中心区域进行了探测，提供了几乎所有超大星系中心地带都含
9、有超大质量黑洞的决定性证据。,,4 .探寻系外行星踪迹,“哈勃”望远镜在一颗木星大小的系外行星的大气中首次探测到有机分子。此处的艺术想象图展现了这颗行星。“哈勃”太空望远镜1990年发射之时，天文学家尚未在太阳系以外发现一颗行星。如今，已有400多颗系外行星被发现，其中大多数是地面望远镜的成果。不过，“哈勃”望远镜却对系外行星搜寻工作做出了独特的贡献。这台功勋望远镜的研究表明，银河系可能拥有数十亿颗行星。,,5. 揭开暗物质神秘面纱,a、b、c分别是35亿年前、50亿年前和65亿年前暗物质在宇宙中的三维分布,天文学家利用“哈勃”望远镜的观测数据，结合引力透镜技术，通过研究50万个遥远的星系的照
10、片，绘制出暗物质的三维图。,,开普勒太空望远镜,开普勒太空望远镜在银河系的一个片断。位于中心的是一颗有行星TrES-2绕其轨道运行的恒星，TrES-2每60分钟绕其运行一周。图片用不同颜色对恒星进行分类，较为明亮的恒星呈现出白色，较为暗淡的恒星则呈红色。据悉，这张图片只是开普勒所拍全景图的千分之一。,开普勒拍摄的全景图，覆盖了相当于两个“肩并肩”北斗七星的区域。图片中的TrES-2和NGC 6791被特意标注出来，后者是一个有着80亿年历史的星团。,,斯皮策太空望远镜,由美国宇航局的斯皮策太空望远镜拍摄的，展示的是银河系中部3个婴儿级恒星；它们是首批最新被发现的恒星。斯皮策之所以顺利完成这一使
11、命的原因在于：其它望远镜很难看穿银河系中央的尘埃。,摄于2009年4月末，展示的是螺旋星系NGC 2841。NGC 2841位于距地球大约4600万光年的大熊星座。图中蓝色区域所对应的波长最短，代表的是星系内历史最为悠久的恒星以及位于前景的恒星。红色区域意味着温度更低，是NGC 2841的多尘气态区域。,,赫歇尔太空天文望远镜,欧洲航天局于5月发射的赫歇尔太空天文望远镜是迄今为止制造的体积最大的太空望远镜。这张图片是赫歇尔所拍首批图片中的一幅，展现的是螺旋星系M51。不同的颜色与望远镜光电导体阵列照相机与分光计的不同波长带相对应。蓝色区域代表的是被年轻恒星加热的温尘埃，红色区域则代表冷尘埃。,
12、,星系进化探测器,这张紫外图片是由美国宇航局的星系进化探测器拍摄的，展示的是我们熟悉的星云NGC 3242。威廉赫胥尔(William Herschel)于1786年发现这个星云，并将其称之为“木星的”。天文学家表示，图中白线最有可能是恒星在红巨星阶段喷射的物质，经过这一阶段，恒星将最终变成白矮星。,,拥堵的太空高速公路,图片分别由哈勃太空望远镜和钱德拉X射线天文台拍摄。图片展示的是一个名为“MACSJ0717”的系统，距地区54亿光年。天文学家将这一系统称之为“宇宙中最为拥堵的太空高速公路”，4个单独的星系团在这一区域内上演三重碰撞。,,这张全天图是美国宇航局伽玛射线大区域太空望远镜一架安装
13、在费米伽马射线太空望远镜上的高能伽玛射线望远镜在其运行的前95小时内拍摄的。图片展示了银河系(中部)平面明亮的喷射、明亮的脉冲星以及质量超大的黑洞。,,太阳黑子环,太阳上即使较安静的一天也是忙忙碌碌的。此紫外线图像表明明亮发光的气流弧围绕着太阳黑子。,美国哈勃太空望远镜走过20年.flv,,阔边帽星系,这是宇宙中最庄严上镜的星系之一，名为阔边帽星系(M104)，是一颗炽白的球根状核心周边环绕厚厚尘埃缘的盘旋形星系。从地球上看出，此星系有点倾斜，倾斜度为向北倾斜6度。此星系命名为阔边帽星系是因为它酷似墨西哥的阔边帽。,,太空蚂蚁,“蚂蚁星云（Menzel 3或Mz 3）”酷似一只有头和胸部的普通
14、蚂蚁。此图像以10倍的清晰度揭示了此“蚂蚁”身体其实是一对炽热的突出物，是由一颗像太阳似的垂死恒星产生的。,,完美风暴,哈勃图片拍到了Messier 17 (M17)的小部分画面，这里是恒星产生的温床。M17也叫天鹅星云，距离人马星座大约5500光年。此波状形气体被来自年轻的特大恒星的紫外线强烈辐射所塑造和照亮。,,天空宝石,哈勃拍到的 爱斯基摩星云（Eskimo Nebula）有壮观图像表明此行星状星云其实是一颗像太阳似的垂死恒星残留下的光辉。,,建造之柱,是海底围栏？魔法城堡？还是太空大毒蛇？哈勃于1995年4月1日，在M16天鹰座大星云中拍到了这张鹰星云像柱子似的结构图像，是新形成的恒星。这些奇异的暗色柱子似的结构其实是凉爽的星际氢气和尘埃纵队，充当新恒星的孵化器。,,壮观的螺旋星系,哈勃望远镜拍到的此新漩涡星系图像呈现了此螺旋星系的经典特征，从它诞生新恒星的弯曲
