《走近天文》校本课程Word文件下载.docx
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第二章宇宙环境
2.1宇宙起讫问题与假说
2.2宇宙天体类型
2.3恒星
2.4恒星演化
2.5其他天体类型
第三章宇宙中的地球
3.1地球在宇宙中的位置
3.2太阳系（构成、太阳对地球的影响）
3.3月球和地月系
3.4地球的运动及其地理意义
第四章天体力学
4.1万有引力定律
4.2万有引力定律运用
4.3其他天体力学现象
第五章历法
5.1历法概论
5.2阴历
5.3阴阳历
5.4阳历
第六章四季星空
6.1星座简介
6.2春季星空
6.3夏季星空
6.4秋季星空
6.5冬季星空
一、背景分析
天文学是现代基础学科之一。
21世纪人类已进入航天科技时代，掌握和拥有必要的天文学知识成为学生的必须。
我国目前高中还没有开设天文课，这对一些热衷于天文探索的学生是一项空白。
高中地理必修教材也涉及到部分内容，但是远远满足不了学生的需求。
开设天文校本课是高中必修课的重要补充，是教育可持续发展的必然要求，提高我国中学生素质和新课程改革的迫切需要。
二、课程目标
1.知识与能力：
丰富学生的天文知识，形成学生多元化的知识结构，（具体化）
2.过程与方法：
科学地分析问题，探索在高中普及天文教育的实施之路。
3.情感态度价值观：
帮助青少年树立正确的宇宙观与辩证唯物主义的世界观，学会客观看待事物。
内容要求体现思想性、趣味性、知识性的统一。
天文课课程设置为天文教学活动提供的可行性依据。
教学内容主要包括以下内容：
1.天文常识和各种天体的有趣知识，重点讲述天文基础知识，恒星及其演化，星系与宇宙等，
2.天文学历次取得的突破性成果所依据的科学思想与方法，通过教学不断完善课程设置计划。
3.天文观测活动。
通过校本课程总结出适合中学现阶段教育的天文活动模式。
四、课程开设计划
面上必修课和选修课的课时安排已满，无法在学校课表中安排天文校本课，教学方面不能实施统一的教学计划，可通过讲座的形式进行。
教学时间：
12学时
考核方式：
问卷调查
阶段性测验
总叙
专题一宇宙概况
专题二恒星
专题三太阳系
专题四日食和月食
专题五月球和地月系
专题六四季星空
专题七时间和历法
专题八星系和星团
专题九望远镜
附录
参考文献
—
总叙
天文学是研究宇宙内所有天体和散布其中的一切物质的起源、演化、组成、距离和运动的科学，主要通过观测天体发射到地球的辐射，发现并测量它们的位置、探索它们的运动规律、研究它们的物理性质、化学组成、内部结构、能量来源及其演化规律。
天文学的分类
天体测量学：
是天文学中最先发展起来的一个分支。
其主要任务是研究和测定天体的位置和运动，建立基本参考坐标系和确定地面点的坐标。
天体力学：
是研究天体运动和天体形状的科学，以万有引力定律为基础。
天体物理学：
主要研究包括作为整体的宇宙在内的各种天体的性质和结构。
四大文明古国与天文学
古埃及是四大文明古国之一，典型的水力帝国。
受宗教影响极大，举世闻名的金字塔就是古埃及人对永恒观念的一种崇拜产物，也是法老王的陵墓，目前埃及共有八十余座金字塔，其中最大的一座是胡夫金字塔。
除了金字塔以外，狮身人面像、木乃伊也是埃及的象征。
古埃及拥有相当水准的天文学知识，天文学观测和记录由祭司负责，他们通过观测太阳和大犬座a星（即天狼星）的运行制定历法，即科普特历。
古埃及使用太阳历的做法是世界上最早的，这种日历和我们今天所使用的差不多。
古埃及人把一年分为3个季节，每季4个月，他们还发明了水钟及日晷（即以太阳的倒影来计时）这两种计时器，把每天分为24小时。
古埃及人把黄道恒星和星座分为36组，在历法中加入旬星，一旬为10天，这与中国农历的旬的概念类似。
美索不达米亚文明是世界发源最早的文明之一（又称两河文明）发源于底格里斯河和幼发拉底河之间的流域——苏美尔地区（中下游地区）。
美索不达米亚是古巴比伦的所在，在今伊拉克共和国境内。
两河文明的历法很有特色。
在苏美尔阿卡德时代，制定了太阴历，以月亮的阴晴圆缺作为计时标准，定每个月29或30天，12个月为1年（6个月为29天，6个月为30天），每年354天，并发明闰月，通过置闰月的办法调整。
开始依靠经验置闰，后来先后有8年3闰和27年10闰的规定。
把一小时分成60分。
在亚述时期，确定了今天星期的名称和7天1周的规定。
在天文学方面，已经能够区别恒星和五大行星，还观察到黄道。
古印度（公元前2500-前1500年），又译天竺。
在其佛教、文学、哲学、艺术、科学等，对世界文化影响深远。
在天文学上，由于农业生产的需要，古印度很早就创立了自己的阴阳历。
我国古代天文学从原始社会就开始萌芽了。
公元前24世纪的尧帝时代，就设立了专职的天文官，专门从事“观象授时”。
我国最早的天象观察，可以追溯到好几千年以前。
无论是对太阳、月亮、行星、彗星、新星、恒星，以及日食和月食、太阳黑子、日珥、流星雨等罕见天象，都有着悠久而丰富的记载，观察仔细、记录精确、描述详尽、其水平之高，达到使今人惊讶的程度，这些记载至今仍具有很高的科学价值。
这表明远在公元前14世纪时，我们祖先的天文学已很发达了。
举世公认，我国有世界上最早最完整的天象记载。
我国是欧洲文艺复兴以前天文现象最精确的观测者和记录的最好保存者。
古希腊（公元前800年-公元前146年），起源于欧洲南部，地中海的东北部，包括今巴尔干半岛南部、小亚细亚半岛西岸和爱琴海中的许多小岛。
公元前5、6世纪，特别是希波战争以后，经济生活高度繁荣，产生了光辉灿烂的希腊文化，因此古希腊人在哲学思想、历史、建筑、文学、戏剧、雕塑等诸多方面有很深的造诣。
这一文明遗产在古希腊灭亡后，被古罗马人延续下去，进而成为整个西方文明的精神源泉
在希腊化时期产生四位著名的天文学家，他们的研究成就影响深远。
第一位是被誉为“希腊化时代的哥白尼”的天文学家阿里斯塔克（310—230BC），他第一个尝试测量地球和太阳之间的距离，并正确提出地球的面积小于太阳，他甚至天才地提出太阳中心说，认识到地球和行星围绕太阳旋转并进行自转。
第二位是埃拉托色尼，他是历史上第一个用正确的数学方法准确测出地球周长和直径，通过观察太阳高度的变化测量出黄道倾角的人，其测出的地球周长只比今测赤道周长少385.13公里。
同时，埃拉托色尼也是首先使用“地理学”名称的人，从此代替传统的“地方志”，写成了三卷专著。
埃拉托色尼还用经纬网绘制地图，最早把物理学的原理与数学方法相结合，创立了数理地理学。
第三位是毕迪尼亚的希帕库斯，作为“方位天文学之父”的他发明了“天文数”概念，发现了岁差现象，编造了西方历史上第一个记载恒星的星表，并测定
了上千座恒星并划亮度，算出月球直径及其与地球距离的近似值。
第四位是对后世影响很大的天文学家——托勒密，古希腊天文学家、地理学家和光学家。
托勒密写下了一系列科学著作，他创立的地球中心说主张地球处于宇宙中心，且静止不动，日、月、行星和恒星均环绕地球运行。
托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景，却较为完满的解释了当时观测到的行星运动情况，并
取得了航海上的实用价值，并代表希腊天文学和宇宙学思想的顶峰。
在以后近两
千年内，托勒密学说被奉为天文学的'
'
圣经"
。
中世纪和欧洲近代的天文学
浑天仪是浑仪和浑象的总称。
浑天仪浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表。
它们是我国东汉天文学家张衡所制的。
浑仪模仿肉眼所见的天球形状，把仪器制成多个同心圆环，整体看犹如一个圆球，然后通过可绕中心旋转的窥管观测天体。
尼古拉•哥白尼1473年出生于波兰。
40岁时，哥白尼提出了日心说，并经过长年的观察和计算完成他的伟大著作《天体运行论》。
为了防止教会的迫害，这本巨著直至他去世时才正式出版。
哥白尼的“日心说”沉重地打击了教会的宇宙观，这是唯物主义和唯心主义斗争的伟大胜利。
哥白尼是欧洲文艺复兴时期的一位巨人。
他用毕生的
精力去研究天文学，为后世留下了宝贵的遗产。
伽利略•伽利雷（1564-1642），他是近代实验科学的先驱者，是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。
也是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。
他首先提出并证明了同物质同形状的两个重量不同的物体下降速度一样快，他反对教会的陈规旧俗，由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁。
他以系统的实验和观察推翻了亚里士多德诸多观点。
因此，他被称为“近代科学之父”“现代观测天文学之父”、“现代物理学之父”。
他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。
开普勒（1571-1630）是德国著名的天体物理学家、数学家、
哲学家。
他首先把力学的概念引进天文学，他还是现代光学的奠基人，制作了著名的开普勒望远镜。
他发现了行星运动三大定律，为哥白尼创立的“太阳中心说”提供了最为有力的证据。
他被后世誉为“天空的立法者”。
开普勒第一定律，也称椭圆定律；
也称轨道定律：
每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。
开普勒第二定律，也称面积定律：
在相等时间内，太阳和运动中的行星的连线（向量半径）所扫过的面积都是相等的。
开普勒第三定律，也称调和定律；
也称周期定律：
各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。
牛顿（1643-1727），是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。
他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。
在光学上，他发明了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。
在数学上，牛顿发展出了与莱布尼茨不同的微积分学。
十八十九世纪的天文学
光谱（Spectrum）是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，
被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为
光学频谱。
光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一
部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。
光谱并没有包含
人类大脑视觉所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色。
由于每种原
子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化
学组成.这种方法叫做光谱分析.
红移在物理学和天文学领域，指物体的电磁辐射由于某种原因波长增加的现象，在可见光波段，表现为光谱的谱线朝红端移动了一段距离，即波长变长、频率降低。
红移的现象目前多用于天体的移动及规律的预测上。
在19世纪80年代以前，所有的小行星都是用目视方法发现的，
观察者仔细地把望远镜视场中的每一颗星与事先准备好的星图相对比，寻找那些星图中没有的、缓慢移动着的亮点。
最后通过一段时间的定位观测，用天体力学
定出它的轨道后，确定下一颗新的小行星。
二十世纪至今
赫罗图（Hertzsprung-Russeldiagram,简写为H-Rdiagram）是丹麦天文学家赫茨普龙及由美国天文学家罗素分别于1911年和1913年各自独立提出的。
后来的研究发现，这张图是研究恒星演化的重要工具，因此把这样一张图以当时两位天文学家的名字来命名，称为赫罗图。
赫罗图是恒星的光谱类型与光度之关系图，赫罗图的纵轴是光度与绝对星等，而横轴则是光谱类型及恒星的表面温度，从左向右递减。
恒星的光谱型通常可大致分为O.B.A.F.G.K.M七种，要记住这七个类型有一■个简单的英文口诀"
OhbeAFineGirl/Guy.KissMe!
”
射电望远镜（RadioTelescope）是指观测和研究来自天体的射电波的基本设备，可以测量天体射电的强度、频谱及偏振等量。
包括收集射电波的定向天线，放大射电信号的高灵敏度接收机，信息记录、处理和显示系统等。
乔治•伽英夫（G.Gamov,1904-1968）是俄国著名的物理学家和天文学家。
1928-1932年先后在丹麦的哥本哈根大学和英国剑桥大学师从
著名物理学家玻尔和卢瑟福从事研究工作。
他早年在核物理研究中取得出色成绩，1940年代，伽莫夫与他的学生——拉尔夫•阿尔菲一道，将相对论引入宇宙学，提出了大爆炸宇宙学模型。
“大爆炸宇宙论”认为：
宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。
1929年，美国天文学家哈勃提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律，并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀
宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。
特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。
频率属于微波范围。
宇宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年.大爆炸宇宙学说认为，发生大爆炸时，初始宇宙的温度是极高的，在之后慢慢降温，直到现在约150亿年后，大约还残留着3K左右的热辐射。
浩瀚的宇宙魅力无穷，他吸引着无数的科学志士为之求索探秘。
千百年来，人们为了认识天体和宇宙的奥秘，不屈不挠的探求着。
伟大的波兰天文学家哥白尼有一句名言：
“人类的天职是勇于探索”，我国古代诗人屈原说过：
“路漫漫，其修远兮，吾将上下而求索。
”可见探索宇宙是人类永恒的科学主题。
正是人类一代接一代的探索和辛勤的观测研究，谱写了源远流长的天文学史。
如今人类的思想和行动早已飞出地球和太阳系，正迈着时代的步伐向更深层次进军，是天文学从满了生机和活力。
21世纪，我们新一代人应当继承和发扬优良传统，担起重铸天文学的重任。
专题一宇宙概况
宇宙，是我们所在的空间，“宇”的本义是指“上下四方”。
宇宙，又是我们
所在的时间，“宙”的本意就是指“古往今来”。
一、人类对宇宙的探索历程
1、中国对宇宙的探索
“浑仪”是我国古代的一种天文观测仪器。
在古代，“浑”字含有圆球的意义。
古人认为天是圆的，形状像蛋壳，出现在天上的星星是镶嵌在蛋壳上的弹丸，地球则是蛋黄，人们在这个蛋黄上测量日月星辰的位置。
因此，把这种观测天体位置的仪器叫做“浑仪”
日晷又称“日规”，是我国古代利用日影测得时刻的一种计时仪器。
通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。
铜制的指针叫做“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于天赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。
在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格代表两个小时。
当太阳光照在日晷上时，晷针
的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向
东移动。
于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。
漏刻是我国古代一种计量时间的仪器。
最初，人们发现陶器中的水会从裂缝中一滴一滴地漏出来，于是专门制造出一种留有小孔的漏壶，把水注入漏壶内，水便从壶孔中流出来，另外再用一个容器收集漏下来的水，在这个容器内有一根刻有标记的箭杆，相当于现代钟表上显示时刻的钟面，用一个竹片或木块托着箭杆浮在水面上，容器盖的中心开一个小孔，箭杆从盖孔中穿出，这个容器叫做‘‘箭壶"
随着箭壶内收集的水逐
渐增多，木块托着箭杆也慢慢地往上浮，古人从盖孔处看箭杆上的标记，就能知
道具体的时刻。
后来古人发现漏壶内的水多时，流水较快，水少时流水就慢，显然会影响计量时间的精度。
于是在漏壶上再加一只漏壶，水从下面漏壶流出去的同时，上面漏壶的水即源源不断地补充给下面的漏壶，使下面漏壶内的水均匀地流入箭壶，从而取得比较精确的时刻。
2、国外对宇宙的探索
哥白尼（NicolausCopernicus，1473-1543），波兰天文学家、日心说创立者，近代天文学的奠基人。
哥白尼经过长期的天文观测和研究，创立了更为科学的宇宙结构体系——日心说，从此否定了在西方统治达一千多年的地心说。
日心说经历了艰苦的斗争后，才为人们所接受，这是天文学上一次伟大的革命，不仅引起了人类宇宙观的重大革新而且从根本上动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论支柱。
“从此自然科学便开始从神学中解放出来”，“科学的发展从此便大踏步前进”（恩格斯《自然辩证法》）。
哥白尼著有阐述日心说的《天体运行论》（1543年出版），由于受到时代的局限，在日心说中保留了所谓“完美的”圆形轨道等点。
其后开普勒建立行星动三定律，牛顿发现万有引力定律，以及行星光行差、视差相继发现，日心说遂建立在更加稳固的科学基础上。
开普勒（1571-1630），德国天文学家。
1600年，开普勒到布拉格多年积累的观测资料，仔细分析研究，发现了行星沿椭圆轨道运行，并且提出行星运动三定律（即开普勒定律），为牛顿发现万有引力定律打下了基础。
他的主要著作有《宇宙的神秘》、《光学》、《宇宙和谐论》、《哥白尼天文学概要》、《彗星论》和《稀奇的1631年天象》等。
其中，在《宇宙和谐论》中，开普勒找到了最简单的世界体系，只需7个椭圆就可以描述天体运动的体系了；
在《彗星论》
中，他指出彗星的尾巴总是背着太阳，是因为太阳排斥彗头的物质造成的，这是距今半个世纪以前对辐射压力存在的正确预言；
此外，开普勒还发现了大气折射的近似定律。
爱因斯坦（1879-1955），举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。
十九世纪末期是物理学的变革时期，
他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。
理论天体物理学的第一个成熟的方面—恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的。
爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的难题。
近年来发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本理论工具。
其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。
爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。
他创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念，大大推动了现代天文学的发展。
20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。
他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释.
宇宙的起源：
最初是比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。
至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。
然而，至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持。
二、宇宙的组成
宇宙是物质的，物质以各种形态存在的，聚集态的构成星体，弥散态的构成星云，即云雾状的天体，弥散于广漠的星际空间，极其稀薄称星际物质，包括星际气体和星际尘埃，所有这些物质统称为天体。
1、星体
星体指宇宙中的恒星、行星、卫星、流星、彗星等
恒星是在熊熊燃烧着的星球。
一般来说，恒星的体积和质量都比较大。
只是由于距离地球太遥远的缘故，星光才显得那么微弱。
古代的天文学家认为恒星在星空的位置是固定的，所以给它起名“恒星”意思是“永恒不变的星”。
可是我们今天知道它们在不停地高速运动着，比如太阳就带着整个太阳系在绕银河系的中心运动。
但别的恒星离我们实在太远了，以至我们难以觉察到它们位置的变动。
恒星发光的能力有强有弱。
天文学上用“光度”来表示它。
所谓“光度”，就是指从恒星表面以光的形式辐射出的功率。
恒星表面的温度也有高有低。
一般说来，恒星表面的温度越低，它的光越偏红；
温度越高，光则越偏蓝。
而表面温度越高，表面积越大，光度就越大。
从恒星的颜色和光度，科学家能提取出许多有用信息来。
2、星云
星际物质在宇宙空间的分布并不均匀。
在引力作用下，某些地方的气体和尘埃可能相互吸引而密集起来，形成云雾状。
人们形象地把它们叫做“星云”。
按照形态，银河系中的星云可以分为弥漫星云、行星状星云等几种。
弥漫星云正如它的名称一样，没有明显的边界，常常呈不规则形状。
它们的直径在几十光年左右，密度平均为每立方厘米10-100个原子（事实上这比实验室里得到的真空要低得多）。
它们主要分布在银道面（HOTKEY）附近。
比较著名的弥漫星云有猎户座大星云、马头星云等。
宇宙的形成——宇宙大爆炸学说
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：
整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。
美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙学模型：
宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀。
1965年，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐
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