人教版高中語文《宇宙的未來》導學案

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1、 13 宇宙的未來 學習目標 1、學習本文生動、幽默的演講風格，感受語言的幽默生動帶來的親和力和輕松感。 2、感受科學精神，增進科學素養(yǎng)，培養(yǎng)科學思辨能力和愛科學、用科學的熱情。 學習重點 學習本文生動、幽默的演講風格，感受語言的幽默生動帶來的親和力和輕松感。 學習難點 準確地感知和理解文中重要語句。 學習課時 一課時 學習方法 自主、合作、探究 知識鏈接： 1、關于作者 斯蒂芬.霍金，是本世紀享有國際盛譽的偉人之一，現(xiàn)年60多歲，出生于伽利略逝世周年紀念日，劍橋大學應用數(shù)學及理論物理學系教授，當代最重要的廣義相對論和宇宙論家。70年代他與彭羅斯一道證明了著名的奇

2、性定理，為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎。他因此被譽為繼愛因斯坦之后世界上最著名的科學思想家和最杰出的理論物理學家”。他還證明了黑洞的面積定理。他擔任的職務是劍橋大學有史以來最為崇高的教授職務，那是牛頓和狄拉克擔任過的盧卡遜數(shù)學教授。他擁有幾個榮譽學位，是皇家學會會員。他因患盧伽雷氏癥（肌萎縮性側索硬化癥），禁錮在一張輪椅上達20年之久，他卻身殘志不殘，使之化為優(yōu)勢，克服了殘廢之患而成為國際物理界的超新星。他不能寫，甚至口齒不清，但他超越了相對論、量子力學、大爆炸等理論而邁入創(chuàng)造宇宙的“幾何之舞”。盡管他那么無助地坐在輪椅上，他的思想卻出色地遨游到廣袤的時空，解開了宇宙之謎。 霍金

3、教授也是現(xiàn)代科普小說家，他的代表作是1988年撰寫的《時間簡史》，這是一篇優(yōu)秀的天文科普小說。作者想象豐富，構思奇妙，語言優(yōu)美，字字珠璣，更讓人咋驚世界之外，未來之變，是這樣的神奇和美妙。這本書至今累計發(fā)行量已達2500萬冊，被譯成近40種語言。1992年耗資350萬英鎊的同名電影問世?；艚饒孕抨P于宇宙的起源和生命的基本理念可以不用數(shù)學來表達，世人應當可以通過電影——這一視聽媒介來了解他那深奧莫測的學說。本書是關于探索時間本質和宇宙最前沿的通俗讀物，是一本當代有關宇宙科學思想最重要的經典著作，它改變了人類對宇宙的觀念。本書一出版即在全世界引起巨大反響?！稌r間簡史》對我們這些喜用言語表達甚于方程

4、表達的讀者而言是一本里程碑式的佳書。它長于一個對人類思想有接觸貢獻者之手，這是一本對知識無限追求之作，是對時空本質之謎不懈探討之作。 2、中西古代對宇宙的關注與研究 中國古代的宇宙學說，有渾天說、蓋天說、宣夜說等。渾天說認為，“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞子中黃，孤居于天內，天大而地小。天表里有水，天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮?！?《張衡渾儀注》)蓋天說認為，“天似蓋笠，地法覆盤”(《晉書?天文志》)，天地都是穹形的，如同一個同心的球穹，相距八萬里。宣夜說認為，“天了無質，仰而瞻之，高遠無極，眼瞀精絕，故蒼蒼然也?！?《晉書?天文志》)就是說“天”不是一個固體的“天穹

5、”，不過充滿了無邊無際的氣體，日月星辰都在這氣體中浮動。 在西方，古希臘人也有多種宇宙學說。公元前600年左右，住在米利都的古希臘哲學家泰利斯認為地球是一個圓盤，漂浮在一片汪洋中。他的弟子阿那克西曼德認為天空是包圍地球的一個球層，恒星在內層，太陽和月亮在外層。畢達哥拉斯認為，地球、月亮、太陽、行星和恒星都在一個同心球上圍繞中央作為旋轉。托勒密總結了古希臘的天文學成就，著《天文學大成》，認為地為球形，靜止不動，處于宇宙的中心，其他天體圍繞地球運行，創(chuàng)立了“地心說”，統(tǒng)治西方天文學界一千四百多年，直到波蘭天文學家哥白尼在16世紀發(fā)表《天體運行論》，創(chuàng)立日心說。17世紀，意大利物理學家和天文學家伽

6、利略親手制造天文望遠鏡，開拓了人們的天文視野。德國天文學家開普勒提出了行星運動的三大定律，英國物理學家牛頓用力學的引力原理解釋開普勒的行星運動定律，創(chuàng)立了天體力學。 3、宇宙大爆炸理論簡介： 現(xiàn)代宇宙學最有影響的學說是大爆炸宇宙學。大爆炸宇宙學認為，宇宙早期溫度極高(在100億度以上)，物質密度極大。在那里，物質被壓縮成一個奇點，時間和空間都毫無意義。大約200億年前，發(fā)生“爆炸”，溫度逐漸冷卻，形成各種各樣的恒星體系，也就是我們今天所能觀測到的宇宙。 宇宙大爆炸學說是逐漸形成的。20世紀初，愛因斯坦的相對論改變了科學家研究宇宙的方法。1927年，比利時天文學家勒梅特第一個提出了動態(tài)宇宙

7、模型，認為宇宙是從一種“原始原子”不斷分裂、膨脹形成的。他推測：如果宇宙中物質的質量小于某個臨界值，宇宙就會繼續(xù)膨脹下去，成為“開放的宇宙”；反之，就會坍縮，成為“閉合的宇宙”。1948年，出生在俄國的美籍物理學家伽莫夫發(fā)展了這一理論，提出了“大爆炸”學說。 大爆炸學說得到了以下天文觀測的支持。(1)河外星系有系統(tǒng)地譜線紅移(課文中涉及到)。1917年，美國天文學家斯里弗發(fā)現(xiàn)河外星系譜線有系統(tǒng)地向紅端移動，表明這些遙遠的天體正在離我們遠去。1929年，美國天文學家哈勃發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的星系都有紅移現(xiàn)象。星系距離越遠，紅移越大。這種紅移與距離之間的線性關系，稱為哈勃定律。(2)在各種不同的天體上

8、，氦的密度相近，大都是30%。根據大爆炸理論，早期宇宙溫度很高，所以產生氦的效率也很高。(3)測定各種天體的年齡，均小于200億年。(4)宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)(課文中涉及到)。 4、黑洞解答 究竟什么是黑洞?黑洞是由具有極大質量的超巨星在塌陷時所形成的，恒星的核心在本身重量的影響下非?？焖俚氖湛s，并釋放出強勁的暴發(fā)能量，如果核心物質大得使塌陷無限地繼續(xù)下去，便產生了黑洞，在重力巨大的擠壓下，所留下的物質有難以想像的高密度。由于黑洞的質量非常大，使得它們具有強大的重力場，這些力量大的連光線也無法逃出它的手掌心，這也就是為什么它要叫做黑洞的原因了，在它的邊界內你看不到任何東西。 “黑洞”，

9、顧名思義就是一個漆黑的洞。因其引力過強，以至于連自己發(fā)出的光線都無法由其中逃脫而出。就連光線由外射入，也像射入無底洞。然而大質量塌縮的恒星是如何到達此情境的呢?試想一物體于一塌縮星的表面，隨著恒星塌落而凝縮，不停的靠向中心，重力愈來愈強。(天體的重力離中心愈近愈大)而恒星愈收縮，要離開它的表面速度要求愈大。當恒星塌縮到到光速時，已幾乎無任何物體可逃脫而出。而塌縮到光速都無法逃出時，任何物體都不可能再從黑洞中出來。當恒星塌縮到此一境界時，這時黑洞所呈現(xiàn)的半徑就稱為「史瓦西半徑」。假設地球也做如此的塌縮，那此時地球的史瓦西半徑就為一厘米寬。但恒星并非一定凝縮到此程度才形成不可逃脫的表面。質量愈大，

10、其史瓦西半徑內的物質密度愈小。如質量是太陽一億倍的，縮到水的密度便達到史瓦西半徑了。 　　黑洞是一去不復返的深淵，但在靠近黑洞時，由于時間的延滯，會發(fā)生許多奇妙的事。黑洞旅行者穿越事界，按他的計時系統(tǒng)來說，只是很短的時間，但對遠方的觀測者來說，其結果卻是恰恰相反。他看見愈近事界，宇航員的身影愈薄，接近事界愈緩慢。火箭無限靠近事界，但總不能到達。外界的人看事界亦為如此，也是越塌縮越緩慢，形狀也越朦朧，塌縮星就像是漸漸凝住了，所以以前把這現(xiàn)象叫做「塌縮星凝止」。凝止的界面就稱為「凝止界面」(Staticlimit)。而當塌縮接近事界時，星光迅速黯淡。對于是太陽質量十倍的星，就在凝止那一剎那，在百

11、萬分之四秒內全部化為烏有。所以我們無從得知黑洞是如何形成的。然而黑洞周圍的時空彎曲的性質，對人的壽命有特殊影響。它周圍的時間進度緩慢，也許這可以做為一種變時機制，勇敢涉足于事界邊緣也許可以不老不死。但在黑洞的邊緣要求很大的加速度。愈靠近黑洞，要求的加速度越大，時間延滯也越厲害。 理論上，黑洞的質量并沒有多大或多小的限制。任何大小的質量如果被壓縮到足夠高的密度，在理論上都有可能形成黑洞。我們認為大多數(shù)實際存在的黑洞是有大質量的恒星死亡后產生的，所以我們認為那些黑洞和那些大質量的恒星一樣重。一個恒星級黑洞的典型質量差不多是太陽的十倍，或者說是10^(30)千克。天文學家們也認為許多星系的中心都有

12、質量巨大的黑洞。它們的質量大約是太陽的一百萬倍，或者說是10^(36)千克。 預習檢測： 1、注音 恍惚 混飩 迄今 告罄 臭名昭著 模棱兩可 2作者及其相關內容： 霍金，英國 學家。其作品《 》在全世界行銷千萬冊，本文是霍金在1991年1月在 的一次演講。 學習內容： 1、課文談的內容要點是什么？ 2、這篇演講稿的結構思路怎樣？ 質疑探究 1.根據作者的論述，我們目前所能看到的宇宙物質最多是“臨界值”的百分之一，似乎

13、不足以使宇宙坍縮。然而作者又指出，“也許存在足夠的暗物質，使宇宙最終坍縮”。宇宙中存在暗物質的證據是什么?作者又舉了哪兩種假說，說明現(xiàn)在的宇宙密度可能就在臨界狀態(tài)? 2.試舉出三個例子，分析本文演講語言的表達效果。 3、霍金對宇宙未來的預言主要有哪些觀點？ 課堂精煉 1、作者在第一段中為什么說“即便我們知道了制約宇宙的有關定律，我們仍然不能利用它們去語言遙遠的未來”？原因分析錯誤的一項是（ ） A.物理方程的解會呈現(xiàn)出一種稱作混沌的性質。 B.方程可能是不穩(wěn)定的。 C.制約大腦的方程幾乎肯定具有混沌行為，初始態(tài)的非常

14、小的改變會導致非常不同的結果。 D.我們只是對宇宙的有關定律有所了解，缺乏深入的研究。 2、為什么科學“不能預言人類社會的未來”，卻“可以預言宇宙遙遠的未來”（ ） A.因為前者是混沌的，不確定的；而“宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的，而不是混沌的。因此我們可以預言宇宙遙遠的未來”。 B.人類社會的未來是復雜的，而宇宙的行為在非常大尺度下是混沌的。 C.因為前者是確定的，所以預言困難；而“宇宙的行為在非常大尺度下是混沌的，因此我們可以預言宇宙遙遠的未來”。 D.人來社會的未來根本就無法語言的，因為方程是唯一的，宇宙的行為在非常大尺度下是有規(guī)律的，因此我們可以預言宇宙

15、遙遠的未來。 3、下列對作者對宇宙的未來的預言與巫師、宗教預言家對人類社會未來的預言的說法錯誤的一項是（ ） A.作者的預言是有科學根據的，是運用天體物理學理論進行的科學推測、科學預言。 B.巫師、宗教預言家的預言是沒有科學根據可言的。 C.因為制約大腦的方程式混沌的，所以.巫師、宗教預言家對人類社會的預言注定就是荒唐的。 D.作者對宇宙的未來的預言與巫師、宗教預言家對人類社會未來的預言，就本質來說，沒有區(qū)別，因為人類社會的未來根本就是無法預言的。 4、本文在論述過程中，常常用一些生動的修辭方法來說明事理。對此，下列說法不正確的一項是（ ） A.“例如，如果你稍

16、微改變一下你旋轉輪賭盤的方式，就會改變出來的數(shù)字。你在實際上不可能預言出來的數(shù)字，否則的話，物理學家就會在賭場發(fā)財?！边@個比喻生動地說明了“即便我們知道了制約宇宙的有關定律，我們仍然不能利用它們去預言遙遠的未來”。 B.“這有一點像是再投胎。如果有人聲稱一個新生的嬰兒是和某一死者等同，如果該嬰兒沒從他的以前的生命遺傳到任何特征或記憶，這種聲稱有什么意義呢？人們可以同樣地講，它是完全不同的個體?！庇眠@個比喻形象地說明宇宙在大擠壓處終結后，并不是任何發(fā)生在“之后”的事件都是另一個相分離的宇宙的部分。 C.“宇宙的其他地方對于地球上發(fā)生的任何事物根本不在乎?！庇脭M人的手法說明在一段時間之后，就不

17、可能預言運動的細節(jié)。 D.“在地球大氣的情形下，這個時間尺度是五天的數(shù)量級，大約為空氣繞地球吹一圈的時間?！庇脭M人的手法形象地說明人們沒有辦法對具體的天氣情況作出準確的預報。 5、這篇文章語言幽默風趣，在說明科學道理的同時，創(chuàng)造出一種輕松愉快的氣氛，體現(xiàn)了演講詞的特點。試舉出例子，分析其表達效果。 拓展延伸 閱讀與作者有關的短文，然后思考問題。 霍金是一位偉大的科學家。人們對他的敬重，不僅在于他在理論物理方面的巨大貢獻，還在于他對人類的這些貢獻，是在身患絕癥、全身癱瘓的情況下作出來的。一見到霍金的名字，不禁使人想到了高士其。 對于現(xiàn)在的青少年來說，高士其的名字很可能

18、是陌生的，但對于上世紀五六十年代的青少年來說，高士其可是一個響當當?shù)拿??！案呤科洹比齻€字頻頻出現(xiàn)在報刊電臺和中小學的課本上，如果要說偶像，高士其可是那個時代許多青少年心目中的偶像。 霍金與高士其，兩人何其相似乃爾！ 其一，他們都是科學家。 其二，他們都是身患絕癥，全身癱瘓的科學家。 1927年，高士其入芝加哥大學醫(yī)學研究院攻讀細菌學，次年，在實驗時不慎，受甲型腦炎病毒感染，留下嚴重后遺癥，后來病情不斷加重，造成全身癱瘓。那一年，高士其23歲。 1962年，霍金從英國牛津大學畢業(yè)到劍橋大學讀研究生，也是在“次年”，體檢時，被確診患上了 “肌萎縮性脊髓索硬化”這一無法治愈的疾病，后來，

19、身體每況愈下，以致全身癱瘓。那一年，霍金才21歲。 其三，他們的科學研究，都是在身體致殘以后，在常人難以想象的極為艱難的情況進行的。 高士其致殘后，他仍以超人的毅力，堅持學完了細菌學博士研究生的全部課程?；貒螅墓ぷ鞯闹匦霓D到了科普創(chuàng)作上。他的手癱瘓后，筆握不住了，甚至連說話也困難，即使在這種情況下，他仍然堅持創(chuàng)作。他先打好腹稿，然后艱難地發(fā)出模糊的喉音‘嗯嗯、喔喔’，一個字一個字地口述，由秘書、妻子和護士記錄整理。有時為了弄清一個字，往往要反復哼二十幾遍，記下一段話，要用半天時間…… 霍金致殘并癱瘓后，再也無法用自己的聲音表述他的思想，只能借助3個手指操縱按鈕輸入要說的話，再經由語

20、言合成器發(fā)出聲音，他的演講，就是采用這樣一種常人無法想象的困難方式進行的。平常，霍金看書必須依賴翻書頁的機器，讀文獻時需要請人將每一頁都攤在大桌子上，然后驅動輪椅如蠶吃桑葉般地逐頁閱讀；寫作則是以平均一分鐘輸入10個單詞的“慢”速度進行…… 最終，他們都取得了令人矚目的成就。 (1)從這兩人身上，你看到了什么精神品質？ 答： （2）從這兩人的故事中，你受到什么啟發(fā)？ 答： 學習小結 達標檢測 閱讀下面的文字，完成后面題目。 觀測宇宙的新窗口 人類最早用眼睛觀察宇宙，后來出現(xiàn)了光學望遠鏡，增加了觀測的距離，射電、紅外、紫外、X—射線、γ射線等望

21、遠鏡的出現(xiàn)，擴展了觀測宇宙的視野、然而，所有這些觀測手段的基礎，都是接受來自天體的電磁輻射，對于某些缺乏電磁輻射的“暗”天體，我們就會視而不見，引力波探測可以彌補這一缺陷。由于天體都具有質量，因而只要探測器足夠靈敏。它們的運動都可由于輻射引力波而被檢測。預期中的黑洞就是一個例子。黑洞不輻射電磁波，而它們的產生和碰撞都將輻射出強烈的引力波。歷史上每一新的探測工具的使用，都伴隨著重大的天文學發(fā)現(xiàn)，如射電望遠鏡“看”到了中子星，宇宙微波背景觀測發(fā)現(xiàn)3K宇宙背景輻射。可以預測，由于引力波攜帶著天體運動的大量原始信息，引力波探測也將在宇宙觀測上有新的發(fā)觀，引力波探測器將成為研究天然物理學的有力工具。這一

22、前景激發(fā)了天體引力波源的研究熱潮，極大地推動了天文學和天體物理學的進展。1992年物理學諾貝爾獎得主是美國的J. Taylor和R. Hulse，得獎原因是他們對脈沖雙星PSRl913+16的發(fā)現(xiàn)和研究。這是一個罕見的雙脈沖系統(tǒng)，距離地球1. 5萬光年，軌道偏心率大(～0. 6)，由于不對稱性和高速的軌道運動而有強烈的引力輻射，輻射的能量損失使軌道周期變短. 從1974年開始，經過十多年觀測，得出軌道周期率為(-2. 45210)-1288-1。相當于每年變化0.7秒。這與根據廣義相對論引力輻射理論的預期十分準確地符合。這一觀測，成為存在引力輻射的第一間接觀測證據。 人們對引力波探測的興趣，

23、還在于這一探測對人類認識自然的重要作用。從物理學角度看，既然各種引力理論都預言了引力波的存在，并賦予它們以不同的特征(如傳播速度，偏震，能量輻射方式等)。引力波探測的結果將有助于區(qū)分理論的正確與否，從而推動理論研究的進展，對引力波性質的深入了解，有助于引力場量子化學的理論研究，從而為大統(tǒng)一理論做出貢獻。 由于引力波探測需要大量高精儀器和技術，探測的要求將促進這些技術的發(fā)展，超導量子干涉器(SQUID)和大功率釔鋁石榴激光器(Nd：YAG)就是例子。 …… 經過20世紀前40年的努力，以愛因斯坦為代表的學術先驅建立了引力波的理論體系；以韋伯為代表的科技界從60年代開始了引力波的實驗探測，達

24、到理論上檢驗靈敏度要求的引力波探測器可望在20世紀末建成。將近百年的不懈努力，反映了人們追求真知的熱忱。人們期望20世紀末建成的激光引力波探測器，在21世紀的頭十年取得突破，在地球上首次測到引力波訊號。 更多的引力波訊號的獲得將極大地開闊人類的宇宙視野，對獲得的引力波訊號特性的分析將促進人類對引力本質的認識。有人認為，人類一旦掌握了引力波，所導致的社會效應將可與人類掌握電磁波相類比。由于引力波具有極強的穿透力，作為宇宙間的通訊工具將具有無與倫比的優(yōu)勢。 也許最新的探測器仍未能發(fā)現(xiàn)引力波的“芳蹤”。那么，這將是對現(xiàn)有引力理論，特別是廣義相對論的極大挑戰(zhàn)，新的理論必將出現(xiàn)。作為近代科技前沿研究

25、的引力波探測熱潮，在世紀之交的時刻，由于面臨突破而更加“熱”了。近百年的努力使人們充分認識到這一任務的艱巨性，需要各國科學家的共同努力?？茖W家們在這方面已建立起良好的合作關系，新的突破，將是共同努力的結晶，這也是引力波探測的一個特點。 (節(jié)選自胡斯科《引力波探測》) 1、根據文意，下列對引力波探測器的說明，錯誤的一項是( ) A. 歷史上每一新的探測工具的使用，都伴隨著重大的天文學發(fā)現(xiàn)。可以預測，由于引力波攜帶著天體運動的大量原始信息，引力波探測也將在宇宙觀測上有新的發(fā)現(xiàn)，引力波探測器將成為研究天體物理學的有力工具。 B. 達到理論上檢驗靈敏度要求的引力波探測器已經在20世紀末建成

26、。 C. 人們期望20世紀末建成的激光引力波探測器在21世紀的頭十年取得突破，使在地球上首次測到引力波的訊號成為可能。 D. 有可能最新的探測器即引力波探測器仍未能發(fā)現(xiàn)引力波的“芳蹤”。 2、根據文意，關于引力波探測的說明，正確的一項是( ) A. 人們對引力波探測的興趣，關鍵在于這一探測對人類認識自然的重要作用。 B. 引力波探測的實施將有助于區(qū)分理論的正確與否，從而推動理論研究的進展。 C. 對引力波性質的深入了解，有助于引力場量子化學的實驗研究，從而為大統(tǒng)一理論做出貢獻。 D. 引力波探測可以彌補我們對于某些缺乏電磁輻射的“暗”天體視而不見這一缺陷。 3、下列理解符

27、合原文意思的一項是( ) A. 引力波的理論體系的建立，是在經過20世紀前40年的努力，由以愛因斯坦為代表的學術先驅完成的。 B. 在地球上首次測到引力波的訊號的時間在21世紀的頭十年。 C. 宇宙間的通訊工具中具有無與倫比的優(yōu)勢的就是具有極強的穿透力的引力波探測器。 D. 作為近代科技前沿研究的引力波探測熱潮，在世紀之交的時刻，由于更加“熱”了而面臨突破。 4、根據本文提供的信息，以下推斷錯誤的一項是( ) A. 與增加了觀測距離的光學望遠鏡，擴展了觀測宇宙的視野的射電、紅外、紫外、X—射線、γ射線等望遠鏡相比，引力波探測器將成為觀測宇宙的新工具，并將為人們提供觀測宇

28、宙的新窗口。 B. 美國的J. Taylor和R. Hulse發(fā)現(xiàn)并研究了脈沖雙星PSRl913+16這個罕見的雙脈沖系統(tǒng)，經過十多年觀測，得出軌道周期率為(-2. 45210)-1288-1，相當于每年變化0. 7秒，這一觀測，成為存在引力輻射的第一間接觀測證據。這也表明，目前還沒有證明引力輻射的直接觀測證據。 C.從物理學角度看，既然各種引力理論都預言了引力波的存在，并賦予它們以不同的特征(如傳播速度，偏震，能量輻射方式等)，引力波探測的結果將有助于區(qū)分理論的正確與否，從而推動理論研究的進展，對引力波性質的深入了解，有助于引力場量子化學的理論研究，從而為各種假想理論的統(tǒng)一做出貢獻。 D. 如果最新的探測器仍未能發(fā)現(xiàn)引力波的“芳蹤”，那么，這將是對現(xiàn)有引力理論，特別中廣義相對論的極大挑戰(zhàn)；如果這個挑戰(zhàn)成功，新的理論必將出現(xiàn)。 15