高二上冊語文《宇宙的未來》教案

教學目標

1。品讀文中描述的有關宇宙未來的預測，從而引發對宇宙探索的興趣。

2。培養科學思辨能力和愛科學、論科學的熱情。

3。感受演講語言的幽默生動帶來的親和力和輕鬆感。

教學重難點

1、提煉本文的要點，增強概括能力。

2、探究本文的內涵，增強分析能力。

3。準確地感知和理解文中重要語句。

教學過程

【導入新課】

1、關於作者

斯蒂芬。霍金，是本世紀享有國際盛譽的偉人之一，現年60多歲，出生於伽利略逝世週年紀念日，劍橋大學應用數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性定理，爲此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎。他因此被譽爲繼愛因斯坦之後世界上最著名的科學思想家和最傑出的理論物理學家“。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爲崇高的教授職務，那是牛頓和狄拉克擔任過的盧卡遜數學教授。他擁有幾個榮譽學位，是皇家學會會員。他因患盧伽雷氏症（肌萎縮性側索硬化症），禁錮在一張輪椅上達20年之久，他卻身殘志不殘，使之化爲優勢，克服了殘廢之患而成爲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造宇宙的”幾何之舞“。儘管他那麼無助地坐在輪椅上，他的思想卻出色地遨遊到廣袤的時空，解開了宇宙之謎。

霍金教授也是現代科普小說家，他的代表作是1988年撰寫的《時間簡史》，這是一篇優秀的天文科普小說。作者想象豐富，構思奇妙，語言優美，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。霍金堅信關於宇宙的起源和生命的基本理念可以不用數學來表達，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。本書是關於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。《時間簡史》對我們這些喜用言語表達甚於方程表達的讀者而言是一本里程碑式的佳書。它長於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。渾天說認爲，”渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞子中黃，孤居於天內，天大而地小。天表裏有水，天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮。“（《張衡渾儀註》） 蓋天說認爲，”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，相距八萬裏。宣夜說認爲，”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“，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爲地球是一個圓盤，漂浮在一片汪洋中。他的弟子阿那克西曼德認爲天空是包圍地球的一個球層，恆星在內層，太陽和月亮在外層。畢達哥拉斯認爲，地球、月亮、太陽、行星和恆星都在一個同心球上圍繞中央作爲旋轉。托勒密總結了古希臘的天文學成就，著《天文學大成》，認爲地爲球形，靜止不動，處於宇宙的中心，其他天體圍繞地球運行，創立了”地心說“，統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世紀發表《天體運行論》，創立日心說。17世紀，意大利物理學家和天文學家伽利略親手製造天文望遠鏡，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，創立了天體力學。

3。 宇宙大爆炸理論簡介：

現代宇宙學最有影響的學說是大爆炸宇宙學。大爆炸宇宙學認爲，宇宙早期溫度極高（在100億度以上），物質密度極大。在那裏，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，發生”爆炸“，溫度逐漸冷卻，形成各種各樣的恆星體系，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宇宙模型，認爲宇宙是從一種”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於某個臨界值，宇宙就會繼續膨脹下去，成爲”開放的宇宙“;反之，就會坍縮，成爲”閉合的宇宙“。1948年，出生在俄國的美籍物理學家伽莫夫發展了這一理論，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）河外星繫有系統地譜線紅移（課文中涉及到）。1917年，美國天文學家斯里弗發現河外星系譜線有系統地向紅端移動，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現，幾乎所有的星系都有紅移現象。星系距離越遠，紅移越大。這種紅移與距離之間的線性關係，稱爲哈勃定律。

（2）在各種不同的天體上，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，均小於200億年。

（4）宇宙微波背景輻射的發現（課文中涉及到）。

4黑洞解答

究竟什麼是黑洞？黑洞是由具有極大質量的超巨星在塌陷時所形成的，恆星的核心在本身重量的影響下非常快速的收縮，並釋放出強勁的暴發能量，如果核心物質大得使塌陷無限地繼續下去，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。由於黑洞的質量非常大，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，這也就是爲什麼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“，顧名思義就是一個漆黑的洞。因其引力過強，以至於連自己發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。然而大質量塌縮的恆星是如何到達此情境的呢？試想一物體於一塌縮星的表面，隨著恆星塌落而凝縮，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）而恆星愈收縮，要離開它的表面速度要求愈大。當恆星塌縮到到光速時，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。當恆星塌縮到此一境界時，這時黑洞所呈現的半徑就稱爲「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爲一釐米寬。但恆星並非一定凝縮到此程度才形成不可逃脫的表面。質量愈大，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，由於時間的延滯，會發生許多奇妙的事。黑洞旅行者穿越事界，按他的計時系統來說，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。外界的人看事界亦爲如此，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，所以以前把這現象叫做「塌縮星凝止」。凝止的界面就稱爲「凝止界面」（Static limit）。而當塌縮接近事界時，星光迅速黯淡。對於是太陽質量十倍的星，就在凝止那一剎那，在百萬分之四秒內全部化爲烏有。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，也許這可以做爲一種變時機制，勇敢涉足於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，黑洞的質量並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。我們認爲大多數實際存在的黑洞是有大質量的恆星死亡後產生的，所以我們認爲那些黑洞和那些大質量的恆星一樣重。一個恆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。天文學家們也認爲許多星系的中心都有質量巨大的黑洞。它們的質量大約是太陽的一百萬倍，或者說是10^（36）千克。

5。字形辨析

沮：沮喪 棱：模棱兩可 沌：混沌 輻：輻射

咀：咀嚼 凌：凌雲壯志 燉：清燉 幅：幅員

【整體把握】

1、課文談的內容要點是什麼？

①科學家有信心預言未來。

②巫師的預言模棱兩可，宗教的預言屢測屢敗。

③物理方程、制約大腦的方程具有混沌性，因此我們不能預言人類；而宇宙的行爲在非常大尺度下卻是簡單的`，而不是混沌的，因此我們可以預言宇宙遙遠的未來。

④宇宙的未來有兩種可能，一是繼續膨脹下去，二是收縮以至坍縮成一個點。是膨脹還是坍縮，取決於宇宙的平均密度。

⑤宇宙現在的密度非常接近於把坍縮和膨脹區分開來的臨界點上，所以兩種可能都會發生。

2、這篇演講稿的結構思路怎樣？

這篇演講，從古代巫師的預言，談到近代宗教的預言，然後過渡到自己對宇宙未來的預言，結構嚴謹，重點突出。作者運用天體物理學理論，對宇宙未來作出了兩種預測，一是繼續膨脹下去；二是收縮以至坍縮成一個點。是膨脹還是收縮，取決於宇宙的平均密度。”如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹。但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮，而時間就會在大擠壓處終結。“可”現在密度似乎非常接近於把坍縮和無限膨脹區分開來的臨界密度“，所以兩種結果都有可能。

【內容探究】

1。作者在第8段中爲什麼說”即使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“？爲什麼第10段又說”儘管我們知道制約人類行爲的方程，但在實際上我們不能預言它“？

明確：”因爲物理方程的解會呈現出一種稱作混沌的性質“，”方程可能是不穩定的“;同樣，”制約大腦的方程幾乎肯定具有混沌行爲，初始態的非常小的改變會導致非常不同的結果“。

2、爲什麼科學”不能預言人類社會的未來“，卻”可以預言宇宙遙遠的未來“？

明確：因爲前者是混沌的，不確定的；而”宇宙的行爲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“。

3。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有何不同？

明確：前者是有科學根據的，是運用天體物理學理論進行的科學推測，科學預言；而後者是沒有科學根據可言的。——其實，從上面的題目就可知道，人類社會的未來根本就是無法預言的，因爲方程是混沌的，所以巫師、宗教預言家對人類社會的預言註定就是荒唐的。

4。對宇宙未來的預言，關鍵是要弄清宇宙的什麼問題？

明確：”對宇宙未來的預言，其關鍵問題在於：平均密度是多少。“

5。作者認爲宇宙的未來會是怎樣的？

明確：會有兩種可能：”如果它比臨界值小，宇宙就將永遠膨脹，但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮。“

6。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麼？作者又舉了哪兩種假說，說明現在的宇宙密度可能就在臨界狀態？

明確：宇宙中存在暗物質”一個證據來自於螺旋星系“，”必須存在某種看不見的物質形式，其引力吸引足以把這些旋轉的星系牢牢抓住“;”另一個證據來自於星系團“，”要不是引力吸引把星系抓到一起，這些星系團就會飛散開去……所以，在星系團中我們觀測到的星系以外必須存在額外的暗物質“。作者爲了說明現在的宇宙密度可能就在臨界狀態，列舉了兩種假說，”一種是所謂的人擇原理“，另一種是”極早期宇宙的暴漲理論“。

7。試舉出三個例子，分析本文演講語言的表達效果。

明確：例如：①”……這些日期使股票市場下瀉。雖然它使我百思不解，爲何世界的終結會使人願意用股票來換錢，假定你在世界末日什麼也帶不走的話。“這句話讓人在笑聲中悟到人類自身的某些缺陷和某些思維誤區。②”據說，1844年是第二次迴歸的開始，但是首先要數出獲救者名單。只有數完了名單，審判日才降臨到那些不列在名單上的人。幸運的是，數人名看來要花很長的時間。“這句話幽默中含着揶揄和諷刺，揭露了宗教預言師的荒謬，表現了對方屢測屢敗卻又想方設法自圓其說的尷尬與可笑。③”如果暴漲理論是正確的，則宇宙實際上是處在刀鋒上。所以我正是繼承那些巫師或預言者的良好傳統，兩方下賭注，以保萬無一失。“聽衆明知作者做的是科學的預言，和巫師他們完全不同，可作者卻有意將自己降爲他們的同類，一是說明自己恰好也有兩種預測，二是順勢又對他們進行嘲諷。這種智慧的表達既帶來了輕鬆愉悅的氣氛，又大大增加了自己與聽衆的親和力。

8、霍金對宇宙未來的預言主要有哪些觀點？

明確：（1）宇宙的膨脹和坍縮與宇宙的平均密度有關，如果平均密度小於某個臨界值，它就會永遠膨脹。如果平均密度大於臨界值，宇宙就會坍縮，時間本身就會終結。

（2）在螺旋星系和星系團中應該存在有某種看不見的暗物質，它的引力吸引足以把高速旋轉的星系牢牢抓住，不至於使這些星系或星系團飛散開去。

（3）如果宇宙繼續膨脹下去，五十億年後，太陽將耗盡它的核燃料，變成一顆白矮星。在大約一百億年後，具有太陽質量的恆星將變成白矮星或中子星，具有更大質量的恆星會變成黑洞。

（4）黑洞中粒子的速度有可能超過光速逃出黑洞，只要有足夠長的時間，巨大的黑洞也可以”蒸發“掉。

（5）在星系或星系團之外，應該存在有足夠的暗物質，這些暗物質能使密度達到臨界值，從而可能會使宇宙最終坍縮。但這個時間肯定在一百五十億年之後。

【特色析要】

這篇演講稿有什麼特色？

1、生動的導引

這篇科技論文是演講辭，具有演講的特點。預言宇宙的未來，雖然是一個嚴肅的科學話題。但如果就事論事，很容易枯燥乏味。演講需要激起聽衆的興趣。演講者從古代的巫術和近代的宗教預言談起，既增加了趣味性，又深化了講演的主題──在與巫術的對比中，更顯出了科學的求實精神。

2、嚴謹的推理

作爲一篇科學演講，其最終目的是讓人信服。本文嚴謹的推理，增強了說服力。宇宙雖然複雜，但它在大尺度上又是可以描述的。宇宙的密度是決定其命運的關鍵，然而，確定這一點非常不易。演講者從可見物質談到暗物質，從成熟的理論談到科學假說，把問題講得透徹明白。沒有作出一個明確的預言，也說明了演講者嚴謹的科學態度。

3、幽默的語言

演講是面對面的交流，這種交流是單向的，如果不注意演講的語言藝術，就達不到最佳的表達效果。這篇演講語言幽默，創造出一種輕鬆愉快的氣氛，使所論述的問題更易於爲聽衆接受。如，文中有一段話說：”我比其他的末日預言者更佔便宜。即使宇宙將要坍縮，我可以滿懷信心地預言，它至少在一百億年內不會停止膨脹。我預料那時自己不會留在世上被證明是錯的。“以揭示自己”自私“的心理表示幽默，同時傳達出重要的信息：宇宙”至少在一百億年內不會停止膨脹“。

課後習題

完成課後習題。