13 * 宇宙的未来优秀教学设计说课稿

第

13课

宇宙的未来

1.提炼探究本文的要点,提高概括和分析讲话稿的能力。

2.体会大师生动、幽默、风趣的演讲风格。

3.感受科学精神,提高科学素养。

宇宙,上下四方曰宇,古往今来曰宙。浑天说、盖天说、宣夜说是中国古人的“宇宙观”;地心说、日心说是西方古人的“宇宙观”。大爆炸宇宙学是现代宇宙学最有影响的学说,这个学说认为,宇宙早期温度极高,物质密度极大,在那里,物质被压缩成一个奇点,时间和空间都毫无意义,在大约200亿年前,发生“爆炸”,温度逐渐冷却,形成各种各样的恒星体系,也就是我们今天所能观测到的宇宙。“宇宙的未来”在霍金笔下又有了科学严谨的预测:宇宙的未来只有两种命运——继续膨胀或继续坍缩。

1.当代最杰出的物理学家。他是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家,1942年出生于英国牛津,先后就读于牛津大学和剑桥大学,学习数学、物理学和宇宙学。现任英国剑桥大学应用数学和理论物理学系教授,是当代最重要的广义相对论和宇宙论家,是本世纪享有国际盛誉的伟人之一,被称为“在世的最伟大的科学家”“另一个爱因斯坦”,还被称为“宇宙之王”。霍金1988年出版的宇宙学著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》,是一部里程碑式的畅销书。

2.不折不扣的生活强者。他因患“渐冻症”(肌萎缩性侧索硬化症,又称卢伽雷氏症),禁锢在一把轮椅上达40年之久,他身残志不残,成为国际物理界的超级新星。他不能写,甚至口齿不清,但他的理论超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”。尽管他那么无助地坐在轮椅上,但他的思想却遨游

到广袤的时空,解开了宇宙之谜。霍金的魅力不仅在于他是一个充满传奇色彩的物理天才,也因为他是一个令人折服的生活强者。他的不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量深深地吸引了每一个知道他的人。

《宇宙的未来》是斯蒂芬·霍金1991年在剑桥大学的一次讲演录。本文重点是谈作者对宇宙未来做出的科学预言。宇宙的历史,就是空间在时间上发展的过程,斯蒂芬·霍金以时间为序,研究我们所处的这个宇宙诞生、发展,以及它将来可能的状况,因此,他把自己的书称作《时间简史》,实际上就是《宇宙简史》。

演讲又叫讲演或演说,是指在公众场所,以有声语言为主要手段,以体态语言为辅助手段,针对某个具体问题,鲜明、完整地发表自己的见解和主张,阐明事理或抒发情感,进行宣传鼓动的一种语言交际活动。演讲采取的方法和形式,大体有如下四种:照读式演讲、背诵式演讲、提纲式演讲、即兴式演讲。写演讲稿应注意:一是要确定演讲的中心和题目,二是尽量选择一些新鲜的、典型的、说服力强的材料,三是要恰当地组织演讲的结构,如开头、结尾、过渡、照应等。

1.对于宇宙的未来,科学家的预言有哪两种?

2.第2段文字中,作者对女巫进行了详细的描述,这样写有什么作用?

3.作者对宇宙的未来的预言与巫师、宗教预言家对人类社会未来的预言有何不同?

1.给下列加点的字注音。

坍缩(

)

逾越(

)

沮丧(

) ．．．迄今(

) ．崩溃(

) ．告罄(

) ．濒临(

) ．尴尬(

) ．．诘问(

) ．恍惚(

) ．．倚重(

) ．三昧(

) ．

2.为下面的形近字组词。

隘

溢

胀

涨

耶

椰

棱

凌

3.辨析下面的几组词。

(1)泄漏·泄露

泄漏:(液体、气体)漏出。

泄露:不应该让人知道的事情让人知道了。

辨析:①2月24日凌晨2时许,柳州市达江路3号桂柳高速路管理所生活区一居民楼2楼发生天然气体

事故,有两人已经昏厥被困,生命危在旦夕。 ②为了每名中奖人的信息不被

,中奖发票的联系方式中,电话号码均会省去几位数字。

(2)坍缩·坍塌

坍缩:天体体积缩小,密度加大。

坍塌:(山坡、河岸、建设物或堆积的东西)倒下来。

辨析:①星状黑洞由质量相当于几个太阳的恒星

形成,而超大质量星状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。 ②伴随着几声惊天巨响,我身后这一排总面积达一万八千多平方米的旧居民楼在瞬间轰然

,激起了巨大的烟尘,久久不散。

(3)预言·预报

预言:①预先说出(将来要发生的事情)。②预先说出的关于将来要发生什么事情的话。

预报:预先报告(多用于天文、气象等方面)。

辨析:①比尔·盖茨在自己50岁生日当天

:未来十年,纸张都将在事实上失去其作为信息载体的意义,大量信息将通过电子途径送达个人信息终端。 ②天气

显示,本周迪拜的天气状况比上周的多哈强不少,更有利于选手发挥水平。

4.查字典,解释下列词语。

(1)咒语: (2)混沌: (3)告罄: (4)黑洞: (5)恍惚: (6)模棱两可: (7)感恩戴德: (8)微不足道:

1.本文作者讲了哪几层意思?请提炼出要点。

2.本文是谈对宇宙未来的预测,为什么作者开篇却谈巫师预言的尴尬和宗教预言的失败?

3.根据作者的论述,我们目前所能看到的宇宙物质最多是“临界值”的百分之一,似乎不足以使宇宙坍缩。然而作者又指出,“也许存在足够的暗物质,使宇宙最终坍缩”。宇宙中存在暗物质的证据是什么?作者又举了哪两种假说来说明现在的宇宙密度可能就在临界状态?

4.请分析本文的写作特色。

5.有人说,认识宇宙的未来就是认识人类自己。这一观点,可从哪些角度来理解?

科

普

演

讲

科普演讲要深入浅出,语言幽默,通俗易懂。演讲是面对面的交流,这种交流是双向的。如果不注意语言艺术,就达不到最佳的表达效果。《宇宙的未来》的语言非常幽默,营造出一种非常愉悦的氛围,使深奥的科学难题变得浅显易懂。例如,文中的一段说:“我比其他的末日预言者更占便宜。即便宇宙将要坍缩,我可以满怀信心地预言,它至少在一百亿年内不会停止膨胀。我预料那时自己不会留在世上被证明是错的。” 作者幽默的语言传达出重要的信息:宇宙的演变相对人类来说缓慢得多。

【示例】

大自然的语言(节选) 竺可桢

立春过后,大地渐渐从沉睡中苏醒过来。冰雪融化,草木萌发,各种花次第开放。再过两个月,燕子翩然归来。不久,布谷鸟也来了。于是转入炎热的夏季,这是植物孕育果实的时期。到了秋天,果实成熟,植物的叶子渐渐变黄,在秋风中簌簌地落下来。北雁南飞,活跃在田间草际的昆虫也都销声匿迹。到处呈现一片衰草连天的景象,准备迎接风雪载途的寒冬。在地球上温带和亚热带区域里,年年如是,周而复始。

几千年来,劳动人民注意了草木荣枯、候鸟去来等自然现象同气候的关系,据以安排农事。杏花开了,就好像大自然在传语要赶快耕地;桃花开了,又好像在暗示要赶快种谷子。布谷鸟开始唱歌,劳动人民懂得它在唱什么:“阿公阿婆,割麦插禾。”这样看来,花香鸟语,草长莺飞,都是大自然的语言。

这些自然现象,我国古代劳动人民称它为物候。物候知识在我国起源很早。古代流传下来的许多农谚就包含了丰富的物候知识。到了近代,利用物候知识来研究农业生产,已经发展为一门科学,就是物候学。物候学记录植物的生长荣枯,动物的养育往来,如桃花开、燕子来等自然现象,从而了解随着时节推移的气候变化和这种变化对动植物的影响。

…………

物候现象的来临决定于哪些因素呢? 首先是纬度。越往北桃花开得越迟,候鸟也来得越晚。值得指出的是,物候现象南北差异的日数因季节的差别而不同。我国大陆性气候显著,冬冷夏热。冬季南北温度悬殊,夏季却相差不大。在春天,早春跟晚春也不相同。如在早春三四月间,南京桃花要比北京早开20天,但是到晚春五月初,南京刺槐开花只比北京早10天。所以在华北常感觉到春季短促,冬天结束,夏天就到了。

经度的差异是影响物候的第二个因素。凡是近海的地方,比同纬度的内陆,冬天温和,春天反而寒冷。所以沿海地区的春天的来临比内陆要迟若干天。如大连纬度在北京以南约1°,但是在大连,连翘和榆叶梅的盛开都比北京要迟一个星期。又如济南苹果开花在四月中或谷雨节,烟台要到立夏。两地纬度相差无几,因为烟台靠海,春天便来得迟。

(有删改) [鉴赏]文章开头一段将大自然一年四季的物候景观写得生动形象,寓说明于描写之中,如同展现一幅四季风光画卷,既引人入胜又使人联想,激发了读者的阅读兴趣。大自然的物候现象,如草木荣枯、候鸟去来等,实

际上起着预报农时的作用,从这一点上说,物候现象仿佛就是传递信息的“大自然的语言”。文章标题“大自然的语言”,其实是“物候现象”的形象化的说法。

阅读下面的文字,完成后面的题目。

然而,许多人不喜欢人择原理,因为它似乎太倚重于我们自身的存在。这样就有人对为何密度应这么接近于临界值寻求另外可能的解释。这种探索导致极早期宇宙的暴涨理论。其思想是宇宙的尺度曾经不断地加倍过,正如在遭受极端通货膨胀的国家每隔几个月价格就加倍一样。然而,宇宙的暴涨更迅猛更极端得多:在一个微小的暴涨中尺度的至少一千亿亿亿倍的增加,会使宇宙这么接近于准确的临界密度,以至于现在仍然非常接近于临界密度。这样,如果暴涨理论是正确的,宇宙就应包含足够的暗物质,使得密度达到临界值。这意味着,宇宙最终可能会坍缩,但是这个时间不会比迄今已经膨胀过的一百五十亿年左右长太多。

现在小结如下:科学家相信宇宙受定义很好的定律制约,这些定律在原则上允许人们去预言未来。但是定律给出的运动通常是混沌的。这意味着初始状态的微小变化会导致后续行为的快速增大的改变。这样,人们在实际上经常只能对未来相当短的时间作准确的预言。然而,宇宙大尺度的行为似乎是简单的,而不是混沌的。所以,人们可以预言,宇宙将永远膨胀下去呢,还是最终将会坍缩。这要按照宇宙的现有密度而定。事实上,现在密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度。如果暴涨理论是正确的,则宇宙实际上是处在刀锋上。所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统,两方下赌注,以保万无一失。

1.请概括第2段的主要内容。

2.对宇宙未来的预言,关键是要弄清宇宙的什么问题?

3.你对“定律给出的运动通常是混沌的”一句是如何理解的?

阅读下面的文字,完成后面的题目。

宇宙的起源

詹姆·哈特尔和我发现宇宙自发创生的图景有一点像泡泡在沸腾的水中形成。其思想是,宇宙最可能的历史像是泡泡的表面。许多小泡泡出现,然后再消失。这些对应于微小的宇宙,它们膨胀,但在仍然处于微观尺度时再次坍缩。它们是另外可能的宇宙,由于不能维持足够长的时间,来不及发展星系和恒星,更不用说智慧生命了,所以我们对它们没有多大兴趣。然而,这些小泡泡中的一些会膨胀到一定的尺度,到那时就可以安全地逃避坍缩。它们会继续以不断增大的速率膨胀,形成我们看到的泡泡。它们对应于开始以不断增加的速率膨胀的宇宙。这就是所谓的暴涨,正如每年的价格上涨一样。

通货膨胀的世界纪录应归“一战”以后的德国。在18个月期间价格膨胀了一千万倍。但是,它和早期宇宙中的暴涨相比实在微不足道。宇宙在比一秒还微小得多的时间内膨胀了10的30次方倍。和通货膨胀不同,早期宇宙的暴涨是非常好的事情。它产生了一个非常巨大的均匀的宇宙,正如我们观察到的。然而,它不是完全均匀的。在对历史求和中,稍微具有无规性的历史和完全均匀和规则历史的概率几乎相同。因此,理论预言早期宇宙很可能是稍微不均匀的。这些无规性在从不同方向来的微波背景强度上引起小的变化。利用MAP(微波各向异性)卫星已经观察到微波背景,发现了和预言完全一致的变化。这样,我们知道自己正在正确的道路上前进。

早期宇宙中的无规性,意味着在有些区域的密度,比其他地方的稍高。这些额外密度的引力吸引使这个区域的膨胀减缓,而且最终能够使这些区域坍缩形成星系和恒星。请仔细看这张微波天图(略)。它是宇宙中一切结构的蓝图。我们是极早期宇宙的量子起伏的产物。上帝的确在掷骰子。

在过去的百年间,我们在宇宙学方面取得了惊人的进步。广义相对论和宇宙膨胀的发现,粉碎了永远存在并将永远继续存在的宇宙的古老图像。取而代之,广义相对论预言,宇宙和时间本身都在大爆炸处起始。它还预言时间将在黑洞里终结。宇宙微波背景的发现,以及黑洞的观测,支持着这些结论。这是我们的宇宙图像和实在本身的一个深刻的改变。

虽然广义相对论预言了宇宙来自于过去一个高曲率的时期,但它不能预言宇宙如何从大爆炸形成。这样,广义相对论自身不能回答宇宙学的核心问题——为何宇宙如此这般;然而,如果广义相对论和量子论相合并,就可能预言宇宙是如何起始的;它开始以不断增大的速率膨胀。这两个理论的结合预言,在这个称作暴涨的时期,微小的起伏会发展,导致星系、恒星以及宇宙中所有其他结构的形成。对宇宙微波背景中的小的非均匀性的观测,完全证实了预言的性质。这样,我们似乎正朝着理解宇宙起源的正确方向前进,尽管还有许多工作要做。当我们通过精密测量空间航空器之间的距离,进而能够检测到引力波的时候,就会打开极早期宇宙的新窗口。引力波从最早的时刻自由地向我们传播,所有介入的物质都无法阻碍它。与此相比较,自由电子多次地散射光。这种散射一直进行到30万年后电子被凝结之前。

尽管我们已经取得了一些伟大成功,但并非一切都已解决。我们观察到,宇宙的膨胀在长期的变缓之后,再次加速。对此理论还不能理解清楚。缺乏这种理解,对宇宙的未来还无法确定。它会继续地无限地膨胀下去吗?暴涨是一个自然定律吗?或者宇宙最终会再次坍缩吗?新的观测结果、进步的理论正迅速涌来。宇宙学是一个非常激动人心和活跃的学科。我们正接近回答这些古老的问题:我们为何在此?我们从何而来? (选自《霍金在人民大会堂的演讲》) 4.从原文看,下列对“宇宙自发创生的图景”相关内容的说明正确的一项是(

)。

A.广义相对论和宇宙膨胀的发现,粉碎了永远存在并将永远继续存在的宇宙的古老图像,因为宇宙和时间本身都在大爆炸处起始。

B.宇宙自发创生的图景是由“我”(霍金)与詹姆·哈特尔发现的,这一理论完全可以回答从何处来、因何在此的问题。

C.微小的宇宙的膨胀,在仍然处于微观尺度时再次坍缩。只有当膨胀到一定的尺度,才可以安全地逃避坍缩,并且以不断增大的速率膨胀,形成早期宇宙中的暴涨,进而形成星系和恒星。

D.宇宙学是一个非常激动人心和活跃的学科。我们正接近回答这些古老的问题:我们为何在此?我们从何而来? 5.下列表述,不符合原文意思的一项是(

)。

A.宇宙在比一秒还微小得多的时间里膨胀了10的30次方倍,产生了一个非常巨大的均匀的宇宙,因此,早期宇宙的暴涨是非常好的事情。

B.利用MAP(微波各向异性)卫星观察到微波背景,发现了与早期宇宙可能是稍微不均匀的预言完全一致的变化。

C.科学家观察到,宇宙的膨胀在长期的变缓之后,再次加速。但对此运用广义相对论理论已经可以解释其内在的成因。

D.早期宇宙的无规性,使得某些区域的密度增高,同时又使得这个区域的膨胀减缓,而且最终能够使这些区域坍缩形成星系和恒星。

6.依据原文的信息,下列理解正确的一项是(

)。

A.早期宇宙的膨胀与第一次世界大战的德国的通货膨胀一样,在18个月里居然膨胀了一千万倍,令人惊异。

B.广义相对论预言宇宙来自于过去一个高曲率的时期,但它不能预言宇宙如何从大爆炸形成,其自身也不能回答宇宙学的核心问题。

C.广义相对论预言宇宙和时间本身都在大爆炸处起始,时间也将在黑洞里终结,而宇宙微波背景的发现,以及黑洞的观测,却没有支持这些结论。

D.新的宇宙理论对宇宙的未来、宇宙的无限膨胀、暴涨的自然性、宇宙的再次坍缩都有了一个明确的答复。

参考答案

知识记忆与理解

学习导引

1.膨胀说和坍缩说。

2.文段中形容女巫的语言夸张而带讽刺意味,把女巫需要借助神秘力量来作“预言”的特点揭露无疑,言外之意就是说女巫的预言是完全没有科学依据的。

3.前者是有科学根据的,是运用天体物理学理论进行的科学推测、科学预言;后者没有科学根据可言。

基础知识

1.tān

yú

jǔ

qì

bīn

huǎnɡ

hū

kuì

ɡān

ɡà

yǐ

qìnɡ

jié

mèi

2.狭隘/溢出

膨胀/涨红

耶稣/椰蓉

棱角/欺凌

3.(1)①泄漏

②泄露

(2)①坍缩

②坍塌

(3)①预言

②预报

4.(1)信仰某些宗教的人念诵的用以除灾或降灾的语句,或者是希望人不顺利的话。(2)我国传说中指宇宙形成以前模糊一团的景象。(3)财物用完或货物售完。此处指能源枯竭。(4)一种特殊的天体,是时间-空间的一个区域。它的基本特征是有一个封闭的视界。由于引力过于强大,就连光也不能从中逃逸出来,所以黑洞是看不见的。(5)神志不清,精神不集中。(6)指不表示明确的态度或没有明确的主张。模棱,含糊,不明确;两可,可以这样,也可以那样。(7)感激别人的恩惠和好处。戴,尊奉、推崇。(8)微小到不值一提。

思维探究与创新

1.①科学家有信心预言未来。②巫师的预言模棱两可,宗教的预言屡测屡败。③物理方程、制约大脑的方程具有混沌性,因此我们不能预言人类的未来;而宇宙的行为在非常大尺度下却是简单的,而不是混沌的,因此我们可以预言宇宙遥远的未来。④宇宙的未来有两种可能,一是继续膨胀下去,二是收缩以致坍缩成一个点。是永远膨胀下去还是最终将会坍缩,取决于宇宙的平均密度。⑤宇宙现在的密度非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度,所以两种可能都会发生。

2.作者先从古代的巫术和近代的宗教预言谈起,是为了引出话题,说明从科学的角度谈论宇宙的未来是非常严肃的事,科学有别于宗教的地方是它的求实精神,前者是有科学根据的,是运用天体物理学理论进行的科学推测、科学预言;而后者是没有科学根据可言的。其实,从上面的题目就可知道,人类社会的未来根本就是无法预言的,因为方程是混沌的,所以巫师、宗教预言家对人类社会的预言注定就是荒唐的。

3.宇宙中存在暗物质的证据有两个:“一个证据来自于螺旋星系”,如果没有暗物质的引力作用,这些旋转的星系早就被甩开了;“另一个证据来自于星系团”,这些星系团“成团地集中在一起”,其中个别星系运动速度非常高,若不是存在暗物质,“这些星系团就会飞散开去”。

作者在说明现在的宇宙密度可能就在临界状态时,列举了两种假说。“一种是所谓的人择原理”,可能存在多个宇宙,只有那些接近临界密度的宇宙,才有我们这些“智慧生物”去问这个问题。另一种是“极早期宇宙的暴涨理论”,宇宙可能从一个微小的尺度暴涨到我们现在的临界状态。

4.(1)生动的导引。预言宇宙的未来是一个严肃的科学话题。如果就事论事,很容易枯燥乏味。演讲需要激起听众的兴趣。演讲者从古代的巫术和近代的宗教预言谈起,既增加了趣味性,又深化了讲演的主题——在与巫术、宗教的对比中,更显出了科学的求实精神。

(2)严谨的推理。本文严谨的推理,增强了说服力。宇宙虽然复杂,但它在大尺度上又是可以描述的。宇宙的密度是决定其命运的关键,然而,确定这一点非常不易。演讲者从可见物质谈到暗物质,从成熟的理论谈到科学假说,把问题讲得透彻明白。

(3)愉快的氛围。演讲是面对面的交流,这种交流是双向的,如果不注意演讲的语言艺术,就达不到最佳的表达效果。这篇演讲语言幽默,创造出一种轻松愉快的气氛,使所论述的问题更易于为听众接受。如,文中有一段话说:“我比其他的末日预言者更占便宜。即便宇宙将要坍缩,我可以满怀信心地预言,它至少在一百亿年内不会停止膨胀。我预料那时自己不会留在世上被证明是错的。”揭示自己“自私”的心理以表示幽默,同时传达出重要的信息:宇宙“至少在一百亿年内不会停止膨胀”。

5.(1)探讨宇宙的未来可以加深对人类起源的认识。对宇宙未来的预测一定要建立在对宇宙的起源及演变过程的追溯基础上。人类生存的地球作为宇宙的一部分,其轨迹有着与宇宙演变的共同性。这就为探讨人类的起源提供了更为充足有力的证据。

(2)对人类的现状(例如生存环境)进行思考,做到居安思危,有备无患。从功利的角度来讲,人类对宇宙未来的探求都带有为人类自身服务的目的,目前世界发达国家频频进行的宇宙空间探索试验就足以证明这一点。当我们跳出地球进入太空,从更高的角度来观察我们生存的地球时,就会更清楚地认识自己,为治理地球提供更科学、更有力的依据。

(3)从古到今,人类从来没有停止过对宇宙的探索,尽管在这过程中付出了沉重的代价。进入现代,人类更是借助先进的工具,频繁地遨游太空,尽管完全揭开宇宙奥秘的道路还很遥远,但脚步一定会越来越快。这无疑会使人类越来越有智慧,对人类未来发展的选择有更明确的方向指引性。

技能应用与拓展

1.宇宙的未来由于受定义很好的定律的制约,原则上可以预言,至于宇宙的未来是坍缩还是膨胀,尚难定论。

2.宇宙的平均密度是多少。

3.一切事物的运动都是混沌状态的运动。

4.C 5.C 6.B