《膨脹的宇宙》教案

                                        斯蒂芬·霍金

教學(xué)目標(biāo)：
（一）知識目標(biāo)
1、了解《時間簡史》的概況
2,、了解宇宙科學(xué)的相關(guān)理論
（二）能力目標(biāo)
1,、理解霍金對時間本質(zhì)的看法
2、理解宇宙膨脹論
教學(xué)重點(diǎn)：
1,、分析霍金的宇宙膨脹論
教學(xué)難點(diǎn)：
1,、分析霍金的宇宙膨脹論
教學(xué)設(shè)計：
學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容,、考試,、要求由教師講解,，分析內(nèi)容和手法采取提問和講授相結(jié)合辦法。
教學(xué)手段： 多媒體教學(xué)

1,、 導(dǎo)語

    躺在草地上仰望星空,，不禁心馳神往、遐思萬里：這天空,，這宇宙,，多么深邃，多么奇妙,！它究竟是什么樣子的,，又是怎么來的？它有多大,？它有起始嗎,？有終極嗎？空間是平坦的嗎,？空間有方向嗎,？人們常說我們現(xiàn)在的宇宙是一百多億年前的宇宙大爆炸形成的。那么今天我們就來看看斯蒂芬·霍金的這篇《膨脹的宇宙》,，了解一下宇宙膨脹說,。

2、宇宙膨脹說

現(xiàn)在的宇宙,，據(jù)說是150億年前發(fā)生的“創(chuàng)世大爆炸”造成的,。“創(chuàng)世大爆炸”理論認(rèn)為，宇宙最初是由一個體積之小,、能量和質(zhì)量密度之大均難以想象的“粒子”突然爆炸,，擴(kuò)展開來，向 四處噴發(fā)出放射線,，后來凝固成質(zhì)點(diǎn),，經(jīng)過150億年的發(fā)展變化而成了現(xiàn)在這個樣子。

比利時天文學(xué)家喬治·埃杜伍德·萊美卓的說法更為形象,，他在1927年提出：宇宙是從一個發(fā)生劇烈爆炸的“宇宙蛋”開始的,，今天在不斷膨脹的宇宙是由“宇宙蛋”爆炸產(chǎn)生的。

一九二九年,，美國天文學(xué)家哈勃根據(jù)“所有星云都在彼此互相遠(yuǎn)離,，而且離得越遠(yuǎn)，離去的速度越快”這樣一個天文觀測結(jié)果,，得出結(jié)論認(rèn)為：整個宇宙在不斷膨脹,，星系彼此之間的分離運(yùn)動也是膨脹的一部份，而不是由于任何斥力的作用,。

其后的宇宙膨脹學(xué)說提出：我們可以假設(shè)宇宙是一個正在膨脹的氣球,，而星系是氣球表面上的點(diǎn),，我們就住在這些點(diǎn)上。我們還可以假設(shè)星系不會離開氣球的表面,，只能沿著表面移動而不能進(jìn)入氣球內(nèi)部或向外運(yùn)動……如果宇宙不斷膨脹,，也就是說，氣球的表面不斷地向外膨脹,，則表面上的每個點(diǎn)彼此離得越來越遠(yuǎn),，其中某一點(diǎn)上的某個人將會看到其他所有的點(diǎn)都在退行，而且離得越遠(yuǎn)的點(diǎn)退行速度越快,。

3,、作家小傳

斯蒂芬·威廉·霍金（Stephen William Hawking），英國劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)及理論物理學(xué)系教授,，當(dāng)代最重要的廣義相對論和宇宙論家,，是當(dāng)今享有國際盛譽(yù)的偉人之一，被稱為在世的最偉大的科學(xué)家,，還被稱為“宇宙之王”,。70年代他與彭羅斯一起證明了著名的奇性定理，為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎,。他因此被譽(yù)為繼愛因斯坦之后世界上最著名的科學(xué)思想家和最杰出的理論物理學(xué)家,。

霍金1942年1月8號出生于英國的牛津，而300年前的1月8號,，恰好是伽利略逝世的那一天,。霍金在牛津大學(xué)畢業(yè)后,，到英國劍橋大學(xué)讀研究生,。1962年春天的一個下午，他忽然發(fā)現(xiàn)自己連系鞋帶都很困難,。經(jīng)過醫(yī)生的診斷,，他得了肌萎縮性側(cè)索硬化癥?；艚痖_始時非常沮喪,，同患了絕癥的其他人一樣，借酒消愁,。很快,，霍金就從這種狀態(tài)中擺脫出來，對宇宙命運(yùn)的關(guān)注使他忘記了自己還有多少時光,。到20世紀(jì)70年代初，霍金的雙手已基本癱瘓,，他不能畫圖,，也不能書寫算式,。于是他自創(chuàng)了一種研究方法，用思維來畫圖與計算,。他將公式想象為各種圖形,，在他的思維世界里，通過圖形的變化來代替用筆來計算,。這種獨(dú)特的思維方式幫助他發(fā)現(xiàn)了黑洞的性質(zhì)：黑洞的表面積永遠(yuǎn)不會縮小,。不久，他又發(fā)現(xiàn),，黑洞并不完全是“黑”的,，黑洞的巨大引力能把宇宙中的粒子對（分別帶有負(fù)能量和正能量的粒子）中的那個帶負(fù)能量的粒子吸入黑洞，使黑洞的質(zhì)量減??；而另一個以輻射的形式向外逃逸，從而被外部的觀測者發(fā)現(xiàn),。這就是黑洞輻射的機(jī)制,。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義，它將引力,、量子力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)統(tǒng)一在一起,。

4、《時間簡史》

《時間簡史》是由英國偉大的物理學(xué)家,、黑洞理論和“大爆炸”理論的創(chuàng)立人斯蒂芬·威廉·霍金撰寫的一本有關(guān)宇宙學(xué)的經(jīng)典著作,，是一部關(guān)于探索時間本質(zhì)和宇宙最前沿的科普讀物，是霍金將高深的理論物理通俗化的科普范本,，它改變了人類對宇宙的觀念,。作者想象豐富，構(gòu)思奇妙,，語言優(yōu)美,，為讀者展示了世界之外，未來之變的神奇和美妙,。

在這部書中,，霍金帶領(lǐng)讀者遨游外層空間奇異領(lǐng)域，對遙遠(yuǎn)星系,、黑洞,、夸克、“帶味”粒子和“自旋”粒子,、反物質(zhì),、“時間箭頭”等進(jìn)行了深入淺出的介紹，并對宇宙是什么樣的、空間和時間以及相對論等古老問題做了闡述,，使讀者初步了解狹義相對論以及時間,、宇宙的起源等宇宙學(xué)的奧妙。

　　《時間簡史》自1988年首版以來,，已成為全球科學(xué)著作的里程碑,。它被翻譯成40種文字，銷售了近1000萬冊,，成為國際出版史上的奇觀,。該書內(nèi)容是關(guān)于宇宙本性的最前沿知識，但是從那以后無論在微觀還是宏觀宇宙世界的觀測技術(shù)方面都有了非凡的進(jìn)展,。這些觀測證實(shí)了霍金在該書第一版中的許多理論預(yù)言,，其中包括宇宙背景探險者(COBE)的最新發(fā)現(xiàn)，它在時間上回溯探測到離宇宙創(chuàng)生的30萬年之內(nèi),，顯露了霍金超人的時空感知能力,。

5、課文分析

    本節(jié)選自斯蒂芬·霍金的《時間簡史》第三章,，主要介紹的是宇宙的膨脹,。靜態(tài)的宇宙在引力的影響下會很快開始收縮,。然而現(xiàn)在假定宇宙正在膨脹,，如果它膨脹得相當(dāng)慢，引力會使之最終停止膨脹,，然后開始收縮,。但是，如果它膨脹得比某一臨界速率更快,，引力則永遠(yuǎn)不足夠強(qiáng)而使其膨脹停止,，宇宙就永遠(yuǎn)繼續(xù)膨脹下去。

6,、思考題

1,、請思考宇宙膨脹的原因。

2,、請談?wù)劵艚鸬挠钪媾蛎浝碚搶δ愕膯⑹尽?/SPAN>