第三单元 素养进阶1 第7课 篇目二 一名物理学家的教育历程-【金版新学案】2025-2026学年高中语文必修下册同步课堂高效讲义配套课件PPT（统编版）

该高中语文课件围绕《一名物理学家的教育历程》，聚焦科学探索与创新主题，通过晨读早诵的作者背景、文体知识铺垫，结合结构导图梳理童年观鱼、青年实验等历程，搭建从基础认知到深入探究的学习支架。 其亮点在于融合思维能力与语言运用，通过群文互鉴对比加来道雄与屠呦呦研究过程，时新素材引入栾恩杰案例，培养逻辑与创造思维，晨读早诵的词语辨析、名句积累提升语言运用能力，助力学生深化科学精神认知，教师可高效开展实用性阅读教学。

第三单元　实用性阅读与交流 ——探索与创新 素养进阶 1　单元文本学习与探究 第7课　青蒿素：人类征服疾病的一小步　一名物理学家的教育历程 篇目二　一名物理学家的教育历程 返回 内容索引 晨读早诵 1 课时测评 3 课堂讲义 2 晨读早诵 返回 读而知——郎朗求知，见多识广 1．作者 加来道雄，生于1947年，日裔美国理论物理学家，毕业于美国哈佛大学，获加利福尼亚大学伯克利分校物理学博士学位，后任纽约市立大学研究生中心理论物理学教授，是当今高能物理和理论物理学中“超弦理论”的提出者之一。主要著作有《构想未来》《量子场论现代导引》《超弦论》等。 2．背景 宇宙科学越来越引起世人的关注和兴趣。从古希腊人提出“世界是由什么组成的”这一问题到现在，许多科学家进行了有益的探索，也形成了许多关于世界构成的理论。直到20世纪，伟大的物理学家爱因斯坦提出相对论，把人类探索世界奥秘的步伐向前推进了一大步，然而他不能解释所有现象。随着科学的快速发展，又产生了解释微观世界规律的量子理论，但量子理论也不能解决宇宙和粒子的组成及运动规律等问题。于是物理学的发展上升到多维空间理论上来，当今科学界把探求“关于一切的理论”作为目标，但还没有真正出现这种理论。但是世界总有其本源，宇宙总有其组成的最小单位。这强烈地吸引着科学家去不懈追求，甚至穷尽毕生精力试图完成这项最伟大的“工程”，加来道雄就是这样一位理论物理学家。 3．文体 科学小品文 科学小品文也称知识小品文或文艺性说明文。它用小品文的笔调，即借助某些文学写作手法，将科学内容生动、形象地表达出来。它的特点是：语言通俗、篇幅短小、形式活泼，常运用丰富的想象和联想以及比喻、拟人等修辞手法。科学小品文既有科学的严谨，又有文学的情趣。 读而记——孜孜善记，厚积薄发 1．词语 (1)历程·里程 课文原句 童年的两件趣事极大地丰富了我对世界的理解，并且引导我走上成为一个理论物理学家的历程。 词义辨析 二者都是名词，但侧重点不同。“历程”侧重指经历的过程；“里程”侧重指具体的路程，也指发展的过程。一般在表示过去的句子中，要用“历程”，如“回顾几十年的战斗历程，他感慨万千”。一般在时间不明确时，或是在表示将来时用“里程”，如“同学们激情满怀，展望新的生活里程”。 即景活用 ①“大国重器”诞生的背后有着不为人知的艰辛历程。 ②它会给你提供很多维修建议，告诉你汽车在行驶到多少里程的时候应该更换机油，什么时候需要清洗自动变速箱，以及多长时间需要做一次汽车保养。 (2)引导·指导 课文原句 童年的两件趣事极大地丰富了我对世界的理解，并且引导我走上成为一个理论物理学家的历程。 词义辨析 二者都是动词，都表示对人的导向，但侧重点不同。“引导”即指引、诱导，侧重于暗示、提醒、启发他人，让他人自己去感悟；“指导”即指示教导、指点引导，侧重于明确的指向性，对应该往哪个方向、应该怎么操作等，都一一指明，甚至给予现场示范。 即景活用 ①在泥塑头像写生课程中，尚未复课的学生通过邮购作业所需的原材料，在教师视频连麦指导下，在家完成了雕塑作品。 ②青年志愿者们走上街头，引导市民向不文明行为说“不”，为打造文明城市贡献青春力量。 2．成语 (1)自鸣得意 课文原句 我常想，我们就像自鸣得意地在池中游动的鲤鱼。我们的一生就在我们自己的“池子”里度过，以为我们宇宙只包含那些看得见摸得着的事物。 词义解析 自己表示很得意。多含贬义。 即景活用 听到有人随声附和自己的意见，他不免自鸣得意起来。 (2)畏葸不前 课文原句 年轻人的一个优点就是不会由于世俗的约束而畏葸不前，而这种约束对于大多数成年人而言通常似乎又很难超越。 词义解析 畏惧退缩，不敢前进。 即景活用 在改革的道路上，难免有这样那样的问题，我们决不能畏葸不前。 3．名句 (1)做出预测总是要冒很大风险，特别是对于未来数百到数千年内的预测。——加来道雄 适用角度　预测未来　面对风险　大胆尝试 (2)自然规律在高维空间表述时会变得更为简单和优美。——加来道雄 适用角度　自然规律　世界之美　简单之美 (3)未尝过艰辛的人，只能看到世界的一面，而不知其另一面。——塞涅卡 适用角度　不惧人生的艰辛，坚忍不拔，成长与励志。 (4)生命犹如铁砧，愈被敲打，愈能发出火花。——伽利略 适用角度　磨砺　考验 读而思——灼灼眀辩，见微知著 【人文主题】　好奇心 　　人人都对自然感到好奇，都以自己喜爱的方式去探寻自然的“谜底”，但是大多数人一般选择直接探寻自然本身，而加来道雄却从鱼的观察角度，反思人类对宇宙的认识。作者少年时的思维看似超出同龄人，其实只是他充分发挥了自己的想象力，并且始终保持了这种奇特的想象力，由此奠定了他对高维空间理论探究的基础。 【美文美段】 生如蝼蚁，美如神明 人类在积极准备探索未知世界，踏出舒适区的同时，也在回望已知，探求自身的本质。这是一种向外探索的寻根之旅，是人类独有的旅程，也是我们存在的必然使命。 有一个作家曾说：“探索是为了满足好奇心，发现是为了饱满自己的灵魂。”因为好奇，所以出发。从“嫦娥奔月”到“万户飞天”，这些古代神话故事里无不寄托着先民们对浩渺宇宙的无限好奇。正是人们世世代代对于陌生世界从不间断的好奇心，造就了如今中华民族“飞天揽月”航天事业的一次次成功探索。同时，探索又催生出新的好奇，激发着后世人们的新一轮起航。由此观之，出于好奇心，一个人乐意去探索陌生世界，自古皆然。 “人类无法忍受毫无意义的生活。”卡尔·古斯塔夫·荣格如是说。人们在过去找不到自己存在的意义，便肩负起向陌生世界探寻，寻找一种精神寄托的使命。这一使命，也代表了个体对美好生活、对真理的无限热忱。由此可见，好奇心只是人们远航的缘由之一。一个人乐意去探索陌生世界，还可能是受到了“朝闻道，夕死可矣”的感召。 如果我们的思维向青草更青处漫溯，不难发现，从此岸走向未知彼岸的过程，亦是对此岸的回望。正如柯勒律治闪烁真理光芒之语，“沙砾之中，亦有宇宙”，在陌生世界中如沙砾如蝼蚁的一个人，却在人文视角下能与宇宙同构。这是因为，人类通过与世界不断碰撞，提高了自己的觉知力，延展了新的可能性，从庄周所谓的“小知”进入了“大知”。由此，我们可以说，陌生世界的尽头，是人类内心的显影。人们的寻找之路，就是寻找自己本身。 反观当下，有些青年陷入了个体的消极感受，做起了奥涅金式的“零余人”，白白浪费了本可大有作为的好奇心，既看不懂世界，也看不清自己。实际上，与其沉溺于眼前的苟且，不如借世界之酒杯，浇心中之块垒。唯有勇于打破现实的樊笼，朝陌生的世界毅然前行，切实地体会到自我与世界之间博弈的智慧和使命，普罗米修斯的火种才能永不熄灭。 虽然人在广袤宇宙的维度上与蝼蚁无异，但是，或出于好奇，或使命所然，人们乐于也敢于把自己作为尺度，用笨拙的姿态丈量陌生而无垠的世界。这一精神超脱于物质局限的自由奔放，使人类“生如蝼蚁，美如神明”。 (有删改) 点评：此文为2023年上海卷优秀作文。(一个人乐意去探索陌生世界，仅仅是因为好奇心吗？)观点上，文章主张人们去探索陌生世界的原因不仅仅是好奇心，更是人类自身对精神寄托和生活意义的寻找。这一观点直面人类精神世界的深层问题，深刻且富有哲理。但在文章中并未直接地阐述这一观点，而是通过各部分的论述间接展示，略显隐晦，因此在观点的明确性和易理解性上有所折扣。结构上，开篇引用寓言引出主题；主体部分层次分明，逐层深入论证；结尾部分总结全文，点明主题。整体结构完整。例证上，文章论据多样，如列举古希腊神话、现代航天探索的事例还有荣格和柯勒律治的名言，增加了论述的深度和广度。语言上，文章句式多样，语言深入浅出，充满哲理。有很多精彩的表达，如“沙砾之中，亦有宇宙”“生如蝼蚁，美如神明”等，显得深刻而有力。思想上，文章思想深刻，见解独到。从好奇心、寻找生命意义、自我认知等多个角度出发，全面深入探讨人类为何去探索陌生世界。启发人们对认识自我、认识世界进行深度观照，触发读者的深度思考。 读而用——栩栩巧用，行文致远 1．课内素材 适用主题　换个角度看问题、换位思考、科技发明等。 运用示例　加来道雄对畅游在水底睡莲间的鲤鱼出神并从鲤鱼的角度思考水池外我们的世界，得出了很有意义的哲学发现，从而启发他最终走向科学的王国。“用鲤鱼的脑袋思考”，换个角度看问题，或许也可以成为获得成功的法宝。吸水纸的发明、无碎屑玻璃的出现以及许多仿生学的成就和科技发明，无不是科学家们“用鲤鱼的脑袋思考”的结果。即使我们不从科学发现、科学发明的角度，而从生活的角度看，换位思考也能给我们以有益的启示。 2．时新素材 2024年“感动中国”人物——栾恩杰 　　栾恩杰说：“我们还要有更深远的目标，中国人的脚步将越走越远，领导宇宙的新潮流，那一天一定会到来。”月球探测工程是我国继人造地球卫星和载人航天之后，第三个标志性的重大航天工程，是我国实现深空探测零突破的起点。作为探月工程规划制定者和首任总指挥，从嫦娥一号到嫦娥五号，每一次奔月之旅，都凝结着栾恩杰的心血与智慧。回望来路，栾恩杰曾说，航天是个风险性极大的事业，去试验场几乎没有不落泪的时候。成功了高兴得落泪，失败了痛苦得落泪。不过，对这个赚了他最多眼泪的职业，栾老只抛出真心一句：“这一辈子值了！下辈子我还干航天。” 　　颁奖词：从瀚海孤烟到碧空明月，如今人们把你的名字写上了星辰，绕落回三小步，成就了中国探月的一大步，嫦娥轻盈起舞的背后，是无数探月人忠诚智慧的脊梁。 适用主题　家国情怀、使命担当、挫折中成长、科技自立自强、民族复兴、个人抉择等。 运用示例　航天事业，九死一生。栾恩杰曾说：“去试验场几乎没有不落泪的时候。”成功时，他喜极而泣；失败时，他痛彻心扉。但无论成败，他从未离开。在嫦娥一号发射前夜，他彻夜未眠；在嫦娥五号返回地球时，80岁的他执意亲赴现场迎接“嫦娥回家”。这种在失败中坚持、在压力中前行的韧性，正是中国航天从“不可能”走向“可能”的关键。他告诉我们：伟大的事业，从来不是一帆风顺的，而是在一次次跌倒与爬起中铸就的。 返回 课堂讲义 返回 学习 目标 1．梳理文本信息，以“教育历程”为重点，探讨其中的思想内涵。 2．分析文章的谋篇布局，感受科研乐趣，从中获取有关成长的启示。 读文会意 　　英国著名博物学家赫胥黎曾说：“人类发展的历史，便是在漆黑的夜空中，将真与美融化交织，点点光亮，已知的事物是有限的，未知的事物是无穷的；我站在茫茫无边、神秘莫测的汪洋的一个小岛上，继续开拓是我们每一代人的职责。”每位同学都可以成为研究未知事物的科学家，但一名科学家需要具备哪些品质呢？让我们从《一名物理学家的教育历程》中寻找答案吧。 　　(梳理文章内容，分析各部分之间的关系)请在阅读全文的基础上，填出下面结构导图中的空缺部分。 答案：①对鲤鱼世界的观察和想象　②建造电子感应加速器 探究启思 任务一：梳理课文主要内容 1．本文中，鲤鱼“科学家”对“世界”的认识是怎样的？这一认识说明了什么？ 答案：(1)鲤鱼“科学家”对“世界”的认识主要有以下几点：①“水池之外看不见的世界没有科学意义。”②“它们为睡莲自己能够运动而困惑不解”——它们以神秘的“力”来掩盖自己的无知。③鲤鱼“科学家”的“消失”和“重现”——它们认为是“奇迹”，是“可怖的事情”，而不肯去探究原因。④鲤鱼“科学家”的“传奇故事”，真实地证明了另一个世界的存在，而它们却认为是“胡说八道”，荒谬绝伦，违背了它们的“自然规律”。 (2)这一认识说明“自以为是”的人类和鲤鱼“科学家”有相似之处。①人类“一生就在我们自己的‘池子’里度过”，只要出现“超出了我们的理解力”的自然存在，他们就“拒绝承认”。②“科学家发明像力这样一些概念……”是因为他们只愿意承认“那些看得见摸得着的事物”，不肯改变思考问题的方式。③“不能在实验室里便利地验证”的理论，他们就加以“鄙视”，表现出他们思想上的保守和固执。 2．作者对爱因斯坦的未竟事业是怎样看待和怎样做的？这一过程有什么意义？ 答案：首先，作者接触到爱因斯坦的“未竟事业”，激发了他的探究兴趣；其次，他把爱因斯坦的理论当成故事来阅读、探究，并且“我决定要对这一秘密刨根究底”；再次，高中时代本应“在棒球场或篮球场玩耍”，享受青春年华，但作者却“找遍周边地区大量的电子仓库，装配必需的硬件设备”，在“学校的足球场中缠绕22英里长的铜线”，自己动手建造电子感应加速器，验证爱因斯坦理论，探究反物质。我们发现作者的基本科学素质都得到了提升。例如探究能力、推断能力、动手实验能力以及在其中不可缺少的不怕挫折、质疑求真的科学精神，尊重事实和实事求是的科学态度等都得到了培养和锻炼。 任务二：分析作者科学精神 3．科学研究的艰辛与科学发现的乐趣，在本文中是如何具体展现出来的？请结合文本简要概括。 答案：①科学研究的艰辛。高中时代本应享受青春年华的加来道雄，不辞辛劳，冒着风险，自己动手建造电子感应加速器。②科学研究的乐趣。加来道雄贪婪地阅读关于高维世界的历险故事，沉迷于爱因斯坦未完成的理论，痴迷于电子感应加速器的建造，从中获得求知和成功的快乐。 4．分析本文中童年观鱼、探索爱因斯坦未竟事业、做实验三件事对作者的教育作用。 答案：三件事对作者的成长分别发挥了不同的教育作用：①童年观鱼的遐想培养了作者的想象力和探索精神；②探索爱因斯坦未竟事业则主要激发了作者的好奇心、求知欲望，以及随之而来的以阅读为主要方式的探索行动；③做实验着重培养了作者的动手能力、实验精神及执着追求真理的精神。 任务三：赏析作品艺术特色 5．本文论述的是当今最前沿的科学研究理论，那么作者是如何让公众了解他的研究工作，深入浅出地介绍科学研究的原理与探索过程的？ 答案：本文的科学知识背景颇为艰深，读来却平易亲切，这源于文章详略得当的构思，作者只是选取了童年的两件趣事和高中建造电子感应加速器的事例，突出展示他成长为一名物理学家的教育历程，重点突出，便于读者了解。另外，本文语言生动活泼，富有趣味，充满了丰富而大胆的想象。作者通过一系列奇异而富于魅力的想象，让别人眼中习以为常、视若无睹的世界充满了趣味，同时又给人以科学的启发，读来远比平铺直叙来得有趣。 6．本文在材料处理上有什么特点？请简要分析。 答案：①本文布局谋篇重点突出，详略得当。在整体上，作者并没有按从童年到小学到初中到高中的顺序叙事，而是通过童年的两件趣事和高中时建造电子感应加速器的事例，突出他成长为一名物理学家的“教育历程”，并不旁及其他成长的经历。②在局部上，如高中阶段，作者看了许多统一场论方面的书，并常常去斯坦福大学的物理学图书馆，相关的理论书籍是怎样启发、引导他研究的，这里肯定有许多精彩的故事，但是作者只是一笔带过，重点放在制造“自己的原子对撞机”上，其中具体的数据叙述得很详尽，让人体会到作者严谨、踏实的性格，以及内在的成为物理学家所需要的基本素质。 群文互鉴 比较加来道雄成功建造电子感应加速器与屠呦呦团队成功研发青蒿素抗疟药物的研究过程，概括其研究阶段的相同之处，谈谈你认为科学研究需要哪些素养。 答案：两者都经历了大量阅读文献阶段、思考阶段和实践阶段。从两位科学家的研究经历中，我们发现坚强的意志、执着的努力、勇于实践、不怕失败、善于思考等素养对科学研究有重要作用。 学以致用 屠呦呦与加来道雄能成长为优秀的科学家并不是偶然的，学校拟让你制作一块展板介绍促成他们成长为优秀科学家的相关因素，你会怎么写？ 答案：(1)好奇心、想象力。科学是需要好奇心与想象力的，这二者能带来创造力。屠呦呦在全脱产学习中国传统医学的那两年半中，对中草药从好奇转化为热衷；加来道雄正是从对鲤鱼世界的想象中，认识到人类观察空间的局限性，间接感悟到高维空间存在的可能。由感性的想象上升到理性的创造，体现了创新意识和探索精神。(2)乐趣。科学不应该是枯燥的，而应该是充满乐趣的。探寻自然的奥秘，对真正的科学工作者来说，是和自然做的近似于捉迷藏的“游戏”，也是人生的“境界”。(3)实验精神。不去踏踏实实地做实验，就不能得到基本数据，假说就不能确立。一味地空想，不去做基础工作，就不可能到达真理的彼岸。 关键点拨 科学家精神 2020年9月11日，习近平总书记在北京主持召开科学家座谈会并发表重要讲话，他指出：“科学成就离不开精神支撑。科学家精神是科技工作者在长期科学实践中积累的宝贵精神财富。” 科学家精神是胸怀祖国、服务人民的爱国精神，勇攀高峰、敢为人先的创新精神，追求真理、严谨治学的求实精神，淡泊名利、潜心研究的奉献精神，集智攻关、团结协作的协同精神，甘为人梯、奖掖后学的育人精神。　 返回 课时测评 返回 一、阅读下面的文字，完成1～5题。(18分) 2025年的央视蛇年春晚，肤色黝黑，身着花棉袄，扭着秧歌，转着手绢的人形机器人，在国内掀起了一场人形机器人热潮。于是，各家公司推出的人形机器人都开始上阵，在视频里展示各种绝技：跑步、翻跟头、打拳，或者进厂打工、端茶倒水。随着这些视频在社交媒体上广泛传播，其中还夹杂着一些AI生成的虚拟内容，让很多人关于机器人的认知与现实产生了某种偏差。 关键能力巩固 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 机器人技术的发展确实在加快。10多年前，随着强化学习、模仿学习等技术的兴起，人形机器人的研究范式从传统的机电控制逐渐向深度学习转移。更大的转折点发生在2022年ChatGPT的(　A　)，大模型从此变成了人工智能的主流技术路径，计算机专家们甚至看到了通用人工智能(AGI)实现的希望。 而要实现AGI，很多人认为，光有大脑的智能还不够，还需要有身体的智能。所以过去两年，从AI的版图里分叉出了一个新的领域，那就是具身智能(Embodied Intelligence)。最通俗来理解，具身智能就是有身体的智能，它强调智能的来源包括智能体的身体与周围物理环境的交互，而不仅仅是发生在大脑层面。而具身智能最佳的载体就是人形机器人。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 正是具身智能的提出，把做传统机器人研究的学者和工程师，与做大模型研究的AI专家们聚合起来，开始合力给人形机器人造出一个更加聪明的大脑和一个更加强壮、灵活的身体，让它将来能够在工厂、商场乃致家庭之中，帮人类承担更多的工作。人形机器人发展(　B　)，大众情绪也拱托至此。我们能感觉到已经身处在一轮技术巨变的浪潮之中。但技术会把我们带向何方，我们并不清楚，这种讨论的声音也十分微弱。机器人产业如今的发展，很大程度上还臣伏于技术和资本的发展逻辑，却缺乏与此相匹配的伦理思考能力。人形机器人可能带来的失业、安全和伦理风险等等，不仅仅是技术和商业问题，更是事关人类主体性和如何存在的哲学问题。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1．(2分)请在文中括号内填入恰当的成语。 答案：A．横空出世　B．如火如荼 A处，本空用以修饰ChatGPT，其在2022年的出现，使得“大模型从此变成了人工智能的主流技术路径”，是“更大的转折点”，可见其出现具有很大的突破性和突然性，可填“横空出世”。横空出世：形容山岭等高大雄伟。也形容超群出众。也比喻人或事物突然出现。B处，前文提到技术推动、多领域专家合作，给人形机器人“造出一个更加聪明的大脑和一个更加强壮、灵活的身体”“将来能够在工厂、商场乃致家庭之中，帮人类承担更多的工作”，发展势头迅猛，可填“如火如荼”。如火如荼：像火那样红，像荼那样白，原形容军容之盛，现用来形容旺盛、热烈或激烈。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2．(2分)文中第四段有多处错别字，请指出两处并加以改正。 答案：“乃致”的“致”改为“至”　 “拱托”的“拱”改为“烘”　 “臣伏”的“伏”改为“服” 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 3．(4分)请结合材料第三段内容，给“具身智能”下一个简要定义，不超过45个字。 答案：具身智能是强调智能体的身体与周围物理环境交互，并以人形机器人为最佳载体的具有身体的智能。 首先确定属概念，根据“具身智能就是有身体的智能”可知，属概念是“有身体的智能”。然后找到种差，即本质属性，根据第三段“智能的来源包括智能体的身体与周围物理环境的交互” “具身智能最佳的载体就是人形机器人”可概括出，强调智能体的身体与周围物理环境交互，并以人形机器人为最佳载体。最后用单句的形式(具身智能是……具有身体的智能)组织语言，并注意字数限制，即可得出答案。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 4．(4分)文中第一段画横线处有两处表述不当，请进行修改，使语言表达准确流畅，逻辑严密，不得改变原意。 答案：这些视频在社交媒体上广泛传播，其中还夹杂着一些AI生成的虚拟内容，让很多人对机器人的认知与现实产生了某种偏差。 “随着”与“让”连用，导致句子主语缺失。删除“随着”，使“这些视频……传播”作主语。“关于机器人的认知”搭配不当，“对……认知”是固定搭配，应改为“对机器人的认知”。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 5．(6分)文中第四段画波浪线的句子，能否改成“是技术和商业问题，是事关人类主体性和如何存在的哲学问题”？为什么？ 答案：不能。①原句“不仅仅是……更是……”表示递进关系，强调机器人产业带来的哲学问题。②与上文机器人产业发展的局限性相照应，逻辑严密，思路清晰。 不能修改。①原句用“不仅仅是……更是”构成递进关系，突出强调后者(哲学问题)的重要性，符合语境中对“伦理思考”“人类主体性”的重视。②前文提到机器人产业“缺乏与此相匹配的伦理思考能力”，原句的递进关系与这一局限性相照应，逻辑更严密，若改为并列关系(“是……是……”)，则弱化了哲学问题的根本性，不符合文意。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 二、(2024·南通高一下期末)阅读下面的文字，完成6～10题。(19分) 材料一： 许多人了解引力的概念是通过牛顿的万有引力定律。从传说中砸中牛顿的苹果到天上飘落的雨滴，引力无处不在；从牛顿力学到爱因斯坦相对论，数百年来科学家对引力与引力子的探索从未间断。前不久，我所在的科研团队首次观察到引力子在凝聚态物质中的“投影”。 思维品质提升 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 很长时间以来，物理学家一直追求大一统理论，希望用它来解释自然界的所有物理现象。例如，牛顿提出的万有引力，统一了地球上的物体和天体的运动规律，并构建了牛顿力学，这直接催生了第一次工业革命；电动力学的研究成功地统一了电与磁的概念，催生了第二次工业革命。而今，广义相对论和量子力学在现代物理学中占据要位，分别成功地应用于宏观和微观世界。科学家们期待二者的统一能像历史上每一次重大科学突破那样，引领新一轮科技革命。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 广义相对论指出引力的本质不是物体间的吸引力，而是时空弯曲的一种几何效应。这一理论解释了宇宙中的绝大多数宏观现象，并预言了引力波的存在。想象一下，重球会让紧绷的床单形成凹陷，如果你轻轻地推一个小球过去，它会朝着那个凹陷滚动。在这里，床单类似于物理学中的“度规”(用来描述时空形状的概念)，而引力波就是一种源自时空度规波动的现象。近年来，随着“中国天眼”和激光干涉引力波天文台等国内外大科学装置多次观测到引力波的相关信号，广义相对论中关于引力是时空几何效应的观念已被广泛认可。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 　　自量子力学确立以来，物理学家已经将已知的四种基本作用力中的三种——强相互作用力、弱相互作用力和电磁力——成功地统一到量子力学的理论框架内。然而，引力仍未被纳入这一框架中。科学家推测引力波在量子世界中的粒子是引力子。物理学家一直试图通过引力子这一概念，将引力融入量子力学的体系，从而实现四种基本作用力的完全统一，也即广义相对论与量子力学的统一。 宇宙中的引力子信号很难探测，难度远超引力波。有物理学家指出，即使利用与地球质量相当的理想探测器，也可能需要超过10亿年才会探测到一个来自太阳的引力子。相较于宇宙，生活中大部分可见物质都是凝聚态，通常包括固态和液态。科学家已经发现凝聚态系统存在着和宇宙中的粒子相类似的物理性质。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 引力子激发的探测需要依赖双光子过程的非弹性光散射实验。这种实验对设备的要求极为苛刻且看似矛盾。一方面，实验需要在极低温度下进行，并且需要强磁场支持，一般通过稀释制冷机来实现；另一方面，实验中使用的可见光及制冷机的透光窗口辐射，容易将温度升高。此外，实验测量也对制冷机脉冲管带来的振动极为敏感，实验极具挑战性。 经过多年努力，我们自主设计并集成组装了一套基于稀释制冷技术的极低温强磁场共振非弹性偏振光散射系统。利用这一设备，实验团队近日在砷化镓半导体量子阱中成功观测到分数量子霍尔效应中的引力子激发。这标志着科学界首次在实验中观察到具有引力子特征的准粒子，首次在真实的凝聚态系统中揭示了引力子物理的量子规律，为探索量子引力物理开辟了新的途径。 (摘编自杜灵杰《引力子物理探索研究展现科学的魅力》) 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 材料二： 有一次，我遇到了一场暴雨。我注意到成千上万的小雨滴轰击池水的表面。池水表面变得混乱，水中的睡莲在汹涌不息的水波冲刷下摇摆不定。在躲避风雨之时，我想弄清楚周围发生的一切将会以怎样的形式呈现在鲤鱼们的眼中。在它们看来，睡莲似乎是自己在运动，没有任何东西冲刷它们。因为就像我们看不见我们周围的空气和空间一样，鲤鱼们也看不见它们赖以生存的水，它们为睡莲自己能够运动而困惑不解。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 我想，鲤鱼“科学家”们将会聪明地杜撰某种虚构的东西——它被称为“力”——来掩盖自己的无知。由于不能理解在看不见的水面上存在的水波，它们将得出这样一个结论：睡莲之所以能够不被触摸而运动，是因为有一种看不见的神秘力在对它起作用。它们可能给这种错觉起一个高深莫测的名称(如“超距作用”，或“没有任何接触下睡莲即会运动的能力”)。 ………… 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 我常想，我们就像自鸣得意地在池中游动的鲤鱼。我们的一生就在我们自己的“池子”里度过，以为我们宇宙只包含那些看得见摸得着的事物。就像鲤鱼一样，我们认为宇宙之中只包含有熟悉可见的东西。我们自以为是地拒绝承认就在我们的宇宙跟前存在有别的平行宇宙或多维空间，而这些都超出了我们的理解力。如果我们的科学家发明像力这样一些概念，那仅仅是因为他们不能用眼检验出充满于我们周围空间的无法看见的各种振动。一些科学家鄙视更高维数世界的说法，是因为他们不能在实验室里便利地验证它。 (节选自加来道雄《一名物理学家的教育历程》) 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 6．(3分)下列对材料相关内容的理解和分析，正确的一项是 A．科学家们希望，广义相对论和量子力学能够统一，从而催生出第三次工业革命。 B．爱因斯坦的广义相对论解释了宇宙中绝大多数的宏观现象，指出了引力的本质。 C．引力是时空几何效应的这一观念得到认可，主要是因为“中国天眼”作出了贡献。 D．凝聚态指的是固态和液态两种形态，它有着和宇宙中的粒子相类似的物理性质。 √ 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 A．“催生出第三次工业革命”于文无据。由材料一中“科学家们期待二者的统一能像历史上每一次重大科学突破那样，引领新一轮科技革命”可知，原文是“引领新一轮科技革命”。C.“主要是因为”强加因果。由材料一中“随着‘中国天眼’和激光干涉引力波天文台等国内外大科学装置多次观测到引力波的相关信号，广义相对论中关于引力是时空几何效应的观念已被广泛认可”可知，原文是说随着“中国天眼”作出的贡献，而不是说主要是因为“中国天眼”作出的贡献。D.“凝聚态指是固态和液态两种形态”混淆概念。由材料一中“生活中大部分可见物质都是凝聚态，通常包括固态和液态”可知，凝聚态通常包括固态和液态，但它并不是只指固态和液态两种形态。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 7．(3分)根据材料内容，下列说法正确的一项是 A．在宇宙中探测引力子信号非常困难，要探测到一个来自太阳的引力子，需要用与地球质量相当的探测器，花10亿多年时间。 B．科学家在凝聚态物质中发现了引力子，实现了将引力融入量子力学体系的愿望，完成了广义相对论与量子力学二者的统一。 C．在凝聚态物质中观测引力子的最大困难是缺少实验设备，该实验对设备要求极高，有了适合的设备就预示着实验可以成功。 D．水池中的鲤鱼“科学家”们如果对使睡莲运动的那种“神秘力”产生错觉，就可能造出“超距作用”等名称来掩盖自己的无知。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A．“花10亿多年时间”表述过于绝对。由材料一“也可能需要超过10亿年才会探测到一个来自太阳的引力子”可知，原文是说“可能”。B.“实现了……，完成了……”时态使用错误。由材料一“物理学家一直试图通过引力子这一概念，将引力融入量子力学的体系，从而实现四种基本作用力的完全统一，也即广义相对论与量子力学的统一”可知，原文是未然。C.“有了适合的设备就预示着实验可以成功”说法绝对。由材料一“实验测量也对制冷机脉冲管带来的振动极为敏感，实验极具挑战性”分析可知，即使有了适合的设备，也不一定就预示着实验可以成功。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ “科学探究需要强烈的好奇心支撑”无中生有，材料二最后一段中没有关于“好奇心”的表述。 8．(3分)下列对材料二最后一段的理解和分析，不正确的一项是 A．人类对世界的认识存在局限性。 B．已有的一些科学解释或许是荒谬的。 C．科学探究需要强烈的好奇心支撑。 D．无法用实验来验证的世界不代表不存在。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 9．(4分)请简要说明材料一非弹性光散射实验中存在哪些“看似矛盾”的问题。 答案：①实验需要极低温度与可见光及制冷机容易将温度升高相矛盾；②实验测量对振动极为敏感与制冷机脉冲管会产生振动相矛盾。 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 10．(6分)对于未知世界的假设，为什么材料一用“预言”“推测”等词，而材料二却用“杜撰”“虚构”等词？请结合材料谈谈你的理解。 答案：①材料一中的科学假设是基于人类已有认知提出的，为实验发现引力子提供了可能，用“预言”“推测”等词表达了作者对这种假设的肯定；②材料二中鲤鱼“科学家”们所提出的东西是为了掩盖无知而凭空假设的，用“杜撰”“虚构”等词表达了作者对鲤鱼“科学家”们的否定。 返回 2 3 4 5 6 8 9 10 1 7 谢 谢 观 看 第三单元　 实用性阅读与交流——探索与创新 $