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部编版高一必修下册语文第三单元
《青蒿素:人类征服疾病的一小步 》《一名物理学家的教育历程 》第一课时
课下练习题
请阅读下面文段，完成下面两个表格。
（一）在解释为什么更高的维数正在激发起科学世界的想象力时，弗罗因德的类比：
被局限栖息地 表现 对象 表现 天然栖息地
笼子 猎豹 优美 非洲热带草原
被拆散 物理规律 优美
（二）为了阐明如何加进一个较高的维数就能使事情变得简单实用的类比：
超维空间理论(加来道雄)
自然规律在高维中更简单
芝加哥大学著名的费米研究所的理论物理学教授弗罗因德，是喜欢用高维宇宙的性质来愉悦听众的一个物理学家。他是超维空间理论的早期工作者之一，当时这一理论与主流物理学相比被认为是奇谈怪论。他和一小部分科学家孤立地对高维科学研究了多年。而现在这门学科已经变成一个时髦而又合法的科研分支。使他高兴的是，他早期的兴趣最终得到了回报。
弗罗因德与传统的那种狭隘、顽固、不修边幅的科学家形象极不相符。相反，他文雅、口齿伶俐而又富于教养。他善于诡谲而顽皮地笑，他的笑使那些非科学家人士为突破性科学发现的迷人故事而倾倒。他会随意写上满满一黑板方程式，或者与别人在鸡尾酒会上开点无伤大雅的玩 笑。他说话时带着浓重而明显的罗马尼亚口音，拥有生动迷人地解释那些极为神秘复杂的物理概念的绝技。
弗罗因德通常会提醒我们，科学家们已用怀疑的眼光来评述更高的维数，因为它们既不能被 测量也没有特殊的用途。然而，当今的科学家却逐步意识到，任何一种三维理论都“太小”，不足以描述控制我们宇宙的力。
像弗罗因德强调的那样，过去十年中贯穿于物理学的基本主题是:自然规律在高维空间表述时会变得更为简单和优美。高维空间是自然规律的天然栖息地。光和引力的定律在高维时空中找到了一种天然表述。统一自然规律的关键步骤是增加时空的维数，从而能合理安排越来越多的力。在更高维中，我们有足够的“空间”来统一所有已知的物理力。
在解释为什么更高的维数正在激发起科学世界的想象力时，弗罗因德用了下列类比:想想地球上跑得最快的动物中的猎豹，它皮毛光滑而又美丽，在非洲的热带草原上漫游。在它的天然栖息地，猎豹是一种了不起的动物，简直是一件艺术品，它的奔跑速度或奔跑动作的优美简直无与伦比。现在，想想被捕获并且投进动物园简陋笼子里的猎豹吧。它已失去了原有的优雅和美丽，为了我们的娱乐而被安排去展出。我们只看到笼子里神情绝望而不是原来那种优雅和精力充沛的猎豹。猎豹可与物理规律相提并论，物理规律就其本身而言是优美的。物理规律的天然栖息地就是高维时空。然而，我们只能测量那些被拆散且放在笼子里展出的物理规律，这个笼子就是我们的三维实验室。我们只能看到已经被剥夺了优雅和美丽的猎豹。
几十年来，物理学家们想知道为什么四种自然力以如此支离破碎的形式出现——为什么在笼子里的这些“猎豹”看起来神情如此绝望和可怜。弗罗因德注意到，四种力看起来似乎大不相同的基本原因，是我们一直在观察“笼子里的猎豹”。对于物理规律而言，我们的三维实验室是一个无能的动物笼子。但是，当我们在高维时空(它是物理规律的天然栖息地)中表述物理规律时，我们就看到了它们名副其实地显赫和有力，物理规律就变得简单而富有生命力。现在这场席卷物理学的革命，就是认识到了其天然栖息地也许正是超维空间。
为了阐明如何加进一个较高的维数就能使事情变得简单，试想古罗马人是怎样打那些大仗的。伟大的罗马战争常常包含了许多较小的战场，它一定伴随着来自四面八方的谣言和误传， 把事情弄得混乱不堪。战争在多个前线进行，罗马的将军们却常常盲目指挥。罗马人往往是靠暴力而不是靠优美的战略来赢得战争的胜利。那就是为什么战争的首要原则是占领高地——即升入二维战场上方的第三维。在可看到战场全景的巨大山丘的有利地位上，战争的喧嚣突然变小了。换句话说，从第三维(即从山丘的顶部)来观察，较小战场的混乱结合成了一幅首尾连贯的单一画面。
这个原理——自然规律在高维中表达时可以变得较为简单——的另一个应用，是爱因斯坦狭义相对论背后的中心思想。爱因斯坦揭示了时间是第四维，证明了在四维理论中时间和空间能够便利地统一起来。这进而必然导致所有用时间和空间来测量的物理量的统一，比如质量和能量。
他还发现了质量和能量统一的精确数学表达式:E=mc2，这就是所有科学方程式中最为著名的质能公式。
为了鉴赏这个统一的巨大威力，现在我们来描述四种基本力，强调它们如何不同，如何在高维中给出这四种力的统一表述。过去两千多年来，科学家们发现我们宇宙中的一切现象能够被归结为四种力，它们从一开始就彼此互不相似。
电磁力
电磁力以多种形式存在，它包括电、磁和光本身。电磁力照亮我们的城市，可使收音机和电 唱机发出的音乐充满整个空间，可用电视给我们以娱乐，用电器来减少家务劳动，用微波炉烘烤 食物，用雷达跟踪飞机和进行空间侦察，用电厂发电。最近，电磁力已被用于电子计算机(这使 办公室、家庭、学校、军队大为改观)和激光(这对于通信、外科手术、光盘、五角大楼高级武 器系统，甚至于售货台的付款机有重大意义)。在某种意义上，地球上多半的国民生产总值(它 代表着人类积累的财富)都依赖于电磁力。
强核力
强核力为恒星燃烧提供能量，它使群星争辉，产生哺育生命的太阳光。如果强核力突然消 失，太阳将一团漆黑，地球上一切生命将会灭亡。事实上，一些科学家认为恐龙灭绝于 6500 万 年前的原因，是一次彗星撞击的碎屑来到高空大气层之中，使地球暗淡无光，引起整个地球温度 骤然下降。具有讽刺意味的是，也正是强核力可以一天之间收回它赠予的生命。如果不限制氢弹 爆发，强核力就有可能在一天之内结束地球上所有的生命。
弱核力
弱核力控制某些形式的放射性衰变。因为放射性材料在衰变或分裂时发出热，弱核力使地球内部深处的放射性岩石变热。这种热又偶尔会使火山把熔岩猛烈地喷向地球表面。弱核力和电磁力还被用来治疗严重的疾病:放射性碘被用来杀死甲状腺肿瘤和抑制某些种类的癌。放射性衰变力也能致死:它在三哩岛和切尔诺贝利造成严重破坏;它也产生放射性废料——核武器生产和商用核电厂的必然的副产品，这些废料都有可能贻害几百万年。
引力
引力使地球和行星在各自的轨道上运动，引力也约束整个星系。如果没有地球的引力，地球 的自转将使我们像布娃娃一样被抛进太空。我们用以呼吸的空气将快速地扩散到太空中，从而使 我们窒息或使地球上无法存在生命。没有太阳的引力，包括地球在内的所有行星将被从太阳系扔到寒冷的太空深处，那里阳光不足，生命无法赖以生存。事实上，没有引力，太阳本身也将爆 炸。太阳是引力和核力精确平衡作用的结果，引力企图挤碎太阳，核力却又想把太阳分开。没有 引力，太阳将会像千百万亿颗氢弹那样轰然起爆。
现在理论物理的主要挑战是把这四种力统一成一种力。从爱因斯坦开始，20 世纪的许多物 理学巨人已经寻求，但苦于找不到这样一种统一方案。然而，爱因斯坦一生最后 30 年没有找到的答案可能就在于超维空间。
寻求统一
爱因斯坦曾说:“自然呈现给我们的仅仅是狮子的尾巴。尽管因为狮子身躯庞大而不能立即展现其自身，我也不会怀疑长着这条尾巴的那头狮子之存在。”如果爱因斯坦是正确的话，那么可能这四种力就是“狮子的尾巴”，而“狮子”本身就是高维时空。这种思想已经激起人们向往有一天宇宙中的物理规律可以用一个方程来阐释，而这些规律造成的结果则由充满着图表的书籍布满了图书馆的墙壁。
对于宇宙的这一革命性前瞻的核心，就是认识到更高维的几何可能是统一宇宙中物理规律的最终源泉。简言之，尽管宇宙中的物质和把物质束缚在一起的力以一种使人困惑不解和变化无穷的复杂形式出现，但是它们可能只是超空间上的不同振动而已。然而，这一概念与科学家们的传统思想相抵触，他们把空间和时间视为一个被动的舞台，而恒星和原子是其上面的主角。对于科学家而言，可见的物质宇宙似乎比空无一物而又不能运动的时空这种不可见宇宙舞台更加丰富和变化多端。从历史的角度看，粒子物理方面几乎所有的科学努力以及大量的政府基金都被投入到诸如“夸克”和“胶子”等亚原子粒子的性质上，而不是领悟其几何本质。现在，科学家们正在意识到时间和空间这些“无用”概念可能是大自然之美与简单性的最终源头。
(选自《超越时空》，上海科技教育出版社 2009 年版)部编版高一必修下册语文第三单元
《青蒿素:人类征服疾病的一小步 》《一名物理学家的教育历程 》预习学案
一、学习任务：
1．了解屠呦呦和加来道雄的有关常识。
2．阅读文章，读准字音，整体感知文本内容并提出问题。
3．感悟两位科学家的科学精神。
二、学习准备：
1．教材
2．笔记本
3．老师提供的阅读材料
三、学习方式
1. 自主学习
四、学习环节：
（一）给下列加点字注音
青蒿 （ ） 精髓（ ） 疟（ ）疾 悖（ ）论 浸渍（ ） 羟（ ）基 砒（ ）霜
畏葸（ ）不前
（二）根据读音写出相应字形
沧海一sù （ ） 五彩 bān lán（ ） （ ）
怪dàn（ ） 撒手人huán （ ） páo （ ）根究底
（三）阅读下面文段，请概括出屠呦呦和加来道雄的主要成就
1. （1）屠呦呦，著名药学家。1930 年生于浙江宁波，1951 年考入北京大学，1955 年毕业后长期在 卫生部中医研究院(现中国中医科学院)中药研究所工作。1969 年负责组建课题组参与抗疟药物研究，从系统收集整理历代医籍、本草、民间方药入手，在收集两千余种方药基础上，编写了 《抗疟方药集》。后将重点置于中药青蒿上，1971 年发现中药青蒿叶子的乙醚提取中性部分(简 称“醚中干”)对疟原虫的抑制作用。1972 年 11 月得到抗疟有效单体，命名为青蒿素。青蒿素具有“高效、速效、低毒”的优点，在全世界拯救了千万患者的生命。1973年又创造性地在青蒿素基础上创制双氢青蒿素，为国内外开展青蒿素衍生物研究打开局面。2011 年获拉斯克临床医学研究奖，2015 年获诺贝尔生理学或医学奖，2016 年获国家最高科学技术奖，2018 年获“改革 先锋”称号，2019 年获得“共和国勋章”。
（2）另外，特别值得留意的是，实现中国本土自然科学领域诺奖零突破的，是一位女性，这足以让人惊叹欣喜。
诺贝尔奖 115 年来，有 592 位科学家获得自然科学奖，女性获奖者有 17 位、18 人次，只占区 区 3%。其中，化学奖获得者只有 4 位，两位还是居里夫人母女。物理学奖则只有两位女性得主， 其中还是居里夫人贡献了一半，而且自 1963 年以来，女性再也没有获得过物理学奖。生理学或医学奖稍好，迄今12 位女性得主，但也只占生理学或医学奖得主总数的 5%。在这样的历史背景中，屠呦呦获奖，不仅是中国科学界的骄傲，也是中国女性的骄傲、全世界女性的骄傲。
屠呦呦的获奖，说明中国女性在智能方面同样出类拔萃。女性在顺利“走出厨房”后，能够赢得多么大的舞台，屠呦呦的成长之路，已给出了答案。在科学研究的能力和潜力方面，那些认为女性在科研领域难有作为的刻板印象和陈腐观念，纯属无稽之谈和迂腐之论。 屠呦呦的经历也充分说明，新中国所施行的一系列男女平等政策，对女性发展和国家发展的双重推动，屠呦呦的获奖，正是这些政策和措施所结出的硕果。随着国家愈加重视女性人才成长，更多支持女性人才成长的政策举措出台，社会各界合力营造有利于女性人才成长的良好环境，更多的“屠呦呦”将在平等的环境下茁壮成长，在没有“天花板”的空间里脱颖而出。 如今，屠呦呦依然执着于中医药事业。这位受人尊敬的女性身上，充分体现了医学工作者服务大众、济世救人的崇高情怀，充分体现了中国科学家求真务实、艰苦探索、专注事业、勇于创新的职业风范。
(选自《屠呦呦传》，人民出版社 2018 年版，有删改)
屠呦呦的主要成就：
2. 加来道雄
加来道雄，美籍日裔物理学家。1947 年出生于美国加利福尼亚州圣何塞。在弦理论方面有重大贡献，是其早期奠基人之一。代表作品有《量子场论现代导引》《不可思议的物理》《超越时空——通过平行宇 宙、时间卷曲和第十维度的科学之旅》《爱因斯坦的宇宙》等。
《超越时空——通过平行宇宙、时间卷曲和第十维度的科学之旅》的英文名叫 Hyperspace，直译过来就是多维空间的意思。多维空间是指超过三维的空间，又被称为超空间，是当今物理学最前沿的研究领域。多维空间理论是目前在人类认知范围内最接近宇宙本原的理论，它有可能完成人类科学探索的最大梦想，那就是统一所有已知的自然力，融合量子理论和广义相对论，找到终极的自然法则。很多现在很火的概念，比如平行宇宙、时间旅行，在这本书里也都有提到。
目前对高维空间的研究，主要集中于一种叫“弦理论”的物理学理论，而《超越时空》的作者加来道雄，就是弦理论的奠基人之一，他也是纽约城市大学的理论物理学教授，可以说是对多维空间和弦理论理解最透彻的学者之一。与此同时，加来道雄还是一位科普大师，写过很多优秀的科普书籍，比如《平行宇宙》《不可能的物理》等等。除此之外，他还常年为科学广播节目和科学电视节目做主持和解说，也时常在关于量子物理的纪录片中出镜。加来道雄非常重视新兴知识和前沿领域的科学普及，他想让更多的人跳出常识的局限，去了解多维空间的意义，以及它给物理学带来的变革。
本选段整理自《得到》APP解读的《超越时空》
加来道雄的主要成就：
（四）请阅读第三单元第七课的两篇文章《青蒿素：人类征服疾病的一小步》《一名物理学家的教育历程》，请写出阅读这两篇文章后你对于科学研究的感悟或启发。
感悟或启发：
部编版高一必修下册语文第三单元
《青蒿素:人类征服疾病的一小步 》《一名物理学家的教育历程 》第一课时学案
一、学习任务：
1．感受屠呦呦和加来道雄的探究精神和科学态度，培养科学精神，激发对科学研究的兴趣和热情。
2．抓住关键语句，学习阐释事理的方法 ；理清文章思路，理解和把握文章主旨。
二、学习准备：
1．教材
2．笔记本
三、学习方式
1．观看视频课学习
2．适时控制播放，按老师指令完成相应的课上练习
学习环节：
（一）预习交流
（二）筛选整合作者的阐释说明信息
请再次阅读《青蒿素:人类征服疾病的一小步》中 从“发现青蒿素的抗疟疗效 ”到“发展与超越”这部分文章，筛选并整理信息，具体阐释下面这段概括性的语句：“在中医药学和现代医药科学紧密结合的原则下，我的团队运用现代科学和技术，继承了中医药学的精髓，成功地从青蒿中发现并提取出青蒿素。”
阐释：
（三） 1.理清思路：《青蒿素:人类征服疾病的一小步》
根据你的理解与记忆把下列五个小标题进行排序并填入下表：
发现青蒿素的抗疟疗效 、影响世界、从分子到药物、中医药学的贡献 、发展与超越
2.理清思路：《一名物理学家的教育历程 》
关于这篇文章的结构分法，你同意哪一个？还有别的结构方案吗，请围绕关键概念说出你的依据？

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