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现代科学技术概论宇宙篇

教 案

黑洞

任课教师 刘金寿

教学单位 物理学院

授课对象 05、06级全校文科类学生

课程总学时 32

基本教材 现代科学技术概论

二OO六 年 九 月

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大 连 大 学 教 案（略案模版）

第 2 章 内容名称 黑洞 教学目标和基本要求 理解黑洞的形成机理，掌握黑洞的分类，了解宇宙“黑”、“白”、“虫”三洞 重点、难点分析 重点：黑洞的探测与发现，致密恒星（黑洞）的喷流，黑洞的分类 难点：生成黑洞的机理 讲课提纲 教学方法 一、科学家的预言及黑洞的来源 二、黑洞的观测与发现 演示、诱导、知识联想 三、致密恒星（黑洞）的喷流 演示、诱导、知识联想 四、黑洞的分类 演示、诱导、知识联想 五、黑洞、白洞、虫洞及时空旅行 启发、讨论、知识联想 课件名称：《宇宙学概论》（单机版Authorwere课件） 教学小结 时间分配 教学手段 0.5课时 大屏幕讲授 0.2课时 大屏幕讲授 0.5课时 大屏幕讲授 0.5课时 大屏幕讲授 0.3课时 大屏幕讲授 黑洞 小结 1．科学家的预言 （1）．1798年拉普拉斯根据牛顿力学公式V1=GM预言，宇宙中存在着黑洞。 R（2）．1916年史瓦西从“爱因斯坦引力方程”求得了类似拉普拉斯的结果，即一个天体的半径达到r=2GM（M是天体质量，c是光速）时，连光线也无法逃脱它的引力。 2c2．黑洞的观测与发现 观测方法：通发现X射线源、?射线源、引力透镜、核心喷流等现象，间接推测黑洞。 （1）．天鹅座X-1号的双星系统 （2）．X射线源LMCX－3中含有一颗质量大约为10个太阳质量的黑洞 （3）．麒麟座X射线新星A0620－00 （4）．遥远星系（M87）的中心黑洞 （5）．银河系及许多星系中心都存在着超级大黑洞，最大的达到30亿倍太阳质量，1小时吞吃600个地球质量的物质。银河系中心的超大黑洞，据推测每小时吞噬4个地球。 3．黑洞的分类 （1）．史瓦西黑洞——寻常黑洞 如前所述的“史瓦西黑洞”属于“寻常黑洞”，它由恒星演化而来。 （2）．超级大黑洞 由爆发星系、类星体所形成的黑洞，称为“超大黑洞”，存在于星系核心。 （3）．原始黑洞 20世纪70年代由霍金提出。原始黑洞有如下特点： a. “放出物质和辐射”意味着它具有温度 b. 小黑洞的吸积效应小于发射效应 霍金证明了小黑洞通过所谓“隧道效应”可以放射出物质和辐射，因而可以蒸发，而温度则不断升高。小黑洞的质量在不断减少，这种过程不断升级，直到黑洞完全蒸发掉为止，这是区别于寻常黑洞的一个重要特征。质量10亿吨以上的才能存在迄今。

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（4）．微型黑洞 原苏联物理学家特罗缅柯于1991年又提出了“微型黑洞存在于一切空间”的假说。例如美国夏威夷群岛的火山之所以仍在活动，就是因为地球地幔中隐藏着微型黑洞，成为使岩浆处于沸腾状态的热源。而微型黑洞所发射的中微子数量是太阳的1000倍，因此在火山内部较易观测到中微子。 4．黑、白、虫三洞 黑洞是宇宙中的收缩区域，是吞食实物和光的“陷阱”；白洞却是字宙中的膨胀区域，各类高能物质乃至光线从这个源泉涌向字宙。 建立黑洞和白洞的连通结构——虫洞，通过这样的超空间可以不费时地从宇宙的这边跳到那边。 5．超空间发动机和超时空旅行 “超空间发动机”。一旦研制成功，人类将可以乘坐太空船在太空高速飞行，从地球飞往火星将只需3小时，而飞往11光年之外的星球也只要80天！据称，如果一切顺利，科学家将在5年之内制造出“超空间发动机”的样机并进行相关测试。（要求退学上网搜索浏览） 关键词：超空间发动机 作业及讨论：见PPT教学课件或电子教案

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