МПК Магнитопорошковый метод. Удк 372. 8 53 16 ббк 74. 262. 22 С серия Классический курс основана в 2007 году
 Скачать 6.65 Mb.
|
|
Глава XV. ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ, ЯВЛЕНИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕГАМИРА Астрономия изучает мегамир ив значительной мере использует методы физики, в том числе её модели и законы (идеальный газ, законы Кеплера и т. д, методы исследования (спектральный анализ и др. В переработанном и дополненном учебнике представлены основные положения астрономии. Специфика предмета астрономии прежде всего выражена в описании эволюции звёздных систем и Вселенной в целом, что является существенным дополнением для формирования научного миро- воззрения. Сложность объектов мегамира, их удалённость от Земли (от наблюдателя) приводят к большим погрешностям измерений тех или иных характеристик, поэтому часто говорят только об оценках величин. В связи с этим тем более необходимы явное обращение к моделям, их изображение, получение каких-то обобщений (выводов). Урок 1*. Видимые движения небесных тел. Законы движения планет Задачи урока ввести понятия о мегамире и об астрономии науке, его описывающей определить и рассмотреть основные объекты мегамира; определить кинематическое описание движения планет изв зд ввести новые понятия — небесный экватор, астрономическая единица, парсек, параллакс познакомить с законами Кеплера План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Введение Изучение нового материала Отработка знаний Подведение итогов. Домашнее задание 25—30 10 Сообщение учителя, постановка задач урока Рассказ учителя. Записи в тетрадях Работа с учебником по вопросам. Решение задачи Ответы на вопросы. Выделение главного. Введение Логика структурирования содержания урока может быть представлена так Типичные объекты и явления, изучаемые астрономией табл. 52). Задаётся объектный мир этой науки. Таблица Типичные объекты и явления астрономии Виды объектов Типичные явления. Малые тела Солнечной системы. Планеты. Звёзды 4. Галактики. Туманности. Системы галактик. Вселенная как система всех известных материальных объектов Механическое движение, поглощение и отражение света, гравитационное взаимодействие движение, гравитационное взаимодействие, поглощение, отражение и излучение радиоволн Образование звёзд, ядерные реакции и излучение электромагнитных волн разных диапазонов, излучение космических лучей (потоков частиц, взаимодействие звёзд, механическое движение и др. Взаимодействие и движение звёзд, взаимодействие галактик, излучение электромагнитных волн Поглощение и излучение электромагнитных волн, образование электрических и магнитных полей, механическое движение частиц туманности и др. Механическое движение, взаимодействие галактик Разбегание галактик, существование электромагнитного излучения и потоков частиц 258 2. Рассматриваем экваториальную (сферическую) систему координат для описания видимого движения небесных тел центр отсчёта связан с Землёй, вводим две координаты — прямое восхождение и склонение (рис. 14.1 учебника. По рисунку учебника разбираем, как они определяются. Обсуждаем историческое значение геоцентрической и гелиоцентрической систем координат (мира) для описания движения небесных тел. Следует подчеркнуть, что практика позволила выбрать наиболее эффективную систему отсчёта и правильно объяснить движение Солнца (не Солнце движется, а Земля) и странное петлеобразное движение планет (рис. 14.3 учебника Метод измерения расстояний до звёзд на основе годового движения Земли вокруг Солнца. Рисунок 14.4 учебника выполняется в тетрадях Природа взаимодействия Солнца и планет. Законы Кеплера Изученный новый материал сразу же частично отрабатывается при обсуждении рисунков учебника изображена ли эклиптика на рисунке системы координат (рис. 14.1)? Движение какого небесного объекта изображено назв здной карте петлёй рис. 14.2)? Можно ли говорить о видимом движении планеты рис. 14.3) как о проекции движения объекта на поверхность звёздного неба Определите с помощью учебника, что завели- чина обозначена на рисунке 14.4 через a 0 ? В чём не согласуются рисунки 14.4 и 14.6? Ответ. Земля движется по эллипсу, но при определении параллакса довольно точно можно считать это движение круговым) Почему возможен рисунок 14.4 при определении параллакса звёзд? Изображён ли на рисунке 14.7 радиус- вектор Ответ. Радиус-вектор по второму закону Кеплера — это вектор, проведённый, например, из точки S в точку В.) Коллективно решают типичную задачу. Период обращения Марса вокруг Солнца составляет примерно 687 сут. Как на основе законов Кеплера определить расстояние от Марса до Солнца? К р ат кое решение. Связь между средним расстоянием планеты от Солнца и периодом её вращения устанавливает третий закон Кеплера a T GM 3 2 2 4 = = const C p Удобнее воспользоваться иной формой закона для связи характеристик двух планет a a T T 1 3 2 3 1 2 2 2 = В качестве второй планеты рационально взять Землю её расстояние до Солнца 1 а. е, период обращения 365 сут. В итоге получаем простое соотношение x 1 3 2 2 1 687 365 = . Расчёт даёт для среднего расстояния от Марса до Солнца значение, равное 1,52 а. е, или 228 млн км. Ученики самостоятельно решают задачу. Определите период обращения искусственного спутника вокруг Земли, если он находится на высоте 1200 км. У казан и е. Данные о движении Луны взять из таблиц Домашнее задание § 99*; упр. нас двум школьникам можно предложить темы для выступлений наследующем уроке. Урок 2. Физическая система Земля—Луна Задачи урока повторить знания о закономерностях механического движения планет изв зд охарактеризовать Землю и Луну как систему объяснить фазы Луны повторить и конкретизировать понятие о затмениях ввести и объяснить приливные явления. План урока Этапы урока Время, мин Приёмы и методы Повторение. Изучение нового материала. Совершенствование знаний Подведение итогов Домашнее задание 20—25 15 2—3 Фронтальный опрос по рисункам учебника Рассказ учителя. Выступления школьников. Записи в тетрадях Из истории исследования Луны. Демонстрация видеоматериалов сих обсуждением Выделение главного Сообщение учителя. После краткого введения организуется с использованием учебника повторение по вопросам наблюдается ли движение звёзд на небесной сфере Движение каких объектов экспериментально наблюдают на небесной сфере (рис. 14.2, 14.3 учебника Какое расстояние больше один парсек или одна астрономическая единица Можно лис Земли измерить угол p (рис. 14.4 учебника В какой системе отсчёта Земля движется по эллипсу Чему будет равен радиус-вектор Земли в афелии (рис. 14.6 учебника Новый материал можно изучать последующему плану Учитель определяет систему небесных тел Земля—Луна. После этого два школьника выступают со следующими краткими сообщениями 1) физические характеристики Земли 2) физические характеристики Луны (на доске последовательно заполняют и комментируют таблицу 53). Общий вывод Земля и Луна довольно разные астрономические объекты траектория движения (эллипс) Луны сильнее вытянута, чему Земли скорости движения тоже существенно различаются. Таблица 53 Свойства Характеристики Земля Луна Форма — приближённо шар, твёрдое тело Инертные и гравитационные свойства Средняя плотность вещества Форма орбиты — эллипс Движение по орбите Ускорение свободного падения на поверхности Радиус 6400 км Масса 5,98 · 10 24 кг кг/м 3 Эксцентриситет Скорость 1 км/с 9,8 м/с 2 Радиус 1700 км Масса 7,35 · 10 22 кг кг/м 3 Эксцентриситет Скорость 1 км/с 1,6 мс Учитель рассказывает о явлениях, обусловленных существованием системы Земля—Луна, описывает видимое с Земли положение Луны (рис. 14.8 учебника. Далее выполняют рисунки затмений, затем обсуждают рисунок 14.9 учебника при объяснении приливов Из истории исследований Луны а) методы исследований постоянно развиваются (визуальные наблюдения, локация, фотографирование, изучение проб грунта, спектральный анализ, изучение магнитных полей, исследование сейсмических волн приборами и др б) фотографирование обратной стороны Луны (советская станция Луна, 1959 г) и построение карты Луны Луноход (СССР, 1970 г в) американская программа Аполлон (с 1969 г.). Выбор материала для рассказа об исследовании Луны возможен в широком диапазоне показ видеоматериалов учителем, рассказ ученика о фотографировании Луны, о загадках Луны происхождение Луны, вулканы, ядро и др Вопросы для подведения итогов почему можно говорить о системе Земля—Луна? Почему иногда систему Земля—Луна называют двойной планетой Какова причина движения Луны вокруг Земли Какие явления обусловлены гравитационным взаимодействием Земли и Луны Что такое синодический месяц Почему на Луне нет атмосферы Домашнее задание § 100; задача на повторение из упр. нас. Индивидуально рекомендуем предложить провести исследование на основе визуальных наблюдений (каждый раз выполняя схематический рисунок) изучить изменение вида Луны на небесной сфере желательно провести не менее четы- рёх-пяти наблюдений Урок 3. Физическая природа планет и малых тел Солнечной системы Задачи урока рассмотреть строение Солнечной системы ввести понятия о планетах земной группы и планетах-гигантах, астероидах, кометах, метеорах и метеоритах изучить некоторые характеристики этих объектов. Ход урока Совершенствование изученных знаний возможно в форме выступления ученика на конкретную, заранее определённую, тему, например Свойства поверхности Луны Содержание изучаемого материала урока делится натри части 1) планеты земной группы 2) планеты-гиганты; 3) малые тела Солнечной системы. Логика характеристики планет такова расположение, размер, масса в сравнении, средняя плотность, атмосфера, температура. Логика рассмотрения малых тел такова размер, орбита и движение, отдельные характеристики известных малых тел (комета Галлея, Аризонский метеорит и др Для отработки изученного материала рассматривается пример решения задачи 1 из учебника (с. 406). Вопросы для обсуждения можно лис Земли экспериментально измерить радиус орбиты спутника Ио и его период Можно ли экспериментально измерить его массу Можно ли использовать третий закон Кеплера при движении тела по гиперболической траектории? Коллективно решают задачи. Чему предположительно была равна кинетическая энергия метеорита Гоба при скорости движения 20 км/с (учебник, с. 377)? 2. Выберите модель и оцените размеры кратера, если вся кинетическая энергия метеорита Гоба была израсходована на образование кратера. Вопросы для повторения о чём свидетельствует малая средняя плотность планет-гигантов? Как лучше определить астероиды звездообразные тела или малые тела Солнечной системы Можно ли отнести кометы к малым телам Солнечной системы Как определить размер самого крупного астероида в Солнечной системе Ответ. Около 600 км) Чем метеорит отличается от астероида Домашнее задание § 101; упр. нас. Рекомендуем индивидуально предложить провести исследование. Выяснить по литературным источникам особенности падения знаменитого Тунгусского метеорита. Оценить размеры Тунгусского метеорита, если предположительно он была) каменным с плотностью 3,5 г/см 3 и имел массу до миллиона тонн б) ледяным обломком кометы массой до миллиона тонн. Оценить кинетическую энергию метеорита, если он двигался со скоростью 30 км/с. Урок 4. Солнце Задачи урока изучить основные характеристики Солнца ввести ряд новых понятий светимость, хромосфера, фотосфера, корона, протуберанец, солнечный ветер и др. Ход урока Проверяют выполнение домашнего задания в форме фронтального опроса заслушивают выступления школьников о Тунгусском метеорите Всевозможных данных о Солнце много, все они в той или иной степени интересны. Тем более важно выделить логику, а затем — метод познания. На уроке логика рассмотрения нового материала может быть представлена так Солнце как астрономический (физический) объекта) форма внешний вид — светящийся диск ст мными пятнами, плазменный шар радиусом примерно 700 000 км, масса кг плотность на поверхности средняя плотность разреженных газов около 1400 кг/м 3 , в центре — порядка 150 000 кг/м 3 ; б) движение вращение вокруг оси, нос разной угловой скоростью на полюсе и экваторе (период 25—30 сут, что требует использования более сложной модели, чем абсолютно твёрдое тело период обращения Солнца вокруг центра Галактики ориентировочно равен 200 млн лета скорость обращения — около 220 км/с; в) взаимодействия гравитационное с планетами, между частями вещества Солнца (ускорение свободного падения на поверхности Солнца почтив раз больше, чем на поверхности Земли электромагнитное между атомами, между атомами и элементарными частицами, например при излучении фотонов электромагнитного излучения; г) состав вещества Солнца водород (около 71%), гелий около, другие химические элементы (всего обнаружено более 70 разных элементов); д) энергетические характеристики Солнца солнечная постоянная, светимость, температура — на поверхности на уровне фотосферы температура около 6000 Кв центре — порядка 10 7 К (законы Вина и Стефана—Больцмана). 2. Физические явления на Солнце или обусловленные Солнцем образование структуры фотосферы в форме гранул, конвекция вещества изнутри в фотосферу, образование и движение пятен (температура около 4000 Кв фотосфере, солнечная корона е газ нагрет до 10 6 К) и протуберанцы в ней (с температурой порядка 6000—8000 К, массой в миллионы тонн, солнечный ветер как излучаемый Солнцем в космическое пространство поток протонов, электронов и ионов со скоростями порядка 800 км/с, световое и гравитационное действие (например, приливы) на Землю и живые организмы о связи активности Солнца и эпидемий на Земле — см. работы нашего замечательного учёного А. Л. Чижевского). Вывод-обобщение: гравитационное притяжение Солнца создаёт условия для существования Солнечной системы, излучение Солнца создаёт физические условия для многих явлений в Солнечной системе в частности, условия жизни на Земле). На рисунке 141 изображена модель верхних слоёв (атмосферы) Солнца, построенная на основе различных экспериментальных данных При отработке знаний, кроме репродуктивных вопросов, необходимо обсудить вопросы творческого плана. Например какие ещё физические явления возникают на разных планетах в результате действия излучения Солнца Ответ. Нагрев вещества поверхности планеты, в том числе его испарение, и др) Выскажите гипотезы о причине возникновения пятен на Солнце. Верно ли встречающееся иногда мнение о том, что появление солнечных пятен свидетельствует об остывании Солнца Как можно сфотографировать солнечные пятна и гранулы Когда и как лучше наблюдать протуберанцы Почему температура хромосферы и короны больше, чему фотосферы (см. рис. 141)? Почему так долго энергия от центра идёт к поверхности Солнца учебник, с. 388)? Почему космонавту опасно выходить в открытый космос при солнечной хромосферной вспышке Домашнее задание § 102; задание нас учебника. Урок 5. Основные характеристики звёзд Задачи урока сформировать понятия «освещённость», светимость, спектр ввести понятие спектральный класс звёзд»; определить четыре группы звёзд; изучить закономерности, описываемые диаграммой Герцшпрунга—Рассела, и связь массы звезды и её светимости. Ход урока Фронтальный опрос по основным представлениям о Солнце. Краткое выступление ученика (домин) с какой-нибудь интересной информацией о жизни Солнца, например об летнем цикле солнечной активности. Рис. 141 264 II. Организация изучения нового материала Учитель рассказывает о типичных группах звёзд (звёзды главной последовательности, красные гиганты, сверхгиганты, белые карлики) и диаграмме «спектр—светимость», вводит соответствующие понятия Коллективно с использованием учебника решают задачи. Оцените светимость Веги ( a Лиры) — звезды главной последовательности, если её масса больше массы Солнца в 2,8 раза. К р ат кое решение. Для звёзд главной последовательности в учебнике рассмотрена закономерность з L С M M з С ж из ц ш ч 4 Светимость Солнца известна (учебник, с. 380): 4 ·10 26 Вт. Отсюда для Веги имеем светимость L »4·10 26 ·(2,8) 4 »2,5·10 28 (Вт, те. примерно враз больше. Оцените температуру Веги, если известные светимость и радиус. К р ат кое решение. По формуле, полученной на основе закона Стефана—Больцмана для модели излучения абсолютно чёрного тела, имеем выражение T = L R s p 4 учебник, с. 381). Светимость Веги равна 2,5 ·10 28 Вт (см. решение задачи 1), радиус Солнца равен примерно 700 000 км (значение радиуса бе- рём из Справочника, R С км, постоянная s=5,67·10 –8 Вт/(м 2 ·К). Далее следует расчёт. 3. Оцените температуру звезды-сверхгиганта Бетельгейзе, основываясь на законе Вина (учебник, с. Краткое решение. Красный цвет звезды указывает, что максимум излучения наблюдается на длине волны 7,6 ·10 7 м. Из формулы закона Вина l max , = · – 2 9 10 получаем T = · · – –7 2 9 10 7 6 10 3 3400 , , (КВ учебнике (си таблицах приводится значение около 3500 К, что соответствует нашему расчёту. III. Подведение итогов урока проводится по вопросам какие характеристики звёзд определяют экспериментально Какие характеристики звёзд рассчитывают теоретически Домашнее задание § 103; упр. нас (ЕГЭ); индивидуально составить задачу аналогично примеру 2 нас учебника Урок 6*. Внутреннее строение Солнца изв зд главной последовательности. Эволюция звёзд Задачи урока показать, что законы физики хорошо применимы для описания процессов внутри звёзд; изучить существенные характеристики четырёх групп звёзд; ввести понятие о новом астрономическом объекте — чёрной дыре раскрыть основные особенности эволюции звёзд. Ход урока Повторение организуется при решении задачи, аналогичной примеру 2 нас учебника, и обсуждении вопросов каково строение оболочки Солнца К какому типу звёзд относится Солнце Каковы основные характеристики звёзд? |