Урок 19 солнце как звезда ответы

§ 19. Солнце как звезда

1. Что такое солнечная постоянная? Как её определили?

Измерения за пределами земно атмосферы показали, что на площадь 1 м$^2$, расположенную перпендикулярно солнечным лучам, ежесекундно поступает 1,37 кВт энергии. Эта величина практически не меняется в течении длительного промежутка времени, поэтому она получила название солнечной постоянной. Максимум солнечного излучения приходится на оптический диапазон.

2. Что понимают под светимостью Солнца? Чему она равна?

Светимость Солнца, или полное количество энергии, излучаемое Солнцем по всем направлениям в единицу времени, определим следующим образом: величину солнечной постоянной умножим на площадь сферы с радиусом $r$ в одну атмосферную единицу $(1\, а.е. = 149.6·10^5\, м).$ Она получается равно:

3. Какие химические элементы являются преобладающими для Солнца?

Анализ спектральных линий показал, что преобладающим элементом на Солнце является водород — на его долю приходится свыше 70% массы Солнца, около 25% приходится на гелий и около 2% на другие элементы.

4. Опишите внутреннее строение Солнца.

1. Солнечное ядро.
2. Зона лучистого равновесия.
3. Конвективная зона Солнца.

5. На какие зоны условно подразделяются недра Солнца? Какие процессы происходят в каждой из этих зон?

В центре Солнца находится ядро. На расстояниях до 0.3 радиуса от центра создаются условия, благоприятные для протекания термоядерных реакций слияния атомов лёгких химических элементов в атомы более тяжёлые. Из ядер водорода образуется гелий. Выделяющаяся энергия поддерживает излучение Солнца. Выделяющаяся энергия через слои, окружающие центральную часть звезды, передаётся наружу. В области 0.3 до 0.7 радиуса от центра Солнца находится зона лучистого равновесия энергии, где энергия распространяется через поглощение и излучение $γ$-квантов.

На протяжении последней трети радиуса Солнца находится конвективная зона. Здесь энергия передаётся не излучением, а посредством конвекции (перемешивания). Конвективная зона простирается практически до самой видимой поверхности Солнца — фотосферы.

6. Что является источником солнечной энергии?

В солнечном ядре протекают термоядерные реакции. Из ядер водорода образуется гелий. Для образования одного ядра гелия требуется 4 ядра водорода. На промежуточных стадиях образуется ядра тяжёлого водорода (дейтерия) и ядра изотопа $\mathrm.$ Эта реакция называется протон-протонной. При реакции небольшое количество массы реагирующих ядер водорода теряется, преобразуясь в огромное количество энергии. Выделяющаяся энергия поддерживает излучение Солнца.

Источник

Решебник по астрономии 11 класс на урок №19 (рабочая тетрадь) — Солнце как звезда

вкл. 28 Ноябрь 2016 .

Решебник по астрономии 11 класс на урок №19 (рабочая тетрадь) — Солнце как звезда

1. Руководствуясь схемой строения Солнца, укажите названия внутренних областей и слоёв атмосферы Солнца.

2. Заполните таблицу с основными характеристиками Солнца.

3. Определите линейный радиус Солнца (в радиусах Земли и километрах). Угловой радиус фотосферы и расстояние от Земли до Солнца Считайте известными.

4. Определите массу Солнца, если Земля обращается вокруг Солнца на расстоянии 1 а. е. с периодом один год. Орбиту Земли считайте круговой.

5. Звезда Ригель из созвездия Орион излучает света примерно в 60 тыс. раз больше нашего Солнца. Объясните почему же тогда Солнце выглядит ярче, чем Ригель?

Решение: Солнце — ближайшая к нам звезда, и она в 23 млн раз ближе, чем Ригель.

6. Определите светимость Солнца, если солнечная постоянная равна 1370 Вт/м, а расстояние от Земли до Солнца — 1 а. е.

7. Определите температуру фотосферы, если светимость Солнца равна 3,85 ⋅ 10 26 и радиус Солнца — 696 тыс. км.

Источник

УРОК 19. ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ СОЛНЦА

УРОК 19. ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ СОЛНЦА

повторить строение солнечной атмосферы;

познакомить с методами определения физических характеристик Солнца, основанными на теоретическом анализе наблюдаемых характеристик и физических законах;

установить источник энергии Солнца;

познакомить с внутренним строением Солнца;

рассказать о солнечных нейтрино и их роли в изучении Солнца.

Планируемые результаты обучения учащегося:

объясняет, почему Солнце находится в равновесии (не сжимается и не расширяется);

использует законы физики для вычисления давления внутри Солнца и температуры солнечного вещества;

описывает источники энергии Солнца;

оценивает время жизни Солнца;

описывает внутреннее строение Солнца;

знает, как переносится энергия от ядра до фотосферы;

знает природу солнечных нейтрино и методы их обнаружения.

Достигаемые результаты обучения

Личностные: формирование убеждённости в познаваемости Вселенной, в необходимости разумного использования достижений науки для дальнейшего развития цивилизации, научного мировоззрения, соответствующего современ- ному уровню развития науки; ответственного отношения к учению, готовно- сти и способности учащихся к саморазвитию и самообразованию, осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории обучения.

Метапредметные: формирование умений применять знания для объяс- нения наблюдаемых явлений и процессов, строить логическое рассуждение, устанавливать причинно-следственные связи, аргументировать свою позицию, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата; приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием различных источников.

Предметные: овладение научным подходом к решению различных задач, формирование умения формулировать гипотезы, целостной научной карти- ны мира, представлений о познаваемости мира и об объективности научного знания; понимание физической сущности наблюдаемых астрономических яв- лений, влияния космоса на Землю и жизнь людей; осознание связи между уровнем развития науки и техники и современными представлениями о Все- ленной.

Основные: учебник, задачник.

Демонстрационное оборудование: ПК и мультимедиапроектор (или ин- терактивная доска), медиаобъекты, демонстрирующие внутреннее строение Солнца.

Учебник: § 21, ответить на вопросы, решить задачу № 19, с. 90 учебника.

Повторить определение видимой звёздной величины.

Урок начинаем с ответа на вопросы на с. 85 учебника. Дополнительные вопросы:

Какие характеристики Солнца можно определить непосредственно из наблюдений?

Как определяют температуру Солнца?

Что такое солнечная постоянная? Какую характеристику Солнца мож- но вычислить, используя солнечную постоянную?

Можем ли мы увидеть подфотосферные слои Солнца?

Формулируем проблему: как узнать о внутреннем строении Солнца? Напоми- наем учащимся, что законы физики работают и в космосе. Приходим к выводу, что необходимо использовать физические законы, чтобы объяснить наблюдаемые явления и процессы. Другими словами, необходимо построить такую модель вну- треннего строения Солнца, чтобы она не противоречила наблюдаемым данным.

Итак, мы знаем, что Солнце — гигантский газовый шар. Почему оно не расширяется и не сжимается? Так как масса Солнца велика, сила гравитации стремится сжать его. Что противостоит гравитационному сжатию? Сила дав- ления газа, которую в первом приближении можно рассчитать по закону Мен- делеева—Клапейрона. Таким образом, мы создали модель внутреннего строе- ния Солнца: гравитационное сжатие препятствует давлению газа (вещества Солнца). У учащихся закономерно может возникнуть вопрос: вещество Солнца

находится в состоянии плазмы, можем ли мы применять законы идеального газа в этом случае? В рамках школьной физики не представляется возможным ответить на этот вопрос. Мы предполагаем, что к веществу Солнца приме- нимы законы идеального газа, а затем анализируем полученные результаты. Если результаты не противоречат наблюдаемым фактам, наше предположение верно. Используя описанную модель, находим среднюю температуру солнеч- ного вещества: 4 · 106 К. Вспоминаем, что ранее мы определили эффективную температуру Солнца: 5800 К. Следовательно, температура Солнца меняется с глубиной: она увеличивается по мере приближения к центру.

Изменение температуры Солнца, давления и плотности вещества в зави- симости от расстояния до центра приведено на рисунке 9.

Расстояние от центра Солнца, солнечный радиус

Рис. 9. Изменение температуры, плотности вещества и давления во вну- тренних областях Солнца

Очень высокая температура в центре Солнца приводит к тому, что частицы газа движутся быстро и, преодолевая электрические силы отталкивания одно- имённых зарядов ядер, тесно сближаются, так, что становятся возможными термо- ядерные реакции. Именно эти реакции и являются источниками энергии Солнца. Термоядерные реакции, происходящие в недрах Солнца (и других звёзд), являются самоуправляемыми. Известно, что скорость протекания реакции бы- стро растёт с увеличением давления и температуры. За счёт ядерной энергии звезда сильно нагревается, расширяется (вновь вспоминаем газовые законы!), что

приводит к уменьшению давления и температуры, снижению скорости ядерных реакций, и избыточный нагрев прекращается. При затухании термоядерных реакций внутренние слои звезды охлаждаются, что приводит к уменьшению давления и гравитационному сжатию, которое, в свою очередь, «подогревает» внутренность звезды, в результате усиливается энерговыделение (скорость термо- ядерных реакций возрастает). Таким образом, звёзды (и Солнце как типичная звезда) являются своеобразными управляемыми ядерными реакторами.

При изучении внутреннего строения Солнца обращаем внимание учащих- ся на то, что выделение энергии происходит в центральной части — ядре, радиус которого составляет 1/3 радиуса Солнца. В процессе термоядерных ре- акций возникает гамма-излучение, которое переносится к внешним слоям

Солнца двумя способами передачи энергии: лучистым переносом и конвекци- ей. Механизм лучистого переноса довольно подробно описан в учебнике. Зона лучистого переноса простирается до расстояний 0,7–0,8 радиуса Солнца, далее начинается конвективная зона, в которой происходит перемешивание веще- ства (конвекция), способствующее более быстрому переносу энергии во внеш- ние слои. В этой зоне температура вещества Солнца быстро уменьшается (рис. 10), но всё же медленнее, чем если бы не было конвекции (пунктирная линия на рисунке). Падение температуры замедляется конвекцией, поэтому при её усилении возникают более яркие области — факелы. Там, где конвекция уменьшается, возникает тёмное пятно. Образование пятен, их перемещения, а также другие проявления солнечной активности связаны с магнитным по- лем Солнца и взаимодействием этого поля с веществом. Так как в рамках урока не представляется возможным подробно рассказать о современных пред- ставлениях о солнечной активности и её механизмах, следует предложить учащимся самостоятельно исследовать эти проблемы.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 R ◉

Рис. 10. Изменение температуры во внутренних областях и атмосфере Солнца

Заслушиваем доклады школьников «Методы изучения внутреннего стро- ения Солнца», «Загадки солнечных нейтрино». При обсуждении следует упо- мянуть о гелиосейсмологии (если это не было отражено в докладе). Более подробную информацию можно посмотреть на сайте Астронет: http://www. astronet.ru/db/msg/1176539/node7.html. Можно рекомендовать учащимся просмотр лекций В. Кузнецова «Как солнечные вспышки влияют на Землю» и «Гелиосейсмология» с сайта Постнаука.

Исследование солнечных нейтрино — пример взаимодействия физики, точнее, физики элементарных частиц, и астрофизики. Нейтрино обладают огромной проникающей способностью: за 1 секунду через тело человека бес- препятственно проходят 1014 нейтрино. Тем не менее учёные смогли разрабо- тать способы обнаружения этих частиц. Их изучение позволяет узнать больше о внутреннем строении Солнца.

Заканчиваем урок повторением сведений о Солнце: используя рисунки на с. 82 и с. 86 учебника, называем зоны Солнца и даём краткую характеристику каждой зоны. Обсуждаем решение задачи 5.19 (была задана на дом). Для иллюстрации ответа удобно обратиться к рисункам и упомянуть, что выделение в солнечной атмосфере её составляющих: фотосферы, хромосферы и короны — обусловлено ха- рактером изменения температуры. В фотосфере температура уменьшается, в хро- мосфере происходит быстрый рост температуры, который заканчивается в короне, где начинается плавное уменьшение температуры. Плотность газа в короне падает в сотни миллионов раз по сравнению с плотностью атмосферы. Вещество короны, будучи гораздо более горячим, чем в фотосфере, сильно разрежено, поэтому мы можем увидеть корону только во время полного солнечного затмения.

Применение информационных технологий

Урок полезно сопроводить мультимедийной презентацией. При объясне- нии можно использовать анимации солнечных вспышек, протуберанцев, гра- нулирования. На этапе самостоятельного решения задач ученики или учитель с помощью документ-камеры демонстрируют на экране решение задачи, объ- ясняют ход решения и анализируют полученные результаты.

Технологическая карта урока

Этап урока (ресурсы) Содержание этапа Деятельность

Проверка усвое- ния материала прошлого урока (учебник, задач- ник) Ответы на во- просы, их об- суждение Организует повторе- ние, задаёт вопро- сы, корректирует и дополняет ответы Отвечает на вопрос, аргументируя свою точку зрения, уточ- няет ответы товари- щей

Изучение нового материала (учеб- ник, мультиме- дийная презен- тация) Беседа Использует мульти- медийную презента- цию, формулирует определения, обра- щает внимание на важные детали, дела- ет записи на доске Слушает объяснение учителя, участвует в обсуждении, записы- вает определения и выводы в тетради

Этап урока (ресурсы) Содержание этапа Деятельность

Закрепление из- ученного матери- ала (мультиме- дийная презен- тация) Доклад ученика Слушает доклад, задаёт вопросы, об- ращает внимание на важные детали Выступает с докла- дом, отвечает на во- просы или слушает доклад, задаёт во- просы, участвует в обсуждении

Подведение ито- гов урока (учеб- ник, задачник, мультимедийная презентация) Обобщение изу- ченного матери- ала, оценка ра- боты учащихся Предлагает вопросы для обсуждения, подводит итоги Принимает участие в обсуждении, оцени- вает ответы одно- классников, свою работу

Источник