Урок модель горячей вселенной

Презентация к уроку по астрономии Урок №31 «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»
презентация к уроку по астрономии (11 класс)

Скачать:

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 472имени дважды Героя Советского Союза А.Т.Карпова Выборгского района Санкт-Петербурга Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение Учитель физики Федорова В.А.

Цели урока: Познакомиться с моделью «горячей Вселенной». Узнать, где, когда и как образовалось основное количество гелия во Вселенной. Выяснить, какие наблюдения указывают на высокие температуры вещества Вселенной в начале расширения. Познакомиться с реликтовым излучением.

Вспомните : 1) Из каких объектов состоит Вселенная? 2 ) Каков возраст Вселенной? 3) Почему необходимо привлечение общей теории относительности д ля построения модели Вселенной?

Образование гелия в недрах звезд при термоядерных реакциях Термоядерная реакция

Во всех звездах Галактики за все время ее существования (примерно 13 млрд. лет) о бразовалось 2,6 10 40 кг гелия. Это составляет 13% от всей массы Галактики, ч то существенно меньше наблюдаемой массы гелия .

Георгий Антонович Гамов (1904-1968) Георгий Гамов пришел к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звездах, а на ранних стадиях расширения Вселенной, еще до формирования в ней звезд. Теория Георгия Гамова

Модель горячей Вселенной Принятая в настоящее время модель расширяющейся Вселенной получила название модели горячей Вселенной.

Работа с рисунком учебника на странице 132 Время с момента возникновения Вселенной, с Температура Вселенной, К Характеристика Вселенной 10 -43 10 27 Начало времени. Физический вакуум. 10 -32 10 13 Кварки Излучение 10 -6 10 8 Протон Электрон Нейтрон Излучение 3 мин 10000 Ядро водорода Ядро гелия 300000 лет -200 Атомы водорода Атомы гелия И т.д.

Реликтовое излучение Реликтовое излучение открыли в 1965 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вилсон

Хотя реликтовое излучение было предсказано, само открытие произошло достаточно случайно. Помехи! Шум в радиоэфире. За свое открытие А.Пензиас и Р.Вилсон в 1978 г. получили Нобелевскую премию по физике.

На снимке показана наблюдаемая картина микроволнового реликтового излучения, на которое наложено излучение Млечного Пути (красная горизонтальная полоса).

Реликтовое излучение По мере расширения Вселенной температура вещества уменьшалась, уменьшалась и температура теплового излучения, которая к настоящему времени должна была снизиться до 3 К (-270 С).

Реликтовое излучение Как показали наблюдения, это излучение не связано ни с одним из известных небесных тел или их систем. Оно равномерно заполняет видимую Вселенную, т.е. характеризует горячее и сверхплотное состояние вещества в начале расширения. Поэтому это излучение получило название реликтового излучения , оставшегося от ранних этапов эволюции Вселенной. Оно осталось как эхо бурного рождения Вселенной, которое называют Большим взрывом .

Большой Взрыв — это источник пространства и времени Все во Вселенной состоит из вещества: от крошечного камня до самых крупных звезд. И все вещество было создано из чистой энергии Большого Взрыва.

14 млрд. лет назад Большой Взрыв создал пространство и время, всю нашу огромную Вселенную, а в итоге и нас, запустив процессы создания элементов и законы физики

Вопросы для закрепления: Где и когда образовалась основная масса гелия во Вселенной? Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной? Что такое реликтовое излучение?

Домашнее задание: 1 . § 36 в учебнике стр. 132-134 ; 2. Закончить заполнение таблицы. 3. Подведем итоги (стр. 134).

Используемые материалы В.М . Чаругин « Астрономия. 10 – 11 кл . » , учебник, М, Просвещение, 2018г . 2. Картинки из Яндекса.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Урок по теме » Проценты» составлен так, что начало урока представлено как путешествие в сказочную страну.Решение текстовых задач показывает межпредметные и метопредметные связи. Происходит.

Презентация сделана для дистанционных курсов по астрономии в издательстве «Просвещение».Она использовалась для конспекта урока «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение» по .

План-конспект был сделан для курсов по астрономии. В нем используется презентация размещенная на сайте.

Урок №31 «Модель «горячей Вселенной» и реликтовое излучение.

Цель: Познакомить учащихся с понятием «горячая Вселенная» — теорией большого взрыва, реликтовым излучением. Рассказать о физических условиях на начальных стадиях расширения Вселенной.

Цель: Познакомить учащихся с наиболее актуальной моделью «рождения Вселенной» — «горячей Вселенной», реликтовым излучением, как доказательством справедливости теории.

Источник

План-конспекта урока по теме: «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»
план-конспект урока по астрономии (11 класс) на тему

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тема урока: «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»

Цель урока: Познакомить учащихся с моделью «горячей Вселенной», реликтовым излучением; сформировать представление о физических условиях на ранних стадиях расширения Вселенной.

Образовательная: повторить и конкретизировать космологическую модель Вселенной; сформировать понятия: модель «горячей Вселенной», реликтовое излучение; познакомиться с образованием химических элементов во Вселенной; объяснить обилие гелия во Вселенной и его необходимость образования на ранних этапах эволюции Вселенной; познакомиться с наблюдаемыми свойствами реликтового излучения.

Развивающая: развитие логического мышления путем систематизации фактов; развитие наблюдательности; формирование мировоззрения; развитие познавательной активности; умений делать выводы; применять полученные знания для объяснения явлений.

Воспитательная: развивать речь и умение слушать других, коммуникативные компетенции.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, презентация.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный.

1. Организационный этап – 1мин.

2. Актуализация знаний учащихся – 5 мин.

3. Изучение нового материала-29 мин.

4. Закрепление изученного – 6 мин.

5. Итоги урока – 1 мин

6. Домашнее задание – 2 мин

7. Рефлексия – 1мин.

1. Организационный этап.

• Приветствие.
• Определение отсутствующих.

1. Актуализация знаний учащихся.

Проверка домашнего задания в виде интерактивного текста, включающего основные понятия, которые изучены в данной теме, такие как:

1. Раздел астрономии, занимающийся изучением строения Вселенной и процессов,

происходящих в ней, называется:

а) космогонией б) космологией в) космонавтикой г) астрофизикой

2. Соотнесите термины, указанные буквами и определения, указанные цифрами:

а) Вселенная б) Метагалактика в) Галактика г) Звездная система; 1) Самая большая наблюдаемая, нестационарная, постоянно эволюционирующая,

расширяющаяся система, не имеющая центра расширения

2) Материальная система, безграничная в пространстве и развивающаяся во времени

3) Вращающаяся система, имеющая в центре мощный источник нетеплового излучения

(не связанный с нагретым газом)

4) Вращающаяся система, имеющая в центре мощный источник теплового излучения

3. Выберите главные космологические признаки Вселенной:

а) анизотропность б) изотропность в) неоднородность г) однородность

Ключ к тесту: 1. б) 2. а – 2), б – 1), в – 3), г – 4) 3. б), г)

1. Изучение нового материала.

Вспомним, что по современным представлениям, на ранней стадии развития звезда в основном состоит из водорода. Температура внутри звезды столь велика, что в ней протекают реакции слияния ядер водорода с образованием гелия – термоядерные реакции. Слайд 3.

Существует гипотеза, что около 30% по массе наблюдаемого во Вселенной гелия образовалось в недрах звёзд.

Проверьте это предположение. (Работа с учебником Стр.132)

а) Известно, что каждую секунду в недрах Солнца в термоядерных реакциях синтеза гелия из водорода выделяется энергия

б) При образовании одного ядра гелия выделяется энергия

в) Поэтому каждую секунду в Солнце образуется N = 10 38 ядер атомов гелия, или

m = 6,7 10 11 кг гелия.

г) Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной

t = 1,3 10 10 лет = 3,9 10 17 с,

д) легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звездах (10 11 звезд) за это время:

М = 6,7 10 11 кг/с . 10 11 . 3,9 10 17 с = 2,6 10 40 кг.

Вывод: Это составляет 13% от всей массы Галактики (масс всех звёзд Галактики 2 · 10 41 кг), что существенно меньше наблюдаемой массы гелия.

Исходя, из этого, в 1946 году астрофизик Г.А.Гамов пришел к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звездах, а на ранних стадиях расширения Вселенной, еще до формирования в ней звезд.

Учитывая то, что гелий может образовываться только в термоядерных реакциях при температуре свыше нескольких миллионов кельвинов, то на ранних этапах расширения

Вселенная была не только плотной, но и горячей. Слайд 5. Поэтому принятая в настоящее время модель расширяющейся Вселенной получила название модели горячей Вселенной . Слайд 6.

Модель «горячей Вселенной» — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении, иначе теория Большого взрыва. Слайд 7.

У вас на столах имеется таблица, где эволюция Вселенной расписана с точностью до секунды! Имеется также слайд модели молодой Вселенной. И вы можете по данной таблице проследить сейчас ход моих рассуждений по одной из теорий, названной «Большим взрывом»

Таблица: Эволюция Вселенной по теории «Большого взрыва»

Время, прошедшее с момента Большого Взрыва

Рождение классического пространства-времени

Вселенная рождается из состояния сингулярности, из пространственно-временной «пены»

Вселенная начинает расширяться, появляются возмущения плотности, из которых потом образуются скопления галактик. Появляется барионная асимметрия

Появляется горячая плазма, состоящая из элементарных частиц, «кваркового супа»

начиная с 10 –36 c

Вещество и излучение находится в равновесии. На каждый барион приходится 10 9 фотонов

вплоть до 10 –4 c

Аннигиляция частиц и античастиц с образованием квантов излучения

Образуются протоны и нейтроны. Синтез ядер водорода и гелия, а также лития и берилия

Стадия рекомбинации водорода

Вещество становится прозрачным. Образование реликтового излучения

1 с – 1 000 000 лет

Начало возникновения звезд и галактик

Существование галактик и звезд. Расширение Вселенной продолжается

15–20 миллиардов лет

Известные нам законы физики начали действовать с момента t в = 10 -43 с, когда стали существенными явления гравитации, квантования и релятивизма, характеризуемые соотношением гравитационной постоянной G , постоянной Планка h и скоростью света с , когда размеры Вселенной составляли R в = 10 31 м при плотности материи ρ в =10 74 –10 94 г/см 3 с температурой Т в = 1,3 × 10 32 К.

При расширении пространства температура и плотность среды уменьшались намного быстрее плотности вакуума. Отрицательное давление физического вакуума р=р×с 2 породило явление взаимного отталкивания материальных объектов, обратное гравитации. Не имевшие ранее массы частицы материи, стремительно поглощали чудовищную энергию порождавшего их вакуума. Инфляционная Мини-Вселенная была чем-то похожа на раздувающийся воздушный шарик: расстояние между всеми точками поверхности равномерно увеличивалось потому, что между ними возникало, увеличивалось само пространство. Мини-Вселенная не расширялась в каком-то внешнем по отношению к ней пространстве: само пространство возникало, увеличивалось внутри нее, «раздвигало» ее границы. Энергия распада «ложного вакуума» к моменту t в = 10 -36 с полностью выделилась в форме рождения частиц; инфляционное расширение Мини-Вселенной закончилась.

Сверхраскаленный «пузырь» Мини-Вселенной распался из-за внутренней нестабильности на множество мелких областей — метагалактик. По мере расширения Метагалактики уменьшалась плотность ее материи и энергия излучения, температура среды падала пропорционально расширению пространства. При дальнейшем расширении Метагалактики температура упала ниже 10 9 К и синтез атомных ядер прекратился, поскольку энергии фотонов и других частиц стало недостаточно для протекания этих реакций. В период времени от 10 до 100с с момента возникновения метагалактики закончилась аннигиляция («вымирание») электронно-позитронных пар.

Возникновению и сохранению сгустков содействовало то, что при наличии отдельных уплотнений в разных точках пространства на каждый протон или нейтрон приходилось разное количество переносящих энергию фотонов. С понижением температуры и плотности среды уменьшалась вероятность образования новых «возмущений плотности», а старые сгустки продолжали рассасываться.

Через 10 12 с после Большого Взрыва началась эпоха рекомбинации — разделения вещества и излучения. Свидетель той поры — реликтовое излучение. Слайд 8.

Которое открыли в 1964 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Слайд 9.

Его называют ещё: «космическое микроволновое фоновое излучение» (cosmic microwave background), CMB, реликтовое излучение, трехградусное космическое излучение.

Слайд 10. За это открытие ученые в 1978 году получили Нобелевскую премию.

1. Закрепление изученного материала.

1. Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной?
2. Что такое реликтовое излучение?

1. Оценка деятельности.
2. Домашнее задание.

§ 36 Вопросы и задания стр.133

1. В.М. Чаругин «Астрономия. 10–11 кл.», учебник, М, Просвещение, 2018г.

2. Мультимедийная энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2001г.

3. Мультимедийный курс «Открытая астрономия», версия 2,5 Физикон, 2002г.

4. Презентация, сделанная с использованием учебника Чагурина В.М. и картинок из Яндекса.

Источник