Уроки астрономии 11 класс вселенная

Разработка урока астрономии по теме «Эволюция Вселенной»
план-конспект урока по астрономии (11 класс) по теме

Урок астрономии по УМК Чарунина В.М. по теме «Эволюция Вселенной»

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тема урока : «Модель «горячей Вселенной»

Цель : формирование у учащихся представления об этапах эволюции Вселенной

• образовательные

• повторить условия протекания термоядерных реакций
• вспомнить формулы для расчета массы вещества через количество вещества
• познакомить с теорией Гамова о формировании гелия во Вселенной
• ввести понятия «горячая Вселенная», «реликтовое излучение»
• кратко рассмотреть суть закона Вина
• рассмотреть историю открытия реликтового излучения
• рассчитать массу гелия, вырабатываемого на Солнце ежесекундно
• рассчитать массу гелия вырабатываемого всеми звездами
• сопоставить результаты и сделать вывод о времени возникновения гелия во Вселенной
• сформулировать вывод о высокой температуре Вселенной в момент ее рождения
• рассчитать температуру реликтового излучения по закону смещения Вина
• заполнить таблицу «Этапы развития Вселенной»

• воспитательные

• повысить мотивацию к изучению предмета

• сформировать чувство гордости за вклад отечественных физиков в мировую науку

• продолжить формирование уважительного отношения к достижениям науки
• продолжить развитие умения грамотно выражать свои мысли
• продолжить развитие умения слушать других и анализировать их ответы

• развивающие

• развить умение анализировать ситуацию и делать выводы из анализа
• научить систематизировать факты в таблицу
• сформировать умение применять теоретические знания для решения практических задач
• продолжить формирование мировоззренческой картины мира

• экран
• мультимедиа-проектор
• компьютер
• презентация к уроку
• таблицы «Первичный нуклеосинтез», «Ранняя Вселенная», «Периоды Эволюции Вселенной», Реликтовое излучение»

План урока (45 мин):

1. Организационный этап — 1 мин
2. Проверка домашнего задания с прошлого урока — 8 мин
3. Мотивационный этап: проблемная ситуация — «откуда водород во Вселенной?» — 15 мин
4. Изучение нового материала: суть теории «большого взрыва» и этапы эволюции Вселенной — 17 мин
5. Рефлексия — 3 мин
6. Домашнее задание — 1 мин

Формы работы на уроке:

• фронтальная беседа
• работа в парах
• работа в группах
• лекция учителя
• работа с материалом учебника
• работа с таблицами
• обсуждение проблемной ситуации

Источник

Физика. 11 класс

Конспект урока

Физика, 11 класс

Урок 35. Вселенная

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. современные представления о строении и эволюции Вселенной;
2. теория Большого взрыва;
3. реликтовое излучение;
4. тёмная материя и тёмная энергия.

Глоссарий по теме:

Космология – наука, изучающая строение и эволюцию Вселенной.

Теория Большого взрыва, или, как она первоначально называлась, модель горячей Вселенной – космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной как целого.

Радиус Вселенной – оценивается с помощью закона Хаббла, R =1,24 ∙ 10 26 м.

Возраст Вселенной — оценивается с помощью закона Хаббла, t = 13 ∙ 10 9 лет.

Реликтовое излучение – излучение, которое осталось от горячего состояния вещества в начале расширения Вселенной.

Тёмная материя – гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Тёмная материя по массе в несколько раз превышает суммарную массу всех звёзд.

Тёмная энергия – гипотетический вид энергии, введённый в математическую модель Вселенной ради объяснения наблюдаемого её расширения с ускорением

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 402 — 405.

2.Чаругин В.М. Астрономия. 10 — 11 классы: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень. М.: Просвещение, 2018. С. 126 – 142.

Основное содержание урока

Наука, изучающая строение и эволюцию Вселенной, называется космологией.

Большое значение для развития современных представлений о строении и развитии Вселенной имеет общая теория относительности, созданная А. Эйнштейном. Она обобщает теорию тяготения Ньютона для массивных тел и скоростей движения вещества, сравнимых со скоростью света. Согласно общей теории относительности гравитационное взаимодействие передаётся с конечной скоростью, равной скорости света. (По теории Ньютона гравитационное взаимодействие передаётся мгновенно.)

Общая теория относительности накладывает определённые ограничения на геометрические свойства пространства, которое уже нельзя считать евклидовым. Согласно этой теории, время не имеет абсолютного характера, а движение и распределение материи в пространстве нельзя рассматривать в отрыве от геометрических свойств пространства и времени.

Впервые космологическую модель Вселенной в рамках общей теории относительности рассмотрел советский математик А. Фридман. Он показал, что Вселенная, однородно заполненная веществом, должна быть нестационарной, и тем самым объяснил наблюдаемую картину разбегания галактик.

Теория Большого взрыва, или, как она первоначально называлась, модель горячей Вселенной – космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной как целого. Её предложил российский и американский физик Г. А. Гамов. Согласно этой теории, наша Вселенная образовалась примерно 13,7 млрд лет назад. Случилось это в результате Большого взрыва – явления, которое произошло на невообразимо малых расстояниях 10 -33 см за очень короткий временной промежуток 10 -44 с. Плотность вещества, которое образовалось в результате Большого взрыва, была равна 10 94 г/см 3 . За очень короткое время, примерно 10 -33 с, Вселенная в результате инфляция увеличилась до размеров примерно 10 см. После того, как закончилась инфляция, во Вселенной образовались несколько видов элементарных частиц: кварки, глюоны, электроны и γ-кванты или фотоны и нейтрино. За время примерно 10 -10 с от начала Большого взрыва началась эра элементарных частиц, 10 -6 с – образование протонов и нейтронов, 3 минуты – образование лёгких ядер. В момент примерно 3000 лет образовались реликтовые фотоны. С тех пор они путешествуют во Вселенной, помогая нам восстанавливать события тех лет. Первые атомы образовались примерно через 300 000 лет, первые галактики и звёзды через 1 млрд лет после Большого взрыва.

Впервые термин «Большой взрыв» (Big Bang) применил известный британский астроном и космолог Фред Хойл в своей лекции в 1949 году.

Закон Хаббла позволил оценить радиус и возраст Вселенной: R =1,24 ∙ 10 26 м, t = 13 ∙ 10 9 лет.

Критическое значение плотности вещества, от которой зависит характер будущего движения (расширения или сжатия) Вселенной ρ_кр = 10 -26 кг/м 3 .

Если средняя плотность вещества во Вселенной больше критической (ρ > ρ_кр), то в будущем расширение Вселенной сменится сжатием, а при средней плотности равной или меньшей критической (ρ ≤ ρ_кр), расширение не прекратится. Наблюдаемое разбегание галактик указывает на расширение Вселенной.

Наблюдения указывают на то, что в галактиках имеется несветящееся вещество, которое не участвует в электромагнитном взаимодействии, слабо проявляется в ядерном и слабом взаимодействии, поэтому оно себя не обнаруживает. Его назвали тёмной материей. Тёмная материя по массе в несколько раз превышает суммарную массу всех звёзд.

Ряд наблюдений указывают на существование во Вселенной более экзотической по свойствам тёмной материи, которая по своей массе превышает все другие формы материи и вносит основной вклад в расширение Вселенной. Её назвали тёмной энергией.

Проявление тёмной энергии было обнаружено по наблюдениям вспышек сверхновых звёзд в очень далёких галактиках. Свойство тёмной энергии совершенно необычное, она проявляет себя только в гравитационном взаимодействии, не участвует в слабом ядерном и электромагнитном взаимодействиях. Она проявляет себя как сила отталкивания, пропорциональная расстоянию между телами.

Разбор тренировочного задания

1. Учёные считают, что возраст Вселенной составляет примерно:

4) 1500 млрд лет.

Возраст Вселенной можно рассчитать, используя закон Хаббла:

Ответ: 2) 13 млрд лет.

2. Влияет ли космологическое расширение Метагалактики на расстояние Земли

2) до центра Галактики;

3) до галактики М31 в созвездии Андромеды;

4) до центра местного сверхскопления галактик?

В космологическом расширении не участвуют гравитационно связанные системы (Солнечная система, галактика, скопления галактик). Поэтому в первых трех случаях космологическое расширение не влияет на расстояния между Землей и указанными объектами.

Источник

Урок по астрономии для 11 класса «Вселенная»

Разработка урока по астрономии по теме «Вселенная»

Просмотр содержимого документа
«Урок по астрономии для 11 класса «Вселенная»»

Цели урока: рассмотреть понятие о большом взрыве, создание Вселенной;

формировать познавательный интерес к физике и астрономии, привитие любви и уважения к достижениям науки; развитие любознательность, умение анализировать, самостоятельно формулировать выводы, развитие речи, мышления. Тип урока: изучение нового материала. Вид урока: комбинированный.

II. Актуализация знаний учащихся.

III.Изучение нового материала

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 ћ и скоростью света с, когда размеры Вселенной составляли R_в= 10 31 м при плотности материи r _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 100 с 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. За миллиарды лет расширения Метагалактики его температура понизилась с 4000 К до 2,725 К.

«Блины» массой до 10 14 М_ стали зародышами протогалактических скоплений. В их недрах происходили разнообразные тепловые и гидродинамические процессы, приводившие к распаду («дроблению») «блинов» на мелкие, отдельные, плотные облака газа массой 10 10 -10 12 М_, из которых образовались протогалактики, преобразовавшиеся в галактики на протяжении последующего миллиарда лет.

Эволюция — изменения, происходящие в течение жизни звезды, включая ее рождение в межзвездной среде, истощение годного к использованию ядерного топлива и конечную стадию угасания.
Горение водорода в ядре продолжается до тех пор, пока не истощатся запасы топлива. В течение этой фазы звезда находится на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела. Здесь масштабы времени резко уменьшаются с увеличением массы. Для Солнца время жизни на главной последовательности составляет 10 млрд. лет (около половины которого уже прошло). Когда при исчерпании всего топлива горение водорода в ядре прекращается, в структуре звезды происходят фундаментальные изменения, связанные с потерей источника энергии. Звезда уходит с главной последовательности в область красных гигантов. Рост температуры и плотности в звёздном ядре ведёт к условиям, в которых может (в зависимости от массы) активироваться новый источник термоядерной энергии: выгорание гелия (тройная гелиевая реакция или тройной альфа-процесс), характерный для красных гигантов и сверхгигантов. При температурах порядка 10 8 K кинетическая энергия ядер гелия становится достаточно высокой для преодоления кулоновского барьера: два ядра гелия (альфа-частицы) могут сливаться с образованием нестабильного изотопа бериллия Be 8 : He 4 + He 4 = Be 8 .Большая часть Be 8 снова распадается на две альфа-частицы, но при столкновении Be 8 с высокоэнергетической альфа-частицей может образоваться стабильное ядро углерода C 12 : Be 8 + He 4 = C 12 + 7,3 МэВ.

Каков эволюционный путь звезды с массой 1,7 солнечно и показать треки на диаграмме Г-Р.

V. Подведение итогов урока

Домашнее задание §12.2-12.3

Жизнь и разум во вселенной. Освоение космоса.

Цель: Рассмотреть современные достижения в изучении Вселенной и роль астрономии в нашей современной жизни. Проблемы внеземной цивилизации. Наши послания. НЛО и АЯ.Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

II. Повторение изученного

Фронтальный опрос

Изучение нового материала

Современный образованный человек должен знать о проблемах, стоящих перед человечеством и о способах решения этих проблем, о дальнейших перспективах развития общественных отношений, науки и техники, всей цивилизации в целом. По мнению большинства ученых, одним из наиболее перспективных средств и способов сохранения и развития цивилизации Земли является совершенствование астрономических знаний и космонавтики для привлечения ресурсов и возможностей космического пространства для выхода человечества из энергетического и экологического кризиса.

«Цивилизация – это общность разумных существ, использующих обмен информации, энергии, массы для выработки действий и средств, поддерживающих свою жизнь и прогрессивное развитие» (В.С. Троицкий). Или «Цивилизация – высокоустойчивое состояние вещества, способного собирать, абстрактно анализировать и использовать информацию для получения качественно новой информации об окружающем и самой себе, для самосовершенствования возможностей получения новой информации и выработки сохраняющих реакций. Степень развития цивилизации определяется объемом накопленной информации, программой функционирования и производством для реализации этих функций» (Н.С. Кардашов)
Ноокосмология — комплексная наука, возникшая на стыке основных естественных, общественных и технических групп наук и использующая их знания, познавательные методы и средства для исследования эволюции космических цивилизаций, в число которых входит земное человечество.
Основными проблемами ноокосмологии являются:
1) возникновение и развитие жизни, разума и космических цивилизаций на Земле и во Вселенной;
2) обнаружение и установление контакта с внеземными цивилизациями;
3) следствия контакта, влияние его на развитие цивилизаций и вопросы взаимосвязи и совместного развития космических цивилизаций (КЦ).
Исследования моделей возможной эволюции КЦ ведет к получению ценной информации о проблемах, встающих перед человечеством в ходе его дальнейшего развития.
Рост научно-технических, экономических, культурных и политических связей между отдельными народами и государствами, объединение человечества в единую земную цивилизацию, возникновение глобальных проблем, эффективное решение которых невозможно без объединенных усилий всех людей земного шара, возрастание необходимости и значимости краткосрочных и долгосрочных прогнозов обусловили необходимость создания ноокосмологии как науки о ноосфере, основные положения которой были разработаны В. И. Вернадским; в их число входят:
1) глобализм подхода, рассмотрение цивилизации как целостной, органически единой системы;
2) социальный принцип поведения;
3) экологический фактор.
Научными и научно-техническими предпосылками ее создания являлись успехи в развитии комплекса социологических наук — истории, экономики, социологии и т. д., естественно-математических наук — астрономии, физики, химии, биологии, математики (разработка системного анализа, синергетики, теории катастроф, термодинамики необратимых процессов и т.д.), создание космонавтики и ее растущая роль в решении глобальных проблем, появление реальных возможностей для вступления в контакт с внеземными цивилизациями.
В середине ХХ века земное человечество стало Космической цивилизацией (КЦ) — общество разумных существ, деятельность которых достигла космических масштабов.
Целью разумной деятельности КЦ является изучение, освоение и преобразование окружающего мира или самоперестройка, соответствующее своей структуры, характеристик и свойств для сохранения и повышения устойчивости своего существования и дальнейшего развития; приоритетные задачи развития могут неоднократно и значительно изменяться за время жизни КЦ. Большинство современных ученых считает, что в начале своего развития любая КЦ обязательно проходит технологическую стадию.
Эволюция КЦ носит антиэнтропийный характер и проявляет себя в усложнении и дифференциации внутренней, социальной, технологической и культурной структуры цивилизации. Способом и инструментом познания окружающего мира является наука, а практическим средством его и собственного преобразования — технология при общественном разделении труда, как одного из обязательных условий успешного освоения и использования высоких технологий.
Разработкой моделей возможного развития космических цивилизаций занимались, начиная с 60-х годов ХХ века, многие ведущие ученые мира и научно-исследовательские организации (Дж. Бернал, А. Д. Урсул, В. В. Казютинский, С. Лем, Л. В. Лесков, И. С. Шкловский, Н. С. Кардашев, С.Ф. Лихачев и другие). Для построения моделей используются: экстраполяционный метод, основанный на изучении и прогнозировании наиболее общих тенденций развития земной цивилизации и системный подход, состоящий в изучении генеральных принципов строения, функционирования и эволюции сложных самоорганизующихся систем.
Предполагается, что к началу ХХI века скорость нарастания углекислого газа в атмосфере превзойдет его естественную убыль, среднегодовые температуры повысятся на 1,5 0 С, усиливая глобальное потепление «нового климатического оптимума» и повышая уровень Мирового океана на 68 м, что вызовет затопление огромных территорий, на которых расположены десятки столиц и крупнейших городов планеты. Увеличивается абсолютная и относительная влажность воздуха, изменяется распределение осадков по районам Земли и временам года. Эти и многие другие формы воздействия цивилизации на все природные оболочки Земли не могут не вызвать тревоги за будущее человечества.
2000-й год считают, что земное человечество достигло максимального уровня жизненного развития, в дальнейшем ситуация станет ухудшаться.
Общая несбалансированная растущая перенаселенность земного шара с ростом производства и потреблением энергии, в отсутствие безотходных технологий при замкнутом характере развития цивилизации уже к 2020 году приведет к серии усиливающихся ресурсных и экологических катастроф с необратимыми последствиями.
2050-й год станет переломным. Загрязнение окружающей среды будет максимально возможным и, по модели Форрестера, станет в дальнейшем уменьшаться по причине прогрессирующего снижения уровня производства и к 2200 году с самым низким уровнем жизни человечества ситуация стабилизируется — деградировавшая цивилизация будет неспособна использовать оставшиеся природные ресурсы, выживших людей ждет примитивное существование при очень низком уровне жизни.
Анализ различных моделей эволюции ноосферы приводит к выводам:
1. Вероятность эволюции вдоль различных фазовых траекторий различна.
2. Продолжительность технологической фазы эволюции КЦ не превышает (в разных моделях) 10 3 -10 5 лет.
3. Практически отсутствуют цивилизации с экстенсивным характером развития, определяемым неограниченным ростом потребления энергии и материальных ресурсов.
IV. Подведение итогов урока

Источник