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.
Задачи урока:
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.
Этапы урока.
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.
Структура урока.
- Организационный этап.
- Приветствие.
- Определение отсутствующих.
Слайд 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
д) сингулярность
Ключ к тесту: 1. б) 2. а – 2), б – 1), в – 3), г – 4) 3. б), г)
- Изучение нового материала.
Слайд 2.
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
Е = 4 10 26 Дж
б) При образовании одного ядра гелия выделяется энергия
∆Е = 4,8. 10 -12 Дж
в) Поэтому каждую секунду в Солнце образуется N = 1038 ядер атомов гелия, или
m = 6,7 1011 кг гелия.
г) Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной
t = 1,3 1010 лет = 3,9 1017 с,
д) легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звездах (1011 звезд) за это время:
М = 6,7 1011 кг/с . 1011 . 3,9 1017 с = 2,6 1040 кг.
Вывод: Это составляет 13% от всей массы Галактики (масс всех звёзд Галактики 2 · 1041 кг), что существенно меньше наблюдаемой массы гелия.
Слайд 4.
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»
Название эпохи | Физические процессы | Время, прошедшее с момента Большого Взрыва | Температура |
Рождение классического пространства-времени | Вселенная рождается из состояния сингулярности, из пространственно-временной «пены» | 5∙10–44 c | 1032 К |
Стадия инфляции | Вселенная начинает расширяться, появляются возмущения плотности, из которых потом образуются скопления галактик. Появляется барионная асимметрия | 5∙10–44–10–36 c | более 1028 К |
Рождение вещества | Появляется горячая плазма, состоящая из элементарных частиц, «кваркового супа» | начиная с 10–36 c | 1028 К |
Радиационная стадия | Вещество и излучение находится в равновесии. На каждый барион приходится 109 фотонов | вплоть до 10–4 c | до 1013 К |
Стадия рекомбинации | Аннигиляция частиц и античастиц с образованием квантов излучения | вплоть до 1 с | 5∙1012–1013 К |
Первичный нуклеосинтез | Образуются протоны и нейтроны. Синтез ядер водорода и гелия, а также лития и берилия | 1–200 с | 109–1010 К |
Стадия рекомбинации водорода | Вещество становится прозрачным. Образование реликтового излучения | 1 с – 1 000 000 лет | 4500–3000 К |
Возникновение галактик | Начало возникновения звезд и галактик | 1 миллиард лет | 30 К |
Современная эпоха | Существование галактик и звезд. Расширение Вселенной продолжается | 15–20 миллиардов лет | 2,725 К |
Известные нам законы физики начали действовать с момента tв= 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 Rв= 1031 м при плотности материи ρ в=1074 –1094 г/см3 с температурой Тв = 1,3 × 1032 К.
При расширении пространства температура и плотность среды уменьшались намного быстрее плотности вакуума. Отрицательное давление физического вакуума р=р×с2 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 tв = 10-36с 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 109К 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 1012с 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.
- Закрепление изученного материала.
- Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной?
- Что такое реликтовое излучение?
- Оценка деятельности.
- Домашнее задание.
§ 36 Вопросы и задания стр.133
- Рефлексия.
Методическое обеспечение.
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.
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
«Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»
Термоядерная реакция - реакция слияния легких ядер при очень высокой температуре, сопровождающаяся выделением энергии
4 марта 1904г. – 19 августа 1968г. Советский и американский физик-теоретик, астрофизик и популяризатор науки. Известен своими работами по квантовой механике, атомной и ядерной физике, астрофизике, космологии, биологии. Он является автором первой количественной теории альфа-распада, одним из основоположников теории «горячей Вселенной» и одним из пионеров применения ядерной физики к вопросам эволюции звёзд.
« Горячая» Вселенная .
Модель «горячей» Вселенной .
Реликтовое излучение космическое электромагнитное излучение, приходящее на Землю со всех сторон неба примерно с одинаковой интенсивностью и имеющее спектр, характерный для излучения абсолютно черного тела при температуре около 3 К (3 градуса по абсолютной шкале Кельвина, что соответствует –270° С).
Реликтовое излучение открыли в 1964 году американские ученые Арно Перзиас и Роберт Вильсон.
Домашнее задание. § 36 Вопросы и задания стр.133
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Презентация "Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение".
Презентация сделана для дистанционных курсов по астрономии в издательстве "Просвещение".Она использовалась для конспекта урока "Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение" по ...
План-конспект урока "Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение".
План-конспект был сделан для курсов по астрономии. В нем используется презентация размещенная на сайте....
Модель "горячей Вселенной" и реликтовое излучение.
Урок №31 "Модель "горячей Вселенной" и реликтовое излучение....
Статья по астрономии "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...
Разработка урока по теме: Модель горячей вселенной и реликтовое излучение.
Цель: Познакомить учащихся с наиболее актуальной моделью «рождения Вселенной» - «горячей Вселенной», реликтовым излучением, как доказательством справедливости теории...
Презентация к уроку по астрономии Урок №31 "Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение"
Цели урока: •Познакомиться с моделью «горячей Вселенной».•Узнать, где, когда и как образовалось основное количество гелия во Вселенной.•Выяснить, ка...
Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение
План-конспект урока астрономии в 11 классе по теме "Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение"...