Конспек урока по теме " Расширяющая Вселенная"
план-конспект урока по астрономии (11 класс)

Предмет

Астрономия

Тема урока

Расширяющая Вселенная

Класс

11

Автор

Бартош Иван Алексеевич, учитель

Учреждение образования

ГУО «Рудская средняя школа» Ивановского района

Тип урока

Урок изучения и первичного закрепления новых знаний

Цель урока

Обобщение знаний учащихся о Вселенной; формирование фундаментального астрономического  понятия «Вселенная»

Задачи урока

Образовательные

Формирование представления о  пространственном размещение галактики, расширении и эволюции Вселенной; ознакомление с моделями Вселенной

Развивающие

Формирование умений объяснять свойства космических объектов на основе физических теорий;

Формирование умений анализировать информацию, объяснять свойство космических объектов на основе важнейших физических теорий

Воспитательные

Воспитывать гуманизм и бережное отношение к природе, способствовать формированию эстетического вкуса

Используемые формы работы

Беседа, самостоятельная работа

Время реализации СИТ

10 мин

Предметные результаты

знать и понимать

Основы современных представлений о строении и эволюции Вселенной

уметь

объяснять наблюдаемую структуру и свойства Вселенной, космических объектов и их систем на основе важнейших физических теорий

Необходимое оборудование

Интерактивная доска

Дидактическое обеспечение урока

Презентация, видео фрагмент «Расширение Вселенной», маршрутный лист

Список учебной и дополнительной литературы

И. В. Галузо, В. А. Голубев, А. А. Шимбалёв  «Астрономия 11»

Содержание урока

Этап урока

Время

1

Организационный этап

2

2

Мотивация учебной деятельности учащихся

3

3

Актуализация

5

4

Изложение нового материала

20

5

Закрепление

10

6

Рефлексия

3

7

Домашнее задание

2

Ход урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

1. Организационный этап

Цель этапа: включение учащихся в деятельность на личностно-значимом уровне

Приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку, создаёт эмоциональный настрой.

Здравствуйте. Садитесь. Проверьте, все ли  готовы к уроку? У вас должны быть на парте учебник, тетрадь, ручки, карандаши.

Итак, начнем сегодняшний урок.

Проверяют свою готовность к уроку.

2. Мотивация учебной деятельности учащихся

Цель этапа: мотивировать учащихся к учебной деятельности посредством создания эмоциональной обстановки.

 -  Сегодня  я предлагаю начать урок с небольшого фрагмента стихотворения Александра Галицкого, а вы попробуйте угадать, о чем мы будем говорить сегодня.

Скажи, мой брат, откуда мы? -

Взорвавшись Светом во Вселенной,

Звездой погибшей рождены,

Её материей нетленной?!..

Мы с головы до ног в пыли

По Звездным тропам вечных странствий.

Скажи, мой брат, откуда мы? -

Несёмся Светом из Галактик!

К Огню, что не испепелил,

А Жизнь зачал, вздохнув ВСЕЛЕННО,

И миллиарды Звезд – Светил,

Родившись, вспыхнули мгновенно!

Сегодня наш разговор пойдет об устройстве Вселенной, ее размерах, о том, как она зарождалась и что ее ждет в далеком будущем.

Совместно формулируется цель урока: формирование представление о Вселенной

3. Актуализация

Цель этапа: актуализация изученных способов действий, достаточных для построения нового знания

 - Сегодня мы будем изучать новую тему «Расширяющаяся Вселенная». Давайте вспомним, какие небесные объекты мы уже изучили.

1.Какие основные классы галактик вы знаете?

2. Какие основные галактические системы вы знаете? Чем они отличаются друг от друга?

3. Как возникли галактики? От чего зависят характеристики формирующейся галактики?

Учащиеся отвечают на вопросы

4. Изложение нового материала

Цель этапа: обеспечение восприятия, осмысления и первичного запоминания знаний, связей и отношений в объекте изучения.

1.  Пространственное распределение галактик

Галактики, как и звёзды, образуют группы и скопления. Известно около 7000 скоплений галактик. Около 40 ближайших галактик, из которых наиболее массивные — наша Галактика и туманность Андромеды, — образуют систему галактик размерами в несколько сотен килопарсек, которая получила название Местной группы галактик. (Слайд 1)

Более крупные объединения галактик группируются в системы галактик. Они содержат до тысячи галактик, и их размер составляет несколько мегапарсек. Ближайшее крупное объединение галактик размером примерно 5 Мпк находится в направлении созвездия Девы на расстоянии около 20 Мпк. В его состав входят гигантские эллиптические и спиральные галактики, например радиогалактика Дева А, спиральная галактика «Сомбреро» (Слайд 2)

Самое удалённое скопление галактик, до которого определено расстояние (5200 Мпк), располагается в созвездии Волосы Вероники.

Комплексы скоплений галактик размерами 30—60 Мпк, содержащих десятки скоплений, называются сверхскоплениями галактик. Скопление галактик в созвездии Девы является центральным сгущением в сверхскоплении галактик, в которое входит и наша Местная группа галактик.

Сверхскопления и скопления галактик образуют в пространстве волокноподобные структуры, напоминающие собой ячейки или пчелиные соты. (Слайд 3)

2. Расширение Вселенной.

Совокупность наблюдаемых галактик всех типов и их скоплений, межгалактической среды образует Вселенную. Одно из важнейших свойств Вселенной — её постоянное расширение, «разлёт» скоплений галактик, о чём свидетельствует красное смещение в спектрах галактик. Вселенная находится в состоянии приблизительно однородного и изотропного расширения. Однородность означает одинаковость всех свойств материи всюду в пространстве, а изотропия — одинаковость этих свойств в любом направлении. Однородность свидетельствует об отсутствии выделенных областей пространства, а изотропия — об отсутствии выделенного направления. Предположение об однородности и изотропии Вселенной называют космологическим принципом. 

Гипотезу о расширении Вселенной на основе общей теории тяготения А. Эйнштейна и строгих расчётов выдвинул в 1922 г. русский учёный А. А. Фридман. Расчёты показали, что Вселенная не может быть стационарной; в зависимости от средней плотности вещества во Вселенной она должна либо расширяться, либо сжиматься. Нестационарная модель Вселенной утвердилась в науке лишь после того, как Э. Хаббл обнаружил разбегание галактик.

Из расчётов Фридмана вытекали три возможных следствия: Вселенная и её пространство расширяются с течением времени; Вселенная через определённое время начнёт сжиматься; во Вселенной чередуются

через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

При создании модели расширяющейся Вселенной было показано, чтосуществует некоторое значение критической плотности ρкр Вселенной,определяемое по формуле:

где G — гравитационная постоянная, Н — постоянная Хаббла. Расчёты по данной формуле дают, что ρкр =  кг/м3. По современным оценкам, плотность вещества Вселенной близка к критическому значению: она либо немного больше, либо немного меньше.

Если фактическая средняя плотность вещества во Вселенной больше критической, то в будущем расширение Вселенной должно смениться её сжатием. Если средняя плотность вещества во Вселенной меньше критической, то расширение продолжится.

3. Модели Вселенной

В настоящие время принято считать, что разбегание галактик, связанное с общим расширением окружающей нас части Вселенной, есть результат Большого Взрыва.

В  2003 году была обнаружена одна из самых удаленных галактик - галактика в созвездии Волосы Вероники, находящаяся от нас на расстоянии 12, 8 млрд.лет,  когда после большого Взрыва прошло всего около 900 млн. лет и Вселенная находилась в младенческом возрасте. Изучение таких галактик не просто приближает нас к границам Вселенной, но позволяет изучать галактики во время их формирования.

Постоянная Хаббла в настоящее время принимается равной H = 60 км/(с∙Мпк).

Наблюдаемая граница Вселенной – это граница, отделяющая наблюдателя от области, которую он принципиально не может увидеть. Эта область для наблюдателя является ненаблюдаемой и существует вследствие расширения Вселенной.

Со времени Большого Взрыва прошло 13,6 млрд. лет. Расширение Вселенной началось с сингулярного состояния. За это время свет успел пройти расстояние s = c⋅ t – 13,6 млрд. св. лет.

Возникновение современной космологии связано с созданием релятивистской теории тяготения - общей теории относительности Эйнштейном (1916). Из уравнений Эйнштейна общей теории относительности следует кривизна пространства-времени и связь кривизны с плотностью массы (энергии).

Применив общую теорию относительности ко Вселенной в целом, Эйнштейн обнаружил, что такого решения уравнений, которому бы соответствовала не меняющаяся со временем Вселенная, не существует. Однако Эйнштейн представлял себе Вселенную как стационарную. Поэтому он ввел в полученные уравнения дополнительное слагаемое, обеспечивающее стационарность Вселенной.

В начале 20-х годов советский математик А.А.Фридман впервые решил уравнения общей теории относительности применительно ко всей Вселенной, не накладывая условия стационарности.

Он показал, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, должна расширяться или сжиматься. Полученные Фридманом уравнения лежат в основе современной космологии.

Существует критическое значение плотности вещества, от которого зависит характер его движения. Критическое значение плотности вещества кр рассчитывается по формуле:

где H = 2,4 * 10-18 с-1 – постоянная Хаббла, G = 6,67 * 10-11 (Н * м2)/кг2 – гравитационная постоянная. Подставив числовые значения, получим кр =10-26 кг/м3. При  < кр - расширение Вселенной. При            > кр - сжатие Вселенной. Усреднённая плотность вещества во Вселенной  = 3 * 10-28 кг/м3.

Теперь вы сможете без труда ответить на поставленный в начале урока вопрос: что произойдет со вселенной в будущем.

Слушают учителя.

Знакомятся с

видеофрагментом,

Рассуждают, высказывают

свое мнение. Формулируют

в чем заключается модель

горячей вселенной. Записывают в тетрадь опорный конспект.

5. Закрепление

Цель этапа: установление правильности и осознанности усвоения нового учебного материала; выявление пробелов, неверных представлений и их коррекция; усвоение нового способа действия при решении типовых задач

Предлагаю теперь, вооружившись нашими новыми знаниями, попробовать вычислить:

Принимая постоянную Хаббла H=75 км/(с *Мпк), оцените расстояние до галактики, если красное смещение в ее спектре составляет 1800 км/с.

Решают задачу, затем проверяют результат, задают вопросы

6. Рефлексия (подведение итогов занятия)

Цель этапа:  осознание уч-ся своей учебной деятельности, самооценка результатов деятельности своей и всего класса

Теперь, когда вы получили ответы на все вопросы, я предлагаю подсчитать количество баллов, набранных вами за время урока и оценить свою работу одной из предложенных фраз:

•        Я работал идеально весь урок

•        Я работал хорошо, но иногда кое-что забывал

•        Я работал хорошо, но иногда кое-что забывал, ошибался в вычислениях

•        Я работал не всегда хорошо, часто ошибался, отвлекался

По желанию и критериям учителя баллы могут быть переведены в оценку за урок. Можно также оценивать отдельные этапы урока.

Учащиеся суммируют свои баллы в соответствии с маршрутным листом и оценивают свою работу на уроке, степень освоения материала.

7. Домашнее задание

Теперь вы готовы самостоятельно выполнить  домашнее задание:

Домашнее задание.  §30 .Ответить на вопросы после §30 на стр. 207 по учебнику И. В. Галузо, В. А. Голубев, А. А. Шимбалёв  «Астрономия 11»

Дополнительная информация

Маршрутный лист к уроку

Этап урока

Набрано баллов

Рекомендации

Ответы с места

Решение задачи

Итог

Самооценка работы на уроке (подчеркнуть одно из утверждений)

• Я работал идеально весь урок
• Я работал хорошо, но иногда кое-что забывал
• Я работал хорошо, но иногда кое-что забывал, ошибался в вычислениях
• Я работал не всегда хорошо, часто ошибался, отвлекался

Ссылки на использованные Интернет – ресурсы

https://youtu.be/Cz1J5qKfPkQ?t=326

Советы по логическому переходу от изучено темы к следующим

Для перехода к следующей теме «Жизнь и разум во Вселенной» можно использовать