Конспект урока по астрономии " Модель «горячей Вселенной»"

Урок №31

Модель «горячей Вселенной»

ЦЕЛИ УРОКА:

Образовательная:

- ознакомить учащихся с моделью «горячей Вселенной» и реликтовым излучением;

- обратить внимание на наличие большого количества гелия и его образование во Вселенной (где, когда и как образовалось основное количество гелия во Вселенной);

- рассмотреть наблюдения, указывающие на высокие температуры вещества Вселенной в начале расширения;

Развивающая:

- развитие умений устанавливать причинно-следственные связи;

- развитие способности логически рассуждать, делать выводы;

- развивать научность мышления, умение анализировать, выделять главное;

Воспитательная:

- формирование информационной культуры и потребности приобретения знаний;

- развитие коммуникативной компетентности у учащихся;

- формирование добросовестного отношения к учебному труду учащихся и труду учёных;

- воспитывать интерес к предмету.

Межпредметные связи: 

физика (плотность, температура, кинетическая и потенциальная энергии, плазма, скорость света, спектральный анализ, термоядерный синтез, элементарные частицы);

обществознание (материальность мира и его познаваемость, основные формы существования материи, движение материи, пространство и время);

математика (степени с положительным и отрицательным показателями, проценты, радиус, максимумы);

химия (химические элементы).

Оборудование: ПК, интерактивная доска, система контроля качества знаний PROClass, презентация, фрагменты видеофильмов.

Тип урока: изучение нового материала. 

Вид урока: комбинированный.

Этапы урока.

1. Организационный.

2. Актуализация знаний учащихся.

3. Изучение нового материала.

4. Закрепление изученного материала.

5. Оценка деятельности.

6. Домашнее задание.

7. Рефлексия.

1 этап – Организационный:

Приветствие. Знакомство с темой и целями урока; система оценки результатов.

2 этап - Актуализация знаний учащихся

Проверка домашнего задания в форме тестирования по §§ 34-35 учебника Астрономия 10-11, автор Чаругин В.М.

3 этап - Изучение нового материала.

1. Модель «горячей Вселенной» (использование материала учебника в качестве информации для лекции).

До образования звёзд вещество состояло из простейшего химического элемента – водорода, соответственно первые звёзды были водородные. В недрах звёзд протекали термоядерные реакции с образованием гелия. Чтобы два ядра вступили в реакцию синтеза, они должны сблизиться на расстояние действия ядерных сил порядка 2·10^-15 м, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Для этого средняя кинетическая энергия теплового движения молекул должна превосходить потенциальную энергию кулоновского взаимодействия. Расчет необходимой для этого температуры T приводит к величине порядка К. Это чрезвычайно высокая температура. При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии, которое называется плазмой.

В дальнейшем часть вещества возвращалась в межзвёздную среду. Следовательно, можно предположить, что около 30% по массе наблюдаемого во Вселенной гелия образовалось в недрах звёзд.

Работа с учебником (стр.132) для оценки массы гелия, содержащегося в звёздах Галактики.

В термоядерных реакциях синтеза гелия из водорода в недрах Солнца каждую секунду выделяется 4 · 10²⁶ Дж энергии. При образовании одного ядра гелия выделяется энергия ΔЕ = 4,8 · 10^–12 Дж. Поэтому каждую секунду в Солнце образуется 10³⁸ ядер атомов гелия, или 6,7 · 10¹¹ кг гелия. Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной: 1,3 · 10¹⁰ лет = 3,9 · 10¹⁷ с, легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звёздах (10¹¹ звёзд) за этот промежуток времени: 6,7 · 10¹¹ кг/с · 10¹¹ · 3,9 · 10¹⁷ с = 2,6 · 10⁴⁰ кг.

Это составляет 13% от всей массы Галактики (масс всех звёзд Галактики 2 · 10⁴¹ кг), что существенно меньше наблюдаемой массы гелия.

Обсуждение с учащимися о таком несовпадении результатов вычислений.

Исходя из этого, в 1946 году астрофизик Г. Гамов (американский физик российского происхождения) пришёл к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звёздах, а на ранней стадии расширения Вселенной. Т.к. термоядерные реакции протекают при очень высоких температурах, то в настоящее время модель расширяющейся Вселенной получила название модели «горячей» Вселенной.

Запись в тетради определения модели «горячей» Вселенной (стр. 132) – Теория Большого взрыва.

1. Просмотр видеофильмов «Теория Большого Взрыва» и «Реликтово излучение».

видеофильм «Теория Большого взрыва: как зародилась Вселенная» (3 мин 11с) https://www.youtube.com/watch?v=Vgo-_gcQmhY

Для раскрытия понятия реликтового изучения демонстрируется видеофильм «Реликтово излучение» https://www.youtube.com/watch?v=_9SJjY8bqkE

Вывод: итак, на ранних этапах расширения вещество Вселенной имело огромную плотность и очень высокую температуру. Было также излучение, которое находилось в равновесии с веществом. Именно это излучение назвали реликтовым - 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). Как показали наблюдения, это излучение не связано ни с одним из известных небесных тел или их систем.

Список литературы

1. Астрономия. 10–11 классы: учеб. для общеобразоват. организаций : базовый уровень / В.М. Чаругин. – М. Просвещение, 2018. – 144 с. :ил.

2. Википедия «Свободная энциклопедия» https://ru.wikipedia.org

3. Видеофильмы Теория Большого взрыва: как зародилась Вселенная https://www.youtube.com/watch?v=Vgo-_gcQmhY

Реликтово излучение https://www.youtube.com/watch?v=_9SJjY8bqkE

4. Курсы повышения квалификации «Астрономия» в старшей школе для Издательства «Просвещение»