М. А. Кунаш. Астрономия. Методические рекомендации. Урок № 33

Личностные: высказывать собственную позицию относительно теории антитяготения и направлений поисков темной энергии.

Метапредметные: приводить доказательства ускорения расширения Вселенной; анализировать процесс формирования галактик и звезд.

Предметные: формулировать смысл гипотезы Г. А. Гамова о горячем начале Вселенной, обосновы- вать ее справедливость и приводить подтвержде- ние; характеризовать понятие «реликтовое излуче- ние»; описывать общие положения теории Большо- го взрыва; характеризовать процесс образования химических элементов; описывать научные гипоте- зы существования темной энергии и явления анти- тяготения.

Научные факты, свидетельствующие о различ- ных этапах эволюционного процесса во Вселенной. Темная энергия и ее характеристики. Современная космологическая модель возникновения и развития Вселенной с опорой на гипотезу Г. А. Гамова, обна- руженное реликтовое излучение.

Методические акценты урока. В начале урока для активизации внимания учащихся важно предло- жить ряд следующих заданий.

1. Рассмотрите графическую интерпретацию эф- фекта Доплера (рис. 20). Используя рисунок, дайте словесное описание данного явления.

2. Определите, сколько лет идет к нам свет от га- лактики, скорость удаления которой 5•10⁴ км/с.

3. Используя воздушный шарик и маркер, пока- жите, как будет меняться расстояние между точка- ми, нанесенными на поверхность шарика и располо- женными близко и далеко друг от друга, если шарик надувать. Моделью какого процесса выступает дан- ная система шарика с нанесенными точками?

4. Поясните, какой смысл имеет каждая из вели- чин, входящих в закон Хаббла.

Рис. 20

Последнее задание переводит внимание учащих- ся в плоскость содержания занятия. В процессе об- суждения необходимо подвести учащихся к выводу о том, что в более раннюю эпоху по сравнению с ны- нешней галактики должны были находиться гораз- до ближе. Следовательно, теория определяет, что в некоторый момент времени во Вселенной не су- ществовало ни галактик, ни звезд, ни других наблю- даемых сейчас объектов. Важно сделать вывод о не- обходимости построения сценария возникновения Вселенной — качественного анализа возможных следствий принятых исходных положений и сравне- ние их с наблюдаемыми явлениями. Учащимся предлагается самостоятельно, используя материал

§ 27 учебника, заполнить таблицу.

Окончание табл.

При обсуждении результатов выполнения учащи- мися задания необходимо акцентировать внимание на том, что открытые в земных условиях законы фи- зики используются для исследования Вселенной. Не исключено, что в процессе исследования Вселенной будут открыты неизвестные новые явления и типы космических объектов. Среди них — темная энер- гия. Совместно с учащимися анализируется рису- нок 6.28 учебника, на котором представлены кри- вые, отражающие теоретические и практические данные о связи «красного смещения» и расстояний до звезд. Темная энергия, обладающая антигравита- ционными свойствами, — главная причина расши- рения Вселенной. Она составляет 74% Вселенной. После анализа темной энергии как нового вида мате- рии анализируются некоторые ее предполагаемые свойства:

• равномерно распределена по Вселенной, в от-

личие от обычного вещества и других форм темной материи. В галактиках и скоплениях галактик ее столько же, сколько вне их. Главные кандидаты на роль темной энергии — вакуум и гипотетическое сверхслабое поле;

• испытывает антигравитацию (за счет ее при- сутствия темп расширения Вселенной растет). Тем-

ная энергия как бы расталкивает саму себя, ускоряя при этом и разбегание обычной материи, собранной в галактиках;

— обладает отрицательным давлением, благодаря которому в веществе возникает сила, препятствую- щая его растяжению. Аналогией отрицательного давления темной энергии служит оболочка воздуш- ного шарика: каждый квадратный сантиметр рас- тянут и стремится сжаться. Появись где-нибудь в оболочке разрыв, она немедленно бы стянулась. Но пока разрыва нет, отрицательное натяжение равно- мерно распределено по всей поверхности. Причем, если шарик надувать, резина будет становиться тоньше, а запасенная в ее натяжении энергия будет расти. Сходным образом ведет себя при расширении Вселенной плотность вещества и темной энергии.

Обобщая рассмотренные научные факты, свиде-

тельствующие о различных этапах эволюционного процесса во Вселенной, важно совместно с учащими- ся конкретизировать наиболее распространенную в современной науке модель возникновения и раз- вития Вселенной. Анализируя графическую интер- претацию данного процесса (представленную на цветной вклейке учебника В. А. Касьянова «Физи- ка. Углубленный уровень. 11 класс»), учащиеся за- полняют таблицу.

После окончания обсуждения результаты запол- нения данной таблицы могут быть приблизительно следующими.

Продолжение табл.

Окончание табл.

Рис. 21

Для создания полноты картины возникновения Все- ленной важно вернуться в контексте данного сценария к процессу образования га- лактик и планетных систем на примере Солнечной систе- мы, предложив учащимся следующие задания.

1. Используя рисунок 21, поясните процесс образова- ния сверхскоплений галак- тик.

2. Используя рисунок 22, поясните процесс образова- ния различных типов галак- тик.

Рис. 22

1. Используя представленную схему (рис. 23), по- ясните процесс возникновения звезд.

Рис. 23

Домашнее задание. § 27; практическое задание. Сравните прошлые представления о строении

Вселенной в геоцентрической и гелиоцентрической системах мира с современными.

1. Научная деятельность Г. А. Гамова.

2. Нобелевские премии по физике за работы в об- ласти космологии.

http://physics.kgsu.ru/astronomia/NV/Evaluz%- 20vselennoy.htm — Эволюция Вселенной.

http://www.sai.msu.su/ng/galaxy_universe/ot- her_galaxes.html — Распределение галактик в про- странстве. Структура и эволюция Вселенной

https://www.youtube.com/watch?v=TxvlFZK0s- Ts — Состав и эволюция Вселенной.

https://www.youtube.com/watch?v=UdDfn2- VjC7Q — История Вселенной за 10 минут.

1