урок по астрономии

Урок 16. Земля и Луна — двойная планета

Цели урока

Личностные: организовывать самостоятельную познавательную деятельность, высказывать убежденность в возможности познания окружающего мира, единстве методов изучения характеристик Земли и других планет.

Метапредметные: приводить доказательства рассмотрения Земли и Луны как двойной планеты, обосновывать собственное мнение относительно перспектив освоения Луны.

Предметные: характеризовать природу Земли; перечислять основные физические условия на поверхности Луны; объяснять различия двух типов лунной поверхности (морей и материков); объяснять процессы формирования поверхности Луны и ее рельефа; перечислять результаты исследований, проведенных автоматическими аппаратами и астронавтами; характеризовать внутреннее строение Луны, химический состав лунных пород.

Основной материал

Определение основных критериев характеристики и сравнения планет. Характеристика Земли согласно выделенным критериям. Характеристика Луны согласно выделенным критериям. Сравнительная характеристика атмосферы Луны и Земли и астрофизических и геологических следствий различия. Сравнительная характеристика рельефа планет. Сравнительная характеристика химического состава планет. Обоснование системы «Земля — Луна» как уникальной двойной планеты Солнечной системы.

Методические акценты урока. В начале урока для актуализации знаний учащимся можно предложить следующие задания.

1.  Почему в своей книге «Тайны рождения звезд и планет» А. Н. Томилин называет рассмотренную гипотезу О. Ю. Шмидта о происхождении тел Солнечной системы «теорией захвата»?

2.  Охарактеризуйте этапы формирования Солнечной системы, согласно гипотезе О. Ю. Шмидта. Какие особенности строения нашей планетной системы эта гипотеза способна объяснить?

3.  В книге «Тайны рождения звезд  и  планет» А. Н. Томилин пишет: «Проблема гравитационного разгона космического аппарата — ближайшая теоретическая родственница задач, которые решает теория захвата». Поясните данное высказывание.

Для изучения предметного содержания урока наиболее эффективно организовать работу учащихся по двум направлениям: исследование природы Земли и исследование природы Луны. Предваряет эту работу общее обсуждение плана (перечня критериев), по которому следует анализировать любую планету Солнечной системы (в дальнейшем каждый пункт этого плана позволит производить сравнение отдельных планет и их групп согласно выделенным критериям). В результате можно выйти на следующие критерии.

1.  Особенности строения оболочек (атмосферы, гидросферы, литосферы).

2.  Физические характеристики планеты (температура на поверхности, масса, радиус, продолжительность суток, сидерический период).

3.  Характеристика рельефа планеты.

4.  Химический состав поверхности планеты.

5.  Отличительные особенности.

6.  Особенности исследования планеты космическими автоматическими аппаратами/астронавтами (для Луны).

Далее учащимся предлагаются задания, которые они выполняют по группам.

Группа 1. Охарактеризуйте Землю как одну из планет Солнечной системы, используя представленный план.

Группа 2. Охарактеризуйте Луну — ближайшее к Земле планетоидное тело Солнечной системы.

После окончания работы важнейшим шагом является обсуждение данных характеристик Земли и Луны, но не в отдельности, а в сравнении по каждому из первых четырех критериев. В процессе обсуждения учащиеся выполняют конспектирование ха- рактеристик того небесного тела, которое ими в самостоятельной работе не анализировалось, а также дополняют свою работу теми элементами, которые были упущены при самостоятельной работе. При сравнительной характеристике Земли и Луны учителем должны быть сделаны следующие акценты.

1.  При сходстве внутреннего строения Луны и Земли отношение размера отдельных структурных составляющих к общему размеру планеты отличается, что приводит к различию в других характеристиках. Так, незначительная газовая оболочка Луны практически не влияет на свойства окололунного пространства — отсутствует защита от падения на поверхность мелких твердых частиц вещества.

2.  Продолжительность синодического месяца необходимо обсудить в отношении того, какова продолжительность дня и ночи на Луне, и дополнить это сравнением с такими земными и привычными периодами суток, как рассвет и закат, которые отсутствуют на Луне вследствие отсутствия атмосферы.

3.  Использование понятий, относящихся к рельефу   поверхности   («кратер»,    «море»,    «материк» и т. д.), для Луны имеет собственное значение и обусловлено больше  историческими  факторами.  Так,  в отличие от лунных кратеров, на Земле так называют и вулканические кратеры, несмотря на иную структуру  и  вызвавшую  их  появление  причину.   В процессе обсуждения характеристик рельефа целесообразно воспользоваться картой лунной и земной поверхности для обоих полушарий. Такой прием позволит  активизировать   желание   учащихся  к проведению самостоятельных  наблюдений  Луны с использованием простейших средств, например бинокля.

4.  Сближающей Землю и Луну характеристикой

выступает сходство их по химическому составу. Количественное же их соотношение и наличие соединений, образование которых возможно только при наличии воды, позволяет сравнивать два небес- ных тела.

5.  При обсуждении отличительных особенностей рассматриваемых небесных тел важно в беседе подвести учащихся к выводу о том, что Земля и Луна составляют двойную планету, что выделяет каждую из них в системе планет Солнечной системы и их спут- ников. Для доказательства этого факта следует использовать справочные данные, приведенные в текс- те § 17, приложении I учебника, а также в справочнике по физике, и в процессе обсуждения доказать расчетами характеристики соотношений:

— масс планет: с помощью справочных данных можно найти, что для Земли и Луны в Солнечной си

—  размеров небесных тел: справочные данные позволяют учащимся определить, что радиус Земли в менее чем в 4 раза превышает радиус Луны (напри- мер, радиус Нептуна в 10 раз превышает радиус Три- тона);

—  расстояния между планетой и ее спутником: согласно справочным данным, учащиеся определяют, что это расстояние составляет лишь 384 400 км. Для проведения анализа истории исследования околоземного и окололунного пространства космическими аппаратами, а также лунной поверхности,

учащиеся выполняют задание.

Используя данные приложения VIII учебника, заполните таблицу, проанализировав значение запуска космических аппаратов.

В конце урока учащимся можно предложить выполнить упражнение 13 учебника, а также ряд заданий.

1.  Используя данные о расстояниях от Земли до Луны и этих небесных тел до Солнца, графически изобразите фрагмент траекторий движения Луны и Земли вокруг Солнца.

2.  Рассчитайте силу притяжения Луны к Земле и сравните ее с силой притяжения Луны к Солнцу. Проанализируйте полученный результат.

Домашнее задание. § 17; практические задания.

1.  Сколько звездных суток проходит между двумя последовательными геоцентрическими соединения- ми Луны с некоторой звездой вблизи эклиптики, если сидерический период Луны составляет 27,3217 солнечных суток?

2.  В литературе часто можно встретить высказывание о том, что наблюдатель на Земле видит всегда одну и ту же половину Луны. Подтвердите или опровергните данный факт, используя понятие либрации и ее различных видов.

3.  Луну рассматривают как важный энергетический источник. Так, на Луне существуют залежи гелия-3 — важнейшего сырья для осуществления термоядерного синтеза. Одна из идей, граничащая с фантастикой, — использовать мощнейший источник энергии сейсмических волн, возникающих в теле Луны при падении на нее метеорного вещества. Многочисленные проекты, многие из которых созданы более 30 лет назад, до сих пор не реализованы: со- здание лунных баз составляет значительную техническую проблему. Если же в дальнейшем их удастся решить, неизбежно возникнет проблема ориентирования на лунной местности.

а) Существенное значение для условий ориентирования на Луне имеет отсутствие у этого небесного тела магнитного поля. В то же время аппаратура на борту советской автоматической станции «Луна-10» зарегистрировала не только наличие магнитного по- ля, но и его изменения на протяжении нескольких дней. Причем максимальное значение магнитного

поля достигалось в полнолуние. Дайте астрофизическое объяснение данному факту.

б) Особое значение для ориентирования на Луне, как и на Земле, имеет звездное небо. Но на Земле для использования данного способа необходимо учитывать наличие газовой оболочки. На Луне же такой проблемы нет. Означает ли этот факт, что на Луне существуют идеальные условия для астрономических наблюдений невооруженным глазом как в усло- виях лунного дня, так и в условиях лунной ночи? Свой ответ поясните.

в) Луна вращается вокруг собственной оси, совершая полный оборот по отношению к Солнцу за 29,53 земных суток, а по отношению к неподвижным звездам за 27,32 земных суток. Луна удалена от Земли на 384 тыс. км. Как отличается картина взаимного расположения и форма созвездий, которые можно наблюдать, находясь на поверхности Луны, от картины их расположения, наблюдаемой с поверхности Земли? Свой ответ поясните.

4.  В Мурманской области часто можно наблюдать удивительное оптическое явление — полярные сияния. Как известно, полярные сияния возникают в верхних слоях атмосферы Земли при воздействии частиц солнечного ветра. Почему же их можно наблю- дать в Мурманской области в условиях полярной ночи, когда даже верхняя атмосфера не освещена Солнцем?

5.  Выберите одну из ниже приведенных тем сообщения (с презентацией) к уроку-дискуссии «Парниковый эффект — польза или вред?». Примерные темы сообщений для групп.

Группа 1. Физические основы возникновения парникового эффекта.

Группа 2. Химические основы возникновения парникового эффекта.

Группа 3. Атмосфера Венеры — прошлое атмосферы Земли.

Группа 4. Атмосфера Марса — будущее атмосферы Земли.

Группа 5. Основные факторы загрязнения атмосферы Земли и их влияние на возникновение парникового эффекта.

Группа 6. Роль выбросов автомобильного транспорта в формировании парникового эффекта.

Группа 7. СМИ региона об экологическом состоянии атмосферы.

Группа 8. Современные способы снижения влияния выбросов в атмосферу Земли промышленными предприятиями.

Группа 9. Международные соглашения об ограничении промышленных выбросов.

Группа 10. Экспериментальное обнаружение явления парникового эффекта в лабораторных условиях.

Комментарии для учителя к решению задания 2: наблюдатель видит не одну половину Луны. В действительности наблюдаются колебательные движения Луны относительно точки зенита. Причиной та- ких колебаний служат либрации — покачивания Луны, в результате которых земной наблюдатель имеет возможность видеть не половину лунного шара, а несколько большую часть поверхности Луны. Либрация бывает двух видов — оптическая и физическая.

Причина оптической либрации — неравномерное движение Луны по эллиптической орбите вокруг Земли. Согласно второму закону Кеплера в области перигея Луна движется быстрее. Собственное вращение Луны вокруг оси совершается с постоянной угловой скоростью. Поэтому в районе перигея угло- вая скорость орбитального движения Луны несколько больше, чем угловая скорость осевого вращения, а в районе апогея — несколько меньше ее. Таким образом, только в точках апогея и перигея центр видимой стороны Луны совпадает с центром лунного диска. Для земного наблюдателя на участке между перигеем и апогеем он сместится к востоку. Вследствие этого земному наблюдателю в первом случае приоткроется некоторая часть обратной стороны Луны, расположенная за западным краем лунного диска, а во втором — за восточным. Это оптическая ли- брация по долготе.

Оптическая  либрация  по  широте  связана  с тем,

что ось вращения Луны не перпендикулярна к плоскости ее орбиты, а та, в свою очередь, несколько наклонена к плоскости эклиптики. Благодаря этому наблюдателю открывается то область за северным краем лунного диска, то — за южным.

Физическая либрация — реальные покачивания Луны, связанные с характером гравитационного взаимодействия между Землей и Луной, которая не является идеальным шаром с равномерным распре- делением масс.

Комментарии для учителя к решению задания 3

1.  Моменты полнолуния характеризуют ситуацию, при которой Луна находится около линии, про- ходящей через Землю и Солнце. Учитывая, что земное магнитное поле (магнитосфера) имеет своеобразный шлейф, направленный в сторону, противо- положную Солнцу и достигающий орбиты Луны. Видимо, наличие шлейфа магнитного поля Земли фиксировали приборы на Луне.

2.  В условиях лунного дня, несмотря на отсутствие атмосферы у Луны, звезды недоступны наблюдению  невооруженным  глазом.  Эти  условия  схожи с ситуацией для человека, находящегося на ярко освещенном прожекторами поле стадиона в ясную ночь. Глаза на Луне настолько ослеплены ярким светом Солнца, что звезд почти не видно. Глаз не в состоянии адаптироваться к резкой смене световых контрастов. Поэтому необходимы телескопы и другие приборы, защищенные от постороннего света, для  наблюдения  звезд  в  условиях  лунного  дня.   В условиях как лунного дня, так и лунной ночи визуальные наблюдения светил затрудняет пылевая оболочка вокруг Луны. Она образована в результате бомбардировки лунной поверхности метеоритами. Впервые наличие пылевой оболочки вокруг нашего спутника было обнаружено оптическими приборами, установленными на советской передвижной лунной лаборатории «Луноход-2».

3.  Взаимное расположение и форма созвездий для

наблюдателя на поверхности Луны ничем не отличается от их расположения для земного наблюдателя. Удаление от Земли на 384 тыс. км ничего не меняет в видимом расположении небесных светил, так как

данное расстояние составляет всего 1,5 св. с, что ничтожно мало в сравнении со световыми годами, отделяющими нас даже от ближайших звезд. Так как плоскость орбиты Луны составляет с плоскостью орбиты Земли небольшой угол, зодиакальные созвездия также будут сохраняться.

Комментарии для учителя к решению задания 4: если бы траектория частиц солнечного ветра была прямой линией, то, как и солнечный свет, они не попадали бы в зимнюю полярную атмосферу, находящуюся в глубокой тени Земли. Но эти частицы имеют электрический заряд, и их траектория искривляется в магнитном поле Земли. За счет этого они попадают в верхние слои атмосферы полярной ночью, особенно вблизи магнитных полюсов Земли, где и расположена Мурманская область. Следствием попадания частиц солнечного ветра в верхние слои атмосферы являются полярные сияния.

Темы проектов

1.  Реголит: химическая и физическая характеристика.

2.  Лунные пилотируемые экспедиции.

3.  Исследования Луны советскими автоматическими станциями «Луна».

4.  Проекты строительства долговременных научно-исследовательских станций на Луне.

5.  Проекты по добыче полезных ископаемых на Луне.

Задачи для подготовки к ЕГЭ по физике

1.   Луна движется вокруг Земли по орбите, близкой к круговой, со скоростью около 1 км/с. Среднее расстояние от Земли до Луны 384 тыс. км. Определите по этим данным массу Земли.

2.     Среднее расстояние между центрами Земли и Луны составляет около 60 земных радиусов, а масса Луны в 81 раз меньше массы Земли. Определите, в какой точке отрезка, соединяющего центры Земли и Луны, космический аппарат будет притягиваться Землей и Луной с одинаковой силой.

3.            Средняя плотность Луны составляет примерно 3300 кг/м3, а радиус планеты 1700 км. Определите ускорение свободного падения на поверхности Луны.

Интернет-ресурсы

http://galspace.spb.ru/index27.html — Планета Земля и Луна.

http://lar.org.ua/id0391.htm   —   Жизнь   и разум.

Земля и Луна — двойная планета. https://www.youtube.com/watch?v=ZPNnA7XeG

2Y — Природа Северного края — движение Луны в облаках.

Скачано с www.znanio.ru