урок по астрономии

Урок 20. Планеты-гиганты, их спутники и кольца

Цели урока

Личностные: организовывать самостоятельную познавательную деятельность; выступать с презентацией результатов своей работы; принимать участие в общем обсуждении результатов выполнения работы.

Метапредметные: использовать основы теории формирования Солнечной системы для объяснения особенностей планет-гигантов; работать с текстами научного содержания, выделять главную мысль, обобщать информацию, представленную в неявном виде, характеризующую планеты-гиганты, использовать законы физики для описания природы планет-гигантов; сравнивать природу спутников планет-гигантов и Луны.

Предметные: указывать параметры сходства внутреннего строения и химического состава планет- гигантов; описывать характеристики каждой из планет-гигантов; характеризовать источники энергии в недрах планет; описывать особенности облачного по- крова и атмосферной циркуляции; анализировать

особенности природы спутников планет-гигантов; формулировать понятие «планета»; характеризовать строение и состав колец планет-гигантов.

Основной материал

Основные характеристики планет-гигантов (физические, химические), их строение. Спутники планет-гигантов и их особенности. Происхождение спутников. Кольца планет-гигантов и их особенности. Происхождение колец.

Методические акценты урока. Структура урока повторяет последовательность урока, раскрывающего характеристики планет земной группы, что облегчает выстраивание самостоятельной деятельности учащимися, но при этом обладает значительным объемом новых для учащихся предметных сведений. Анализ характеристик планет-гигантов следует начать с проблематизации. Для этого следует вернуться к выводам по практической работе «Две группы планет Солнечной системы» и теории происхождения Солнечной системы как комплекса  тел. По итогам беседы акцентируется внимание на следующих проблемных вопросах:

1.     Планеты-гиганты должны состоять из более легких элементов. Каково их агрегатное состояние? Каково внутреннее строение планет-гигантов? Применимо ли к ним понятие «рельеф планеты»?

2.   Каковы причины того, что количество спутников планет-гигантов значительно превышает количество спутников у планет земной группы?

Далее перед учащимися ставится задача определить специфические особенности каждой из планет- гигантов, используя выделенные ранее и использованные критерии для анализа планет (см. уроки 16, 17). Учащиеся делятся на четыре группы и выполня- ют задания.

Группа 1. Охарактеризуйте Юпитер — самую крупную планету Солнечной системы — и систему его спутников.

Группа 2. Охарактеризуйте Сатурн — первую из открытых планет-гигантов,  имеющих   кольца,   — и систему его спутников.

Группа 3. Охарактеризуйте Уран — планету —

«триумф наблюдательной астрономии» — и систему его спутников.

Группа 4. Охарактеризуйте Нептун — первую планету, открытую «на кончике пера», — и систему его спутников.

После окончания самостоятельной работы организуется беседа, направленная на выявление отличительных особенностей каждой из планет-гигантов. При этом учитель направляет презентации уча- щимися результатов своей работы в русло сравнения характеристик каждой из планет с Землей, что позволяет раскрыть уникальность каждой из планет- гигантов. При обсуждении характеристик планет следует обратить внимание на следующие аспекты.

При обсуждении характеристик Юпитера.

1.  Планета обладает значительным магнитным полем (с обратной земной полярностью). Как следствие, в атмосфере наблюдаются грозы, полярные сияния, проявляется мощное радиоизлучение. Результаты столкновения Юпитера с кометой Шумейкера — Леви показали наличие в атмосфере большого количества серы.

2.  Система спутников Юпитера сходна с Солнечной системой в миниатюре. Четыре из них шарообразны, сравнимы по размерам и массе с Луной. Они были открыты еще Г. Галилеем, поэтому и полу- чили название галилеевых спутников. При своем движении близкие спутники проходят перед плане- той, отбрасывая тень, и скрываются за ней. Так, покрытие спутника Ио позволило еще в 1676 г. О. Ре- меру измерить скорость света.

3.  Наличие кольца у планеты теоретически пред- сказал советский ученый С. К. Всехсвятский, а спустя 19 лет оно было сфотографировано АМС «Вояд- жер-1» и «Вояджер-2».

При обсуждении характеристик Сатурна.

1.  Угол наклона Сатурна таков, что при более близком расположении к Солнцу на планете на- блюдалась бы смена времен года. Получая почти в 100 раз меньше энергии, чем Земля, почти половину

этой энергии он отражает, что определяет темпера- туру на поверхности.

2.  Спутники планеты имеют поперечник от 5150 км (Титан). Около половины спутников в Сол- нечной системе принадлежат Сатурну.

3.  Система колец Сатурна — самая обширная и яркая — открыта еще Х. Гюйгенсом в 1656 г. Рос- сийский ученый А. А. Белопольский установил, что вращение колец вокруг планеты подчиняется треть- ему закону Кеплера. Из-за малой толщины каждые 14—15 лет кольца Сатурна перестают быть видимыми при прохождении Земли в плоскости колец.

При обсуждении характеристик Урана.

1.  Планета вращается в обратном направлении (с востока на запад).

2.  Уран — обладатель темных пылевых колец, не- видимых в телескопы.

При обсуждении характеристик Нептуна.

1.  Самая удаленная из планет.

2.  Тритон покрыт кратерами, на нем обнаружены полярные шапки и газовые гейзеры.

3.  Кольца характеризуются неравномерным распределением вещества, образуя отдельные сгущения.

Охарактеризовав каждую из планет, обобщают данные.

• Планеты-гиганты можно подразделить на две подгруппы — горячие гиганты и ледяные гиганты. Им свойственна высокая скорость вращения вокруг своих осей (от 10 до 18 ч), при этом экваториальные зоны вращаются быстрее полярных. Как следствие, планеты-гиганты имеют большое сжатие. В их ат- мосферах бушуют вихри, продолжительность кото- рых превышает иногда 350 лет (Большое Красное Пятно на Юпитере, Большое Темное Пятно на Неп- туне, Гексагон на Сатурне (шестиугольный шторм, обнаруженный  космическим  аппаратом «Кассини»)).

• К планетам-гигантам некорректно применять понятия «поверхность планеты», «рельеф планеты», так как твердые поверхности отсутствуют. Модель структуры планет-гигантов планируется проверить в ходе работы космического зонда  «Юнона»,

приближение которого к Юпитеру произошло летом 2016 г. Существующая модель подтверждается:

—  наличием значительных магнитных полей пла- нет-гигантов;

—  превышением температуры планет значения, которое должно быть при получении энергии только от Солнца;

—  характером вращения планет-гигантов. Происходящие процессы наблюдаются не на по-

верхности, а в атмосферах планет. Появление необычных агрегатных состояний водорода (от газообразного к газожидкому в атмосфере, жидкого и твердого (металлического)) связано с резким увеличением давления по мере погружения в глубь плане- ты. Ядро — металлосиликатное. Внутреннее строение имеет вид оболочек. Строение Урана и Нептуна несколько проще, включает атмосферу, ледяную мантию и металлосиликатное ядро.

• Спутники планет-гигантов весьма разнообразны. На многих зафиксированы кратеры от ударов метеоритов. Наиболее крупные имеют атмосферу: Титан (Сатурн), Ио (Юпитер), Тритон (Нептун). Ряд спутников «демонстрируют» красоту гейзеров (Тритон, Энцелад). Большинство спутников — силикатноедяные небесные тела. Некоторые спутники яв- ляются уникальными для Солнечной системы.

• Титан (Сатурн) имеет преимущественно азот- ную атмосферу, а обнаруженный на ней аппаратом

«Кассини» смог вызван наличием тяжелых органи- ческих молекул (бензол, антрацен).

• Ио (Юпитер) обладает интенсивной вулканической деятельностью, вызванной разогревом недр приливным трением со стороны Юпитера и двух его спутников, Ганимеда и Европы. На последнем пред- полагается наличие под коркой льда жидкой воды.

• Энцелад (Сатурн) имеет идеальную сферическую форму, а его поверхность покрыта льдом. Наблюдения с борта «Кассини» зафиксировали водяные фонтаны. Предполагают, что кольцо Е Сатурн приобрел именно благодаря вулканической деятельности спутника, так как оно проходит именно по орбите Энцелада.

• Миранда (Уран) обладает самым разнообразным ландшафтом.

• Тритон (Нептун) вращается вокруг своей плане- ты в направлении, обратном ее движению вокруг Солнца. Имеет очень яркую поверхность, так как отражает большую часть света.

• Кольца планет-гигантов. Если кольца Сатурна и Юпитера образованы частицами со светлой поверхностью, кольца Урана состоят из очень темных частиц. В кольцах Сатурна заметны тонкие «спицы» (поперечные полоски, вызванные, вероятно, дейст- вием электростатических сил) и переплетения колец (что свойственно и кольцам Урана). Теория развития Солнечной системы как комплекса тел, имеющих общее происхождение, согласуется с теорией образования колец планет-гигантов (образование из ве- щества разрушенных прежде спутников под действием приливных сил и при столкновениях между собой).

В завершение урока целесообразно выполнить

упражнение 15 учебника, а также следующие задания.

1.  Подтвердите или опровергните следующие утверждения, используя астрофизические законы и закономерности:

—  спутники планет-гигантов могут иметь атмосферу;

—  основными компонентами атмосферы планет- гигантов являются углекислый газ и азот.

2.  Ниже приведено одно из описаний воображаемого путешествия на планету-гигант. Определите, о какой планете идет речь. Составьте собственное описание для любой планеты Солнечной сис- темы.

«Если бы небо было ясным, Солнце сияло бы на нем диском, в 25 раз меньшим по площади, чем на земном небе. Короткий пятичасовой день быстро сменяется ночью. Мы ищем знакомые планеты, но Меркурий совершенно теряется в лучах Солнца,   а Венеру и Землю можно наблюдать в телескоп только в сумерках. Зато Сатурн соперничает по яркости с Сириусом».

Домашнее задание. § 19; практические задания.

1.  Используя «Школьный астрономический календарь» на текущий учебный год, определите, можно ли в период, совпадающий с изучением данной темы, наблюдать в телескоп кольца Сатурна.

2.  Докажите справедливость      высказывания В. Г. Сурдина в книге «Разведка далеких планет»:

«Титан — это замерзший вариант Земли».

Темы проектов

1.  Современные                   исследования       планет-гигантов АМС.

2.  Исследования Титана зондом «Гюйгенс».

3.  Современные исследования спутников планет- гигантов АМС.

Интернет-ресурсы

http://nasha-vselennaya.ru/?cat=140 —     Наша Вселенная. Спутники планет.

http://spacegid.com/saturn.html — Гид в мире космоса. Сатурн.

http://school-collection.lyceum62.ru/ecor/stora- ge/d21d18f9-1749-e26a-b7f1-8b0714bc06c6/001 20829562474137.htm — Столкновение Юпитера с кометой Шумейкера—Леви.

http://www.liveinternet.ru/users/nevolyaika47/ post313131186/ — Северное сияние на Сатурне.

http://popnano.ru/news/index.php?id=4094& task=view — Полярные сияния на Юпитере.

http://zele.ru/novosti/kosmos/polyarnoe-siyanie- na-urane-6652/ — Полярные сияния на Уране.

Скачано с www.znanio.ru