урок по астрономии

Урок 23. Солнце: его состав и внутреннее строение

Цели урока

Личностные: высказывать мнение относительно достоверности косвенных методов получения информации о строении и составе Солнца; участвовать в обсуждении полученных результатов аналитических выводов; проявлять заинтересованность в са- мостоятельном проведении наблюдения Солнца.

Метапредметные: использовать физические законы и закономерности для объяснения явлений и процессов, наблюдаемых на Солнце; формулировать логически обоснованные выводы относительно по- лученных аналитических закономерностей для све- тимости Солнца, температуры его недр и атмосферы.

Предметные: объяснять физическую сущность источников энергии Солнца и звезд; описывать процессы термоядерных реакций протон-протонного цикла; объяснять процесс переноса энергии внутри Солнца; описывать строение солнечной атмосферы; пояснять грануляцию на поверхности Солнца; характеризовать свойства солнечной короны; раскрывать способы обнаружения потока солнечных нейтрино; обосновывать значение открытия солнечных

нейтрино для физики и астрофизики.

Основной материал

Современные методы изучения Солнца. Энергия и температура Солнца. Химический состав Солнца. Внутреннее строение Солнца. Атмосфера Солнца.

Методические акценты урока. Содержание данного урока обладает значительным методологическим и метапредметным ресурсом. С одной стороны, в рамках урока анализируются законы и закономерности квантовой и ядерной физики (закон Стефа- на—Больцмана, закономерность для светимости; спектроскопия, спектры поглощения и излучения; термоядерные реакции, закономерности слабого взаимодействия), элементы молекулярно-кинетиче- ской теории (виды теплопередачи, газовые законы); элементы электродинамики, элементы механики (гравитационное взаимодействие). С другой стороны, демонстрация учителем моделей построения логических доказательств и вывода аналитических зависимостей позволяет формировать научное мышление учащихся. По этой причине наиболее эффективной формой построения урока выступает проблемная беседа. В начале для активизации интереса необходимо организовать обсуждение значимости изучения темы. В результате выделяются следую- щие аспекты.

1.            Солнце — ближайшая звезда. Изучение ее особенностей позволяет проанализировать особенности других звезд.

2.  Солнце, являясь «центральным» телом Солнечной системы, определяет процессы, протекающие на планетах, их спутниках и других телах, все остальные системы испытывают его влияние.

3.  Солнце — естественная астрономическая лаборатория, в которой возможно наблюдать процессы, недоступные для получения в условиях Земли.

4.  Солнце, в отличие от планет и других тел Солнечной системы, является самосветящимся небесным телом, излучающим за счет процессов, происходящих в его недрах. Вся энергия на Земле связана     с преобразованием солнечной энергии, включая важнейшие биологические процессы.

По итогам беседы учитель ограничивает те вопросы, которые будут рассматриваться на данном уроке: химический состав и строение Солнца, источник его энергии. На первом этапе раскрытия содержания важно акцентировать внимание на методах получения информации о Солнце и его изучении. Среди методов отмечают:

—  визуальное наблюдение средствами наземных и космических обсерваторий. Телескопы для изучения Солнца (башенные солнечные телескопы) имеют особую конструкцию (рис. 5.1 учебника). Подчеркивается, что первым наблюдал Солнце с помощью телескопа Г. Галилей, обнаруживший не только сами пятна, но и изменения, которые с ними происходили;

—  спектральный анализ. С его помощью И. Фраунгофером в 1814 г. впервые были обнаружены линии поглощения, впервые открыт гелий;

—  физические методы теоретического исследования Солнца и его параметров с построением последующей физической модели звезды.

Далее, анализируя результаты применения каждого из методов с опорой на текст учебника, раскрываются особенности и характеристики Солнца. На первом этапе анализируется поток солнечного излучения. Следует учесть, что часть предметных вопро- сов рассматриваются в опережающем режиме по от- ношению к физике: учащимся еще может быть не известен закон Стефана—Больцмана, и в процессе раскрытия данный материал изучается впервые. По- нятие «солнечная постоянная» также является но- вым для учащихся, поэтому предметное содержание разбирается подробно. Полученные результаты тем- пературы должны быть проанализированы.

Перед учащимися формулируется проблемный

вопрос: есть ли поверхность у Солнца, ведь наблюда- телю звезда представляется в виде небольшого диска диаметром около 0,5. Здесь следует напомнить об условности данного понятия для планет-гигантов. Данный вопрос приводит к результатам применения метода спектрального анализа. Используя диаграм- мы химического состава Солнца, подчеркивают, что в химическом составе светила преобладают легкие элементы, которые находятся в особом агрегатном состоянии — в состоянии плазмы. Всего на Солнце обнаружено более 70 химических элементов, но все они в иных пропорциях встречаются и на Земле. Химический состав Солнца различен на разных глубинах.

Далее в процессе решения задач совместно с учащимися используются законы физики и раскрывается ряд характеристик Солнца.

1.  Определите плотность Солнца на расстоянии половины радиуса от центра, зная массу светила и его радиус (используйте данные приложения I).

2.  Определите давление и температуру Солнца на расстоянии половины радиуса от центра, используя известные вам законы физики.

Полученные аналитически результаты обсуждаются. При этом делаются следующие выводы.

1.  Равновесие Солнца обеспечивается тем, что силы тяготения, стремящиеся сжать его, уравновешиваются силами внутреннего газового давления.

2.  На расстоянии половины радиуса Солнца плотность превышает в 1,5 раза плотность воды, а давление в миллиард раз больше атмосферного давления. В описываемых условиях одноименно заряженные ядра преодолевают электростатическое отталкивание, вступают в самоуправляемую термоядерную реакцию (подробно анализируется цепочка термоядерных реакций, представленная в учебнике (§ 21.2)).

3.  Для проникновения во внешние слои Солнца излучение проделывает значительный путь, который можно объяснить на основе видов теплопередачи — конвекции и излучения. Согласно современной модели, термоядерные реакции  происходят  только в центральных областях не далее 0,3R. Ближе к поверхности, где температура значительно меньше, энергия, выделившаяся в результате термоядерного синтеза, должна пройти сквозь толщу раскаленной плазмы. Преобладающий вид теплопередачи — из- лучение от слоя к слою. Слои не меняются местами, а энергия, излученная нижним слоем, поглощается верхним и переизлучается. Такое просачивание дли- тельно, с «потерей» частоты, происходит на расстоя- нии от 0,3R до 0,7R Солнца. Далее следует конвек- тивная зона,  которая  простирается  до  фотосфе- ры (рассматривается модель внутреннего строения Солнца, представленная на рисунке 5.5 учебника).

Возвращаясь к визуальным методам исследования Солнца, рассматривается его поверхность и зарисовывается в тетрадь. Основные акценты касаются следующего:

—  непосредственному наблюдению доступна только фотосфера, которую мы и воспринимаем как поверхность Солнца. В этом слое наблюдается грануляция. В этом слое образуются и темные пятна — магнитные острова фотосферы, и фотосферные фа- келы — детали более светлые, чем фотосфера (дан- ные элементы стоит упомянуть на текущем уроке, но подробное рассмотрение их природы относится   к теме следующего урока);

—  хромосфера наблюдаема в моменты полных солнечных затмений. Именно в хромосфере возни- кают хромосферные факелы, которые расположены над фотосферными факелами и пятнами, а также мощные и быстрые процессы вспышек;

—  солнечная корона также наблюдаема в моменты полных солнечных затмений, а также с помощью специального телескопа — коронографа. Размеры солнечной короны не остаются неизменными, распространяясь на расстояние нескольких солнечных радиусов от края Солнца.

Подводя итоги урока, важно совместно с учащимися сделать выводы.

1.  Солнце по своим физическим характеристикам является, с одной стороны, обычной звездой — лишь одной из звезд во Вселенной, но, с другой стороны, она является исключительной и необыкновенной, так как ее достаточно близкое расположение позвоет использовать множество методов для получения информации об удаленных звездах.

2.  Солнце и звезды — самоуправляемые термоядерные реакторы.

3.  Существующая современная модель строения Солнца позволяет объяснить наблюдаемые свойства звезды, а также высказать убежденность в наличии влияния солнечной активности на Землю.

Учащимся целесообразно предложить ряд заданий.

1.  Перечислите правила, которыми необходимо руководствоваться при проведении наблюдения Солнца.

2.  Оцените, какая энергия выделилась, если бы Солнце целиком состояло из водорода, который превратился бы в результате термоядерной рекции   в гелий.

Домашнее задание. § 21.1—3; практическое задание.

Используя приложение IХ учебника «Указания к наблюдениям. Наблюдения Солнца», проведите собственные наблюдения Солнца. Обратите особое внимание на то, что все наблюдения звезды могут осуществляться только при наличии темного фильтра на объективе телескопа или бинокля. Наиболее безопасно наблюдать Солнце в отраженном свете на экране.

Темы проектов

1.  Результаты первых наблюдений Солнца Гали- леем.

2.  Устройство и принцип действия коронографа.

Задачи для подготовки к ЕГЭ по физике

1.  Плотность фотосферы Солнца не превышает по- рядка 10–4 кг/м3,  а  число  атомов  преобладающего  в фотосфере газа (водорода) — порядка 1017 в каждом кубическом сантиметре. Сравните параметры фотосферы с плотностью и числом частиц, содержащихся в том же объеме воздуха при комнатной темпера- туре и нормальном давлении.

2.  Сколько каменного угля сжигается для получения энергии, выделяющейся при превращении 1 г водорода в гелий?

Интернет-ресурсы

http://magru.net/pubs/5982#2 — Структура и внутреннее излучение Солнца.

http://galspace.spb.ru/index101.html — Строение Солнца. Видимая поверхность звезды.

Скачано с www.znanio.ru