урок по астрономии

Урок 25. Физическая природа звезд

Цели урока

Личностные: организовывать собственную познавательную деятельность; взаимодействовать в группе сверстников при выполнении самостоятельной работы; формулировать высказывания относительно возможности познания окружающего мира косвенными методами.

Метапредметные: обоснованно доказывать многообразие мира звезд; анализировать основные группы диаграммы «спектр — светимость»; формулировать выводы об особенностях методов определения физических характеристик звезд, классифицировать небесные тела; работать с информацией научно- го содержания.

Предметные: характеризовать звезды как при- родный термоядерный реактор; определять понятие

«светимость звезды»; перечислять спектральные классы  звезд;  объяснять  содержание  диаграммы

«спектр — светимость»; давать определения понятий «звезда», «двойные звезды», «кратные звезды».

Основной материал

Метод годичного параллакса и границы его при- менимости. Астрономические единицы измерения расстояний. Аналитическое соотношение между светимостью и звездной величиной. Абсолютная звездная величина. Ее связь с годичным параллак- сом. Спектральные классы. Диаграмма «спектр — светимость». Размеры и плотность вещества звезд. Определение массы звезд методом изучения двой- ных систем. Модели звезд.

Методические акценты урока. Особенностью рас- крываемого содержания является его значимость для формирования методологических умений уча- щихся. При значительном объеме предметного мате- риала ряд метапредметных умений, развиваемых в рамках занятия, у учащихся уже сформированы. Так, в начале курса учащимися рассматривались ме- тоды определения физических характеристик тел Солнечной системы, а последние два урока были по- священы изучению одной из звезд — Солнца. На данном уроке продолжается развитие методологиче- ских умений учащихся. При этом параллельно раз- ворачивается картина многообразия звездных объ- ектов, выступающих инструментами для выявления определенных характеристик удаленных космиче- ских тел. Важнейшим выводом является грамотное применение характеристик и закономерностей дан- ных систем для астрономических исследований. Особенностью урока является насыщенность пред- метного материала, детальная проработка которого будет осуществлена в ходе практической работы.

На этапе актуализации знаний и введения в урок

учащимся предлагаются следующие задания.

1.  Изобразите графически процесс передачи энер- гии из недр Солнца к его поверхности.

2.  Раскройте основные элементы модели внутрен- него строения Солнца. Выскажите собственную точ- ку зрения относительно способности данной модели отразить сложную картину внутреннего строения других звезд.

Последнее задание переводит учащихся в пло- скость занятия, в рамках которого раскрываются не столько сами физические характеристики звезд, сколько методы их определения, что является более значимым для развития методологических умений учащихся. Первоначально разграничиваются поня- тия «планета» и «звезда». Далее в ходе беседы под- черкивается:

—  для наблюдателя звезды отличаются друг от друга по яркости, что обусловлено как расстоянием до них, так и различием их физических характери- стик (например, температуры);

—  Солнце — одна из звезд, схожих по своим ха- рактеристикам (например, по химическому составу, исходя из данных спектрального анализа).

Далее учащимся предлагаются задания для само- стоятельного выполнения с последующим обсужде- нием.

1.  Определение расстояний до звезд методом го- дичного параллакса (§ 22.1 учебника).

1)  Изобразите схему определения годичного па- раллакса.

2)  Запишите определение годичного параллакса звезды.

3)  Запишите единицы измерения расстояний, ко- торые наряду с астрономической единицей ис- пользуются только в астрономии. Свяжите извест- ные вам единицы измерения расстояний в астро- номии.

4)  Укажите границы применимости метода годич- ного параллакса.

2.  Определение температуры через использова- ние зависимости светимости от  звездных  величин (§ 22.2).

1)  Запишите определение понятия  светимости  и аналитическую зависимость между светимостью и температурой звезды.

2)  Укажите аналитическую зависимость между отношением блесков и их звездными величинами.

3)  Сформулируйте понятие абсолютной звездной величины.

4)  Проанализируйте связь между блеском звезды и расстоянием до нее. Запишите зависимость между абсолютной звездной величиной и годичным парал- лаксом звезды.

После обсуждения выполненного задания анали- зируется рисунок 5.14 учебника, поясняющий закон Вина, обсуждается понятие «спектральный класс», еще раз подчеркивается зависимость звездного спек- тра не от химического состава, а от температуры и физических условий в атмосферах звезд. Учитывая, что эффект Доплера рассматривается не в каждом учебнике физики, необходимо уделить внимание анализу того, что изменение положения спектраль- ных линий позволяет определить скорость движе- ния источника излучения. При его приближении или удалении с определенной скоростью регистри- руется изменение длины волны принимаемого излу- чения. Важно то, что эффект Доплера наблюдается во всех областях спектра.

Также в ходе обсуждения анализируется диаграм- ма «спектр — светимость», которую лучше предста- вить в цветном виде, чтобы в процессе обсуждения содержания учащиеся самостоятельно смогли сде- лать следующие выводы:

1)  спектральный класс однозначно определяет аб- солютную звездную величину;

2)  выделяется несколько групп — последователь- ностей;

3)  наиболее многочисленная — главная последо- вательность, наиболее горячие звезды которой име- ют более высокую светимость;

4)  гигантам и сверхгигантам свойственна высокая светимость, которая не меняется при изменении температуры;

5)  горячие звезды малой светимости — белые кар- лики.

Почти каждая красная звезда, которую можно наблюдать на небе, — это красный гигант: Бетель- гейзе (Орион), Антарес (Скорпион), Альдебаран (Те- лец). Другие звезды, видимые невооруженным гла- зом, — звезды главной последовательности.

На текущем этапе обсуждение носит в большей мере ознакомительный характер, так как смысл со- держания диаграммы «спектр — светимость» будет раскрыт при анализе эволюционных процессов в звездах. Логическим продолжением введения диа- граммы «спектр — светимость» является вопрос о размерах и плотности звезд.

3.  Использование кратных систем звезд для оп- ределения их физических характеристик (§ 23 учеб- ника).

1)   Найдите отношение светимости звезды и Сол- нца, используя соотношение для зависимости свети- мости от температуры.

2)  Запишите соотношение для определения ради- уса звезды (в радиусах Солнца).

3)   Изобразите графически виды кратных систем, используя данные § 23.1 учебника.

4)   Запишите соотношения, позволяющие опреде- лить массу каждой звезды системы, используя тре- тий закон Кеплера.

5)  Сформулируйте цели применения эффекта До- плера к спектрально-двойным звездам.

6)   Сформулируйте содержание метода покрытия звезды звездой в затменно-двойных звездах для оп- ределения их размеров.

7)   Укажите среднее значение плотности некото- рых звезд, представляющих разные последователь- ности.

В процессе обсуждения подчеркивают, что Солн- це является одиночной звездой. Большинство звезд образуют системы большей или меньшей кратности. Физически кратные системы — 70% от существую- щих звезд — образуют единую систему и обращают- ся вокруг общего центра масс под действием взаим- ного тяготения. В системах могут быть как схожие

звезды, так и разные. Примерно половина всех звезд нашей Галактики принадлежит двойным системам. Кратных систем намного меньше. Следует учесть, что на данном уроке введение понятия «физические двойные звезды» требуется лишь для знакомства с методом определения массы звезд.

Домашнее задание. § 22, 23.1, 23.2; практическое задание.

Световые лучи распространяются в пространстве с конечной скоростью. Чем дальше от нас располо- жено небесное тело, тем в более далеком прошлом мы его наблюдаем. Определите расстояние до пред- ставленных небесных тел, используя следующие данные: Луну мы видим такой, какой она была се- кунду назад, Солнце — с  опозданием  на  8 минут 19 секунд, Проксима Центавра — 4 года 4 месяца. Представьте полученный результат для каждого све- тила в километрах и астрономических единицах. Поясните, почему наряду с двумя ближайшими «со- седями» Земли приведена звезда Проксима Центав- ра, и подтвердите свои слова, указав перевод части ее названия.

Комментарии для учителя к решению практиче- ского задания: скорость света составляет 3•108 м/с. Определим расстояние до небесных тел, используя соотношение для равномерного прямолинейного движения. Для Луны а = 3•108 м/с•1 с = 3•108 м =

= 300 тыс. км  0,002 а. е.; для Солнца а = 3•108 м/с 

 499 с•1497•108 м = 1497•105 км = 1 а. е.; для Про- ксима Центавра а = 3•108 м/с•(4•365•24•60•60 +

+  4•30•24•60•60)  с  =  3•108•136  512  000  м  =

= 409 536•1011 м = 409 536•108 км = 273 571 а. е.

Проксима Центавра — самая близкая к нам после Солнца звезда. В переводе с латинского языка «прок- сима» означает «ближайшая».

Темы проектов

1.  Особенности затменно-переменных звезд.

2.  Образование новых звезд.

3.  Диаграмма «масса — светимость».

4.  Изучение спектрально-двойных звезд.

Задачи для подготовки к ЕГЭ по физике

1.  Два протона удерживаются в ядре атома гелия за счет:

А) гравитационного взаимодействия; Б) электромагнитного взаимодействия; В) сильного взаимодействия;

Г) слабого взаимодействия.

2. 

Интернет-ресурсы

http://j-times.ru/kosmos/samaya-tyazhelaya-i- yarkaya-zvezda-vo-vselennoj.html — Самая тяжелая и яркая звезда во Вселенной.

Скачано с www.znanio.ru