урок по астрономии

Урок 26. Переменные и нестационарные звезды

Цели урока

Личностные: работать с различными источниками информации, проявлять готовность к самостоятельной познавательной деятельности.

Метапредметные: использовать знания по физике для объяснения природы пульсации цефеид; делать выводы о значении переменных и нестационарных звезд для развития научных знаний.

Предметные: характеризовать цефеиды как природные автоколебательные системы; объяснять зависимость «период — светимость»; давать определение понятия «затменно-двойная звезда»; харак- теризовать явления в тесных системах двойных звезд — вспышки новых.

Основной материал

Основы классификации переменных и нестационарных звезд. Затменно-двойные системы. Цефеиды — нестационарные звезды. Долгопериодические звезды. Новые и сверхновые звезды. Пульсары. Значение переменных и нестационарных звезд для науки.

Методические акценты урока. Для учащихся, ранее самостоятельно не интересовавшихся вопросами астрономии, все представляемое содержание встречается впервые. Это накладывает ограничения на возможность построения межпредметных связей,

но вместе с тем вносит значительный вклад в формирование научного мировоззрения учащихся. Наиболее эффективным средством для достижения поставленных целей служит материал учебника: пред- ставленная в нем графическая информация позволит в значительной мере повысить эффективность работы учащихся.

В начале урока важно систематизировать представления учащихся о физических особенностях звезд, полученные на предыдущем занятии. Для это- го используются вопросы к § 22 и § 23 учебника. Да- лее важно проанализировать примеры решения за- дач, также представленные в § 22 и § 23 учебника. Затем учитель обращает внимание на то, что при сходстве химического состава внутреннее строение звезд должно отличаться, вызывая различия, анали- зу которых был посвящен прошлый урок. Внутреннее строение звезд рассматривается как эволюционное следствие, которое подробнее будет рассмотрено позднее. Совместно с учащимися анализируется рисунок 5.22 учебника. В сравнении с оболочками внутреннего строения Солнца рассматриваются элементы звезд главной последовательности, к которой принадлежит и само Солнце, сравнивается внутреннее строение красных гигантов и белых карликов.

В процессе актуализации знаний и перехода к со-

держанию урока анализируются особенности физических двойных звезд. Учащиеся подводятся к выводу о том, что большую информацию о столь удаленных объектах, как звезды, можно получить, исследуя наблюдаемую динамическую характеристику — изменение их блеска, которое происходит с определенным периодом.  Учащихся  мотивируют к выдвижению гипотез о причинах изменения бле- ска. После записи возможных идей учитель разделя- ет их на две группы, характеризующие причины из- менения блеска:

1)  изменение блеска вследствие покрытия одной звезды физически связанной с нею другой звездой;

2)  изменение блеска вследствие изменения физи- ческих характеристик самой звезды.

Следует предупредить возможную ошибку уча- щихся в восприятии изменения блеска звезды как ви- зуального мерцания. Последнее происходит не в зве- здах, а в атмосфере Земли и связано с прохождением света через земную атмосферу. Далее в ходе урока, учитывая достаточный уровень трудности рассматри- ваемого материала, совместно с учащимися выстраи- вается графическая схема, поясняющая особенности затменно-двойных и переменных звезд.

В ходе обсуждения значения затменно-двойных систем, используя рисунок 5.17 учебника, анализи- руется положение звезд относительно земного на- блюдателя и кривая блеска Алголя (β Персея). Дела- ется вывод о том, что изменение видимой яркости звезды — кажущееся явление, вызванное простран- ственным расположением гравитационно связанных звезд относительно земного наблюдателя. Акцен- тируется внимание учащихся на элементах кривой блеска: главный минимум соответствует затмению звезды главной последовательности. Увеличение све- тимости перед вторичным минимумом, который со- ответствует затмению гиганта, связано с отражением света более яркой звезды главной  последовательнос- ти от поверхности звезды гиганта. Для углубления анализа процессов в затменно-двойных системах анализируется кривая блеска для тесных двойных систем, например β Лиры. При анализе кривой блес- ка (рис. 5.18 учебника) подчеркивается, что звезды настолько близки друг к другу, что деформированы приливными силами.  Из  главной  звезды  вытекает газ, изменения блеска обусловлены не только затме- нием, но и тем, что при вращении системы мы видим сечения звезд разной площади — они являются не шарами, а эллипсоидами. Эти процессы могут приво- дить к вспышкам новых звезд.

Иная природа характеризует процессы в физиче-

ских переменных звездах. Данную группу звезд под- разделяют на неправильные и периодические. При- мером периодических звезд являются цефеиды. Опираясь на рисунки 5.23 и 5.24 учебника, анали- зируется кривая блеска одного из представителей

цефеид (δ Цефея), а также графики изменения све- тимости, лучевой скорости и температуры:

—  блеск непрерывно изменяется с определенны- ми периодом и амплитудой, возрастая быстрее, чем ослабевая после максимума;

—  вблизи максимума блеска цефеиды приближа- ются к нам с наибольшей скоростью, а вблизи мини- мума — с наибольшей скоростью удаляются от нас;

—  в отличие от стационарного Солнца цефеиды — нестационарные звезды, пульсирующие — периоди- чески раздуваются и сжимаются, меняя температу- ру от максимума в максимуме блеска до минимума в минимуме блеска.

Далее анализируется зависимость «период — све- тимость» цефеид (рис. 5.25 учебника). Учитель на- правляет учащихся к применению физических осо- бенностей цефеид для определения расстояний: по известному из наблюдений периоду изменения бле- ска можно определить абсолютную звездную вели- чину, а по известной из наблюдений видимой звезд- ной величине можно вычислить расстояние до цефе- иды. Таким образом, можно определять расстояние до систем, в которых находится звезда.

Учитель знакомит учащихся с другим типом фи- зических переменных звезд — долгопериодической звездой Мира Кита, колебания блеска которой про- исходят с периодом порядка 350 дней, а пульсация определяется, вероятнее всего, пульсацией и перио- дическими извержениями горячих газов из недр зве- зды в более высокие слои атмосферы. Отмечается и типичный представитель неправильных физических переменных звезд —  Тельца и UV Кита. Одно из предположений о причинах их нестационарности — явления, аналогичные солнечной активности.

Довольно условно к переменным звездам относят новые и сверхновые звезды. Кривая блеска для но- вых звезд приведена на рисунке 5.27 учебника. Под- черкивается, что блеск при вспышке новой резко возрастает за несколько суток. Через несколько лет звезда остывает и возвращается к первоначальному блеску. Для сверхновых характерен взрыв, при ко-

тором за несколько суток выделяется огромная энер- гия. Внешне явления сверхновой и новой сходны, но в последнем случае звезда не претерпевает сущест- венных изменений, вспышка сверхновой полностью изменяет строение звезды. Сбрасываемая оболочка образует расширяющуюся туманность, подобную Крабовидной, а звезда становится черной дырой или пульсаром. Последние — также источники периоди- чески возникающих импульсов малой длительности в радиодиапазоне, рентгеновской или видимой ча- стях спектра. Обладая исключительно большим маг- нитным полем, пульсар генерирует излучение, исхо- дящее в узком конусе у магнитного полюса. Враще- нием с угловой скоростью в несколько десятков оборотов в секунду обеспечивается строгая перио- дичность импульсов.

Важно подчеркнуть значимость переменных и не- стационарных звезд для науки. Во-первых, с помо- щью переменных звезд можно получить информа- цию не только о массе, поверхностной температуре, плотности, светимости звезд, но и о невидимом спут- нике-звезде по характеру собственного движения звезды. Во-вторых, с их помощью осуществляется поиск экзопланет. Первая  экзопланета  обнаружена в середине 90-х гг. XX в. Обнаружено около 1000 планетарных систем вокруг звезд, причем в 132 та- ких системах имеется более одной планеты. Кроме того, нейтронные звезды позволяют изучать поведе- ние вещества в условиях, которые в земных услови- ях невозможны.

Далее учащимся предлагается завершить схему, обобщающую содержание урока.

Изменение блеска

Затменно-двойные звезды

Переменные

и нестационарные звезды

Причина

Покрытия   Физические процессы в звездах

Следствия

Итогом урока служит обсуждение предложенных учащимися схем, в ходе которого подчеркивается, что причиной изменения блеска, излучаемого звез- дой, может быть как изменение излучения единицей ее поверхности, происходящее вследствие измене- ния температуры, так и изменение площади излуча- ющей поверхности или и то и другое. Для колеба- тельного процесса в звездах характерно то, что он поддерживается энергией непрерывно выделяющей- ся в недрах звезд при термоядерных реакциях. Про- водя аналогию с механическими колебаниями, под- черкивается, что для звезд можно ввести, хоть и условно, частоту собственных колебаний.

Домашнее задание. § 23.1, 23.3, 24.1, 24.2 (новые звезды); практические задания.

1.  Поясните принципиальное отличие физиче- ских переменных звезд от стационарных.

2.  Радиус Бетельгейзе ( Ориона) примерно в 400 раз больше радиуса Солнца. Используя справоч- ные данные, изобразите в масштабе две пары небес- ных тел: Бетельгейзе и Солнце, Солнце и Землю.

Темы проектов

1.  Методы обнаружения экзопланет.

2.  Характеристика обнаруженных экзопланет.

3.  Изучение  затменно-переменных звезд.

4.  История открытия и изучения цефеид.

5.  Механизм вспышки новой звезды.

6.  Механизм взрыва сверхновой.

Интернет-ресурсы.

http://сезоны-года.рф/другие%20планеты. html — Сезоны года. Экзопланеты.

Скачано с www.znanio.ru