урок по астрономии

Урок 33. Основы современной космологии

Цели урока

Личностные: высказывать собственную позицию относительно теории антитяготения и направлений поисков темной энергии.

Метапредметные: приводить доказательства ускорения расширения Вселенной; анализировать процесс формирования галактик и звезд.

Предметные: формулировать смысл гипотезы Г. А. Гамова о горячем начале Вселенной, обосновывать ее справедливость и приводить подтверждение; характеризовать понятие «реликтовое излучение»; описывать общие положения теории Большо- го взрыва; характеризовать процесс образования химических элементов; описывать научные гипотезы существования темной энергии и явления антитяготения.

Основной материал

Научные факты, свидетельствующие о различных этапах эволюционного процесса во Вселенной. Темная энергия и ее характеристики. Современная космологическая модель возникновения и развития Вселенной с опорой на гипотезу Г. А. Гамова, обна- руженное реликтовое излучение.

Методические акценты урока. В начале урока для активизации внимания учащихся важно предложить ряд следующих заданий.

1.  Рассмотрите графическую интерпретацию эффекта Доплера (рис. 20). Используя рисунок, дайте словесное описание данного явления.

2.  Определите, сколько лет идет к нам свет от гаактики, скорость удаления которой 5•104 км/с.

3.  Используя воздушный шарик и маркер, покажите, как будет меняться расстояние между точками, нанесенными на поверхность шарика и расположенными близко и далеко друг от друга, если шарик надувать. Моделью какого процесса выступает дан- ная система шарика с нанесенными точками?

4.  Поясните, какой смысл имеет каждая из вели- чин, входящих в закон Хаббла.

Рис. 20

Последнее задание переводит внимание учащих- ся в плоскость содержания занятия. В процессе об- суждения необходимо подвести учащихся к выводу о том, что в более раннюю эпоху по сравнению с нынешней галактики должны были находиться гораздо ближе. Следовательно,  теория  определяет,  что  в некоторый момент времени во Вселенной не существовало ни галактик, ни звезд, ни других наблюдаемых сейчас объектов. Важно сделать вывод о необходимости построения сценария возникновения Вселенной — качественного анализа возможных следствий принятых исходных положений и сравнение их с наблюдаемыми явлениями. Учащимся предлагается самостоятельно, используя материал

§ 27 учебника, заполнить таблицу.

При обсуждении результатов выполнения учащимися задания необходимо акцентировать внимание на том, что открытые в земных условиях законы физики используются для исследования Вселенной. Не исключено, что в процессе исследования Вселенной будут открыты неизвестные новые явления и типы космических объектов. Среди них — темная энер- гия. Совместно с учащимися анализируется рису- нок 6.28 учебника, на котором представлены кри- вые, отражающие теоретические и практические данные о связи «красного смещения» и расстояний до звезд. Темная энергия, обладающая антигравитационными свойствами, — главная причина расши- рения Вселенной. Она составляет 74% Вселенной. После анализа темной энергии как нового вида материи анализируются некоторые ее предполагаемые свойства:

—  равномерно распределена по Вселенной, в от-

личие от обычного вещества и других форм темной материи. В галактиках и скоплениях галактик ее столько же, сколько вне их. Главные кандидаты на роль темной энергии — вакуум и гипотетическое сверхслабое поле;

—            испытывает антигравитацию (за счет ее присутствия темп расширения Вселенной растет). Темная энергия как бы расталкивает саму себя, ускоряя при этом и разбегание обычной материи, собранной в галактиках;

—  обладает отрицательным давлением, благодаря которому в веществе возникает сила, препятствующая его растяжению. Аналогией отрицательного давления темной энергии служит оболочка воздушного шарика: каждый квадратный сантиметр рас- тянут и стремится сжаться. Появись где-нибудь в оболочке разрыв, она немедленно бы стянулась. Но пока разрыва нет, отрицательное натяжение равно- мерно распределено по всей поверхности. Причем, если шарик надувать, резина будет становиться тоньше, а запасенная в ее натяжении энергия будет расти. Сходным образом ведет себя при расширении Вселенной плотность вещества и темной энергии.

Обобщая рассмотренные научные факты, свидетельствующие о различных этапах эволюционного процесса во Вселенной, важно совместно с учащимися конкретизировать наиболее распространенную в современной науке модель возникновения и развития Вселенной. Анализируя графическую интерпретацию данного процесса (представленную на цветной вклейке учебника В. А. Касьянова «Физи- ка. Углубленный уровень. 11 класс»), учащиеся за- полняют таблицу.

После окончания обсуждения результаты заполнения данной таблицы могут быть приблизительно следующими.

.

Окончание табл.

Для создания полноты картины возникновения Все- ленной важно вернуться в контексте данного сценария к процессу образования галактик и планетных систем на примере Солнечной системы, предложив учащимся следующие задания.

1.    Используя рисунок 21, поясните процесс образова- ния сверхскоплений галактик.

2.    Используя рисунок 22, поясните процесс образова- ния различных типов галактик.

Рис. 22

3.   Используя представленную схему (рис. 23), поясните процесс возникновения звезд.

Рис. 23

Домашнее задание. § 27; практическое задание. Сравните прошлые представления о строении

Вселенной в геоцентрической и гелиоцентрической системах мира с современными.

Темы проектов

1.  Научная деятельность Г. А. Гамова.

2.  Нобелевские премии по физике за работы в об- ласти космологии.

Интернет-ресурсы

http://physics.kgsu.ru/astronomia/NV/Evaluz%- 20vselennoy.htm — Эволюция Вселенной.

http://www.sai.msu.su/ng/galaxy_universe/ot- her_galaxes.html — Распределение галактик в про- странстве. Структура и эволюция Вселенной

https://www.youtube.com/watch?v=TxvlFZK0s- Ts — Состав и эволюция Вселенной.

https://www.youtube.com/watch?v=UdDfn2- VjC7Q — История Вселенной за 10 минут.

Скачано с www.znanio.ru