Выберите главные космологические признаки вселенной анизотропность изотропность

Автор: Шустова Людмила Филипповна

Организация: МБОУ «Верх-Рождественская ООШ»

Населенный пункт: село Верх-Рождество, Частинский район, Пермский край

Сценарий урока № 31 по теме

«Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение».

Учитель — Шустова Людмила Филипповна

Предмет – Астрономия.

Тема — «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение».

Продолжительность занятия— 45 минут.

Класс — 11. Учебник — Чаругин В. М. Астрономия 10—11 классы. Учебное пособие для общеобразовательных организаций. Базовый уровень. Просвещение -2018

Образовательное учреждение — Пермский край, Частинский район, село Ножовка, Муниципальное общеобразовательное учреждение «Ножовская средняя общеобразовательная школа».

Авторский медиапродукт — презентация «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение» 15 слайдов (среда POWER POINT)., сценарий урока «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение».

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний с использованием интерактивной технологии коллективной и индивидуальной мыследеятельности К.Я. Вазиной.

Оборудование: интерактивная доска, компьютер, презентация, эволюционные схемы, колекция ЦОР, фрагменты видеоуроков: У Вселенной было начало. Видеоурок «NICA — Вселенная в лаборатории»; Реликтовое излучение.

План урока

Во всем мне хочется дойти до самой сути.
Б. Пастернак

Части — блоки урока (краткое содержание деятельности учителя и учащихся)

Временная реализация

1.Организационный момент: Эмоциональный настрой.

2.Организация целевого пространства. Мотивация к деятельности. Актуализация знаний.

3.Организация поискового пространства. Работа в 3 группах. Изучение нового материала по 3 темам в группах: «Модель горячей Вселенной. Реликтовое излучение. Теория Большого взрыва». Отчёт групп в разных формах (Таблица. Кластер. Опорный конспект ).

4.Организация рефлексивного пространства. Составление таблицы или общего кластера по теме «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение». Этап «Рефлексия».

Цели урока:

Цель: сформировать целостное представление об образовании гелия во Вселенной и её модели, объяснить причины возникновения реликтового излучения как доказательства теории Большого взрыва.

Образовательная цель: обеспечить усвоение темы через осмысление ранее полученных знаний и учебно-исследовательскую деятельность учащихся, основываясь на этапах научного познания. Организовать познавательную деятельность, которая предполагает использование научных наблюдений.

Развивающая: формировать УУД: совершенствовать интеллектуальные способности, мыслительные и исследовательские умения учащихся при работе с различными источниками информации и практическими заданиями, коммуникативные свойства речи, развивать познавательное творчество, собственную оценочную позицию. Развивать умение наблюдать и анализировать явления, а также познавательный интерес при постановке учебной проблемы.

Воспитательная – 1.Формировать материалистическое мировоззрение.

2. Содействовать профориентации учащихся – выбору будущей профессии.

3. Укреплять сотрудничество и общение в малых группах, уважительное отношение к мнению оппонента.

Межпредметные связи: физика (спектральный анализ, термоядерный синтез, скорость света, элементарные частицы); обществоведение (материальность мира и его познаваемость, основные формы существования материи, движение материи, пространство и время); биология (познание сущности жизни на клеточном и молекулярном уровнях).

Формы организации учебной деятельности: фронтальная, групповая, индивидуальная.

Методы обучения: репродуктивный, наглядно-иллюстративный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, исследовательский.

Ход урока

1.Организационный этап. Психологический настрой.(2 мин)

Задача. Создать эмоциональный настрой учащихся.

Учитель.- Доброе утро! Я рада вас приветствовать на уроке астрономии. Желаю вам новых открытий и хорошей работоспособности. Начнем урок с проверки знаний и выявления проблемы.

Мы продолжим учиться:

Проводить наблюдения по научным фотографиям и астрономическим картам
Обобщать результаты наблюдений
Выдвигать гипотезу
Проверять гипотезу – проводить исследование научных теорий.

2. Целевое пространство. Мотивация учащихся. Постановка задач в группе и индивидуальных. Актуализация знаний. (10 мин).

Тестовое задание.

1. Раздел астрономии, занимающийся изучением строения Вселенной и процессов,

происходящих в ней, называется:

а) космогонией б) космологией в) космонавтикой г) астрофизикой

2. Соотнесите термины, указанные буквами и определения, указанные цифрами:

а) Вселенная б) Метагалактика в) Галактика г) Звездная система;

1) Самая большая наблюдаемая, нестационарная, постоянно эволюционирующая,

расширяющаяся система, не имеющая центра расширения

2) Материальная система, безграничная в пространстве и развивающаяся во времени

3) Вращающаяся система, имеющая в центре мощный источник нетеплового излучения

(не связанный с нагретым газом)

4) Вращающаяся система, имеющая в центре мощный источник теплового излучения

3. Выберите главные космологические признаки Вселенной:

а) анизотропность б) изотропность в) неоднородность г) однородность

Ключ к тесту: 1. б) 2. а – 2), б – 1), в – 3), г – 4) 3. б), г)

Выясняем тему урока. Выявление и анализ проблемы. Гипотезы. Проверим исследованием.

— Вспомним, что по современным представлениям, на ранней стадии развития звезда в основном состоит из водорода. Температура внутри звезды столь велика, что в ней протекают реакции слияния ядер водорода с образованием гелия – термоядерные реакции.

Существует гипотеза, что около 30% по массе наблюдаемого во Вселенной гелия образовалось в недрах звёзд.

Проверьте это предположение. (Работа с учебником Стр.132)

В термоядерных реакциях синтеза гелия из водорода в недрах Солнца каждую секунду выделяется 4 · 10 26 Дж энергии. При образовании одного ядра гелия выделяется энергия ΔЕ = 4,8 · 10 –12 Дж. Поэтому каждую секунду в Солнце образуется 10 38 ядер атомов гелия, или 6, · 10 11 кг гелия. Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной: 1,3 · 10 10 лет = 3,9 · 10 17 с, легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звёздах (10 11 звёзд) за этот промежуток времени: 6,7 · 10 11 кг/с · 10 11 · 3,9 · 10 17 с = 2,6 · 10 40 кг.

Вывод: Это составляет 13% от всей массы Галактики (масс всех звёзд Галактики 2 · 10 41 кг), что существенно меньше наблюдаемой массы гелия.

Исходя из этого в 1946 году астрофизик Георгий Гамов, американский физик российского происхождения (учился вместе с А.Фридманом) и его коллеги разработали физическую теорию начального этапа расширения Вселенной, объясняющую наличие в ней химических элементов синтезом при очень высоких температуре и давлении. Начало расширения по теории Гамова назвали «Большим Взрывом». Соавторами Гамова были Р. Альфер и Г. Бете, поэтому иногда эту теорию называют «α, β, γ-теория» или модель горячей Вселенной.

Модель «горячей Вселенной» — космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом расширении, иначе теория Большого взрыва.

3. Поисковое пространство. Работа в 3 группах. (10 минут). Изучение нового материала по 3 темам в группах: «Модель горячей Вселенной. Реликтовое излучение. Теория Большого взрыва». Параграф 36 учебника. Возможен поиск информации в интернете. Проблема: как можно обосновать откуда взялось реликтовое излучение в современной Вселенной, если Вселенная существует много миллиардов лет? (либо проблема, выдвинутая группами).

Отчёт групп в разных формах (Таблица. Кластер. Опорный конспект). (Уровни — базовый, повышенный и высокий). – 10 мин.

Вывод (делают ученики). Как показали наблюдения, это излучение не связано ни с одним из известных небесных тел или их систем. Оно равномерно заполняет видимую Вселенную, т. е. характеризует горячее и сверхплотное состояние вещества в начале расширения. Поэтому это излучение получило название реликтового излучения, т. е. оставшегося от ранних этапов эволюции Вселенной.

Первичное закрепление ( 5 мин).

ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ:

1.Возраст Вселенной 13,5 млрд лет. Сейчас мы наблюдаем в самые мощные телескопы первые галактики, от которых свет идёт почти 12,5 млрд лет, так что они излучили свет, когда возраст Вселенной был всего около миллиарда лет. Как вы думаете, нарастив мощь телескопов, сможем ли мы увидеть начало Вселенной или хотя бы первые часы?

2.Как вы думаете, до каких глубин ранней Вселенной мы можем экстраполировать наши знания, хотя общая теория относительности, на которой основана современная космология, применима до нулевых размеров Вселенной?

3.Как вы думаете, что было до того, как возникла Вселенная, которую мы наблюдаем?

4. Рефлексия (5 мин).

Какой продукт мы получили на уроке – новое знание в системе знаний?

(понятие «горячая Вселенная»; крупномасштабную структуру Вселенной; космологические модели Вселенной. Связь средней плотности материи с законом расширения и геометрией Вселенной; радиус и возраст Вселенной).

Источник

План-конспекта урока по теме: «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»
план-конспект урока по астрономии (11 класс) на тему

Скачать:

Вложение	Размер
plan-konspekt_uroka_model_goryachey_vselennay_i_reliktovoe_izluchenie.docx	26.44 КБ
model_goryachey_vselennay_i_reliktovoe_izluchenie.ppt	1.41 МБ

Предварительный просмотр:

Тема урока: «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»

Цель урока: Познакомить учащихся с моделью «горячей Вселенной», реликтовым излучением; сформировать представление о физических условиях на ранних стадиях расширения Вселенной.

Образовательная: повторить и конкретизировать космологическую модель Вселенной; сформировать понятия: модель «горячей Вселенной», реликтовое излучение; познакомиться с образованием химических элементов во Вселенной; объяснить обилие гелия во Вселенной и его необходимость образования на ранних этапах эволюции Вселенной; познакомиться с наблюдаемыми свойствами реликтового излучения.

Развивающая: развитие логического мышления путем систематизации фактов; развитие наблюдательности; формирование мировоззрения; развитие познавательной активности; умений делать выводы; применять полученные знания для объяснения явлений.

Воспитательная: развивать речь и умение слушать других, коммуникативные компетенции.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, презентация.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный.

1. Организационный этап – 1мин.

2. Актуализация знаний учащихся – 5 мин.

3. Изучение нового материала-29 мин.

4. Закрепление изученного – 6 мин.

5. Итоги урока – 1 мин

6. Домашнее задание – 2 мин

7. Рефлексия – 1мин.

Организационный этап.

Приветствие.
Определение отсутствующих.

Актуализация знаний учащихся.

Проверка домашнего задания в виде интерактивного текста, включающего основные понятия, которые изучены в данной теме, такие как:

1. Раздел астрономии, занимающийся изучением строения Вселенной и процессов,

происходящих в ней, называется:

а) космогонией б) космологией в) космонавтикой г) астрофизикой

2. Соотнесите термины, указанные буквами и определения, указанные цифрами:

а) Вселенная б) Метагалактика в) Галактика г) Звездная система; 1) Самая большая наблюдаемая, нестационарная, постоянно эволюционирующая,

расширяющаяся система, не имеющая центра расширения

2) Материальная система, безграничная в пространстве и развивающаяся во времени

3) Вращающаяся система, имеющая в центре мощный источник нетеплового излучения

(не связанный с нагретым газом)

4) Вращающаяся система, имеющая в центре мощный источник теплового излучения

3. Выберите главные космологические признаки Вселенной:

а) анизотропность б) изотропность в) неоднородность г) однородность

Ключ к тесту: 1. б) 2. а – 2), б – 1), в – 3), г – 4) 3. б), г)

Изучение нового материала.

Вспомним, что по современным представлениям, на ранней стадии развития звезда в основном состоит из водорода. Температура внутри звезды столь велика, что в ней протекают реакции слияния ядер водорода с образованием гелия – термоядерные реакции. Слайд 3.

Существует гипотеза, что около 30% по массе наблюдаемого во Вселенной гелия образовалось в недрах звёзд.

Проверьте это предположение. (Работа с учебником Стр.132)

а) Известно, что каждую секунду в недрах Солнца в термоядерных реакциях синтеза гелия из водорода выделяется энергия

б) При образовании одного ядра гелия выделяется энергия

в) Поэтому каждую секунду в Солнце образуется N = 10 38 ядер атомов гелия, или

m = 6,7 10 11 кг гелия.

г) Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной

t = 1,3 10 10 лет = 3,9 10 17 с,

д) легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звездах (10 11 звезд) за это время:

М = 6,7 10 11 кг/с . 10 11 . 3,9 10 17 с = 2,6 10 40 кг.

Исходя, из этого, в 1946 году астрофизик Г.А.Гамов пришел к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звездах, а на ранних стадиях расширения Вселенной, еще до формирования в ней звезд.

Учитывая то, что гелий может образовываться только в термоядерных реакциях при температуре свыше нескольких миллионов кельвинов, то на ранних этапах расширения

Вселенная была не только плотной, но и горячей. Слайд 5. Поэтому принятая в настоящее время модель расширяющейся Вселенной получила название модели горячей Вселенной . Слайд 6.

У вас на столах имеется таблица, где эволюция Вселенной расписана с точностью до секунды! Имеется также слайд модели молодой Вселенной. И вы можете по данной таблице проследить сейчас ход моих рассуждений по одной из теорий, названной «Большим взрывом»

Таблица: Эволюция Вселенной по теории «Большого взрыва»

Время, прошедшее с момента Большого Взрыва

Рождение классического пространства-времени

Вселенная рождается из состояния сингулярности, из пространственно-временной «пены»

Вселенная начинает расширяться, появляются возмущения плотности, из которых потом образуются скопления галактик. Появляется барионная асимметрия

Появляется горячая плазма, состоящая из элементарных частиц, «кваркового супа»

начиная с 10 –36 c

Вещество и излучение находится в равновесии. На каждый барион приходится 10 9 фотонов

вплоть до 10 –4 c

Аннигиляция частиц и античастиц с образованием квантов излучения

Образуются протоны и нейтроны. Синтез ядер водорода и гелия, а также лития и берилия

Стадия рекомбинации водорода

Вещество становится прозрачным. Образование реликтового излучения

1 с – 1 000 000 лет

Начало возникновения звезд и галактик

Существование галактик и звезд. Расширение Вселенной продолжается

15–20 миллиардов лет

Известные нам законы физики начали действовать с момента t в = 10 -43 с, когда стали существенными явления гравитации, квантования и релятивизма, характеризуемые соотношением гравитационной постоянной G , постоянной Планка h и скоростью света с , когда размеры Вселенной составляли R в = 10 31 м при плотности материи ρ в =10 74 –10 94 г/см 3 с температурой Т в = 1,3 × 10 32 К.

При расширении пространства температура и плотность среды уменьшались намного быстрее плотности вакуума. Отрицательное давление физического вакуума р=р×с 2 породило явление взаимного отталкивания материальных объектов, обратное гравитации. Не имевшие ранее массы частицы материи, стремительно поглощали чудовищную энергию порождавшего их вакуума. Инфляционная Мини-Вселенная была чем-то похожа на раздувающийся воздушный шарик: расстояние между всеми точками поверхности равномерно увеличивалось потому, что между ними возникало, увеличивалось само пространство. Мини-Вселенная не расширялась в каком-то внешнем по отношению к ней пространстве: само пространство возникало, увеличивалось внутри нее, «раздвигало» ее границы. Энергия распада «ложного вакуума» к моменту t в = 10 -36 с полностью выделилась в форме рождения частиц; инфляционное расширение Мини-Вселенной закончилась.

Сверхраскаленный «пузырь» Мини-Вселенной распался из-за внутренней нестабильности на множество мелких областей — метагалактик. По мере расширения Метагалактики уменьшалась плотность ее материи и энергия излучения, температура среды падала пропорционально расширению пространства. При дальнейшем расширении Метагалактики температура упала ниже 10 9 К и синтез атомных ядер прекратился, поскольку энергии фотонов и других частиц стало недостаточно для протекания этих реакций. В период времени от 10 до 100с с момента возникновения метагалактики закончилась аннигиляция («вымирание») электронно-позитронных пар.

Возникновению и сохранению сгустков содействовало то, что при наличии отдельных уплотнений в разных точках пространства на каждый протон или нейтрон приходилось разное количество переносящих энергию фотонов. С понижением температуры и плотности среды уменьшалась вероятность образования новых «возмущений плотности», а старые сгустки продолжали рассасываться.

Через 10 12 с после Большого Взрыва началась эпоха рекомбинации — разделения вещества и излучения. Свидетель той поры — реликтовое излучение. Слайд 8.

Которое открыли в 1964 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Слайд 9.

Его называют ещё: «космическое микроволновое фоновое излучение» (cosmic microwave background), CMB, реликтовое излучение, трехградусное космическое излучение.

Слайд 10. За это открытие ученые в 1978 году получили Нобелевскую премию.

Закрепление изученного материала.

Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной?
Что такое реликтовое излучение?

Оценка деятельности.
Домашнее задание.

§ 36 Вопросы и задания стр.133

1. В.М. Чаругин «Астрономия. 10–11 кл.», учебник, М, Просвещение, 2018г.

2. Мультимедийная энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2001г.

3. Мультимедийный курс «Открытая астрономия», версия 2,5 Физикон, 2002г.

4. Презентация, сделанная с использованием учебника Чагурина В.М. и картинок из Яндекса.

Источник

Выберите главные космологические признаки вселенной анизотропность изотропность