Модель горячей вселенной конспект урока

Обновлено: 08.07.2024

образовательная: формирование представлений об образовании гелия во Вселенной, объяснение причины возникновения реликтового излучения;

развивающая: развитие логического мышления путём систематизации фактов, развитие наблюдательности, формирование мировоззрения, развитие познавательной активности, умений делать выводы, применять полученные знания для объяснения явлений;

воспитательная: развитие коммуникационных компетенций, развитие умение говорить и слушать других, формирование мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира.

- объяснение образования гелия с использования модели горячей Вселенной;

- объяснение возникновения реликтового излучения, как доказательство теории Большого взрыва

- развитие умения решать учебные задачи;

- мотивация на продуктивную учебную деятельность.

Форма: изучение нового материала.

Используемые пособия: Чаругин Виктор Максимович Астрономия 10—11 классы. Учебное пособие для общеобразовательных организаций. Базовый уровень.

Используемое оборудование: тематические таблицы

Технологическая карта занятия:

Планируемый результат (задача)

Мотивация на изучение нового материала

Вступительное слово: общие представления о физических условиях на ранних стадиях расширения Вселенной можно получить из анализа химического состава вещества

Готовность к изучению нового материала

2.Освоение новых знаний

Формирование представлений о возникновении гелия и реликтового излучения во Вселенной

Лекция: Естественно предположить, что до образования звёзд вещество состояло из простейшего химического элемента — водорода. Поэтому первые звёзды, сформировавшиеся из этого вещества, были чисто водородными. При термоядерных реакциях в недрах звёзд образовывался гелий.

В термоядерных реакциях синтеза гелия в недрах Солнца каждую секунду выделяется 4 · 1026 Дж энергии. При образовании одного ядра гелия выделяется энергия ΔЕ=4,8 · 10–12 Дж.

Поэтому каждую секунду в Солнце образуется 1038ядер атомов гелия, или 6,7 · 1011 кг гелия. Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной: 1,3 ·1010 лет = 3,9 · 1017 с можно подсчитать массу гелия 2,6 · 1040 кг, что существенно меньше наблюдаемой массы гелия.

Исходя из этого астрофизик Г.А. Гамов пришёл к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звёздах, а на ранних стадиях расширения Вселенной.

Итак, на ранних этапах рас- ширения вещество Вселенной имело огромную плотность и очень высокую температуру. Было также излучение, которое находилось в равновесии с веществом. По мере расширения температура вещества уменьшалась и, следовательно, уменьшалась температура теплового излучения, которая к настоящему времени должна была сни- зиться до 3 К (–270 °С). Это предсказание современной космологии подтвер- дилось открытием в 1965 г. микроволнового излучения, максимум которого приходится на длину волны λmax = 1 мм, что согласно закону смещения Вина соответствует температуре излучения Т = 2,7 К.

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

Представления о возникновении гелия и реликтового излучения во Вселенной

3. Выполнение практи-ческого задания

Развитие умения решения учебных задач

Организация практикума по решению задачи: полагая, что радиус Вселенной возрастает в зависимости от времени, оцените, когда во Вселенной стали образовываться галактики (время, когда галактики касались друг друга).

Перевод текста задач в краткую запись, выбор соответствующих формул, проведение математи-ческих действий, оценка результата решения задачи

Представление решения задачи

Социальные, аналитические, самосовер-шенствования

Анализ результатов учебной деятельности

Подведение итогов: Вселенная в прошлом была плотной и горячей на- столько, что в ней шли термоядерные реакции синтеза гелия из водорода, именно по этой причине сейчас основная масса вещества состоит из водорода и гелия. Реликтовое излучения является излучением, которое осталось от горячего состояния вещества в начале рас- ширения Вселенной. Домашнее задание: 1)Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной.

2)Объясните, что такое реликтовое излучение, в чём заключается причина его возникновения.

Участие в обсуждении учебной деятельности: что узнали нового, возникшие проблемы и т.п.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Образовательная:

- обратить внимание на наличие большого количества гелия и его образование во Вселенной ( где, когда и как образовалось основное количество гелия во Вселенной);

- рассмотреть наблюдения, указывающие на высокие температуры вещества Вселенной в начале расширения;

Развивающая:

- развитие умений устанавливать причинно-следственные связи;

- развитие способности логически рассуждать, делать выводы ;

- развивать научность мышления, умение анализировать, выделять главное ;

Воспитательная:

- формирование информационной культуры и потребности приобретения знаний;

- развитие коммуникативной компетентности у учащихся;

- формирование добросовестного отношения к учебному труду учащихся и труду учёных;

- воспитывать интерес к предмету.

Межпредметные связи:

физика (плотность, температура, кинетическая и потенциальная энергии, плазма, скорость света, спектральный анализ, термоядерный синтез, элементарные частицы);

обществознание (материальность мира и его познаваемость, основные формы существования материи, движение материи, пространство и время);

математика (степени с положительным и отрицательным показателями, проценты, радиус, максимумы);

химия (химические элементы).

Оборудование: ПК, интерактивная доска, система контроля качества знаний PROClass, презентация, фрагменты видеофильмов.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: комбинированный.

Этапы урока.

Актуализация знаний учащихся.

Изучение нового материала.

Закрепление изученного материала.

1 этап – Организационный:

Приветствие. Знакомство с темой и целями урока; система оценки результатов.

2 этап - Актуализация знаний учащихся

Проверка домашнего задания в форме тестирования по §§ 34-35 учебника Астрономия 10-11, автор Чаругин В.М.

Тестирование проводится с помощью системы PROClass . (Ученикам выдаются беспроводные пульты. На интерактивной доске выводятся вопросы с вариантами ответом. После ответа всеми учениками на вопрос или окончания отведённого времени, происходит переход к следующему вопросу. После каждого ответа можно выводить результат на экран для того, чтобы оценить, как класс ответил на вопрос и если нужно, то обсудить задание.)

1. Раздел астрономии, изучающий строение и развитие (эволюцию) Вселенной в целом, называется:

а) космогонией в) космонавтикой с) космологией d ) астрофизикой е) астрологией

2. Во времена Античности и в Средние века многие учёные, в том числе Н. Коперник и Т. Браге полагали, что Вселенная….

а) бесконечна в) конечна с) сжимается d ) расширяется

3. Ученый, подтвердивший вывод о том, что при расширении Вселенной скорость разбегания галактик должна быть пропорциональна расстоянию до них

а) И. Ньютон в) А. Эйнштейн с) А. Фридман d ) Э. Хаббл е) Н. Коперник

4. Критическое значение плотности вещества, от которой зависит характер движения и геометрия Вселенной равно

5. При каком значении плотности Вселенной она будет расширяться вечно:

а) ρ ≤ ρ кр в) ρ > ρ кр с) ρ >> ρ кр d ) нет верного ответа

Ответы к тесту: 1- с, 2- в, 3 - d , 4 -с, 5 -а.

3 этап - Изучение нового материала.

До образования звёзд вещество состояло из простейшего химического элемента – водорода, соответственно первые звёзды были водородные. В недрах звёзд протекали термоядерные реакции с образованием гелия. Чтобы два ядра вступили в реакцию синтеза, они должны сблизиться на расстояние действия ядерных сил порядка 2·10 -15 м, преодолев электрическое отталкивание их положительных зарядов. Для этого средняя кинетическая энергия теплового движения молекул должна превосходить потенциальную энергию кулоновского взаимодействия. Расчет необходимой для этого температуры T приводит к величине порядка К. Это чрезвычайно высокая температура. При такой температуре вещество находится в полностью ионизированном состоянии, которое называется плазмой.

В дальнейшем часть вещества возвращалась в межзвёздную среду. Следовательно, можно предположить, что около 30% по массе наблюдаемого во Вселенной гелия образовалось в недрах звёзд.

Работа с учебником (стр.132) для оценки массы гелия, содержащегося в звёздах Галактики.

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 6,7 · 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.

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

Вывод: итак, на ранних этапах расширения вещество Вселенной имело огромную плотность и очень высокую температуру. Было также излучение, которое находилось в равновесии с веществом. Именно это излучение назвали реликтовым - космическое электромагнитное излучение, приходящее на Землю со всех сторон неба примерно с одинаковой интенсивностью и имеющее спектр, характерный для излучения абсолютно черного тела при температуре около 3 К (3 градуса по абсолютной шкале Кельвина, что соответствует -270° С). Как показали наблюдения, это излучение не связано ни с одним из известных небесных тел или их систем.

4. Закрепление изученного материала.

2. Что такое реликтовое излучение?

Оценка деятельности

Домашнее задание.

Ответить на вопросы и задания § 36 (стр.133-134) .

Список литературы

1. Астрономия. 10–11 классы: учеб. для общеобразоват. организаций : базовый уровень / В.М. Чаругин. – М. Просвещение, 2018. – 144 с. :ил.

Автор: Шустова Людмила Филипповна

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

Сценарий урока № 31 по теме

Учитель - Шустова Людмила Филипповна

Предмет – Астрономия.

Продолжительность занятия- 45 минут.

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

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

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.

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.

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?