Предмет

Астрономия

Класс

10-11

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.Создать ситуацию, вызывающую потребность думать, делать самостоятельные выводы.

Задачи урока

Образовательные

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.

Изложить тему на современном уровне понимания изучаемых вопросов, учитывая познавательные возможности учащихся.

Развивающие

Развивать научность мышления,умение анализировать явления, умение выделять главное,самостоятельно делать выводы, работать сучебной литературой и дополнительными источниками информации, активизировать познавательную деятельностьприменять полученные знания для объяснения явлений.

Воспитательные.

Воспитывать у учащихся привитие любви и уважения к достижениям науки; акцентировать внимание учащихся на том, что в мире развивающихся тел и их систем существует замкнутый цикл материального мира;формировать коммуникационные компетенции, умение говорить и слушать других,ответственность, добросовестность, самостоятельность при выполнении заданий, научную речевую культуру.

УУД

Личностные УУД

Развитие устойчивой познавательной мотивации и интереса к изучаемой теме, формирование способности к самоопределению, развитие сопереживания.

Регулятивные УУД

Целеполагание, планирование, прогнозирование, оценка, алгоритмизация действий.

Познавательные УУД

Поиск и выделение необходимой информации, знаково-символическое моделирование.

Коммуникативные УУД

Использование средств языка и речи для получения информации, участия в продуктивном диалоге, самовыражение, монологические высказывания разного типа.

Планируемые результаты

Предметные:знать определение, особенности модели «горячей Вселенной», реликтового излучения; сформировать представление о физических условиях на ранних стадиях расширения Вселенной, уметь использовать знания по физике и астрономии для описания и объяснения современной научной картины мира

Личностные: осознание ценностей знания законов природы, как важнейшего компонента картины мира, формирование устойчивой познавательной мотивации.

Метапредметные: умение самостоятельно определять цели обучения, ставить задачи; умение вести самостоятельный поиск, анализ, отбор информации; развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности; умение оценивать правильность выполнения учебной задачи.

Основные понятия

Модель «горячей Вселенной», реликтовое излучение; образованием химических элементов во Вселенной; обилие гелия во Вселенной и его необходимость образования на ранних этапах эволюции Вселенной; свойства реликтового излучения.

.

Ресурсы урока

Тетради, учебники, раздаточный материал, компьютер, проектор, презентация, эволюционные схемы, фрагментывидеоуроков: «У Вселенной было начало». Видеоурок «Реликтовое излучение».

Формы урока

Урок-поисковая беседа, проблемное изложение материала, работа в парах

Тип урока

Комбинированный.

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), математики, информатики

Технологии урока

Обучения в сотрудничестве, технология развивающего обучения, здоровьесбережения,исследовательский метод, проблемное обучение.

Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Примечание

1. Организационный этап

Приветствие. Учитель предлагает определить готовность к уроку, создает положительный настрой.

Учащиеся входят в класс, готовятся к уроку. На столах таблицы "Эволюция Вселенной по теории «Большого взрыва»

Приложение №1.

2.Актуализация опорных знаний–постановка проблемы

Сегодня мы продолжаем изучать тему «Строение и эволюция Вселенной». Свой урок я хочу начать такими словами

«Не так давно, менее столетия назад, астрофизики легко рассчитывали орбиты планет, открывали новые звёзды, но никому не приходило в голову, что наша Вселенная расширяется. Пространство словно раздвигается в разные стороны. Все космические объекты: планеты, звезды, галактики – словно убегают друг от друга. Причём, чем дальше находятся космические объекты, тем выше скорость их удаления. Создаётся такое впечатление, будто бы мы находимся в центре вселенского взрыва и все космические объекты улетают от нас в разные стороны.»

Но прежде давайте обратимся к тому материалу, который вам уже знаком. Внимание на экран

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

д) сингулярность

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

Учитель организует осведомленность и обсуждение.

Обобщает высказывания учащихся.

Слушают учителя. Отвечают на поставленные вопросы, при необходимости дополняют друг друга.

Слушают учителя. Рассуждают, высказывают свое мнение. Формулируют тему и цели урока. Записывают в тетрадь тему урока.

http://litsait.ru/proza/raznoe/rasshirjayuschajasja-vselennaja.html

3.Целеполагание, мотивация.

А теперь давайте подумаем, на какие вопросы мы сегодня должны с вами ответить? И что мы с вами должны будем затронуть на этом уроке? Давайте сформулируем тему нашего урока: Какая будет цель урока?

В процессе обсуждения, учащиеся приходят к выводу о необходимости объяснения модели «Горячей Вселенной», где, когда и как образовалось основное количество гелия во Вселенной.

Записывают тему урока

4. Исполнение.

Учитель создает условия для получения учениками опорных знаний, объясняет новый материал,вовлекает учащихся в самостоятельную познавательную деятельность.

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 · 10²⁶ Дж энергии. При образовании одного ядра гелия выделяется энергия ΔЕ = 4,8 · 10^–12 Дж. Поэтому каждую секунду в Солнце образуется 10³⁸ ядер атомов гелия, или 6, 10¹¹ кг гелия. Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной: 1,3 · 10¹⁰ лет = 3,9 · 10¹⁷ с, легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звёздах (10¹¹ звёзд) за этот промежуток времени: 6,7 · 10¹¹ кг/с · 10¹¹ · 3,9 · 10¹⁷ с = 2,6 · 10⁴⁰ кг.

Вывод: Это составляет 13% от всей массы Галактики (масс всех звёзд Галактики 2 · 10⁴¹ 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

1.Практический.

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

Демонстрация фрагмента фильма (Рождение Вселенной или момент творения. Начало всего. Большой Взрыв. Фильм про космос 31.10.2016)

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 ћ и скоростью света с, когда размеры Вселенной составляли R_в= 10³¹ м при плотности материи r _в=10⁷⁴–10⁹⁴ г/см³ с температурой Т_в = 1,3 × 10³² К. При расширении пространства температура и плотность среды уменьшались намного быстрее плотности вакуума. Отрицательное давление физического вакуума р = - р× с²породило 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 10⁹ К и синтез атомных ядер прекратился, поскольку энергии фотонов и других частиц стало недостаточно для протекания этих реакций. В период времени от 10 до 100 с 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 10¹² с после Большого Взрыва началась эпоха рекомбинации - разделения вещества и излучения. Свидетель той поры - реликтовое излучение. За миллиарды лет расширения Метагалактики его температура понизилась с 4000 К до 2,725 К. Блины" массой до 10¹⁴ М_ стали зародышами протогалактических скоплений. В их недрах происходили разнообразные тепловые и гидродинамические процессы, приводившие к распаду ("дроблению") "блинов" на мелкие, отдельные, плотные облака газа массой 10¹⁰-10¹²М_, из которых образовались протогалактики, преобразовавшиеся в галактики на протяжении последующего миллиарда лет.

2.Теоретический

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.

Гипотезу о существовании такого излучения высказал Георгий Гамов. При расширении Вселенная остывает, поэтому длина волны реликтовых фотонов должна возрастать: в настоящее время регистрируется фон с температурой 2,725 К, что соответствует миллиметровому диапазону. Реликтовое фоновое микроволновое излучение открыли в 1964 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Оно оказалось в высокой степени изотропным, одинаковым по всем направлениям и своим существованием подтверждает модель горячей расширяющейся Вселенной. Его называю ещё: космическое микроволновое фоновое излучение» cosmic microwave background, CMB; реликтовое излучение; трехградусное космическое излучение

За это открытие ученые в 1978 году получили Нобелевскую премию.

Демонстрация фрагмента видеоурока «Реликтовое излучение»

Физкультминутка

Слушают учителя, самостоятельно работают с учебником, знакомятся с видеофрагментом, рассуждают, высказывают свое мнение, формулируют в чем заключается модель горячей вселенной,что такое реликтовое излучение,записывают в тетрадь определение,обсуждают.

Приложение 1

Приложение2

https://www.youtube.com/watch?v=wMV2TYmgxGs

https://www.youtube.com/watch?v=YWkanmxwMg8

5.Закрепление нового,анализ, рефлексия, постановка домашнего задания.

Какие основные открытия положены в основу Большого Взрыва?

Учитель организует обсуждение, практическую работу.

Сегодня мы с вами изучили новую тему, повторили изученный материал, выявили затруднения и постарались их устранить.

Учительобеспечивает рефлексивную деятельность учащихся, их оценивания.

Учитель выставляет и комментирует отметки,  демонстрирует на экране выводы по теме урока.

Объясняет домашнее задание

Домашнее задание: § 36 Вопросы и задания стр.133

Подготовка реферативных работ и тезисов к уроку-конференции

Все обучающиеся, обсуждают, проверяя друг друга в парах (группах).

Оценивают эффективность своей деятельности на уроке, самоосознают возникшие трудности и способы их преодоления. Делают выводы.

На отчетном листе группы изображают смайлик, отражающий впечатление от урока.

. Записывают домашнее задание.