ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 41
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Урок №
Тема: «Солнце"
Цель: формирование фундаментального астрономического понятия "звезда" на примере рассмотрения физической природы и основных характеристик Солнца как ближайшей и наиболее изученной звезды.
Задачи обучения:
Общеобразовательные - формирование понятий:
- об основных характеристиках Солнца как космического тела: массе, размерах, плотности, движении, химическом составе и состоянии вещества, магнитном поле, возрасте и т.д.
- о внутреннем строении Солнца (ядре, зонах лучистого переноса и конвекции) и солнечной атмосфере (фотосфере, хромосфере, короне);
- об основных параметрах внутреннего строения (температуре, давлении, плотности газа и т.д.)
- об энергетике Солнца;
- о космических явлениях, наблюдаемых в атмосфере Солнца (грануляция, пятна, факельные поля, протуберанцы, вспышки, солнечный ветер).
Воспитательные:
1) Формирование научного мировоззрения учащихся:
- в ходе знакомства с определенным типом космических объектов – звездами и при рассмотрении основных физических характеристик Солнца как ближайшей из звезд;
- при изучении материала об энергетике Солнца.
2) Атеистическое воспитание учащихся в результате опровержения мифа о "сотворении мира" в свете данных о природе и возрасте Солнца как звезды, рядовой по своим параметрам. Политехническое воспитание при знакомстве учащихся с применениями научных знаний о Солнце в практической деятельности человека.
Развивающие - формирование умений:
- анализировать информацию, объяснять свойства космических объектов на основе важнейших физических теорий;
- решать задачи на расчет основных параметров Солнца с использованием законов механики, молекулярной физики и термодинамики.
Ученики должны знать:
- об основных физических характеристиках Солнца (приближенные значения соответствующих числовых величин;);
- о внутреннем строении (ядре, зонах лучистого переноса и конвекции) и структуре атмосферы (фотосфере, хромосфере, короне) Солнца;
- о возможности расчета параметров внутреннего строения Солнца (температуре, давлении, плотности газа и т.д.) на основе законов физики;
- основные сведения о термоядерных реакциях в недрах Солнца как основе звездной энергетики;
- астрономические величины (температура фотосферы, температура и давление в центре Солнца, массу и размеры Солнца в сравнении с земными).
Ученики должны уметь:
- анализировать учебный материал, использовать обобщенный план для изучения космических объектов, делать выводы;
- решать задачи на расчет основных параметров Солнца с использованием законов механики, молекулярной физики и термодинамики.
Наглядные пособия и демонстрации:
- фотографии, схемы и рисунки телескопического вида Солнца, его внутреннего строения, объектов и явлений в атмосфере Солнца (пятна, факельные поля, протуберанцы, вспышки);
- диапозитивы "Солнце";
- диафильмы (фрагменты диафильмов): "Солнце и жизнь на Земле";
- кинофильмы (кинофрагменты): "Солнце"; "Солнце – главный источник энергии на Земле";
- таблицы: "Солнце"; "Строение Солнца"; "Солнечная система".
Задание на дом: Изучить материала учебников:
- Б.А. Воронцов-Вельяминова: § 22 (1, 2); упр. 19.
План урока
| Этапы урока | Содержание | Методы изложения | Время, мин |
| 1 | Актуализация астрономических знаний; повторение материала по природоведению (естествознанию), физике и астрономии | Фронтальный опрос, беседа | 10 |
| 2 | Изложение нового материала: 1) Основные физические характеристики Солнца. 2) Внутреннее строение и структура атмосферы; объекты и явления, наблюдаемые в солнечной атмосфере. 3) Энергетика Солнца. | Лекция, беседа, рассказ учителя | 20-25 |
| 3 | Закрепление изученного материала. Решение задач | Работа у доски, самостоятельное решение задач в тетради | 10-12 |
| 4 | Подведение итогов урока. Домашнее задание | | |
Ход урока:
Урок начинается с объявления о начале изучения новой, одной из важнейших в курсе астрономии, темы "Солнце и звезды".Учитель объясняет школьникам цель и задачи изучения новой темы: изучение физической природы звезд и звездных систем. Внимание учащихся обращается на следующие положения:
1. Звезды - отдельный самостоятельный тип космических тел, качественно отличающийся от других космических объектов.
2. Звезды – один из наиболее распространенных (возможно, наиболее распространенный) тип космических тел.
3. Звезды сосредотачивают в себе до 90% видимого вещества в той части Вселенной, в которой мы живем и которая доступна нашим исследованиям.
4. Атомы вещества, из которого состоит наша планета и мы сами образовались свыше 6 миллиардов лет назад в недрах звезд.
5. От ближайшей из звезд – Солнца - зависит существование и развитие жизни на Земле.
Затем в ходе фронтального опроса и беседы с учениками мы повторяем и актуализируем знания о природе Солнца и звезд, обретенные школьниками ранее на уроках природоведения, естествознания, физики среднего и старшего звена, и астрономии первого полугодия XI класса. Следует проверить понимание понятий "космические объекты", "космические тела" и "космические системы".
Далее следует лекционное изложение нового материала. Оно начинается с рассмотрения основных физических характеристик и внутреннего строения Солнца как ближайшей и наиболее подробно изученной звезды. Строение Солнца можно продемонстрировать при помощи соответствующей таблицы (при этом экономится учебное время), но для более качественного усвоения материала учениками лучше поэтапно, с соответствующими пояснениями, воспроизвести его на доске (а ученики перерисовывают ее в свои тетради).
Солнце
Масса Солнца 1,989× 1030 кг, в 333434 раз превышает массу Земли и в 750 раз - всех планетных тел Солнечной системы. Радиус Солнца 695990 км, в 109 раз больше земного. Средняя плотность солнечного вещества 1409 кг/м3, в 3,9 раза ниже плотности Земли. Ускорение силы тяжести на экваторе 279,98 м/с2 (28 g). Экватор Солнца наклонен под углом 7,2 к плоскости эклиптики. Сидерический период вращения на экваторе равен 25,38 суток и увеличивается по направлению к полюсам (до 32 суток на широте 60 ). Солнце обладает магнитным полем со сложной структурой средней напряженностью 1-2 Гс.
Возраст Солнца около 5 млрд. лет.
Видимая звездная величина (блеск) Солнца -26,6m. Мощность общего излучения Солнца 374× 1021 кВт. Светимость Солнца 4× 1020 Вт. Земля получает 1/2000000000 часть солнечной энергии: на площадку в 1 м2, перпендикулярную солнечным лучам за пределами земной атмосферы приходится 1,36 кВт лучистой энергии.
Температура видимой поверхности (фотосферы) Солнца 5770 К. Спектральный класс Солнца G2.
Химический состав Солнца: водород - 71 %, гелий - 26,5 %, остальные элементы 2,5 %. Солнце не содержит в своем составе неизвестных на Земле химических элементов.
Агрегатное состояние солнечного вещества – ионизированный атомарный газ (плазма). Вглубь Солнца, с увеличением температуры и давления, степень ионизации растет вплоть до полного разрушения атомов в ядре Солнца.
Внутреннее строение Солнца:
1. Ядро (зона термоядерных реакций) - центральная область, простирающаяся на 1/3 радиуса Солнца от его центра, вблизи которого при давлении до 2× 1018 Па, температуре 1,5- 1,6× 107 К и плотности плазмы до 16 г/см3 протекают термоядерные реакции превращения ядер атомов водорода в ядра атомов гелия, сопровождающиеся выделением колоссальной энергии. Ядро вращается как единое твердое тело с периодом 22-23 суток.
2. Зона лучистого переноса (расстояния от 1/3 до 2/3 R) – область, в которой выделяющаяся в солнечном ядре энергия передается наружу, от слоя к слою, в результате последовательного поглощения и переизлучения электромагнитных волн. Плавно распределяясь по возрастающему объему вещества, энергия (и, в соответствии с законом Вина, длина) электромагнитных волн постепенно уменьшаются от 10-11-10-12 Дж (g - и жесткое рентгеновское излучение) на границе с ядром до 10-16 Дж (жесткий ультрафиолет) на границе с конвективной зоной, где плотность плазмы составляет около 0,16 г/см3 при давлении до 1013 Па и температуре до 106 К.
3. Зона конвекции (0,29 R) простирается почти до самой видимой поверхности Солнца. В ней происходит непрерывное перемешивание (конвекция) солнечного вещества со скоростью от 1 м/с в глубине зоны до 2-3 м/с на границе с фотосферой. В энергию магнитного поля преобразуется до 0,1 % от всей поступающей в конвективную зону тепловой энергии Солнца. На дне конвективной зоны с 22-летней периодичностью накапливается намагниченная плазма, образующая мощный магнитный слой. На глубины 0,8-0,9 R появляются первые нейтральные атомы – сначала гелия, затем водорода, выше их концентрация увеличивается.
Выше простирается атмосфера Солнца, в которой выделяется ряд следующих областей:
Фотосфера (сфера света) - слой газов толщиной 350-700 км. В нижнем слое фотосферы, обладающем температуре 8000 К при давлении солнечного вещества до 10
6 Па наблюдается гранулы - ячейки верхнего яруса конвективной зоны размерами около 700 км и временем существования до 8 минут - восходящие потоки раскаленных газов. Гранулы разделяются темными промежутками шириной до 300 км. Убывание температуры в наружных слоях фотосферы приводит к тому, что в спектре видимого излучения Солнца, почти полностью возникающего в фотосфере, наблюдаются темные линии поглощения. Они называются фраунгоферовыми в честь немецкого оптика Й. Фраунгофера (1787-1826), впервые зарегистрировавшего в 1814г. несколько сотен таких линий. По той же причине (падение температуры от центра Солнца) солнечный диск с края кажется более темным. Светлые участки фотосферы , на которых поверхность Солнца разогрета до 7000-10000 К, называются факельными полями (флоккулами). Отдельные участки фотосферы с пониженной до 4000-4500 К температурой по контрасту с раскаленной окружающей поверхностью воспринимаются как черные солнечные пятна.
Фотосфера условно считается "видимой поверхностью" Солнца (хотя на самом деле это тонкий слой раскаленного ионизированного газа) потому, что в вышележащих слоях солнечной атмосферы плотность вещества уменьшается настолько, что мы видим фотосферу Солнца сквозь эти слои, которые можем наблюдать лишь в особых обстоятельствах или при помощи специальных приборов.
Хромосфера толщиной около 104 км наблюдается во время полных солнечных затмений как красноватое кольцо вокруг Солнца. Её температура составляет десятки и сотни тысяч кельвин. Выше 1500 км хромосфера представляет собой совокупность сравнительно плотных и горячих (6000-15000 К) газовых струй и волокон. На высоту 4000-5000 км со скоростью 20 км/с поднимаются редкие изолированные столбы солнечного вещества – хромосферные спикулы диаметром 500-3000 км, занимающие до 0,5 % солнечной поверхности. На высоту от 104–105 км вздымаются протуберанцы - сравнительно холодные плотные облака солнечного вещества разнообразной, часто причудливой формы. Время от времени наблюдаются хромосферные вспышки – термоядерные взрывы с выделением энергии до1025 Дж.
Корона – внешняя, наиболее разреженная часть солнечной атмосферы, обладает очень сложной и постоянно изменяющейся структурой. Корона разделяется на внутреннюю (Т <1,5× 106 К) и внешнюю (Т <3× 106 К), образующую на расстоянии в несколько радиусов Солнца поток солнечного вещества - заряженных частиц (е