Технологическая карта по астрономии на тему :"Солнце: его состав и внутреннее строение"

Презентации

Технологическая карта может использоваться на занятиях по астрономии в школе,а так же в СПО

Кононова Ольга Олеговна

12 февраля 2024

5699

Содержимое публикации

Предмет	Курс
Астрономия	1-4
Название	Тема
Астрономия. Базовый уровень.	Солнце: его состав и внутреннее строение
Цель :	Рассмотреть источник энергии Солнца, термоядерные реакции (протон протонный цикл) и внутреннее строение звезд. Задачи: 1. Обучающая: Создать условия для усвоения понятий: Солнце как раскаленный плазменный шар; термоядерная реакция; дефект массы; протон-протонный цикл. Рассмотреть возможность расчета параметров внутреннего строения Солнца с помощью элементарных физико-математических понятий. Дать представление о гелиосейсмологии. 2. Воспитывающая: Содействовать формированию идеи о причинно-следственных связях. 3. Развивающая: Создать условия для развития у студентов интереса к познанию мира небесных тел и явлений; умения слушать преподавателя и выделять главное; конспектировать прослушанную лекцию. Знать: I-й уровень (стандарт) - иметь представление об источнике неиссякаемой энергии Солнца, внутреннее строение. II-й уровень - иметь представление об источнике неиссякаемой энергии Солнца, внутреннее строение и способы передачи энергии из недр к поверхности. Уметь: I-й уровень (стандарт)- производить расчеты энергии по формуле Эйнштейна.
Планируемый результат	Предметные	Метапредметные	Личностные
	Объяснять физическую сущность источников энергии Солнца и звёзд; описывать процессы термоядерных реакций протон-протонного цикла; объяснять процесс переноса энергии внутри Солнца; описывать строение солнечной атмосферы; пояснять грануляцию на поверхности Солнца; характеризовать свойства солнечной короны; раскрывать способы обнаружения потока солнечных нейтрино; обосновывать значения открытия солнечных нейтрино для физики и астрофизики.	Использовать физические законы и закономерности для объяснения явлений и процессов, наблюдаемых на Солнце; формулировать логически обоснованные выводы относительно полученных аналитических закономерностей для светимости Солнца, температуры его недр и атмосферы.	Высказывать мнение относительно достоверности косвенных методов получения информации о строении и составе Солнца; участвовать в обсуждении полученных результатов аналитических выводов; проявлять заинтересованность в самостоятельном проведении наблюдении Солнца.
Основные понятия	Источник энергии Солнца и звезд — термоядерные реакции. Перенос энергии внутри Солнца. Строение его атмосферы. Грануляция. Солнечная корона. Обнаружение потока солнечных нейтрино. Значение этого открытия для физики и астрофизики.
Формы работы	Словесный, наглядный, частично-поисковый, проблемный
ТСО (оборудование)	Компьютер, проектор, телескоп школьный, учебник, таблица «Солнце»

Ход урока
Этап урока	Образовательные задачи (планируемые результаты)	Используемые ресурсы	Деятельность учителя	Деятельность обучающихся
Мотивирование на учебную деятельность	Создать условия, когда обучающийся понимает требования к нему на уроке, испытывает желание включиться в работу и верит, что учебная деятельность ему под силу.	https://www.youtube.com/watch?v=e6E_7qcpH9U («Живое Солнце»)	Настраивает обучающихся на успешную работу.	Обучающиеся смотрят фильм и выдвигают предположение о теме урока, обсуждают её и формулируют.
Актуализация знаний	Обсудить значимость темы. В результате выделяются следующие аспекты. Солнце – ближайшая звезда. Изученние её особенностей позволяет проанализировать особенности других звёзд. Солнце, являясь «центральным» телом Солнечной системы, определяет процессы, протекающие на планетах, их спутниках и других телах, все остальные системы испытывают их влияние. Солнце – естественная астрономическая лаборатория, в которой возможно наблюдать процессы, недоступные для получения в условиях Земли. Солнце, в отличие от планет и других тел Солнечной системы, является самосветящимся небесным телом, излучающим за счёт процессов, происходящих в его недрах. Вся энергия на Земле связана с преобразованием солнечной энергии, включая важнейшие биологические процессы.	Таблица «Солнце»	В процессе беседы учитель ограничивает те вопросы, которые будут рассматриваться на данном уроке: химический состав и строение Солнца, источник его энергии.	Участвуют в беседе.
Целеполагание, постановка проблемы	Акцентировать внимание обучающихся на методах получения информации о Солнце и его излучении. Среди методов отмечают: - визуальное наблюдение средствами наземных и космических обсерваторий; - спектральный анализ. Перед обучающимися сформулировать проблемный вопрос: есть ли поверхность у Солнца, ведь наблюдателю звезда представляется в виде небольшого диска диаметром около 0,5⁰.	Учебник «Астрономия. 11 класс», стр. 129-143	Подводит учеников к определению границ знания и незнания, осознанию темы, целей и задач урока.	В совместной работе выявляются причины затруднения, выясняется проблема. Обучающиеся самостоятельно формулируют цель урока. Работают с учебником.
Поиск путей решения проблемы	Способствовать деятельность обучающихся по самостоятельному поиску путей решения проблемы. Данный вопрос приводит к результатам применения метода спектрального анализа. Наблюдение за Солнцем – нельзя смотреть без защиты глаз темным светофильтром (закопченное стекло, засвеченная пленка, а лучше затмение наблюдать через стекло масти электросварки). Нельзя наблюдать через телескоп даже со светофильтром, только проецировать изображение на экран. Что можно увидеть: пятна, факелы возле пятен на краю диска, протуберанцы, вспышки и так далее.	https://k08ui.mob-edu.ru/ui/#/bookshelf/course/35/topic/3651/lesson/8380 – Структура и внутреннее излучение Солнца	Консультирует	Планируют пути достижения намеченной цели. Осуществляют учебные действия по плану. Используя диаграммы химического состава Солнца, определяют, что в химическом составе светила преобладают лёгкие элементы, которые находятся в особом агрегатном состоянии – в состоянии плазмы. Химический состав Солнца различен на разных глубинах.

Решение проблемы	В процессе решения задач используются законы физики и раскрываются ряд характеристик Солнца. Определите размер Солнца. Определите массу Солнца. Определите светимость. Определите температуру Солнца. Определите химический состав Солнца.	Учебник «Астрономия. 11 класс», стр. 129-143 https://k08ui.mob-edu.ru/ui/#/bookshelf/course/35/topic/3651/lesson/8380 - Солнце. Видимая поверхность звезды	Консультирует	Обучающиеся делятся на 5 групп (по числу задач) Выполняют задания, которые сначала казались непосильными для решения: Задача 1^* Задача 2^* Задача 3^* Задача 4^* Задача 5^*
Коррекция	Разобрать решённые задачи у доски	Учебник «Астрономия. 11 класс», стр. 129-143	Помогает, советует, консультирует	Проверяют решение, выявляют, все ли справились с заданием, формулируют затруднения
Самостоятельная работа с использованием полученных знаний	Выявить качество усвоения материала. Перечислить правила, которыми необходимо руководствоваться при проведении наблюдения Солнца. Оценить, какая энергия выделилась, если бы Солнце целиком состояло из водорода, который превратился бы в результате термоядерной реакции в гелий.	http://galspace.spb.ru/index101.html - Солнце. Видимая поверхность звезды	Консультирует	Выполняют задания по новой теме, используя самопроверку.
Домашнее задание	Обеспечить понимание содержания домашнего задания. §21, упр 17, практическое задание. Используя приложение IX учебника «Указания к наблюдениям. Наблюдения Солнца», проведите собственные наблюдения Солнца (можно воспользоваться школьным телескопом с фильтром). Темы проектов: Результаты первых наблюдений Солнца Галилеем. Устройство и принцип действия коронографа. Задачи для подготовки к ЕГЭ по физике: Плотность фотосферы Солнца не превышает порядка 10^-4кг/м³, а число атомов преобладающего в фотосфере газа 10¹⁷в каждом кубическом сантиметре. Сравните параметры фотосферы с плотностью и числом частиц, содержащихся в том же объёме воздуха при комнатной температуре и нормальном давлении. Сколько каменного угля сжигается для получения энергии, выделяющейся при превращении 1 г. водорода в гелий?	Учебник «Астрономия. 11 класс», стр. 129-143; приложение.	Разъясняет, предлагает задания на выбор	У обучающихся имеется возможность выбора домашнего задания в соответствии со своими предпочтениями.
Подведение итогов, рефлексия	Дать оценку работы группы. Сделать совместные с преподавателем выводы: Солнце по своим физическим характеристикам является, с одной стороны, обычной звездой – лишь одной из звёзд во Вселенной, но, с другой стороны, она является исключительной и необыкновенной, так как её достаточно близкое расположение позволяет использовать множество методов для получения информации об удалённых звёздах. Солнце и звёзды – самоуправляемые термоядерные реакторы. Существующая современная модель строения Солнца позволяет объяснить наблюдаемые свойства звезды, а также высказать убеждённость в наличии влияния солнечной активности на Землю.		Благодарит учащихсяза урок	Обучающиеся называют тему урока, его этапы, перечисляют виды деятельности на каждом этапе, определяют предметное содержание. Делятся мнением о своей работе на уроке

Задачи*:
1. Размер

ρ_ʘ=16'	R_ʘ=ρ_ʘ/p_ʘ^.R_⊕ =(16^.60"/8,8")^.R_⊕≈109R_⊕	Звезды бывают от 0,1R_ʘ<R_ʘ<1000 R_ʘ Солнце относится к маленьким звездам - Карликам.
p_ʘ=8,8"	R_ʘ≈695000км=109 R_⊕
R_ʘ=?

2. Масса - находим по третьему уточненному закону Кеплера (Солнце-Земля, Земля-Луна).

Т_⊕² .(M_ʘ+m_⊕)

а_⊕³

отсюда

Т_⊕². M_ʘ

а_⊕³

Т.к

{

M_⊕<<M_ʘ

m_◖<< M_⊕

Т_◖². (M_⊕+m_◖)

а_◖³

Т_◖². M_⊕

а_◖³

Отсюда	M_ʘ	=	а_⊕³.Т_◖₂	=	149,6³^. 27,32²	≈ 2^.10³⁰ кг≈333000 M_⊕	У других звезд обычно 0,06M_ʘ<M_ʘ<100M_ʘ
	M_⊕		а_◖³^.Т_⊕²		0,3844³^.365,25²

Найдем плотность	ρ_cр_ʘ=	M_ʘ	=	m_ʘ	≈1400 кг/м³, т.е. чуть больше плотности Н₂О. Сравните с плотностью Земли, Юпитера.
		V_ʘ		4/3πR_ʘ³

3. Светимость (L)
В ходе измерений на Земле и с КА в течении нескольких лет установлено количество получаемого Землей тепла от Солнца и получено значение солнечной постоянной.
q=1367 Вт/м²=1367 Дж/м^2.с≈1400 Вт/м² Тогда на радиусе орбиты Земли можно установить количество энергии, излучаемой Солнцем (т.е.светимость).
L_ʘ=q_ʘ^.S_{сферы шара}= q_ʘ^. 4 πR_орб_⊕² =1367^.4^.3,1415^.(149,6^.10⁹)²=3,876^.10²⁶Вт/c.
По сравнению с другими звездами 1,3^.10^-5L_ʘ<L_ʘ<5^.10⁵L_ʘ

4. Температура (T)-определяют разными способами, основанными на открытых на Земле физических законах.
1.Способ:Из светимости Солнца выясним энергию, излучаемую единицей поверхности Солнца в единицу времени.

ε=	L_ʘ	=	L_ʘ	с другой стороны ε=δТ⁴ Закон Степана-Больцмана						δ=5,67*10^-8Вт/(м²^.К⁴) -коэффициент пропорциональности
	S_ʘ		4 π R_ʘ²
тогда		δТ⁴=			L_ʘ	отсюда	Т=⁴√	L_ʘ	≈6000 К - эффективная температура Солнца [вообще-то ≈ 5800 К]
					4 π R_ʘ²			4 π R_ʘ²δ

Закон установлен экспериментально Йозев Стефан ( 1879г, Австрия) и доказал теоретическиЛюдвиг Больцман ( 1884г, Австрия). В данном случае Солнце считается абсолютно черным телом , т.е. идеальный накопитель излучения и излучатель (реально только≈).

2.Способ:Экспериментально определяют λ_max соответствующую максиму излучаемой энергии.
Закон излучения открыл в 1896г Вильгельм Вин (1864-1928, Германия).

λ_max^.Т=b, где b=0,2897*10⁷Å^.К - постоянная Вина	Чем выше Т тем меньше λ _max (рис 71)
Для Солнца λ _max =4800Å 1Å=10^-10М

это желтая линия , поэтому и Солнце желтое (т.кmax излучения приходится на желтые лучи)
Если брать λ в см, то получим формулу

λ _max=	0,29	отсюдаТ_ʘ=	0,29	≈6000К	Температуры звезд обычно 2800К<Т_ʘ<40000К
	Т		4,8^.10^-5_см

Это на поверхности , а глубже температура больше. В таком состоянии вещество находится в газообразном состоянии, причем многие атомы ионизированы, т. е Солнце- раскаленный газовый (плазменный) шар.

5. Химический составКогда-то считали что никогда не узнают из чего состоят звезды.
       Еще И.Ньютон (Англия) в 1665г открыл дисперсию (разложил свет в спектр).
= В 1814г Йозеф Фраунгофер (Германия)- один из основателей спектроскопии открыл в спектре Солнца и зарисовал 580 темных линий, определил и описал длины волн 754 линий поглощения к 1817г (т.е спектр Солнца- непрерывный спектр пересечений темными линиями- фраунгоферовыми. В настоящее время в спектре зарегистрировано более 30000 линий, принадлежащих 72 химическим элементам).
= В 1859г Густав Кирхгоф (Германия) и Роберт Бунзен (1899, Германия) открыли спектральный анализ (Кирхгоф создал модель абсолютно черного тела) «Газы поглощают те длины волн, которые излучают в нагретом состоянии»
      По спектру на Солнце никаких неземных химических элементов нет . Самые распространенные на Солнце элементы – 70% водорода, и 28% - гелия.
      Все звезды в основном состоят из Н и Не (это основные химические элементы Вселенной).