Разработка урока по теме: Модель горячей вселенной и реликтовое излучение.
план-конспект урока по физике (11 класс)

                                                 Разработка урока по теме:                    

                                  Модель горячей вселенной и реликтовое излучение.

Цель: Познакомить учащихся с наиболее актуальной моделью «рождения Вселенной» -  «горячей Вселенной», реликтовым излучением, как доказательством справедливости теории.

Задачи:

Обучающая:         сформировать:    - понятия: модель «горячей Вселенной», реликтовое излучение, возраст Вселенной, факта

                                                                расширения Вселенной как свидетельства  «Большого взрыва»;

                                                             - представления о физических процессах , протекающих на последовательных

                                                               этапах развития молодой вселенной;

                                                            - представления о научно- экспериментальных свидетельствах,  

                                                               подтверждающих теорию «Большого взрыва»

 Развивающая:              развивать      -  навыки логического мышления, анализа и обобщения фактов;

                                                                - навыки самостоятельной работы с первоисточниками: текстом, таблицами,

                                                                  фото и видео материалами.

Воспитывающая:       формирование  - коммуникативных навыков, умение говорить и слушать других.

                                                                   -патриотизма, как чувства гордости за вклад в развитие науки советских и российских

                                                                    Ученых: А Фридман , Г Гамов

План урока:

1. Мотивация (2-3 мин):     просмотр фрагмента фильма:  Как появилась Вселенная  с  последующим фронтальным

                                               обсуждением   https://www.youtube.com/watch?v=vjali2TKFeQ

2. Восстановление опорных знаний и постановка цели урока(3-4 мин):  беседа с учащимися

              - ранние представления о Вселенной - космологические модели

               - суть и значение открытия Хаббла.                                                  

3. Изучение нового материала(26 мин):

          а) просмотр видео фрагмента и фронтальная работа с ним (состивить хронографию представлений на  

             развитие Вселенной  ):  

               https://www.youtube.com/watch?v=xSxKtGYv7jY  «У Вселенной было  начало»  

          б) изучение модели «горячая Вселенная» с использованием таблыцы

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

          подробное изучение физических процессов в момент «Большого взрыва»

Ученые считают, что самые ранние периоды зарождения Вселенной — продлившиеся от 10-43 до 10-11 секунды после Большого взрыва, — по прежнему являются предметом споров и обсуждений. Если учесть, что те законы физики, которые нам сейчас известны, не могли существовать в это время, то очень сложно понять, каким же образом регулировались процессы в этой ранней Вселенной. Кроме того, экспериментов с использованием тех возможных видов энергий, которые могли присутствовать в то время, до сих пор не проводилось. Как бы там ни было, многие теории о возникновении Вселенной в конечном итоге согласны с тем, что в какой-то период времени имелась отправная точка, с которой все началось.

Сингулярность:

Самый ранний из известных периодов эволюции Вселенной. В это время вся материя содержалась в единственной точке бесконечной плотности и температуры.  Планковская эра предположительно длилась от 0 до 10-43 секунды.. Ввиду экстремальных температур и бесконечной плотности материи состояние Вселенной в этот период времени было крайне нестабильным. После этого произошли периоды расширения и охлаждения, которые привели к возникновению фундаментальных сил физики.

Приблизительно в период с 10-43 до 10-36 секунды во Вселенной происходил процесс столкновения состояний переходных температур. Считается, что именно в этот момент фундаментальные силы, которые управляют нынешней Вселенной, начали отделяться друг от друга. Первым шагом этого отделения явилось появление гравитационных сил, сильных и слабых ядерных взаимодействий и электромагнетизма.

В период примерно с 10-36 до 10-32 секунды после Большого взрыва температура Вселенной стала достаточно низкой (1028 К), что привело к разделению электромагнитных сил (сильное взаимодействие) и слабого ядерного взаимодействия (слабого взаимодействия)

Инфляция:  С появлением первых фундаментальных сил во Вселенной началась эпоха инфляции, которая продлилась с

10-32 секунды по планковскому времени до неизвестной точки во времени. Большинство космологических моделей предполагают, что Вселенная в этот период была равномерно заполнена энергией высокой плотности, а невероятно высокие температура и давление привели к ее быстрому расширению и охлаждению.

В это время образуются и сразу же сталкиваясь разрушаются пары из частиц — античастиц, что, как считается, привело к доминированию материи над антиматерией в современной Вселенной.. С этого момента Вселенная стала остывать, начала образовываться и соединяться материя.

Охлаждение: Со снижением плотности и температуры внутри Вселенной начало происходить и снижение энергии в каждой частице. Это переходное состояние длилось до тех пор, пока фундаментальные силы и элементарные частицы не пришли к своей нынешней форме.

Например, ученые считают, что на 10-11 секунде после Большого взрыва энергия частиц значительно уменьшилась.

В течение первых минут расширения Вселенной начался период нуклеосинтеза (синтез химических элементов). Благодаря падению температуры до 1 миллиарда кельвинов и снижения плотности энергии примерно до значений, эквивалентных плотности воздуха, нейтроны и протоны начали смешиваться и образовывать первый стабильный изотоп водорода (дейтерий), а также атомы гелия. Тем не менее большинство протонов во Вселенной остались в качестве несвязных ядер атомов водорода.

Затем электроны объединились с этими ядрами водорода и образовали атомы (опять же преимущественно водорода), в то время как радиация отделилась от материи и продолжила практически беспрепятственно расширяться через пространство. Эту радиацию принято называть реликтовым излучением, и она является самым древнейшим источником света во Вселенной.

С расширением реликтовое излучение постепенно теряло свою плотность и энергию и в настоящий момент его температура составляет 2,7260 ± 0,0013 К (-270,424 °C), а энергетическая плотность 0,25 эВ (или 4,005×10-14 Дж/м³; 400–500 фотонов/см³). Реликтовое излучение простирается во всех направлениях и на расстояние около 13,8 миллиарда световых лет.

Структуризация.

В последующие несколько миллиардов лет более плотные регионы почти равномерно распределенной во Вселенной материи начали притягиваться друг к другу. В результате этого они стали еще плотнее, начали образовывать облака газа, звезды, галактики и другие астрономические структуры, за которыми мы можем наблюдать в настоящее время. Этот период носит название иерархической эпохи. В это время та Вселенная, которую мы видим сейчас, начала приобретать свою форму. Материя начала объединяться в структуры различных размеров — звезды, планеты, галактики, галактические скопления, а также галактические сверхскопления, разделенные межгалактическими перемычками, содержащими всего лишь несколько галактик.

4.Закрепление нового материала и рефлексия(10 мин):

 в виде комбинированного опроса:

Устно: Описать с помощью таблицы модель «Горячая Вселенная»

Письменно (фронтально)

-открытия, послужившие поводом к созданию новой космологической модели Вселенной.

- как был определен возраст Вселенной?

 - Что сегодня на уроке было для вас: -новым      - интересным        - полезным

Мы получили представление о современных научных взглядах появления Вселенной, а какова перспектива ее дальнейшего развития…?

5. Домашнее задание(2 мин): а) § 95,96  Вопросы  стр.411, 419

                                                    б) индивидуальные задания: презентазия- доклад «будущее Вселенной»

Оборудование, УМК, дополнительные материалы:

1. Компьютер, интерактивная доска.

2. В.А. Касьянов  « ФИЗИКА 11» углубленный уровень, М., Дрофа, 2018г.

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

3.     видеоприложения:         https://www.youtube.com/watch?v=vjali2TKFeQ

                                                 https://www.youtube.com/watch?v=xSxKtGYv7jY

4. раздаточный материал: