Модель "горячей Вселенной" и реликтовое излучение.
план-конспект урока по астрономии (11 класс) на тему

Урок 31. Модель «горячей Вселенной» и реликтовое излучение

Цель: Познакомить учащихся с моделью «горячей Вселенной», реликтовым излучением; сформировать представление о физических условиях на ранних стадиях расширения Вселенной.

Задачи:

- объяснение образования гелия с использования модели горячей Вселенной;

- объяснение возникновения реликтового излучения, как доказательство теории Большого взрыва

- мотивация на продуктивную учебную деятельность.

Оборудование: проектная доска, проектор, презентация к уроку, раздаточный материал.

Ход урока

Раскрытие содержания этапов урока.

1. Организационный этап.  (1 мин.)

- Приветствие;

- Проверка готовности учащихся к уроку;

- Определение отсутствующих на уроке.

2. Мотивационный этап. (9 мин)

Тема нашего урока: Модель «горячей Вселенной» и реликтовое излучение. (1 слайд)

Для погружения в тему урока я предлагаю Вам посмотреть видеофильм «У Вселенной было начало.NICA -  Вселенная в лаборатории» (2 слайд).

Вам необходимо заполнить раздаточный лист, который лежит на столе. (см. приложение №1). В нем акцентировано внимание на основные моменты фильма, которые необходимо дописать и закончить.

Какое другое название имеет теория Большого взрыва? Ответить на этот вопрос, вам поможет учебник. Откройте его на странице 132. (Учащиеся работают с учебником. Отвечают на вопрос).

Откройте свои тетради и запишите тему урока.

Что нового сегодня мы узнаем? (Используя учебник, учащиеся отвечают).

3. Этап изучения нового материала.

До образования звезд вещество в основном состояло из водорода, простейшего химического элемента. Первые звезды были водородные. (3 слайд)

Как образовался гелий в недрах звезд? (4 слайд) Он образовался в результате термоядерной реакции.  Данную реакцию вы видите на доске, запишите ее в тетрадь.

Затем часть их вещества возвращалась или в межзвездную среду при взрывах сверхновых, или при спокойном сбросе вещества, или в процессах сходных с солнечным ветром.

Из сброшенного вещества формировалось новое поколение звёзд. (5 слайд)

Существует гипотеза, что весь наблюдаемый во Вселенной гелий образовался в недрах звезд. (6 слайд)

Проверить это предположение можно прочитав учебник на странице 132. (Учащиеся работают с учебником).

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.

Исходя из этого в 1946 году Георгий Гамов, американский физик российского происхождения, пришел к выводу, что основная масса гелия образовалась на ранней стадии расширения Вселенной. (7 слайд)

Георгий Антонович Гамов (4 марта 1904 — 19 августа 1968) — ученый-энциклопедист, ученый-теоретик и одновременно ученый-экспериментатор экстракласса, крупный физик и астрофизик, написавший большую часть своих работ в США.  Ему принадлежат три научных открытия «нобелевского ранга» - в области теории альфа-распада, теории «Большого Взрыва» и в теории генетического кода. При этом Гамов не получил ни одной Нобелевской премии, а только премию ЮНЕСКО в 1956 году. (8 слайд).

Образование гелия в термоядерных реакциях возможно лишь при температуре свыше нескольких миллионов кельвинов, то на ранних этапах расширения Вселенная была не только плотной, но и горячей. (9 слайд) Поэтому принятая в настоящее время модель

расширяющейся Вселенной получила название модели «горячей» Вселенной.

Модель «горячей» Вселенной получила эмпирическое подтверждение в 1965 году в открытии реликтового излучения американскими учеными Робертом Уилсоном и Арно Пензиасом. (10 слайд)

В 1963 году перед ними была поставлена задача выяснить природу шумов в радиодиапазоне, создающих помехи для радиосвязи. Отметя целый ряд вероятных причин (вплоть до загрязнения антенн голубиным пометом), они пришли к выводу, что источник стабильного фонового шума находится за пределами нашей Галактики. Иными словами, это был космический радиационный фон, предсказанный астрофизиками-теоретиками, включая Роберта Дика, Джима Пиблза и Георгия Гамова. (11 слайд)

Что такое реликтовое излучение? (Учащиеся работают с учебником на странице 133).

Итак, реликтовое излучение - фоновое космическое излучение, спектр излучения строго соответствует спектру излучения абсолютно черного тела с Т=2,7К, максимум в спектре излучения приходится на длину волны – 1мм. (12 слайд)

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, оставшегося от ранних этапов эволюции Вселенной.

4. Этап закрепления нового материала.

В заключение нашего сегодняшнего урока, давайте ответим на вопросы: (13 слайд)

1. Что я сегодня узнал?

- Когда образовалась Вселенная? В результате чего?

- Из чего состоит вещество?

- Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной?

2. Продолжите фразы: Я понял, что… Мне захотелось…

5. Этап подведения итогов.

Сегодня мы изучили интересную тему, запишите домашнее задание. (14 слайд)

 § 36, стр. 134 (кластер по главе «Строение и эволюция Вселенной»). Подготовить сообщения по вопросам для обсуждения.

Методическое обеспечение:

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

2. Презентация, сделанная с использованием учебника В.М. Чагурина, картинок из Яндекса.

3. Видео урок https://www.youtube.com/watch?v=xSxKtGYv7jY «У Вселенной было начало. NICA -  Вселенная в лаборатории »

приложение №1

«У Вселенной было начало. NICA -  Вселенная в лаборатории»

1. Теория относительности А.Эйнштейна - __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. А.А.Фридман - __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Э. Хаббл - __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. А.А. Гамов - __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Р.Вильсон и А.Пензиас - __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Вселенная образовалась ________млрд лет назад в результате _____________________________________________________________________________

7. Строение вещества

Атом – атомное ядро + электрон

             протоны                        нейтроны

                                          кварки                          глюоны

8. Кварк-глюонная плазма образовалась __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. от Большого взрыва до наших дней

10-44c          10-33c              10-10c        10-6c             3мин        300000лет        1млрд лет              13,7млрд          t