План-конспекта урока по теме: «Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение»
план-конспект урока по астрономии (11 класс) на тему

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.

Задачи урока:

Образовательная:  повторить и конкретизировать космологическую модель Вселенной; 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.

Развивающая: развитие логического мышления путем систематизации фактов; развитие наблюдательности; формирование мировоззрения; развитие познавательной активности; умений делать выводы; применять полученные знания для объяснения явлений.

Воспитательная: развивать речь и умение слушать других, коммуникативные компетенции.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, презентация.

Тип урока: изучение нового материала. 

Вид урока: комбинированный.

Этапы урока.

1.   Организационный этап – 1мин.

2.   Актуализация знаний учащихся – 5 мин.

3.   Изучение нового материала-29 мин.

4.   Закрепление изученного – 6 мин.

5.   Итоги урока – 1 мин

6.   Домашнее задание – 2 мин

7.   Рефлексия – 1мин.

Структура урока.

1. Организационный этап.

• Приветствие.
• Определение отсутствующих.

Слайд 1. 

2. Актуализация знаний учащихся.

   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)

3. Изучение нового материала.

   Слайд 2. 

   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. Слайд 3.     

   Существует гипотеза, что около 30% по массе наблюдаемого во Вселенной гелия образовалось в недрах звёзд.

    Проверьте это предположение.  (Работа с учебником Стр.132)

        а)   Известно, что каждую секунду в недрах Солнца в термоядерных реакциях синтеза гелия из водорода выделяется энергия

                         Е = 4  10 26 Дж

        б)   При образовании одного ядра гелия выделяется энергия

                      ∆Е = 4,8. 10 -12 Дж

        в)   Поэтому каждую секунду в Солнце образуется  N = 1038 ядер атомов гелия, или

               m = 6,7 1011 кг гелия.

        г)   Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной

                           t = 1,3 1010 лет  =  3,9 1017 с,

        д)   легко подсчитать массу гелия, которая могла бы образоваться во всех звездах (1011 звезд)  за это время:  

                      М = 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.

Слайд 4. 

   Исходя, из этого, в 1946 году астрофизик Г.А.Гамов пришел к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звездах, а на ранних стадиях расширения Вселенной, еще до формирования в ней звезд.

    Учитывая то, что гелий может образовываться только в термоядерных реакциях при температуре свыше нескольких миллионов кельвинов, то на ранних этапах расширения

Вселенная была не только плотной, но и горячей. Слайд 5.                                                                        Поэтому принятая в настоящее время модель расширяющейся Вселенной получила название модели горячей Вселенной. Слайд 6. 

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. Слайд 7. 

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

           Таблица:  Эволюция Вселенной по теории «Большого взрыва»

   Известные нам законы физики начали действовать с момента tв= 10-43 с, когда стали существенными явления гравитации, квантования и релятивизма, характеризуемые соотношением гравитационной постоянной G, постоянной Планка h и скоростью света с, когда размеры Вселенной составляли Rв= 1031 м при плотности материи ρ в=1074 –1094 г/см3 с температурой Тв = 1,3 × 1032 К.        

    При расширении пространства температура и плотность среды уменьшались намного быстрее плотности вакуума. Отрицательное давление физического вакуума  р=р×с2 породило 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 tв = 10-36с 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 109К и синтез атомных ядер прекратился, поскольку энергии фотонов и других частиц стало недостаточно для протекания этих реакций. В период времени от 10 до 100с 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 1012с после Большого Взрыва началась эпоха рекомбинации - разделения вещества и излучения. Свидетель той поры - реликтовое излучение. Слайд 8. 

   Которое открыли  в 1964 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Слайд 9.

   Его называют ещё: «космическое микроволновое фоновое излучение» (cosmic microwave background), CMB, реликтовое излучение, трехградусное космическое излучение.

Слайд 10. За это открытие ученые в 1978 году получили Нобелевскую премию.

4. Закрепление изученного материала.

1. Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной?
2. Что такое реликтовое излучение?

5. Оценка деятельности.
6. Домашнее задание.

§ 36  Вопросы и задания стр.133

7. Рефлексия.

   Методическое обеспечение.

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

2.   Мультимедийная энциклопедия Кирилла и Мефодия, 2001г.

3.   Мультимедийный курс «Открытая астрономия», версия 2,5 Физикон, 2002г.

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