Главные вкладки

    Разработка урока астрономии по теме "Эволюция Вселенной"
    план-конспект урока по астрономии (11 класс) по теме

    Галалюк (Мазарчук) Виолетта Владимировна

    Урок астрономии по УМК Чарунина В.М.  по теме "Эволюция Вселенной" 

    Скачать:

    ВложениеРазмер
    Файл razrabotka_uroka_po_astronomii.docx666.53 КБ

    Предварительный просмотр:

    Тема урока: "Модель "горячей Вселенной"

    Цель: формирование у учащихся представления об этапах эволюции Вселенной

    Задачи урока:

    • образовательные
    • повторить условия протекания термоядерных реакций
    • вспомнить формулы для расчета массы вещества через количество вещества
    • познакомить с теорией Гамова о формировании гелия во Вселенной
    • ввести понятия "горячая Вселенная", "реликтовое излучение"
    • кратко рассмотреть суть закона Вина
    • рассмотреть историю открытия реликтового излучения
    • рассчитать массу гелия, вырабатываемого на Солнце ежесекундно
    • рассчитать массу гелия вырабатываемого всеми звездами
    • сопоставить результаты и сделать вывод о времени возникновения гелия во Вселенной
    • сформулировать вывод о высокой температуре Вселенной в момент ее рождения
    • рассчитать температуру реликтового излучения по закону смещения Вина
    • заполнить таблицу "Этапы развития Вселенной"
    • воспитательные
    • повысить мотивацию к изучению предмета
    • сформировать чувство гордости за вклад отечественных физиков в мировую науку
    • продолжить формирование уважительного отношения к достижениям науки
    • продолжить развитие умения грамотно выражать свои мысли
    • продолжить развитие умения слушать других и анализировать их ответы
    • развивающие
    • развить умение анализировать ситуацию и делать выводы из анализа
    • научить систематизировать факты в таблицу
    • сформировать умение применять теоретические знания для решения практических задач
    • продолжить формирование мировоззренческой картины мира

    Оборудование:

    • экран
    • мультимедиа-проектор
    • компьютер
    • презентация к уроку
    • таблицы "Первичный нуклеосинтез", "Ранняя Вселенная", "Периоды Эволюции Вселенной", Реликтовое излучение"

    План урока (45 мин):

    1. Организационный этап - 1 мин
    2. Проверка домашнего задания с прошлого урока - 8 мин
    3. Мотивационный этап: проблемная ситуация - "откуда водород во Вселенной?" - 15 мин
    4. Изучение нового материала: суть теории "большого взрыва" и этапы эволюции Вселенной -  17 мин
    5. Рефлексия - 3 мин
    6. Домашнее задание - 1 мин

    Формы работы на уроке:

    • фронтальная беседа
    • работа в парах
    • работа в группах
    • лекция учителя
    • работа с материалом учебника
    • работа с таблицами
    • обсуждение проблемной ситуации

    Технологическая карта урока

    Этап урока

    Виды работы, формы, методы, приемы

    Содержание педагогического взаимодействия

    Формируемые УУД

    Деятельность учителя

    Деятельность обучающихся

    Организационный

    Диалог

    Приветствует учеников, озвучивает тему урока

     Приветствуют учителя, записывают тему урока в тетрадь

    Проверка ДЗ с прошлого урока

    Фронтальный опрос

    Предлагает ответить на вопросы:

    • в чем суть фотометрического парадокса?
    • с помощью чего возможно разрешение данного парадокса?
    • чем Вселенная отличается от метагалактики?
    • Какие модели Вселенной были предложены Фридманом и в чем их главные отличия?

    Отвечают на вопросы учителя, используя материал ранее изученных параграфов 34,35.

    Анализируют ответы одноклассников.

    По необходимости исправляют ошибки

    Познавательные: умение слушать, анализировать услышанное, умение формулировать свои мысли и логично их излагать.

    Регулятивные: умение осуществлять самооценку, умение оценивать правильность ответов других учеников.

     

    Коммуникативные: умение владеть монологической и диалогической речью


    Мотивационный этап

    Работа в группа,

    Работа с учебником

    Работа с таблицами

    Делит учеников на 3 состава для одновременной работы в малых группах и каждой группе предлагает своё задание.

    1 группа: необходимо найти ответы на такие вопросы:

    • из чего преимущественно состоят звезды?
    • Из чего образуется гелий в недрах звезд?
    • в ходе каких реакций образуется гелий в ядрах звезд?
    • Каковы условия, необходимые для поддержания термоядерных реакций?

    2 группа (в нее должны войти сильные ученики, хорошо владеющие математикой):  нужно составить план расчета  количества гелия во Вселенной и рассчитать примерную массу всего гелия, выработанного звездами за время существования Вселенной, опираясь на такие факты

    • в недрах Солнца каждую секунду вырабатывается  4*1026 Дж энергии
    • при образовании 1 ядра гелия выделяется 4,8*10-12 Дж энергии
    • время существования Вселенной примерно 1,3 *1010 лет
    • количество звезд в нашей Галактике примерно определено (спросить у 3 группы)
    • масса всех звезд нашей Галактики 2*1041 кг

    3 группа: найти в электронных справочниках такую информацию

    • сколько гелия во Вселенной наблюдают сегодня физики и астрономы
    • Сколько примерно звезд в нашей Галактике?
    • Какова примерно их общая масса?

    1 группа работает с учебниками физики, астрономии, а также а таблицей "Ранний нуклеосинтез во Вселенной". Через 5 мин поисков ответов ученики первой  группы начинают отвечать на предложенные вопросы (см. приложение 1), демонстрируют всему классу таблицу

    2 группа делает расчет количества гелия во Вселенной и через 10 мин работы один представитель от данной группы начинает оформлять расчеты на доске (см. приложение 2)

    3 группа работает с электронными энциклопедиями в интернете (выход через собственные телефоны) и через 7 мин работы отчитывается о результатах поиска, представляя данные на доске (см. приложение 3)

    Познавательные: Мысленная обработка полученной информации,

    анализ услышанного, определение границ знания и незнания, поиск и выделение необходимой информации, структурирование знаний, анализ текста.

    Регулятивные: Составление плана действий и последовательности действий при выполнении  расчетов, корректировка ответов учащихся, анализ информации.

    Коммуникативные: согласование действий и учет мнений в процессе дискуссии, умение работать в команде, прислушиваться к мнению собеседника, выдвижение гипотезы и ее обоснование, установление причинно-следственных связей

    Мотивационный этап

    Проблемный вопрос

    А теперь, работая в парах, сравните массу гелия, который выработан всеми звездами Галактики и массой гелиево-водородных звезд, населяющих нашу Галактику. Сравнимы ли эти величины?? Сделайте вывод.  Предложите варианты объяснения наблюдаемого результата.

    Ученики в парах высчитывают отличие в массах, составив пропорцию:

    2*1041 - 100%

    5*1040 - х%

    Следовательно

    х = 5*1040*100%:2*1041=

    =25%

    Делают вывод, что гелий, выработанный звездами нашей Галактики составляет лишь 25%от всего наблюдаемого гелия в Галактике. То есть

    Гелия больше, чем могут выработать звезды.

    Ученики выдвигают предположение, что гелий должен либо еще чем-то вырабатываться, но чем???

    Либо он стал возникать раньше, чем появились сами звезды, и к моменту их образования часть гелия уже существовала во Вселенной.

    Изучение нового материала

    Лекция учителя

    Работа с таблицами

    Работа в парах.

    Работа с таблицами

    Работа с учебником

    Лекционный материал:

    Более точные подсчеты показывают, что гелий, выработанный звездами нашей Галактики, составляет не 25, а 13% от общей массы всего гелия. Но всё равно очевидно, что гелий действительно должен был начать образовываться еще раньше, чем возникли звезды и сама Галактика.

    Именно к такому выводу пришел российский ученый Георгий Гамов.

    Он предположил , что еще до образования масштабных структур (галактик, звезд, планет) гелий уже существовал, но тогда он мог возникнуть на ранних этапах эволюции Вселенной.

    Так как для его образования должны протекать термоядерные реакции, а они требуют очень высоких температур, то Вселенная в момент зарождения должна быть очень горячей, что не противоречит идее Большого взрыва, потому что в момент взрывов действительно реализуются высокие температуры. Такая модель получила название "горячей Вселенной".

    На сегодняшний день выделяют несколько этапов эволюции Вселенной, которые были ею пройдены от точки сингулярности в момент Большого Взрыва до наших дней.

    Рассмотрим их и проанализируем главные отличия этих этапов друг от друга, изучив таблицы "Ранняя Вселенная" и "Периоды эволюции Вселенной.

    Итак, мы видим, что через 10 с после Большого Взрыва вещество отделилось от излучения. И это излучение пронизывало Вселенную тогда и должно пронизывать Вселенную и до сих пор. Но оно   должно было остыть согласно формуле

    Более точные расчеты дают температуру 3 К. Георгий  Гамов и его американские коллеги предсказали существование такого излучения в рамках модели "Горячей Вселенной" и даже предсказали его температуру: 3-5 К. (учитель рассказывает по плакату "Реликтовое излучение", смотри приложение 6)

    В физике существует закон смещения Вина, связывающий температуру излучения и длину волны данного излучения:

    λMAX=b/Т, где Т - температура в К, а b=2,9*10-3К*м

    (постоянная величина).

     Рассчитайте, какова должна быть максимальная длина волны такого излучения к сегодняшнему моменту времени.

    Излучение с такой малой длиной волны называют микроволновым излучением. Оно действительно было обнаружено экспериментально в 1965 году. Астрономы Арно Пензиас и Роберт Уилсон изучали излучение межзвездной среды нашей Галактики и в общем "шуме" выявили волны, явно не имеющие отношения к сигналам, рождаемым нашей Галактикой, так как эти радиоволны приходили из космоса со всех сторон с одинаковой интенсивностью .Это излучение пронизывало весь объем Вселенной. Казалось, что пространство излучает волны так, как будто оно нагрето до температуры 3.5 К. что и совпадало с температурой предсказанного Гамовым излучения.

    Этот фоновый шум идущий от всех частей Вселенной и пронизывающий ее равномерно и был идентифицирован, как излучение, рожденное в первые секунды эволюции Вселенной. А потому его назвали "реликтовым" излучением. Корень "Реликт" в переводе с латинского означает "Остаток". Это излучение осталось от Большого взрыва и до сих пор пронизывает весь объем расширяющейся Вселенной.

    Ученики рассматривают в учебник изображение Гамова Георгия Антоновича.

    Кратко записывают в тетради суть гипотезы Гамова о горячей Вселенной.

    Изучают таблицы (смотри приложение 4 "Таблицы")

    Заполняют в тетради таблицу "Этапы развития Вселенной" (смотри приложение 5)

    Ученики изучают таблицу "Реликтовое излучение",  делают примерный расчет, какую температуру могло бы иметь излучение на данный момент:

    Т=

    1010К:(4*1017 с)1/2=

    =15 К

    Ученики записывают математический вид закона Вина в тетрадь и делают расчеты:

    λMAX=

    =2,9*10-3К*м/3К=

    =0.96*10-3 м≈1 мм

    Ученики кратко записывают в тетради историю открытия реликтового излучения.

    Анализируют снимок распределения микроволнового реликтового излучения из параграфа 36 в учебнике Чаругина.

    Познавательные: поиск и выделение необходимой информации, структурирование знаний, анализ текста, выведение следствий из полученной информации.

    Регулятивные: прогнозирование, предвосхищение результата и уровня усвоения знаний, осуществление актуального контроля на уровне произвольного внимания.

    Коммуникативные: развитие умения работать в паре, умения слушать и слышать товарищей, грамотно формулировать вопросы по изучаемой теме.

    Рефлексия

    Беседа

    Учитель предлагает ученикам завершить фразы:

    1. Сегодня я узнал…

    2. Было трудно…

    3. Я понял, что…

    4. Я почувствовал, что…

    5. Я  попробую…

    6. Меня удивило…

    7. Мне захотелось…

    8. Расскажу дома, что …

    Ученики делятся впечатлениями от урока:

    1. Сегодня я узнал, что На этапе рождения Вселенная была горячей
    2. Было трудно анализировать отличия этапов развития Вселенной
    3. Я понял, что излучение с течением времени может остывать и менять длину волны
    4. Я почувствовал огромные масштабы нашей Вселенной
    5. Я попробую дома рассказать всем интересные факты об эволюции Вселенной
    6. Меня удивило то, что излучение, возникшее в момент рождения Вселенной существует до сих пор
    7. Мне захотелось еще глубже и серьезнее изучать астрономию
    8. Расскажу дома, что наша Вселенная за ничтожно малое время расширилась от точки до гигантских размеров

    Познавательные: трансформация полученной информации в языковую форму с эмоциональной окраской.

    Регулятивные: самоанализ эмоций, полученных от урока.

    Коммуникативные: развитие монологической речи,  языковое выражение внутренних ощущений

    Домашнее задание

    Беседа

    Учитель озвучивает ДЗ на следующий урок

    Ученики записывают ДЗ:

    1. Прочитать параграф 36

    2. Подготовить ответы на вопросы после параграфа

    3. Приготовить доклад на тему "Жизнь и деятельность Г.Гамова"

    Приложение 1

    1. Звезды преимущественно состоят из водорода и гелия: водорода примерно 70%, гелия чуть меньше 30% и менее 1% - остальные элементы таблицы Менделеева
    2. Гелий в недрах звезды образуется именно из водорода, поэтому доля водорода со временем уменьшается, а доля гелия возрастает.
    3. В центре ядра звезды протекают термоядерные реакции, что и приводит к превращению водорода в гелий, это называется "выгоранием водорода".
    4. Для возникновения и поддержания термоядерных реакций необходима высокая температура, не менее 108 градусов. В ядре звезды вещество находится под огромным давление верхних слоев, оно сжато, а потому сильно разогрето (по законам физики).

    Приложение 2

    Расчеты по плану:

    1. Найдем число атомов гелия, ежесекундно вырабатываемых на Солнце

    N=4*1026:4,8*10-12=0.83*1038≈1038 атомов за секунду

    1. Через количество вещества ν=m/M=N/NА найдем массу гелия ежесекундно вырабатываемого Солнцем

    m=M*N/NA=4*10-3 кг/моль*1038 атомов за сек./6.02*1023 1/моль=0.67*1012=6.7*1011 кг/с  гелия

    1. Найдем время в секундах, прошедшее с начала возникновения Вселенной

    t=1.3*1010*365*24*3600 с ≈ 4.09*107*1010 с =4*1017 с

    1. Посчитаем общую массу гелия выработанного всеми звездам в нашей Галактике (Млечный Путь):

    m (общ)= 6.7*1011 кг/с  *4*1017 с*2*1011 звезд=53.6*1039 кг≈5*1040 кг

    Приложение 3

    1. "Гелий во Вселенной

    По современным подсчетам 76% космической массы приходится на водород и 23% на гелий; на все прочие элементы остается только 1%. Таким образом, мировую материю можно назвать водородно-гелиевой. Эти два элемента главенствуют в звездах, планетарных туманностях и межзвездном газе." (с сайта http://eldisblog.com/post236165047/)

    2. "На данный момент практически ответить на вопрос — сколько звезд в нашей галактике точно нельзя, но астрономы оценивают количество светил в 200-400 миллиардов в зависимости от способа подсчета." (с сайта http://spacegid.com/kolichestvo-zvezd-v-mlechnom-puti.html)

    3. Полная масса звезд Галактики оценивается в 2 • 1044 г, что составляет сто миллиардов масс Солнца (2•1033 г). ( с сайта http://astrogalaxy.ru/636.html)


    Приложение 4 "Таблицы"

    Приложение 5 "Этапы эволюции Вселенной"


    Приложение 6 "Таблица "Реликтовое излучение"


    По теме: методические разработки, презентации и конспекты

    к уроку астрономии: Происхождение и эволюция Вселенной

    Из творческого наследия Андрея Белого. фрагмент статьи Барабанова НН "Я - естественник" //Физика, 2004 год, №1....

    Методическая разработка урока "Интеллектуальная игра по теме "Вселенная" 5 класс

           Интеллектуальная игра по теме «Вселенная» проводится при изучении курса "Природоведение" в пятом классе на заключительном уроке. Мероприятие позволяет расширить...

    Разработка урока по астрономии.Введение в астрономию 11 класс

    Разработка урока по астрономии.Введение в астрономию 11 класс...

    Методическая разработка урока астрономии "Современные представления о происхождении Солнечной системы"

    Методическая разработка урока астрономии «Современные представления о происхождении Солнечной системы»На протяжении многих веков вопрос о происхождении Солнечной системы и Земли волновал п...

    Статья по астрономии "Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение"

    Цель: Познакомить учащихся с понятием «горячая Вселенная» — теорией большого взрыва, реликтовым излучением. Рассказать о физических условиях на начальных стадиях расширения Вселенной...

    Методическая разработка урока астрономии 11 класс.

    Предлагаемая методическая разработка «Движение и фазы Луны. Затмения Солнца и Луны»  предназначена для учителей физики и астрономии, работающим по УМК  Б.А. Воронцов- Вельяминов,...

    Презентация к уроку астрономии 11 класса "Конечность и бесконечность Вселенной"

    Парадокс Ольберса,  геометрия Вселенной, модели эволюции Вселенной, возраст Вселенной и средняя плотность вещества....