Методические материалы к уроку по астрономии на тему "Внутреннее строение и источник энергии Солнца"

Название предмета	Астрономия
Класс	11
УМК (название учебника, автор, год издания)	УМК Астрономия. "Сферы" (10—11) (Базовый). Автор комплекта Чаругин Виктор Максимович. Москва «Просвещение» 2018 г.
Уровень обучения (базовый, углубленный, профильный)	Базовый
Тема	Астрофизика и звёздная астрономия
Содержание темы	Основные характеристики Солнца. Определение массы, температуры и   химического   состава   Солнца.   Строение   солнечной   атмосферы. Солнечная активность и её влияние на Землю и   биосферу. Внутреннее строение Солнца  Теоретический     расчёт   температуры      в центре   Солнца.    Ядерный источник энергии и термоядерные реакции синтеза гелия из водорода, перенос   энергии   из   центра   Солнца наружу, конвективная   зона. Нейтринный телескоп и наблюдения потока нейтрино от Солнца.
Цель изучения темы	Получить представление о разных типах оптических телескопов, радиотелескопах и методах наблюдений с их помощью; о методах и результатах наблюдений Солнца, его основных характеристиках; о проявлениях солнечной активности и связанных с ней процессах на Земле и в биосфере; о том, как астрономы узнали о внутреннем строении Солнца и как наблюдения солнечных нейтрино подтвердили наши представления о процессах внутри Солнца; получить представление: об основных характеристиках звёзд, их взаимосвязи, внутреннем строении звёзд различных типов, понять природу белых карликов, нейтронных звёзд и чёрных дыр, узнать как двойные звёзды помогают определить массы звёзд, а пульсирующие звёзды - расстояния во Вселенной; получить представление о новых и сверхновых звёздах, узнать, как живут и умирают звёзды.
Тема урока	Внутреннее строение и источник энергии Солнца.
Основное содержание урока	Расчёт температуры внутри Солнца; термоядерный источник энергии Солнца и перенос энергии внутри Солнца; наблюдения солнечных нейтрино.
Общее количество часов, отведенное на изучение темы	7
Место урока в системе уроков	3/19
Цель урока	Получить представление о методах астрофизических исследований и законах физики, которые используются для изучения физически свойств небесных тел. Узнать природу Солнца и его активности, как солнечная активность влияет на климат и биосферу Земли, как на основе законов физики можно рассчитать внутреннее строение Солнца и как наблюдения за потоками нейтрино от Солнца помогли заглянуть в центр Солнца и узнать о термоядерном источнике энергии.
Задачи урока	Познакомиться с новыми методы исследования Вселенной с помощью гравитационно-волновых и нейтринных телескопов. Найти описание сложных астрономических явлений и подходы к решению современных астрономических проблем на базе знакомых школьникам физических законов. Продолжить формирование навыков использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для понимания взаимосвязи астрономии с другими науками, в основе которых лежат знания по астрономии; отделения ее от лженаук; оценивания информации, содержащейся в сообщениях СМИ, Интернете, научно-популярных статьях.
Планируемые результаты	Знать/понимать: основные физические характеристики Солнца: масса, размеры, температура; схему строения Солнца и физические процессы, происходящие в его недрах и атмосфере; основные проявления солнечной активности, их причины, периодичность и влияние на Землю; Уметь: применять основные положения ведущих физических теорий при объяснении природы Солнца и звёзд.
Техническое обеспечение урока	Мультимедийный проектор, экран, компьютер
Дополнительное методическое и дидактическое обеспечение урока	Модель строения Солнца, бланки с заданиями для самостоятельной работы (схема строения Солнца), цифровые образовательные ресурсы (мультимедийные презентации, видеоролик), творческие работы учащихся.

Ход урока:

1.      Организационный момент – постановка целей и задач урока.

Презентация творческого мини-проекта «Образ солнца»

2.      Изучение нового материала

2.1.                Строение Солнца

Учащиеся (авторы проекта) – проводят объяснение нового материала в ходе презентации прикладного проекта «Внутреннее строение Солнца» (объемная 3D-модель, ЦОР – мультимедийная презентация)

Ядро - в общепринятой теоретической модели Солнца (так называемой "Стандартной модели") предполагается, что подавляющая часть энергии вырабатывается реакциями прямого синтеза водорода c образованием гелия.

Зона излучения – (от 0,3R до 0,7R) здесь происходит процесс переноса энергии излучаемой ядром в вышележащие слои путем многократного поглощения и последующего ее переизлучения с постепенным увеличением длины волны и понижения температуры.

Зона конвенции - происходит перемешивание вещества. Нагретые слои поднимаются к фотосфере и остыв, уступают место нижним более нагретым.

Передача энергии на Солнце происходит от центральной части к более холодным наружным слоям, а оттуда – в космическое пространство - осуществляется двумя способами: излучением и конвекцией. Третий способ – теплопроводность – не играет существенной роли.

2.2.                Закрепление материала по теме «Строение Солнца»: (самостоятельная работа, выполняют на бланке)

2.2.1.      Руководствуясь схемой строения Солнца, укажите названия внутренних областей и слоёв атмосферы Солнца.

2.2.2.      Изобразите перемещение пятен на диске Солнца, показав на чертеже важную особенность вращения Солнца.

2.3.                Источник энергии Солнца

Учитель – постановка проблемы: Солнце излучает L_ʘ=3,876.10²⁶ Дж/с – огромнейшие потери энергии. Закон сохранения → откуда восполняется энергия, превращаясь в излучение?

Можно оценить потери массы Солнца Е = ∆mc² (формула Альберта Эйнштейна)

М_ʘ =2·10³⁰ кг, все виды излучения ежесекундно уносят порядка ~ 4·10⁹ кг.

Жертвенность Солнца – сжигает себя – от Солнца зависит существование жизни на нашей планете.

2.4.                Учащийся – проводит объяснение новой темы в ходе презентации проекта «Источник энергии Солнца» (историческая справка о поиске ответа на вопрос «Что является источником энергии излучения Солнца?», объяснение протон-протонного цикла, решение задачи по оценочному определению энергии, которой выделиться на Солнце при полном «сгорании» всего запаса водорода)

 В 1931г. Ханс Альбрехт Бете указывает, что источником энергии в звездах является ядерный синтез. В 1937г. открывает термоядерную реакцию, а в 1939г. в работе “Генерация энергии в звездах” строит количественную теорию ядерных процессов внутри звезд, найдя цепочку (цикл) ядерных реакций, проводимых к синтезу гелия.

Цепочка (цикл) протон-протонный:

¹Н + ¹Н → ²D + е⁺ + ν            (позитрон + нейтрино + дейтерий + 2,2Мэв)

²D + ¹H → ³He + γ                  (гамма-квант + тритий + 5,5Мэв)

³Не + ³Не → ⁴Не + ¹Н + ¹Н    (гелий + протон + протон + 12,8Мэв)

2.5.                Солнечные нейтрино

Нейтринный телескоп и наблюдения потока нейтрино от Солнца. Нейтрино - элементарная частица, появляющаяся в ходе термоядерной реакции, проникает свободно через звезды, планеты. Регистрируя их с помощью нейтринных телескопов (глубоко под землей, над водой) можно “заглянуть” внутрь Солнца.

Байкальский нейтринный телескоп

https://www.youtube.com/watch?v=yGaN0p_ID6E

2.6.                Физические характеристики Солнца

Найти описание сложных астрономических явлений и подходы к решению современных астрономических проблем на базе знакомых школьникам физических законов.

Солнце – раскаленный плазменный шар. Вспомним, какие силы поддерживают его равновесие, не дают Солнцу сжаться «в точку» или разлететься во все стороны. Это поможет вам понять, почему наше Солнце, несмотря на наблюдаемые на нем бурные процессы в фотосфере, хромосфере и короне, представляет собой стационарную звезду.

Ø  Предложите физическую модель Солнца (шар, 2 равные половинки, центры масс которых находятся на расстоянии R_ʘ. Шар находится в гидростатическом равновесии (сила гравитации – сжать; сила газового давления препятствует изнутри).      

Ø  Получите формулу для расчета средней температуры солнечного вещества, используя известные вам формулы и законы.

Ø  Необходимые для расчета значения физических величин найдите в тексте параграфа.

3.      Домашнее задание: п. 21, вопросы и задания на стр. 90, проекты по теме: «Гелиоэнергетика», творческие домашние задания.