25.02.2016
11 класс
Тема урока: Мир звезд. Расстояния до звезд. Диаграмма Герцшпрунга-
Рассела
Цель урока: знакомство с основным новыми понятиям об эволюции
звезд и
выявление важнейших
особенностей жизни звезд на диаграмме
Герцшпрунга - Рассела
Задачи урока: обеспечить формирование физических представлений об
эволюции звезд и
сообщить знания об основах классификации
звезд по
диаграмме Герцшпрунга-Рассела.
Развить умения образного мышления в виде
представлений
многих закономерностей и явлений, составляющих
картину
Мегамира.
Способствовать формированию в ходе урока основных
мировоззренческих представлений о Вселенной.
Форма урока: урок – лекция, беседа
Тип урока: комбинированный урок
Метод проведения урока: объяснительно-иллюстративный, частично-
поисковый
Оборудование и наглядные пособия: демонстрационные плакаты и
видеофильмы, презентация
слайдов
Ход урока
I.
Организационный
момент.
Целеполагание.
Положительный эмоциональный настрой.
Целью нашего урока
является ознакомление с принципом формирования и эволюции звезд, а так же
наглядное представление этих и многих других процессов на диаграмме
Герцшпрунга-Рассела.
II.
Изучение нового
материала.
План изложения нового материала:
1.
Рождение, жизнь и смерть
звезд
2.
Красные гиганты, белые
карлики, сверхновые и нейтронные звезды – как различные результаты их смертей
3.
Диаграмме
Герцшпрунга-Рассела
«Назовите ближайшую звезду от нашей планеты Земля?» Итак, как вы уже
знаете, энергия Солнца– ближайшей к нам звезды, рождается посредством
термоядерных реакций. Но откуда же возникло наше Солнце и все другие
звезды – огромные, раскаленные плазменные шары?
Звезды, как и все
материальные тела во Вселенной рождаются, живут и умирают. Сегодня мы поговорим
об этом постоянном во времени процессе, т.е. об Эволюции. «Что такое эволюция?
Как вы понимаете это слово?»
Рождение. Звезды
возникли в ходе эволюции галактик. Это произошло в результате сгущения
(конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались
внутри галактик. Место наиболее интенсивного звездообразования считается масса
холодного межзвездного вещества, которое называется газопылевым комплексом. Вся
жизнь звезды, начиная с ее рождения – это противоборство 2х видов давлений. Энергия
сжатия газопылевого облака разогревает внутренний слой, и температура
внутренней части звезды (ее ядра) растет. Сжимающееся облако становится протозвездой.
Сжатие происходит до тех пор, пока температура в центре не повысится до 10 млн.
градусов. «Что происходит с веществом при таких высоких температурах?» Идет
термоядерная реакция синтеза Н в Не. Давление, образуемое энергией,
вырабатываемой в ядре звезды, раздвигает поверхность, в то же время силы
гравитации продолжают сжимать звезду. Период нестабильности может идти миллионы
лет, пока эти две силы не уравновесят друг друга, и звезда тогда начнет «гореть
постоянным накалом».
Жизнь. В период
стабильности звезды, это массивные газовые горячие шары, состоящие из Н и Не и
небольшой примеси др. металлов. « Какие же реакции протекают внутри звезд?»
Термоядерные реакции, при которых протекает жизнь звезды, проходит в период
стабильности, который, в свою очередь, зависит от массы звезды. «Как вы
думаете, какая звезда живет дольше: менее или более массивная?»
Смерть. Как и при
рождении, так и в период смерти звезда становится нестабильной. Когда почти
весь Н выгорит, световое давление становится меньше и силы гравитации сжимают
ядро звезды. Температура растет до 100 млн. градусов и в ядре начинает гореть
Не, за счет чего растет не только температура, но и сам звезда. Она расширяется,
преодолевая силы гравитации, меняет свой цвет и становится красным гигантом (слайд)
Последняя стадия эволюции
звезды зависит от ее массы. Существует 3 типа конечного состояния «мертвых»
звезд: белые карлики (Мз ~ Мс), нейтронные звезды (Мз
>1,4 Мс) и черные дыры (Мз >2,5 Мс) (слайды)
Это все финалы звезд с
различной массой. На стадии красного гиганта рассеивается внешняя оболочка
звезды, и при условии (Мз ~ Мс) она становится белым карликом с очень высокой
температурой поверхности (слайд). У белых карликов нет источников энергии, и
они теперь будут сжиматься и остывать, меняя свой цвет от белого к черному и
имея размеры Земли. Средняя плотность белых карликов достигает 4*106 г/см3,
т.е. 4 тонны на 1 см3 (!)
Более массивные звезды (Мз >1,4 Мс) достигают
стадии красного сверхгиганта, температура ядра достигает до 1 млрд. градусов,
гравитация уменьшается и гигант взрывается. Это вспышка сверхновой.
В
центре взрыва остатки звезды, собранно гравитацией, образуют ядро диаметром
всего несколько километров, но с ужасной плотностью, что 10 млрд. тонн массы
уместилось бы в чайной ложке!
Нейтронные звезды – небесные тела с высокой плотностью вещества. Они
быстро вращаются и образуют радиосигналы в следствие сильного магнитного поля,
иррадиация, достигшая Земли, передается как пульс. Это и есть пульсары.
Загадочные черные дыры… «Какие
ассоциации вызывает у вас это понятие? Что вы слышали об этом?» (отвечают)
Самые массивные звезды (Мз >2,5 Мс) ждет странный конец. По закону
гравитации после вспышки сверхновой ничто не может остановить ее сжатие, звезда
катастрофически сжимается «в точку» и исчезает из видимости нашей Вселенной. Во
время гравитационного коллапса механическое равновесие звезды нарушается, и
через некоторое время гравитационный потенциал станет настолько велик, что
необходим учет поправки общей теории относительности:
rg=2GM/c2__
где rg
гравитационный радиус, а
сфера радиуса rg -
то сфера Шварцшильда. М - масса звезды, G - постоянная гравитации, с – скорость света.
С точки зрения внешнего наблюдателя, при приближении r к rg
скорость сжатия замедлится
почти до нуля. Эффект теории относительности состоит в том, что в очень сильном
гравитационном поле скорость протекания всех процессов (по часам внешнего
наблюдателя) неограниченно замедлится. При r стремящемся к rg коллапсирующая звезда исчезает и получается черная
дыра.
Тяготение
становится таким, что ни одно излучение не может покинуть черную дыру.
Обнаружить ее можно только по воздействию ее на соседние звезды (слайд).
Астрономами
Э. Герцшпрунгом (1873 – 1967) и Г. Расселом (1877 – 1957) была выведена
взаимосвязь между этими величинами и характеристиками звезд и построена диаграмма
«Спектр – светимость» или Диаграмма Герцшпрунга – Рассела (слайд).
Она
показывает зависимость температуры на поверхности звезды или ее спектрального
класса от светимости звезды. На диаграмме можно выделить главную
последовательность (более 70% наблюдаемых звезд), область гигантов,
сверхгигантов и белых карликов. 3 области отражают 3 этапа существования
звезд: главная последовательность этап жизни звезд, гиганты, сверхгиганты и
белые карлики – это все «кладбище» умирающих звезд… Чем массивнее звезда, тем
выше она находится на главной последовательности. Итак, Диаграмма Герцшпрунга –
Рассела отражает эволюцию звезд…
III. Подведение итогов урока.
Итак, сегодня на
уроке мы с вами познакомились с принципом эволюции звезд и
выяснили, основное
значение диаграммы Герцшпрунга – Рассела
IV.
Закрепление
Список вопросов:
1. За счет каких источников энергии светят звезды?
2.
В какой части диаграммы
располагаются звезды, которые обладают
большими, чем у Солнца температурами и
светимостью?
3. От чего зависит расположение звезды на главной
последовательности диаграммы Герцшпрунга – Рассела?
V. Домашнее задание
Параграф
10.2; упр. 10.2 (1-3)
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.