Небесная сфера и координаты на ней
(урок - лекция)
Этот
урок для учащихся XI классов занимающихся по учебнику Г.Я. Мякишева, Б.Б. Буховцева «Физика. 11 класс» (профильные
классы)
Образовательная цель урока: определить основные круги,
линии и точки небесной сферы, описать горизонтальную и
экваториальную системы координат, обосновать их необходимость для описания
движения небесных и космических объектов.
Образовательные задачи урока:
1.
Сформировать
умения учащихся находить и определять основные плоскости, линии, точки небесной
сферы;
2.
Сформировать
умения учащихся определять горизонтальные координаты космических, небесных объектов,
основных точек небесной сферы;
3.
Сформировать
умения учащихся по картам звездного атласа определять экваториальные координаты
звезд.
Общие замечания
Информация в лекции подается в сжатой форме,
поэтому короткая фраза может потребовать длительных размышлений. Развитие
потребности в размышлении, а, следовательно, и в понимании содержания той или
иной темы учащимися, соотносится с выполнением заданий:
·
заполни пропуски (ученики
вместо значка «…», используя материал лекции, должны записать выражение,
используя язык символов, предложить определение понятия, восполнить пропущенные
рассуждения и т.д.);
·
сформулируй ответ на
вопросы, решение которых базируется на определенном теоретическом материале
темы (вопросы отмечены значком);
·
заполни таблицу (схему);
·
ответь на вопросы
репродуктивного характера после каждой темы.
Практические советы при работе с
информацией:
·
получив новую информацию,
продумайте ее и четко сформулируйте ответ на вопрос: «О чем она и для чего ее
Вам сообщили?»;
·
приобретайте привычку
самому задавать вопрос «почему?» и самостоятельно находить на его пути ответа,
размышляя, беседуя с товарищами, преподавателем;
·
проверяя формулу, решая
задачу и т.д., выполняйте математические операции постепенно, записывая все
промежуточные выкладки;
·
встретив ссылку на ранее
пройденный материал, восстановите в памяти то, что необходимо для понимания
изучаемого в данный момент материала.
Основные вопросы лекции
1. Основные круги, линии и точки небесной сферы.
2. Система небесных координат.
Содержание лекции
1. Основные круги, линии и точки небесной сферы
Способность наших глаз видеть
окружающий мир стереоскопически на расстоянии несколько километров уменьшается.
Сильно удаленные друг от друга светила, кажутся наблюдателю равноудаленными от
него. В нашем восприятии небо – гигантская сфера.
Небесная сфера – воображаемая сфера произвольного радиуса с
центром в глазу у наблюдателя, на которую проецируются все космические объекты
так, как их видит наблюдатель.
Понятие небесной сферы
используется для описания движения небесных светил, космических аппаратов.
Созвездие – участок небесной сферы в строго определенных
границах. Существующие границы и названия созвездий утверждены в 1922г. на I съезде
Международного астрономического союза, созданного в 1919г.
Первые упоминания о созвездиях
соотносятся с месопотамской цивилизацией. Подтверждение этому базируется на
находке в Месопотамии нескольких табличек (возраст табличек с названием
созвездий датируется примерно II тысячелетием до н.э.). Всего небо разделено
на 88 созвездий, из которых 48 ввел Птолимей во II веке н.э. В
большинстве случаев это экваториальные и северные созвездия.
Южное небо было «заселено»
позже, в эпоху великих географических открытий начиная с XVI
века. Французский аббат Никола Луи де Лакайль ввел 14 созвездий в XVIII
веке, среди которых Печь, Живописец, Скульптор, Насос, Микроскоп, Телескоп.
На небесных картах границы
созвездий указывают пунктирными линиями, а звезды в каждом из созвездий в
зависимости яркости обозначают греческими и латинскими буквами. Самые яркие
звезды имеют собственные имена.
Основные плоскости, линии,
точки небесной сферы представлены на рисунке 3.
Рисунок 3. Основные точки и
линии небесной сферы
Отвесная линия – линия,
проходящая через глаз наблюдателя по которой направлена сила тяжести.
Зенит и надир. Отвесная линия пересекается с поверхностью
небесной сферы в двух точках: в зените Z, над головой наблюдателя, и в диаметрально
противоположной точке – надире Z'.
Математическим или истинным
горизонтом называется большой
круг небесной сферы (SWNE), плоскость которого перпендикулярна к
отвесной линии.
Физический (видимый) горизонт
– линия, по которой «небо
сходится с Землей». Физический горизонт представляет собой малый круг, радиус
которого зависит от высоты расположения наблюдателя над поверхностью Земли.
Альмукантарат светила – малый круг небесной сферы, проходящий через
светило М и плоскость которого параллельна плоскости математического горизонта.
Ось мира – диаметр небесной сферы, вокруг которого
происходит ее вращение. Ось мира параллельна земной оси.
Северный и южный полюса мира
– это точки пересечения оси
мира с небесной сферой. Северный полюс мира (Р) находится в созвездии Малой
Медведицы, в 0,51° от звезды α Малой Медведицы. Южный полюс мира (Р') находится
в созвездии Октанта.
Небесный экватор – большой круг небесной сферы (QQ'),
плоскость которого перпендикулярна к оси мира.
Теорема о высоте полюса мира.
Угол наклона оси мира к
плоскости математического горизонта (высота полюса мира) равен углу
географической широты местности.
Докажите
теорему о высоте полюса мира, используя рисунок 4.
Рисунок 4. Соотношения между линиями и
плоскостями на небесной сфере и земном шаре
Небесная или суточная
параллель светила М – малый
круг небесной сферы (вМв), плоскость которого параллельна плоскости небесного
экватора.
Опираясь на рисунки 3 и 5, заполните пропуски в
ниже приведенных определениях.
Круг склонения светила М
или часовой круг –
большой полукруг небесной сферы РМР', проходящий через …………… .
Небесный меридиан – большой круг небесной сферы PZQP'Z'Q',
плоскость которого проходит через…………………….
Полуденная линия – линия пересечения …………………………… .
Полуденная линия пересекается
с небесной сферой в двух точках: севера (N) и юга (S).
Точка востока (Е) и точка
запада (W) – точки пересечения …………..
…………………………………………………………………………………… .
Эклиптика – большой круг небесной сферы, по которому
происходит видимое годичное движение Солнца. Направление этого движения (около
1 в сутки) противоположно направлению суточного вращения Земли. Слово
«эклиптика» происходит от греческого слова «эклипсис» - затмение.
Ось вращения Земли имеет
постоянный угол наклона к плоскости обращения Земли вокруг Солнца, равный
примерно 66°34' (см. рис. 5). Вследствие этого угол ε между плоскостью
эклиптики и плоскостью небесного экватора равен 23°26'.
Рисунок 5. Эклиптика и небесный экватор
Ось эклиптики (ПП') - ………………
………………………………………….. .
Северный полюс эклиптики (П) -
……………………………………………. .
Южный полюс эклиптики (П') -
………………………………………………………………………….. .
Эклиптика проходит через 13 созвездий. Змееносец не
относится к зодиакальным созвездиям.
Точками весеннего (γ) и
осеннего (Ω) равноденствий
называют точки пересечения эклиптики и небесного экватора. Точка весеннего
равноденствия находится в созвездии Рыб (до недавнего времени – в созвездии
Овна). Дата весеннего равноденствия – 20 (21) марта. Точка осеннего
равноденствия находится в созвездии Девы (до недавнего времени – в созвездии
Весов). Дата осеннего равноденствия - 22 (23) сентября.
Точка летнего солнцестояния и
точка зимнего солнцестояния – точки,
отстоящие на 90°от точек равноденствия. Точка летнего солнцестояния
лежит в северном полушарии, приходится на 22 июня. Точка зимнего солнцестояния
лежит в южном полушарии и приходится на 22 декабря.
На рисунке 3 проведите суточные пути: а) для
звезд, которые можно наблюдать в зените; б) для звезд, которые в течение суток
бывают только в одной точке горизонта.
2. Система небесных координат
Горизонтальная система координат используется для непосредственных
определений видимых положений светил с помощью угломерных инструментов, а так
же для их быстрого нахождения в данный момент времени на небесной сфере.
Рисунок 6. Горизонтальная система небесных
координат
В горизонтальной системе
координат основной плоскостью является плоскость математического горизонта,
отсчет ведется от зенита (z) или математического горизонта, и от точки
юга (s).
К горизонтальным координатам
относят (см. рис. 6):
1) h —
высота светила над горизонтом (0°<h<90° и -90°<h<0°)
; z — зенитное расстояние светила z = 90°
— h;
2) А — азимут светила, отсчитывается к западу от точки юга (00<A<3600).
Вследствие вращения небесной
сферы горизонтальные координаты непрерывно меняются, поэтому вместе с
горизонтальными координатами светила необходимо указывать время их определения,
Экваториальные системы
координат определяют
положение светила на небесной сфере. Первая экваториальная система координат
применяется для определения времени, вторая — для составления звездных карт и
каталогов. Основной плоскостью является плоскость небесного экватора, отсчет ведется
от полюса мира (Р) или плоскости небесного экватора, и от одной из ‘точек
небесного экватора: в 1-ой системе — от точки Q, во 2-ой системе — от
точки весеннего равноденствия (см. рис. 7).
Рисунок 7.
Экваториальные системы координат
К координатам 1-ой
экваториальной системы относят:
1) δ — склонение светила (угол между плоскостью небесного экватора и
светилом);
2) t — часовой угол (угол между плоскостью небесного меридиана и
направлением на светило) отсчитывается в сторону суточного вращения неба, выражается
в градусах или часах и минутах.
К координатам 2-ой
экваториальной системы относят:
1) δ - склонение светила;
2) α - прямое восхождение (угол между точкой весеннего равноденствия и
направлением на светило) отсчитывается против часовой стрелки и выражается в
часах и минутах, градусах.
Соотношение между градусами,
часами и минутами следующее: 360=24, 15=1, 1=4.
Вопросы для обсуждения
1.
Назовите основные
плоскости, линии и точки небесной сферы.
2.
Где восходят и заходят
небесные светила для наблюдателя, находящегося в северном (южном) полушарии
Земли?
3.
Как строятся системы
астрономических координат?
4.
Что называется высотой и
азимутом светила?
5.
Как называются
экваториальные и эклиптические координаты?
6.
Как связаны прямое
восхождение и часовой угол?
Задания для самостоятельной домашней работы
(работа рассчитана на 8 вариантов).
1. По картам звездного атласа определить экваториальные координаты:
1) Альдебарана и Фомальгаута; 2) Альтаира и Проциона; 3) Веги и Ригеля;
4) Арктура и Сириуса; 5) Кастора и Антареса; 6) Регула и Алголя; 7) Денеба и
Поллукса; 8) Капеллы и Спики.
2. По картам и спискам объектов
звездного атласа определить названия, принадлежность к созвездиям, основные
характеристики и уточненные экваториальные координаты небесных объектов,
приближенные экваториальные координаты которых равны:
1)a=2ч14м, d=+570; a=18ч00м, d=-230;
2)a=17ч50м, d=-350; a=1ч30м, d=+300;
3)a=6ч30м, d=+50; a=18ч20м, d=-160;
4)a=17ч35м, d=-320; a=0ч40м, d=+410;
5)a=5ч25м, d=+360; a=18ч00м, d=-240;
6)a=16ч49м, d=+370; a=5ч30м, d=-50;
7)a=21ч30м, d=+480; a=10ч20м, d=-180;
8)a=18ч50м, d=-60; a=1ч35м, d=+160;
Литература
1.
Левитан,
Е.П. Методика преподавания астрономии в средней школе / Е.П. Левитан. – М.:
Просвещение, 1965. – 227 с.
2.
Малахов А.А. Физика и астрономия (компетентностный подход) :
учеб.-метод. пособие / А.А. Малахов ; Шадр. гос. пед. ин-т. – Шадринск :
Шадр. Дом Печати, 2010. – 163 с.
3.
Майоров, В.Ф. Как узнать, что Земля вращается? / В.Ф. Майоров //
Физика. - 2010. – № 2. - С. 45-47.
4. Мякишев
Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н. Н.Физика: Учеб. Для 10 кл. общеобразовательных
учреждений. – М.: Просвещение, 2010.
5. Пинский А.А., Разумовский
В.Г., Бугаев А.И. и др. Физика и астрономия: Учеб для 9 кл. общеобразоват.
Учреждений / Под ред. А.А. Пинского, В.Г. Разумовского.- М.: Просвещение,
2001. – С. 202-212
6. Рандзини, Д. Космос / Д.
Рандзини; Пер. с итал. Н. Лебедевой. – М.: ООО «Издательство Астрель», 2004. –
320 с.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.