УСКОРЕННОЕ РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ И ТЁМНАЯ ЭНЕРГИЯ. ОБНАРУЖЕНИЕ ПЛАНЕТ ВОЗЛЕ ДРУГИХ ЗВЁЗД

УСКОРЕННОЕ РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ И ТЁМНАЯ ЭНЕРГИЯ. ОБНАРУЖЕНИЕ ПЛАНЕТ ВОЗЛЕ ДРУГИХ ЗВЁЗД

Задачи урока:

—      познакомить с проблемами установления свойств и природы тёмной материи;

—      познакомить с открытием ускоренного расширения Вселенной и гипо- тезами, объясняющими этот эффект;

—      дать определение экзопланеты;

—      познакомить с методами поиска экзопланет;

—      по снимкам экзопланет определить радиусы их орбит, вычислить тем- пературу поверхности экзопланет;

—      оценить возможность наличия жизни земного типа на рассматривае- мых экзопланетах.

Планируемые результаты обучения учащегося:

—      приводит факты, свидетельствующие о существовании тёмной материи и тёмной энергии;

—      приводит факты, свидетельствующие о влиянии тёмной энергии на скорость расширения Вселенной;

—      формулирует определение экзопланеты;

—      перечисляет и объясняет методы, используемые для обнаружения эк- зопланет;

—      приводит примеры наблюдений, с помощью которых можно  устано- вить наличие жизни на поверхности экзопланет;

—      использует закон Стефана—Больцмана для определения температуры планеты.

Достигаемые результаты обучения

Личностные: формирование убеждённости в познаваемости Вселенной, в необходимости разумного использования достижений науки для дальнейшего развития цивилизации, научного мировоззрения, соответствующего современ- ному уровню развития науки, самостоятельности в приобретении новых зна- ний и практических умений, коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками.

Метапредметные: формирование  умений  воспринимать,  перерабатывать и представлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, соотносить свои действия с планируемыми резуль- татами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результатов.

Предметные: овладение научным подходом к решению различных задач, формирование умения оценивать полученные результаты, целостной научной картины мира, представлений о познаваемости мира и об объективности на- учного знания; понимание физической сущности наблюдаемых астрономиче- ских явлений, влияния космоса на Землю и жизнь людей; осознание  связи между уровнем развития науки и техники и современными представлениями о Вселенной.

Ресурсы урока

Основные: учебник, тетрадь-практикум, задачник.

Оборудование для выполнения лабораторной работы: снимки экзопланет, карандаш, линейка с миллиметровыми делениями, калькулятор.

Домашнее задание

Учебник: § 37, 38, ответить на вопросы; задачник: разобрать решение за- дачи 1 на с. 64, № 9.1, 9.9, 9.11.

Рекомендации методиста

Так как урок насыщен теоретическим материалом и включает лаборатор- ную работу, начинаем его с беседы. Предлагаем учащимся вспомнить, какие данные наблюдений привели к выводу о существовании тёмной материи (рис. а на с. 119 учебника). Следует отметить, что природа тёмной материи до- стоверно не установлена. Наиболее вероятными кандидатами в составляющие тёмной материи являются слабовзаимодействующие массивные частицы — WIMPs. Подробно и понятно о тёмной материи рассказывает А.  В.  Засов  в своей лекции «Тёмная материя во Вселенной: реальность или миф?».

Следует остановиться на наблюдениях, которые привели к выводу о су- ществовании тёмной энергии, но не увлекаться обсуждением гипотез, объяс- няющих её природу. В изучении этого феномена пока больше вопросов, чем ответов. Материала учебника вполне достаточно для того, чтобы сформировать представление о тёмной материи и её проявлениях.

Так как выполнение лабораторной работы требует довольно много време- ни, рекомендуем материал § 38 оставить для самостоятельного изучения дома. Определение экзопланеты приводится в тетради-практикуме. Там же вводится понятие «зона обитаемости».

Для выполнения работы учащимся необходимо вспомнить определение аб- солютной звёздной величины и формулу для её вычисления, формулу закона Стефана—Больцмана.

Перед выполнением заданий обязательно нужно ознакомиться с до- полнительными сведениями, где приводится описание одного из методов определения температуры экзопланеты. С тепловым излучением учащиеся знакомятся в курсе физики, но понятие «чёрное тело» может быть им не- знакомо.

Чёрное тело (правильнее — абсолютно чёрное тело) — это физическая абстракция (модель). Его свойства: чёрное тело поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах; ничего не отражает; может излучать электромагнитные волны любой частоты; спектр излучения чёрного тела определяется только его температурой.

Мощность излучения абсолютно чёрного тела определяется по закону Сте- фана—Больцмана (с. 83 учебника).

Из наблюдений установлено, что излучение звёзд по своим характеристи- кам близко к излучению абсолютно чёрного тела, что позволяет определять температуру звезды, если известна её светимость (и наоборот).

Ход работы достаточно подробно описан в тетради-практикуме. Реко- мендуем организовать малые группы учащихся (2—4 человека) для вы- полнения работы. Так как вычисления довольно сложные, можно заранее подготовить таблицу и ввести формулы (например, в электронной таблице Excel).

При обсуждении результатов выполнения работы следует остановиться на двух моментах.

1.      Наша оценка температур планет была сделана на основании предпо- ложения, что планеты не имеют собственных источников энергии. В рассма- триваемой системе звезды HR 8799 это не так. Действительные температуры планет невозможно определить по имеющимся данным. Тем не менее про- ведённые вычисления температуры не являются бессмысленными: они позво- ляют оценить нижнюю границу температуры. Определённые в работе темпе- ратуры планет являются слишком низкими, чтобы на этих планетах могла возникнуть жизнь.

2.      В рассмотренной планетной системе четыре планеты видны непосредствен- но. Они удалены от звезды: ближайшая — на 15 а. е., наиболее дальняя — на

66 а. е. Тот факт, что мы можем наблюдать планеты непосредственно (на снимках), позволяет сделать вывод: эти планеты должны быть либо очень большими, либо очень горячими, либо большими и горячими  одновременно (что и реализуется в этом случае). Таким образом, из возможности прямого наблюдения экзопланет следует вывод о невозможности возникновения на них жизни земного типа.

Заканчиваем урок обсуждением  ответов  на  вопросы  (тетрадь-практикум, с. 32).

Применение информационных  технологий

Урок полезно сопроводить мультимедийной презентацией, демонстрацией медиаобъектов. В процессе выполнения лабораторной работы ученики могут использовать подготовленные заранее таблицы Microsoft Excel или подобные, которые ускоряют выполнение расчётов. На всех этапах урока ученики могут использовать ресурсы Интернета.

Технологическая карта урока

Этап урока (ресурсы)   Содержание этапа        Деятельность

                   учителя      ученика

Изучение нового материала (учеб- ник, мультиме- дийная презен- тация)      Беседа         Использует мульти- медийную презента- цию, формулирует определения, обра- щает внимание на важные детали, де- лает записи на до- ске        Слушает объяснение учителя, участвует в обсуждении, записы- вает определения и выводы в тетради

Выполнение ла- бораторной ра- боты (тетрадь- практикум) Выполнение ла- бораторной ра- боты, оформле- ние результатов        Организует выполне- ние лабораторной работы, оказывает помощь при возник- новении затруднений     Выполняет задания в тетради-практикуме, отвечает на вопросы для закрепления ма- териала, задаёт во- просы учителю

Подведение ито- гов урока (учеб- ник, задачник, мультимедийная презентация)         Обобщение изу- ченного матери- ала, оценка ра- боты учащихся Предлагает вопросы для обсуждения, подводит итоги        Принимает участие в обсуждении, оцени- вает ответы одно- классников,  свою работу