Конспект урока по астрономии. Автор: Конспект урока по астрономии ☼. Работа №163201

Тема урока «Модель «горячей Вселенной». Реликтовое излучение».

Цели урока:

образовательные: ввести понятие реликтового излучения, изучить особенности модели горячей Вселенной

развивающие: развитие мышления, развитие взглядов обучающихся на мироздание, формирование научного мировоззрения

воспитательные: развитие коммуникационных компетенций, развитие умения говорить и слушать других, содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира.

Задачи урока: 

1. показать применение закона Вина для расчета

температуры реликтового излучения

2. обосновать модель расширяющейся Вселенной

3. рассмотреть временную хронологию изменения

температуры и состава вещества Вселенной от Большого

взрыва до наших дней

Оборудование: учебник «Астрономия. 10 -11 классы», автор Чаругин В.М.;

снимок излучения Млечного Пути;

таблица «Эволюция Вселенной»;

презентация «Модель «горячей Вселенной». Реликтовое

излучение»

Этапы урока

Актуализация опорных знаний (мотивационный)

Выполнение теста

1. Вселенная - это

А. совокупность наблюдаемых галактик всех типов и их скоплений, а также межгалактической среды.

Б. совокупность наблюдаемых скоплений галактик всех типов.

В. межгалактическая среда.

Г. совокупность наблюдаемых галактик всех типов.

2. Какой тип космологической модели Вселенной предпочтительнее на основе современных наблюдательных данных?

А. стационарный

Б. эволюционный

3. О чём свидетельствует красное смещение в спектрах галактик?

А. Вселенная расширяется

Б. Вселенная сжимается

В. Вселенная стационарна

4. Согласно закону Хаббла

А. Скорость разбегания галактик пропорциональна их возрасту.

Б. Скорость разбегания галактик обратно пропорциональна расстоянию от центра Вселенной.

В. Скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до наблюдателя.

5. Каков приблизительно возраст Вселенной по Хабблу?

А. от 5 до 10 млрд. лет

Б. от 10 до 20 млрд. лет

В. от 20 до 30 млрд. лет

Постановка проблемного вопроса

Примерный возраст наблюдаемой Вселенной 13 млрд лет,

примерный радиус метагалактики - 13 млрд св. лет,

скорость разбегания галактик – 57 км/(с·Мпк).

Эти параметры удалось рассчитать.

Но как ответить на извечный вопрос человечества - как этот мир начался и кончится ли он?

Изучение нового материала

Реликтовое излучение.

Современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной. На ранних этапах Вселенная была не только плотной, но и горячей. По мере расширения температура вещества уменьшалась. Излучение, находящееся в равновесии с веществом, тоже теряло энергию, и его температура должна была понизиться до 3К (-2700С).

Эта гипотеза подтвердилась в 1965 году открытием Арно Пензиаса и Роберта Вильсона микроволнового излучения, максимум энергии которого приходится на длину волны γmax= 1 мм. По закону Вина γmax Т = в, где в=2,9·10-3м·К температура излучения Т = 2,7 К.

Излучение назвали реликтовым (лат. relictum — остаток), т.е. оставшимся от излучения во время Большого взрыва. Это излучение рассеялось, остыло и равномерно заполнило всю расширяющуюся Вселенную. Оно обладает высокой степенью изотропности и спектром, свойственным абсолютно черному телу с температурой Т = 2,7 К.

Рассмотреть структуру распределения реликтового излучения на неоднородностях вещества в эпоху формирования излучения можно по фотографии излучения Млечного Пути.

Модель горячей Вселенной. Химический состав вещества.

Реликтовое излучение указывает на горячее и сверхплотное состояние вещества в начале расширения. Модель горячей Вселенной, т.е. теорию Большого Взрыва, предложил российский и американский физик Георгий (Джордж) Гамов.

Вселенная возникла более 18 млрд лет назад в результате громадного взрыва. Все вещество первоначально было сжато в первичное ядро – горячий, плотный шар. Взрыв сопровождался выбросом ядер водорода, гелия, свободных электронов и излучения.

Выброшенное в космос вещество расширялось и охлаждалось. Миллион лет спустя излучение стало проходить через вещество, его температура была около 3000 К. Это излучение назвали реликтовым. Равновесие между веществом и излучением нарушилось, из свободных протонов и электронов начали образовываться атомы. Плотность вещества во время инфляционной стадии стала меняться, появились очаги притяжения с чуть большей, чем средняя, плотностью. Области с пониженной плотностью делались все разреженнее, так как вещество из них уходило в более плотные области. Практически однородная среда разделилась на отдельные протогалактики и их скопления. Спустя сотни миллионов лет появились первые звезды. Гравитация слепила звезды, планеты, галактики.

Более 14 млрд лет Вселенная продолжает расширяться, галактики удаляются друг от друга. В галактиках рождаются звезды, и на это расходуется первичный водород, образовавшийся в результате Большого взрыва. Новое поколение звезд образуется и из сброшенного вещества при взрывах сверхновых звезд.

Что будет дальше, зависит только от средней плотности вещества Вселенной. Если она будет ниже критической плотности, расширение Вселенной будет продолжаться вечно. Похожий сценарий ждет и плоскую Вселенную, когда плотность равна критической. Через гугол лет прогорит все вещество в звездах, и галактики погрузятся во тьму. Останутся только планеты, белые и коричневые карлики, а столкновения между ними будут крайне редки.

Если верна теория великого объединения взаимодействий, через 1040 лет распадутся составляющие бывшие звезды протоны и нейтроны. Спустя приблизительно 10100 лет испарятся гигантские черные дыры. В нашем мире останутся лишь электроны, нейтрино и фотоны, удаленные друг от друга на огромные расстояния. В известном смысле это будет конец времени.

Если плотность Вселенной окажется слишком велика, то наш мир замкнут, а расширение рано или поздно сменится катастрофическим сжатием. Вселенная закончит свою жизнь в гравитационном коллапсе.

Закрепление изученного материала

Ответы на вопросы:

Где образовалась основная масса гелия? Какими расчетами это можно доказать?

Что подтверждает существование реликтового излучения?

Каковы особенности модели горячей Вселенной?

Рефлексия

Обучающиеся оценивают понимание материала карточками разного цвета.

Домашнее задание: § 36, задание 3 (стр. 133), задача № 34.