Ученики на Учителя.com


Конспект урока "Конечность и бесконечность Вселенной. Расширяющаяся Вселенная"

Трубеко Фаина Ивановна,
учитель физики МБОУ «Лицей №1»
г. Лысьва Пермский край
Тема урока: «Конечность и бесконечность Вселенной. Расширяющаяся
Вселенная»
Тип урока: Урок открытия нового знания
Цель: обучающие формируют для себя представление о космологии и
космологической модели Вселенной, с помощью закона Хаббла вычисляют
примерный радиус и возраст Вселенной.
Планируемые образовательные результаты
Предметные
• связь закона всемирного тяготения с представлениями о конечной и
бесконечной Вселенной;
• использовать знания по физике и астрономии для описания и объяснения
современной картины Вселенной;
• Космологические модели Вселенной.
Метапредметные
• умение воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной,
образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную
информацию в соответствии с поставленными задачами;
• поиск и выделение необходимой информации из условия для решения задач,
применение методов информационного поиска;
Личностные
• целенаправленно организовывать собственную познавательную деятельность,
мотивированность на изучение нового;
• формировать способность обучающихся самостоятельно осуществлять
динамику роста в плане личностного развития, ставить учебные цели, уметь
контролировать и оценивать учебную деятельность и ее результаты
Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация.
Ход урока
В необъятной Вселенной безмерно долгое время будут
возникать для нас, один за другим, новые нерешенные
вопросы; таким образом, перед человеком лежит
уходящий в бесконечность путь научного труда...
Академик Ф. А. Бредихин
I. Мотивация учебной деятельности.
Учитель: Приветствие. Эпиграфом к сегодняшнему уроку взяты слова
академика Бредихина. Какой же вопрос является самым важным в изучении
Вселенной? (Слайд 1)
Ученики высказывают свою точку зрения.
Учитель: На экране новое для вас понятие «Космология».
Прием «Семантическое исследование» слова «Космология». Попробуйте
объяснить, что мы будем понимать под указанным термином. (Космос — с
греческого «вселенная». Логос — на том же древнем языке означает: «понятие,
учение или наука»). (Слайд 2).
Ученики высказывают свою точку зрения и дают определение: Космология
— раздел астрономии, изучающий строение и развитие Вселенной в целом.
(Слайд 3).
Учитель предлагает учащимся сформулировать тему урока, затем
записывает ее на доске (Слайде 4).
Учитель предлагает классу вопросы для обсуждения:
1. Каковы особенности космологии как науки? (Работа в парах. Ученики
отвечают, затем сравнивают свою точку зрения с информацией на Слайде 5).
• Предмет космологии - вся Вселенная, рассматриваемая как единое целое.
• Вселенная - самый большой по масштабу объект науки. Он существует в
природе в единственном экземпляре.
• Вселенную можно только наблюдать, экспериментировать с нею
невозможно.
• Никаких других вселенных нам не дано, и сравнивать нашу Вселенную не с
чем.
• Опираясь на законы физики, математики, астрономии и философии
космология создаёт модель о структуре и эволюции Вселенной.
2. Какие космологические теории вы знаете? (Ученики отвечают, Слайды 6 -10).
II. Актуализация знаний.
а) Учитель (Слайд 11): выберите правильные ответы к приведенным
вопросам:
1. Размер Вселенной….
а) бесконечная; б) 14 млрд. световых лет; в) размер неизвестен.
2. Каков возраст Вселенной?
а) вечно; б) 13,7 млрд. лет; в) 20 млрд. лет.
3. Какова температура Вселенной?
а) 0
0
С; б) 3К; в) нет температуры.
Учащиеся дают ответы на вопросы или затрудняются ответить на вопрос
б) Учитель: (Работа в группах) Оцените, используя закон Хаббла
Группа 1. Максимальный радиус Метагалактики?
Группа 2. Возраст Вселенной?
(расчет по форм уле
)
1
ВС
HHr
rr
t ===
После обсуждения с учениками выполняются на доске расчеты
III. Выявление места и причины затруднения
Учитель (Слайд 12): Как и всякая наука, космология не стоит на месте - она
развивается. Трудности в создании современной космологической теории.
В течение XIX в. обнаружились три противоречия, которые были
сформулированы в форме трех парадоксов, названных космологическими. Они,
казалось, подрывали представление о бесконечности Вселенной.
а) Вопрос классу: Почему ночное небо кажется нам черным?
Фотометрический парадокс или парадокс Ольберса. Если Вселенная
бесконечна и звезды в ней распределены равномерно, то по любому направлению
мы должны видеть какую-нибудь звезду. В этом случае фон неба был бы
ослепительно ярким, как Солнце.
б) Гравитационный парадокс. Если Вселенная бесконечна и звезды
равномерно занимают ее пространство, то сила тяготения в каждой его точке
должна быть бесконечно велика, а стало быть, бесконечно велики были бы и
относительные ускорения космических тел, чего, как известно, нет.
) формуле по (расчёт
H
c
R
M
=
в) Термодинамический парадокс. Все тела во Вселенной стремятся к
тепловому равновесию. Если Вселенная существует бесконечно долго, то почему
же тепловое равновесие в природе до сих пор не наступило, а тепловые процессы
продолжаются до сих пор?
Проблемная ситуация: Как разрешить эти парадоксы? Каков выход из
тупика?
IV. Построение проекта выхода из затруднительного
положения.
Учитель: (Слайд 17-19) Современная
космологическая теория
1. Современная космология возникла в прошлом
столетии, датой возникновения считается 1915 - 16 г.
г., когда Альберт Эйнштейн создаёт общую теорию относительности –
релятивистская теория тяготения.
2. В 1922 году советский математик Александр
Фридман (рассказ о Фридмане), анализируя
уравнения общей теории относительности
Эйнштейна, предлагает модель Вселенной:
• Вселенная не может находиться в
стационарном состоянии — она должна
либо расширяться, либо пульсировать;
• Фридман показал, что решения уравнений
общей теории относительности для
Вселенной позволяют построить три
возможные модели Вселенной. 1 — это замкнутая Вселенная, 2 —
открытая Вселенная, и 3 — плоская Вселенная;
• предсказал три сценария изменения расстояния между объектами во
Вселенной.
3. Хаббл пришёл к выводу, что красное смещение обусловлено эффектом
Доплера и является следствием взаимного удаления галактик, чем дальше от нас
находятся галактики, тем с большей скоростью они удаляются. Данное открытие
совершило настоящий переворот в космологии. Стало ясно, что Вселенная
не статична, а движется в направлении расширения. А это, в свою очередь
свидетельствовало в пользу того, что она имела начало и когда-то была
сконцентрирована (сжата) в одной области, или точке.
Учитель: Проблемный вопрос: Каковы возможные сценарии развития
Вселенной? Ученики высказывают свою точку зрения и знакомятся возможными
вариантами по Слайду 20.
Учитель: От чего зависит характер будущего расширения Вселенной?
Ученики затрудняются ответить.
Учитель (Слайд 21): Чтобы определить характер будущего расширения
Вселенной необходимо сравнить критическое значение плотности вещества
Вселенной с ее средней плотностью.
а) Критическое значение плотности вещества, от которой зависит характер
движения и геометрия Вселенной определяется по формуле:
,
8
3
2
G
H
кр
=
G –
гравитационная постоянная, Н=75км/сМпк - постоянная Хаббла.
Учащиеся рассчитывают
кр
= 10
-26
кг/м
3
б) (Слайд 22) Как рассчитать среднюю плотность вещества нашей Вселенной?
(обсуждение и вычисление средней плотности Вселенной).
Обсуждение с учащимися:
Количество наблюдаемых галактик около N=100 млрд.,
в каждой галактике примерно n=10
11
звезд,
масса звезд будем считать в среднем равной массе Солнца M
10
30
кг
M = NnM
- масса Вселенной в объеме
Учитель предлагает учащимся прочитать по учебнику стр. 129, абзац «Если
средняя плотность вещества во Вселенной….), представить информацию в
виде таблицы, идет обсуждение.
V. Закрепление материала.
(Слайд 23-26) Выберите верные ответы:
1. С помощью постоянной Хаббла можно определить следующий параметр
Вселенной:
a) радиус;
b) массу;
c) светимость;
d) среднюю температуру;
e) возраст.
2. Скорости разбегания галактик…
a) пропорциональны их возрасту;
b) пропорциональны расстоянию от наблюдателя;
c) пропорциональны расстоянию от центра Вселенной;
d) обратно пропорциональны расстоянию от центра Вселенной;
e) не подчиняются никакой закономерности.
3
3
4
RV
=
3. Сопоставьте возможные сценарии эволюции Вселенной и ее среднюю
плотность в настоящий момент.
А) Плотность больше критической
Б) Плотность равна критической
В) Плотность меньше критической
1. ускоренное расширение
2. расширение со временем сменится
сжатием
3.расширение с постоянной
скоростью
4. Какие из перечисленных систем не участвуют в космологическом расширении
Вселенной (т.е. не меняют из-за этого своих размеров). А) наша галактика; Б)
скопление галактик в Деве; в) Вселенная; г) Солнечная система; Д) местная
группа галактик.
VI. Рефлексия:
«Три М».
Учащимся предлагается назвать три момента, которые их удивили сегодня на
уроке и один вопрос, на который они хотели бы получить ответ.
VII. Домашнее задание.
§§ 34, 35. Используя материал §35 подготовить сообщение «Расширение
Вселенной и теория тяготения Ньютона».
Литература:
1. Астрономия 10-11 класс : учебник для общеобразовательных учреждений:
базовый уровень / В.М. Чаругин; под ред. В.М. Чаругина: Просвещение,
2017.;
2. Википедия http://ru.wikipedia.org
3. Галузо И.В., Голубев В.А., Шимбалев А.А. Астрономия, практические
работы и тематические задания, 11 класс, 2013
4. Штерн Б. Е. Прорыв за край мира. Москва, Троицк, 2014 г.
Скачать материал

Педагогика - еще материалы к урокам: