Metodika prepodavaniya astronomii

---

<< Predydushaya

Soderzhanie

Sleduyushaya >>

Metodika provedeniya 1 uroka
"Metody astronomicheskih issledovanii"

Cel': znakomstvo uchashihsya s metodami astronomicheskih issledovanii.

Zadachi obucheniya:

Obsheobrazovatel'nye: formirovanie ponyatii:

- o metodah astronomicheskih issledovanii: astronomicheskih nablyudeniyah (vizual'nyh, fotograficheskih, fotometricheskih, spektroskopicheskih i t.d.), astronomicheskih izmereniyah i kosmicheskih eksperimentah;
- o klassifikacii metodov astronomicheskih issledovanii v zavisimosti ot ih zadach i ispol'zuemyh instrumentov;
- ob usloviyah provedeniya i osobennostyah astronomicheskih issledovanii;
- o primenenii zakonov fiziki dlya opredeleniya osnovnyh fizicheskih harakteristik kosmicheskih ob'ektov i vzaimosvyazi etih harakteristik;
- ob astronomicheskih formulah, pozvolyayushih rasschityvat' osnovnye fizicheskie harakteristiki kosmicheskih ob'ektov na osnove dannyh astronomicheskih nablyudenii;
- o primenenii fizicheskih priborov v astronomicheskih issledovaniyah, ih naznachenii, ustroistve i principe deistviya.

Vospitatel'nye: formirovanie nauchnogo mirovozzreniya uchashihsya v hode znakomstva s metodami astronomicheskih issledovanii. Patrioticheskoe vospitanie pri oznakomlenii s rol'yu rossiiskoi nauki i tehniki v razvitii astronomicheskih i kosmicheskih metodov issledovaniya Vselennoi. Politehnicheskoe obrazovanie i trudovoe vospitanie pri izlozhenii svedenii o prakticheskom primenenii fiziki dlya sozdaniya astronomicheskih metodov issledovaniya, priborov i sredstv kosmonavtiki.

Razvivayushie: formirovanie umenii analizirovat' informaciyu, sostavlyat' klassifikacionnye shemy, reshat' zadachi na raschet osnovnyh fizicheskih harakteristik kosmicheskih tel po dannym astronomicheskih nablyudenii.

Ucheniki dolzhny znat':

- osnovnye metody astronomicheskih issledovanii: nablyudeniya (vizual'nye, fotograficheskie, fotometricheskie, spektroskopicheskie i t.d.), izmereniya i kosmicheskie eksperimenty; v tom chisle, naibolee podrobno - o primenenii spektral'nogo analiza dlya opredeleniya osnovnyh fizicheskih harakteristik kosmicheskih ob'ektov (himicheskogo sostava, svetimosti, temperatury, massy, razmerov, skorosti i napravleniya dvizheniya i t.d.);
- usloviya provedeniya i osobennosti astronomicheskih nablyudenii;
- o primenenii zakonov fiziki dlya opredeleniya osnovnyh fizicheskih harakteristik kosmicheskih ob'ektov i vzaimosvyazi etih harakteristik;
- nekotorye formuly, pozvolyayushih rasschityvat' osnovnye fizicheskie harakteristiki (massy, razmery, svetimost' i t.d.) kosmicheskih ob'ektov (zvezd i planet) na osnove dannyh astronomicheskih nablyudenii (o bleske i parallakse) kosmicheskih ob'ektov;
- o primenenii fizicheskih priborov (elektrofotometrov, FEU, fotoapparatury, spektrometrov) v astronomicheskih issledovaniyah, ih naznachenii, ustroistve i principe deistviya.

Ucheniki dolzhny umet': sostavlyat' klassifikacionnye shemy, pol'zovat'sya vysheperechislennymi priborami.

Naglyadnye posobiya i demonstracii:

- fotografii, diapozitivy, shemy i risunki krupneishih observatorii mira;
- diafil'my "Chto izuchaet astronomiya"; "Razvitie predstavlenii o Vselennoi"; "Metody astrofizicheskih issledovanii";
- kinofil'my (fragmenty kinofil'mov): "Astronomiya i mirovozzrenie"; "Prakticheskie primeneniya astronomii";
- tablicy: "Metody astronomicheskih issledovanii"; "Spektral'nye issledovaniya"; "Spektral'nyi analiz";
- pribory: elektrofotometr (lyuksmetr), FEU, spektroskop, vysotomer, teodolit.

Zadanie na dom:

1. Po materialu uchebnikov:

- B.A. Voroncov-Vel'yaminova: povtorit' §§ 1(1, 2), 2 (2), izuchit' § 14; upr. 14.
- E.P. Levitana: povtorit' § 1; voprosy k paragrafu.
- A.V. Zasova, E.V. Kononovicha: povtorit' § 1(1-5), izuchit'§§ 12, 14; upr. 14.5 (1,2).

2. Vypolnit' zadaniya iz sbornika zadach Voroncova-Vel'yaminova B.A. [28]: 238; 240.

3. Dopolnitel'nye zadachi dlya uchashihsya fiziko-matematicheskih klassov: vypolnit' zadaniya iz sbornika olimpiadnyh zadach V.G. Surdina [289]: 11.7; 11.8; 11.11; 11.16.

Plan uroka

Etapy uroka	Soderzhanie	Metody izlozheniya	Vremya, min
1	Aktualizaciya astronomicheskih znanii; povtorenie materiala po fizike i astronomii	Beseda	10
2	Izlozhenie novogo materiala: 1. Metody i instrumenty astronomicheskih issledovanii. Osobennosti astronomicheskih nablyudenii. 2. Klassifikaciya metodov astronomicheskih issledovanii v zavisimosti ot ih zadach i ispol'zuemyh instrumentov; 3. Primenenie fizicheskih priborov v astronomicheskih issledovaniyah, ih naznachenie, ustroistvo i princip deistviya; 4. Primenenie zakonov fiziki dlya opredeleniya osnovnyh fizicheskih harakteristik kosmicheskih ob'ektov i vzaimosvyazi etih harakteristik	Lekciya, beseda, rasskaz uchitelya	20-25
3	Zakreplenie izuchennogo materiala. Reshenie zadach	Rabota u doski, samostoyatel'noe reshenie zadach v tetradi	5-7
4	Podvedenie itogov uroka. Domashnee zadanie		3-5

Metodika provedeniya uroka:

V nachale uroka provoditsya povtorenie i proverka znanii, priobretennyh ranee na urokah astronomii i fiziki i aktualiziruetsya prednaznachennyi k izucheniyu material. Uchenikam zadayut voprosy:

1. Chto takoe astronomiya? Kakie razdely astronomii vy znaete? Chto oni izuchayut?
2. Kak razvivalas' astronomiya? Kakie uchenye vnesli naibol'shii vklad v ee razvitie?
3. Kak primenyayutsya lyud'mi znaniya po astronomii?
4. Kakie metody astronomicheskih issledovanii vy znaete? Kakovy ih osobennosti?
5. Kakie astronomicheskie instrumenty vam izvestny? Kak i dlya chego oni primenyayutsya?

V hode oprosa uchitel' dopolnyaet, ispravlyaet i obobshaet znaniya uchashihsya. Znaniyam uchenikov o metodah astronomicheskih issledovanii (s. 13) udelyaetsya osoboe vnimanie.

Zatem s oporoi na znaniya po fizike o shkale elektromagnitnyh voln, harakteristikah i svoistvah ee osnovnyh diapazonov i o spektrah izlagaetsya material:

Analiz elektromagnitnogo izlucheniya kosmicheskih ob'ektov daet astronomam svyshe 90 % svedenii ob ih fizicheskoi prirode, osnovnyh harakteristikah i osobennostyah, o kosmicheskih yavleniyah i processah.

Do serediny XIX veka astronomiya byla isklyuchitel'no opticheskoi: vse nablyudeniya velis' v uzkom (400-760 nm) diapazone dlin voln vidimogo sveta, zatem issledovaniya rasprostranilis' na infrakrasnyi i ul'trafioletovyi diapazony, a k seredine HH veka astronomy mogli issledovat' pochti ves' diapazon teplovogo izlucheniya. Kosmonavtika pozvolila vesti izuchenie kosmicheskih ob'ektov vo vsem diapazone dlin voln elektromagnitnogo izlucheniya.

Sovremennaya astronomiya yavlyaetsya vsevolnovoi naukoi.

Nazemnye issledovaniya elektromagnitnogo izlucheniya kosmicheskih ob'ektov imeyut svoi osobennosti, opredelyaemye prozrachnost'yu zemnoi atmosfery dlya raznyh dlin voln elektromagnitnogo izlucheniya (ris. 84).

Zemnaya atmosfera imeet dva "okna prozrachnosti": v diapazone radiovoln dlinoi ot 1 mm do 15-30 m i v opticheskom diapazone (0,3 mkm < l < 1,5-2 mkm). Ostal'noe izluchenie pogloshaetsya ili rasseivaetsya molekulami i atomami vozduha.

Ris. 84

Energiya kvantov sveta () tem vyshe, chem men'she dlina volny. Poetomu, hotya chelovecheskii glaz vidit v diapazone ot 4× 10^-7 do 7,6× 10^-7 m, luchshe vsego on vosprinimaet volny zhelto-zelenoi chasti spektra (l = 555 nm) - chast' spektra solnechnogo izlucheniya, na kotoruyu prihoditsya maksimum spektral'noi plotnosti energeticheskoi svetimosti Solnca i naimenee pogloshaemoi zemnoi atmosferoi. S umen'sheniem osveshennosti zemnoi poverhnosti - v sumerkah, noch'yu, - glaz stanovitsya bolee chuvstvitel'nym k bolee energichnym lucham sine-fioletovoi chasti spektra (l = 507 nm). Trenirovannyi glaz sposoben razlichat' cveta (uchastki spektra) s raznost'yu dlin voln v 2× 10^-9 m.

Po toi zhe prichine zemnye rasteniya ravnin okrasheny v zelenyi cvet, a vysokogornye imeyut golubovato-sinii ottenok: chem bol'she solnechnoi energii padaet na ih list'ya, tem intensivnee idet process fotosinteza.

Svedeniya o primenenii spektral'nogo analiza dlya izucheniya fizicheskih harakteristik kosmicheskih ob'ektov privlekayut vnimanie uchenikov svoei vysokoi rezul'tativnost'yu, intriguyut ih, sozdayut polozhitel'nye motivy k izucheniyu materiala po fizike i astronomii. K nachalu izucheniya razdela shkol'niki uzhe dolzhny izuchit' material o spektral'nom analize v ramkah sootvetstvuyushego razdela fiziki; odnako zhelatel'no v hode nebol'shoi besedy povtorit' i aktualizirovat' znaniya uchashihsya, zadavaya im voprosy: "Chto takoe spektr? Kakie vidy spektrov vy znaete? Kakie ob'ekty, v kakom sostoyanii dayut lineichatye? Polosatye? Sploshnye spektry? Kak po spektru ob'ekta opredelit' ego himicheskii sostav? Temperaturu? Skorost' i napravlenie dvizheniya? V sluchae massovogo zatrudneniya sleduet dat' uchenikam neobhodimye raz'yasneniya.

Otkrytie osnov spektral'nogo analiza v seredine XIX veka proizvelo podlinnuyu revolyuciyu v astrofizike. Spektral'nyi analiz pozvolil ustanovit' osnovnye fizicheskie harakteristiki kosmicheskih tel: temperaturu, skorost' dvizheniya po luchu zreniya, nalichie magnitnogo polya, himicheskii sostav i t. d., pozvolil sudit' o processah, protekayushih v atmosferah i na poverhnosti kosmicheskih tel.

Pervye spektral'nye nablyudeniya kosmicheskih tel proizvodilis' vizual'no, pri pomoshi spektroskopa, vmontirovannogo v okulyarnyi uzel teleskopa. Zatem spektry kosmicheskih tel stali fotografirovat'sya.

V nastoyashee vremya uchenye mogut izuchat' spektry kosmicheskih ob'ektov na vsem protyazhenii shkaly elektromagnitnyh voln: ot radio- do g -diapazona, issleduya ne tol'ko teplovoe izluchenie tel, ispuskaemoe veshestvom za schet vnutrennei energii dvizheniya ego molekul i atomov, pri perehode elektronov s odnogo energeticheskogo urovnya na drugoi i ih rekombinacii (10^-9 < l < 10^-3 m), no i neteplovoe izluchenie (l < 10^-9 m i l > 10^-3 m), voznikayushee pri uskorennom dvizhenii elektronov, atomnom raspade i drugih processah.

Mehanizm i osobennosti izlucheniya opredelyayutsya iz haraktera nepreryvnogo spektra.

Osnovnoe chislo spektral'nyh linii lezhit v predelah diapazona dlin voln opticheskogo izlucheniya (10^-11-10^-2 m). S pomosh'yu special'nyh svetofil'trov uchenye mogut "vyrezat'" opredelennyi uchastok spektra i podrobno issledovat' izluchenie v ochen' uzkom (do 1-2× 10^-9 m) diapazone dlin voln, svoistvennom kakomu-libo otdel'nomu himicheskomu elementu. Po spektru kosmicheskih tel mozhno opredelit' ih temperaturu.

Ris. 85

Po zakonu Vina: dlina volny, na kotoruyu prihoditsya maksimum spektral'noi plotnosti energeticheskoi svetimosti, obratno proporcional'na temperature tela: , gde v = 2,898× 10^-3 m× K - postoyannaya Vina.

Dlya mnogih kosmicheskih ob'ektov maksimum energeticheskoi svetimosti lezhit v nevidimoi chasti spektra. U planetnyh tel on nahoditsya v osnovnom v infrakrasnoi i radiovolnovoi chasti spektra: dlya Zemli l _max » 0,01 mm; dlya vysokotemperaturnyh zvezd mozhet smeshat'sya v ul'trafioletovuyu oblast' i t.d.

Po shirine spektral'nyh linii mozhno sudit' o svetimosti kosmicheskih tel.

Po spektru kosmicheskih tel mozhno opredelit' ih himicheskii sostav. Sravnivaya polozhenie linii (polos) poglosheniya ili izlucheniya v spektre kosmicheskogo tela i etalonnyh spektrah razlichnyh himicheskih elementov i soedinenii, uchenye opredelyayut kachestvennyi himicheskii sostav, a po yarkosti (intensivnosti) linii i polos sudyat o kolichestvennom (procentnom) soderzhanii kazhdogo elementa ili soedineniya.

Po spektru kosmicheskih tel mozhno sudit' o stepeni ionizacii i sostoyanii ego veshestva, koncentracii veshestva, davlenii i masse gaza v tumannostyah i zvezdah.

Po spektru kosmicheskih tel mozhno sudit' o nalichii i moshnosti ih magnitnyh polei, vozdeistvuyushih na elektromagnitnye volny; v rezul'tate kazhdaya liniya v spektre "rassheplyaetsya" na 2 ili bolee linii-blizneca (effekt Zeemana-Shtarka).

Po spektru kosmicheskih ob'ektov, nablyudaemyh kak edinoe celoe dazhe v moshneishie teleskopy, mozhno ustanovit', kakie iz nih na samom dele yavlyayutsya sistemami kosmicheskih tel i kakie tela s kakimi harakteristikami vhodyat v eti sistemy: spektry ih prosto "nakladyvayutsya" odin na drugoi.

Po spektru kosmicheskih tel mozhno opredelit' harakteristiki ih dvizheniya: nalichie i skorost' vrasheniya, napravlenie i skorost' peremesheniya v prostranstve otnositel'no nablyudatelya, a v ryade sluchaev i rasstoyanie do nih.

Po principu Doplera dlya optiki, pri sblizhenii nablyudatelya s istochnikom izlucheniya dliny voln izlucheniya ukorachivayutsya (linii v spektre ravnomerno sdvigayutsya) v fioletovuyu chast' spektra; pri udalenii ob'ekta spektral'nye linii sdvigayutsya v krasnuyu chast' spektra.

Vrashenie kosmicheskih tel obnaruzhivaetsya po regulyarnomu smesheniyu linii v oba konca ot srednego polozheniya. Po luchevym skorostyam otdel'nyh oblastei vnutri galaktik iz ih spektrov uznayut o vnutrennih dvizheniyah i raspredelenii mass veshestva; po intensivnosti emissionnyh linii - o kolichestve goryachego gaza, osobennostyah ego raspredeleniya i skorostyah dvizheniya vnutri galaktiki. Dlya dalekih galaktik velichina "krasnogo smesheniya" spektral'nyh linii proporcional'na ih udalennosti: , gde l ₀ - dlina volny spektral'noi linii pri nepodvizhnom istochnike, v_l- skorost' po luchu zreniya.

Pervye fotograficheskie nablyudeniya kosmicheskih ob'ektov nachalis' v 40-h godah proshlogo veka srazu posle izobreteniya fotografii. Astronomy vysoko cenyat preimushestva astrofotografii pered vizual'nymi nablyudeniyami: integral'nosti - sposobnosti fotoemul'sii postepenno nakaplivat' svetovuyu energiyu (s pomosh'yu obychnogo fotoapparata na ustanovke s chasovym mehanizmom za 15 minut ekspozicii mozhno poluchit' snimki zvezd do 9^m, za 1 chas - do 11^m); momental'nosti; panoramnosti; ob'ektivnosti - na nee ne vliyayut lichnye osobennosti nablyudatelya. Fotografiya yavlyaetsya svoeobraznym dokumentom: mnogie astronomicheskie otkrytiya byli sdelany ili utochneny, dokazany s pomosh'yu fotografii, snyaty desyatki let nazad, poetomu negativy astrofotonablyudenii hranyatsya v special'nyh arhivah observatorii. Obychnaya fotoemul'siya bolee chuvstvitel'na k sine-fioletovomu izlucheniyu, odnako v nastoyashee vremya astronomy primenyayut pri s'emke kosmicheskih ob'ektov fotomaterialy, chuvstvitel'nye k razlichnym chastyam spektra elektromagnitnyh voln, ne tol'ko k vidimym, no i k infrakrasnym i ul'trafioletovym lucham. Chuvstvitel'nost' sovremennyh fotoemul'sii sostavlyaet desyatki tysyach edinic ISO. Shirokoe primenenie v astronomii v poslednie desyatiletiya poluchila takzhe kinos'emka i videozapis', primenenie televideniya.

Teleskopy, prednaznachennye dlya provedeniya fotograficheskih nablyudenii, nazyvayutsya astrografami.

Odnim iz osnovnyh metodov astrofizicheskih issledovanii yavlyaetsya astrofotometriya, opredelyayushaya energeticheskie harakteristiki ob'ektov putem izmereniya energii ih elektromagnitnogo izlucheniya. Osnovnymi ponyatiyami astrofotometrii yavlyayutsya bleska i zvezdnoi velichiny nebesnogo svetila.

V hode kratkogo oprosa (besedy) aktualiziruem znaniya uchenikov o bleske nebesnyh svetil, shkale zvezdnyh velichin, formule Pogsona i osnovnyh fotometricheskih ponyatiyah (osveshennosti i zakonah osveshennosti). Napominaem, chto opredelyaemaya zvezdnaya velichina zavisit ot spektral'noi chuvstvitel'nosti priemnika izlucheniya. Vvodim ponyatiya:

Vizual'naya zvezdnaya velichina (m_v) opredelyaetsya pryamym nablyudeniyami i otvechaet spektral'noi chuvstvitel'nosti chelovecheskogo glaza (maksimum chuvstvitel'nosti vblizi l ~ 555 mkm).

Fotograficheskaya zvezdnaya velichina (m_r) opredelyaetsya izmereniem osveshennosti svetilom na fotoplastinke (pri fotograficheskih nablyudeniyah), chuvstvitel'noi k sine-fioletovym i ul'trafioletovym lucham.

Bolometricheskaya zvezdnaya velichina (m_v) opredelyaetsya priborom bolometrom i otvechaet polnoi, prosummirovannoi po vsemu spektru izlucheniya, moshnosti izlucheniya svetila. "Nulevaya" bolometricheskaya velichina (m_v = 0^m) ravna svetovomu potoku 2,54× 10^-8 Vt/m³ i sozdaet osveshennost' 2,77× 10^-7 Lk.

Dlya protyazhennyh, imeyushih bol'shie uglovye razmery ob'ektov opredelyaetsya integral'naya (obshaya) zvezdnaya velichina, ravnaya summe bleska ego chastei.

Dlya sravneniya energeticheskih harakteristik kosmicheskih ob'ektov, udalennyh na raznye rasstoyaniya ot Zemli, vedeno ponyatie absolyutnoi zvezdnoi velichiny.

Absolyutnaya zvezdnaya velichina (M) - zvezdnaya velichina, kotoroi obladalo by svetilo na rasstoyanii 10 parsek ot Zemli:

, gde p - parallaks svetila, r - rasstoyanie ot svetila. 10 pk = 3,086× 10¹⁷ m.

Absolyutnaya zvezdnaya velichina yarchaishih zvezd-sverhgigantov okolo -10^m.

Absolyutnaya zvezdnaya velichina Solnca + 4,96^m.

Do serediny XIX veka fotometriya kosmicheskih ob'ektov byla isklyuchitel'no vizual'noi: dlya izmereniya svetovyh harakteristik kosmicheskih ob'ektov ispol'zovalsya chelovecheskii glaz.

V vizual'nyh fotometrah blesk svetila sravnivaetsya s yarkost'yu iskusstvennogo istochnika sveta, izmenyaemogo s pomosh'yu dymchatogo klina ili sistemy polyarizatorov. Tochnost' izmerenii dostigaet 0,02^m.

V fotograficheskoi fotometrii izmeryayutsya razmery i stepen' pocherneniya negativnogo izobrazheniya kosmicheskogo ob'ekta, s tochnost'yu do 0,1^m-0,2^m.

S nachala HH veka primenyayutsya fotoelektricheskie fotometry, obespechivayushie tochnost' izmereniya do 0,1^m. Princip ih deistviya osnovan na primenenii svetochuvstvitel'nyh fotoelementov.

Osnovnym instrumentom sovremennoi astrofotometrii yavlyayutsya fotoelektricheskie umnozhiteli (FEU) (ris. 86).

Ris. 86. Shema FEU

 V FEU potok kvantov sveta, padayushii na fotokatod K, vybivaet iz nego elektrony (yavlenie vneshnego fotoeffekta), uskoryaemye elektricheskim polem i popadayushih na emitter E₁, vybivaya iz nego novye elektrony, kotorye uskoryayutsya i padayut na vtoroi emitter i t. d.; potok elektronov padaet na anod, voznikshii elektricheskii tok registriruetsya gal'vanometrom. Tochnost' izmerenii sostavlyaet svyshe 0,01^m (do 0,003^m).

Elektrofotometry sposoby ulovit' raznicu v bleske menee 0,001^m (ris. 87).

Napominaem prinyatoe v fizike (fotometrii) ponyatie svetimosti i primenyaem ego dlya opisaniya energeticheskih harakteristik kosmicheskih ob'ektov:

Svetimost' (L) - kolichestvo energii, izluchaemoi poverhnost'yu svetila v edinicu vremeni. Svetimost' zvezd vyrazhaetsya v absolyutnyh (energeticheskih) edinicah ili v sravnenii so svetimost'yu Solnca (L_¤ ili L_Ä ).

,  L_¤ = 3,86× 10³³ erg/s.

Svetimost' svetil zavisit ot ih razmerov i temperatura izluchayushei poverhnosti. V zavisimosti ot priemnikov izlucheniya razlichayut vizual'nuyu, fotograficheskuyu i bolometricheskuyu svetimost' svetil.

Svetimost' svetila svyazana s vidimoi i absolyutnoi zvezdnoi velichinoi svetila:

, ,

.

Koefficient A(r) uchityvaet pogloshenie sveta v mezhzvezdnoi srede.

Osushestvlyaem propedevticheskoe znakomstvo shkol'nikov s astronomicheskimi formulami, pozvolyayushimi rasschityvat' osnovnye fizicheskie harakteristiki kosmicheskih ob'ektov na osnove dannyh astronomicheskih nablyudenii. Uchenikam (poka) neobyazatel'no zapominat' eti formuly: im dostatochno znat' ob ih sushestvovanii.

Svetimost' kosmicheskih ob'ektov tesno svyazana s ih temperaturoi: , gde R_* - radius svetila, s - postoyannaya Stefana-Bol'cmana, s = 5,67× 10^-8 Vt/m^2× K⁴.

Tak kak ploshad' poverhnosti shara , a po uravneniyu Stefana-Bol'cmana , .

Po svetimosti zvezd mozhno opredelit' ih razmery:

Po svetimosti zvezd mozhno opredelit' massu zvezd:

Otrazhatel'nuyu sposobnost' svetil harakterizuet ih al'bedo. Al'bedo ravno otnosheniyu potoka izlucheniya, rasseyannogo po vsem napravleniyam, k padayushemu na etu poverhnost' potoku izlucheniya.

Dlya fotometrii planetnyh tel: , gde E₀ - osveshennost' na Zemle, sozdavaemaya planetoi v polnoi faze, E - osveshennost' belogo ekrana razmerom s planetu.

Al'bedo zavisit ot himicheskogo sostava kosmicheskih tel i rel'efa ih poverhnosti, ee fizicheskogo sostoyaniya i razmerov tel. Sravnivaya otrazhatel'nuyu sposobnost' zemnyh porod, mineralov i razlichnyh himicheskih soedinenii v raznyh fizicheskih sostoyaniyah s otrazhatel'noi sposobnost'yu poverhnosti planetnyh tel, mozhno sdelat' nekotorye vyvody o fizicheskoi prirode i himicheskom sostave etih kosmicheskih ob'ektov.

Al'bedo Zemli ravno 0,47; al'bedo Venery, iz-za vysokih otrazhatel'nyh svoistv plotnoi atmosfery, ravno 0,6; al'bedo poverhnosti Luny, slozhennoi otnositel'no temnymi gornymi porodami, sostavlyaet 0,07.

Zhelatel'no hotya by na chisto kachestvennom urovne prosledit' cepochku obreteniya astronomicheskih znanii (naprimer, ob osnovnyh parametrah zvezd):

1) astronomicheskie nablyudeniya i izmereniya bleska i godichnogo parallaksa zvezdy, fotografirovanie ee spektra.
2) raschet rasstoyaniya do zvezdy;
3) raschet ee absolyutnoi zvezdnoi velichiny;
4) raschet ee svetimosti;
5) opredelenie po vysheperechislennym formulam drugih fizicheskih harakteristik zvezdy: ee temperatury, razmerov, massy.
6) opredelenie po spektru zvezdy ee himicheskogo sostava, skorosti i napravleniya dvizheniya, osevogo vrasheniya, magnitnogo polya i drugih vnutrennih i vneshnih parametrov.

Sleduet otmetit', chto vozmozhnost' opredeleniya ryada fizicheskih harakteristik zvezd (massy, razmerov, svetimosti i t.d.) neskol'kimi nezavisimymi sposobami (na osnove fotometricheskih dannyh, izucheniya spektrov i t.d.) pozvolyaet proveryat' i utochnyat' vysheupomyanutye parametry, svidetel'stvuet kak ob istinnosti i ob'ektivnosti i edinstve zakonov fiziki dlya vsei izvestnoi nam chasti Vselennoi.

Izuchennye svedeniya zakreplyayutsya i obobshayutsya v hode vypolneniya zadanii po sostavleniyu klassifikacionnyh shem i tablic:

1. Sostav'te tablicu, otrazhayushuyu primenenie spektral'nogo analiza dlya opredeleniya fizicheskie harakteristiki osnovnyh tipov kosmicheskih tel (planetnyh tel, zvezd, tumannostei) i kosmicheskih sistem (planetnyh sistem, zvezdnyh sistem, galaktik).

2. Sostavit' klassifikacionnuyu shemu metodov astronomicheskih issledovanii.

Zadaniya vypolnyayutsya soobsha, vsem klassom, v hode massovogo obsuzhdeniya pod rukovodstvom i kontrolem uchitelya. Drugoi variant vypolneniya zadanii predusmatrivaet rabotu po gruppam; vershinoi ee dolzhno stat' obsuzhdenie kazhdogo gruppovogo varianta tablic uchashimisya vsego klassa, a zatem, na osnove analiza i obobsheniya, postroenie itogovoi tablicy.

Rezul'tatom deyatel'nosti uchashihsya dolzhny stat' tabl. 13 i shema na ris. 88 (verhnyaya chast').

Tabl. 13

Kosmicheskie ob'ekty	Fizicheskie harakteristiki	Tip i osobennosti spektra	Fizicheskie zakony i sposoby opredeleniya harakteristik ob'ektov
Planetnye tela: planety; sputniki planet; asteroidy; komety (emissionnyi spektr)	Himicheskii sostav	Linii i polosy poglosheniya na fone spektr otrazheniya zvezdy (Solnca)	Po intensivnosti i shirine spektral'nyh linii i polos razlichnyh soedinenii s uchetom temperatury
	Temperatura
	Davlenie i plotnost' atmosfer
	Dvizhenie v prostranstve: napravlenie i otnositel'naya skorost'		Po effektu Doplera
	Osevoe vrashenie: napravlenie i period
Zvezdy	Temperatura		Po intensivnosti i shirine linii razlichnyh elementov
	Davlenie (plotnost')
	Himicheskii sostav		Po intensivnosti linii s uchetom temperatury
	Svetimost'		Po shirine linii (obychno vodorodnyh) i sravnitel'noi intensivnosti nekotoryh linii. Po empiricheski ustanovlennym zavisimostyam
	Vrashenie zvezdy i turbulentnye dvizheniya veshestva v ee verhnih sloyah		Po effektu Doplera eti dvizheniya rasshiryayut linii, odnovremenno delaya ih profil' bolee "melkim"
	Dvizhenie zvezdy v prostranstve: napravlenie i otnositel'naya skorost'		Po effektu Doplera
	Nalichie i harakteristiki (indukciyu) magnitnogo polya		Po effektu Zeemana-Shtarka, privodyashego k rasshepleniyu spektral'nyh linii
Tumannosti	Temperatura	Emissionnye spektry	Po otnositel'noi intensivnosti linii otdel'nyh elementov
	Plotnost'
	Himicheskii sostav
	Elektronnaya koncentraciya i massa gaza		Po yarkosti tumannosti v nepreryvnom spektre
	Vnutrennie dvizheniya veshestva i dvizhenie tumannosti kak edinogo celogo (napravlenie, skorost')		Po effektu Doplera
Planetnye sistemy	Sushestvovanie planetnoi sistemy u zvezdy		Po periodicheskim kolebaniyam vseh linii i polos v spektre zvezdy
	Massy i periody obrasheniya planet		Po harakteristikam dannyh periodicheskih smeshenii
Dvoinye zvezdnye sistemy	Sushestvovanie dvoinyh i kratnyh sistem zvezd		V etom sluchae proishodit periodicheskii sdvig ili rassheplenie linii spektra
	Period obrasheniya komponent
Galaktiki	Integral'nyi zvezdnyi sostav		Po nablyudaemym liniyam v spektre poglosheniya i ih intensivnosti, a takzhe po nepreryvnomu spektru galaktiki
	Rasstoyanie do galaktiki		Po effektu Doplera: lish' dlya dalekih galaktik po velichine "krasnogo smesheniya"
	Vnutrennee dvizhenie veshestva v galaktike i raspredelenie mass		Po luchevym skorostyam otdel'nyh oblastei vnutri galaktiki po effektu Doplera i harakteristiki peremesheniya galaktiki kak edinogo celogo
	Kolichestvo "goryachego" gaza v galaktike i osobennosti ego raspredeleniya (sostav)		Po intensivnosti emissionnyh linii v spektre razlichnyh uchastkov galaktiki

 

Ris. 88. Klassifikaciya metodov i instrumentov astronomicheskih issledovanii

 Al'ternativnoi metodikoi provedeniya uroka sredi sil'nyh uchenikov, v fiziko-matematicheskih klassah mozhet byt' lekciya, pozvolyayushaya izlozhit' material bolee gluboko i podrobno. Mozhno predlozhit' im, pomimo predlozhennyh zadanii, v ostavsheesya do zvonka vremya reshit' zadachi na primenenie zakonov fiziki dlya rascheta osnovnyh harakteristik kosmicheskih tel (zvezd). Usloviya zadachi byli predlozheny V.M. Stupnikovym [284]:

1. Maksimum izlucheniya v spektre Rigelya prihoditsya na dlinu volny 193 nm, a u Kapelly – na dlinu volny 483 nm. Kakova temperatura etih zvezd?
2. Chemu raven diametr zvezdy, esli ee temperatura 10⁴ K, a svetimost' 6× 10³ L_¤ ?
3. Zadacha, predlozhennaya uchashimsya na gorodskoi astronomicheskoi olimpiade (g. Magnitogorsk):

Mozhno li s pomosh'yu fotometra, ustanovlennogo na teleskope, nablyudat' zvezdy 12^m zvezdnoi velichiny, esli ot zvezdy 7^m takogo zhe spektral'nogo klassa registriruetsya 4000 kvantov v sekundu, a uroven' shuma fotometra sostavlyaet 100 kvantov v sekundu. Ob'yasnite vashi vychisleniya.

Zamechaniya, rekomendacii i dopolneniya k metodike provedeniya urokov:

V posobii "Metodika prepodavaniya astronomii v srednei shkole" [174, s. 67-73] rekomenduetsya sleduyushaya metodika izlozheniya svedenii o primenenii spektral'nogo analiza v astronomii:

Posledovatel'nost' izlozheniya materiala: 1) soobshit', chto luchi sveta, sozdayushie oshushenie raznogo cveta, otlichayutsya mezhdu soboi tol'ko dlinoi volny elektromagnitnyh kolebanii; 2) pokazat' prosteishii put' polucheniya spektra s pomosh'yu spektroskopa i cvetnye fotografii spektrov; 3) ob'yasnit', pri kakih usloviyah (v gazovoi srede) voznikayut linii spektra. Chem vyshe plotnost' gaza, tem on neprozrachnee, tem vyshe yarkost' sploshnogo spektra. Linii poyavlyayutsya pri prohozhdenii sveta cherez bolee holodnuyu atmosferu zvezdy i t.d. 4) Rasskazat' ob effekte Doplera-Fizo i ego primenenii v astronomii. Rekomenduetsya obratit' vnimanie na osobennosti izucheniya radiospektrov i "okna prozrachnosti" zemnoi atmosfery.

Stat'ya A.D. Marlenskogo, F.M. Poroshina "Izuchenie spektral'nogo analiza v kurse astronomii srednei shkoly" [168] pochti ne soderzhit astronomicheskogo materiala. Dlya uchashihsya XI klassa predlagaemaya metodika formirovaniya ponyatii dostatochno slozhna, no mozhet primenyat'sya v pedvuzah v rabote so studentami fiziko-matematicheskogo fakul'teta.

<< Predydushaya

Soderzhanie

Sleduyushaya >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha Publikacii so slovami: metodika prepodavaniya - prepodavanie astronomii - nablyudeniya - laboratornye raboty - prakticheskie raboty - uchebnaya programma - uchebnye posobiya - lekcii - pedagogicheskii eksperiment - didaktika - kontrol'nye raboty - zadacha

Sm. takzhe: Illyuziya odinakovyh cvetov Ochnye kursy dopolnitel'nogo obrazovaniya "Astronomiya v sovremennoi shkole" Zagadochnye zelenye pyatna v oblakah Asteroidno-kometnaya opasnost' – grozit li nam "Armageddon" ? Lektorii Planetariya otkryvaet dveri Syfy Poehali Party v Politehnicheskom muzee Issledovanie komety 2010 goda po nablyudeniyam s kosmicheskoi orbital'noi observatorii SOHO. Vse publikacii na tu zhe temu >>