Metodika prepodavaniya astronomii| << Predydushaya |
Metodika provedeniya 4
uroka
"Zvezdy"
Cel': formirovanie fundamental'nogo astronomicheskogo ponyatiya "zvezda": obshie fizicheskie harakteristiki zvezd kak odnogo iz osnovnyh tipov kosmicheskih tel.
Zadachi obucheniya:
Obsheobrazovatel'nye:
1) Formirovanie fundamental'nogo astronomicheskogo ponyatiya "zvezda":
- osnovnye fizicheskie
harakteristiki zvezd kak otdel'nogo tipa
kosmicheskih tel;
- klassifikaciya zvezd po ih glavnym
fizicheskim priznakam (masse, svetimosti,
razmeram, plotnosti i t.d.);
- spektral'naya klassifikaciya zvezd;
2) Nachal'noe formirovanie ponyatii ob osnovnyh zakonomernostyah v mire zvezd:
- diagramme Gercshprunga-Ressela ("spektr – svetimost'");- diagrammah "massa – svetimost'"; "massa – vozrast zvezdy"; "massa – temperatura" i t.d.
Vospitatel'nye:
1) Formirovanie nauchnogo mirovozzreniya uchashihsya:
- v hode znakomstva s istoriei
izucheniya i prirodoi zvezd i s ih osnovnymi
fizicheskimi harakteristikami;
- na osnove raskrytiya fundamental'nyh
prirodnyh zakonomernostei (prichinnoi
vzaimosvyazi i vzaimoobuslovlennosti
yavlenii i processov, perehoda
kolichestvennyh izmenenii v kachestvennye,
edinstva i vzaimodeistviya
protivopolozhnostei) i filosofskih
polozhenii o material'nom edinstve i
poznavaemosti mira pri izlozhenii
astronomicheskogo materiala o zvezdah i
osnovnyh zakonomernostyah v mire zvezd;
2) Politehnicheskoe obrazovanie i trudovoe vospitanie pri povtorenii i uglublenii znanii o metodah i instrumentah, primenyaemyh dlya izucheniya zvezd (spektral'nyi analiz, astrofotometriya, astrofotografiya i t.d.).
Razvivayushie: formirovanie umenii analizirovat' informaciyu, sostavlyat' klassifikacionnye shemy, ob'yasnyat' svoistva kosmicheskih ob'ektov na osnove vazhneishih fizicheskih teorii, ispol'zovat' obobshennyi plan dlya izucheniya kosmicheskih ob'ektov, delat' vyvody.
Ucheniki dolzhny znat':
- priznaki fundamental'nogo astronomicheskogo ponyatiya "zvezda" kak otdel'nogo tipa kosmicheskih tel;- klassy zvezd, vydelyaemye na osnove ih glavnyh fizicheskih harakteristik;
- osnovnye spektral'nye klassy zvezd.
Ucheniki dolzhny umet': analizirovat' i sistematizirovat' uchebnyi material, ispol'zovat' obobshennyi plan dlya izucheniya kosmicheskih ob'ektov, sostavlyat' klassifikacionnye shemy, delat' vyvody.
Naglyadnye posobiya i demonstracii:
- fotografii, shemy i risunki
zvezd i zvezdnyh sistem (dvoinyh i
kratnyh zvezd, rasseyannyh i sharovyh
skoplenii);
- diapozitivy slaid-fil'ma "Illyustrirovannaya
astronomiya": "Zvezdy i galaktiki";
- diafil'my i fragmenty diafil'mov:
"Zvezdy"; "Priroda zvezd";
- tablicy: "Zvezdy"; "Diagramma
"Cvet – svetimost'";
- naglyadnye posobiya i TSO: nastennaya i
podvizhnye karty zvezdnogo neba.
Zadanie na dom:
1. Po materialu uchebnikov:
- B.A. Voroncov-Vel'yaminova:
izuchit' §§ 23, 24; voprosy k paragrafam.
- E.P. Levitana: izuchit' §§ 22-26;
voprosy k paragrafam.
- A.V. Zasova, E.V. Kononovicha: izuchit'
§§ 22, 23 (1); voprosy k paragrafam.
Plan uroka
|
Etapy uroka |
Soderzhanie |
Metody izlozheniya |
Vremya, min |
|
1 |
Aktualizaciya astronomicheskih znanii; povtorenie materiala po prirodovedeniyu (estestvoznaniyu), fizike i astronomii |
Frontal'nyi opros, beseda |
10-12 |
|
2 |
Izlozhenie novogo
materiala: |
Lekciya, beseda, rasskaz uchitelya |
20-25 |
|
3 |
Zakreplenie izuchennogo materiala. |
Rabota po gruppam, samostoyatel'noe reshenie v tetradi |
7-10 |
|
4 |
Podvedenie itogov uroka. Domashnee zadanie |
3-5 |
|
Metodika provedeniya uroka:
Uchitel' ob'yavlyaet shkol'nikam cel' i zadachi dannogo uroka: izuchenie fizicheskoi prirody zvezd. Analogichno pervomu zanyatiyu temy, dannoi urok nachinaetsya povtoreniem i aktualizaciei znanii o prirode Solnca i zvezd, poluchennyh uchashimisya ranee na urokah prirodovedeniya, estestvoznaniya, fiziki i predydushih urokov astronomii. Uchenikam zadayut te zhe voprosy (s. ). Dopolnitel'no k nim sleduet v hode oprosa obyazatel'no napomnit' uchenikam ob osnovnyh metodah astronomicheskih issledovanii (uglomernyh, fotometricheskih, fotograficheskih i, osobenno, spektral'nyh) i formulah, pozvolyayushih rasschityvat' osnovnye fizicheskie harakteristiki kosmicheskih ob'ektov (kosmicheskie rasstoyaniya, absolyutnuyu zvezdnuyu velichinu, svetimost', massu, razmery i t.d.) na osnove rezul'tatov vysheupomyanutyh nablyudenii. Etot material soobshalsya uchenikam v teme "Metody astronomicheskih issledovanii" (pervaya kniga posobiya). Napominaem naibolee vazhnye iz etih svedeniya:
V nastoyashee vremya uchenye mogut izuchat' spektry kosmicheskih ob'ektov na vsem protyazhenii shkaly elektromagnitnyh voln. 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: soglasno 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.
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, vl- skorost' po luchu
zreniya.
Teleskopy, prednaznachennye dlya provedeniya fotograficheskih nablyudenii, nazyvayutsya astrografami. Preimushestva astrofotografii pered vizual'nymi nablyudeniyami: integral'nosti - sposobnosti fotoemul'sii postepenno nakaplivat' svetovuyu energiyu; momental'nosti; panoramnosti; ob'ektivnosti - na nee ne vliyayut lichnye osobennosti nablyudatelya. Obychnaya fotoemul'siya bolee chuvstvitel'na k sine-fioletovomu izlucheniyu, no 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 poluchili kinos'emka, videozapis', primenenie televideniya.
Astrofotometriya – odin iz osnovnyh metodov astrofizicheskih issledovanii, opredelyayushii energeticheskie harakteristiki ob'ektov putem izmereniya energii ih elektromagnitnogo izlucheniya. Osnovnymi ponyatiyami astrofotometrii yavlyayutsya:
Blesk nebesnogo svetila - eto
osveshennost', sozdavaemaya im v tochke
nablyudeniya: 
, gde L
- polnaya moshnost' izlucheniya (svetimost')
svetila; r - rasstoyanie ot svetila do
Zemli.
Dlya izmereniya bleska v
astronomii ispol'zuyut osobuyu edinicu
izmereniya - zvezdnuyu velichinu. Formula
perehoda ot zvezdnyh velichin k edinicam
osveshennosti, prinyatym v fizike:.,
gde m - vidimaya zvezdnaya velichina
svetila.
Zvezdnaya velichina (m) - eto uslovnaya (bezrazmernaya) velichina ispuskaemogo svetovogo potoka, harakterizuyushaya blesk nebesnogo svetila, vybrannaya takim obrazom, chto interval v 5 zvezdnyh velichin sootvetstvuet izmeneniyu bleska v 100 raz. Odna zvezdnaya velichina otlichaetsya v 2,512 raz. Formula Pogsona svyazyvaet blesk svetil s ih zvezdnymi velichinami:
.
Opredelyaemaya zvezdnaya velichina zavisit ot spektral'noi chuvstvitel'nosti priemnika izlucheniya: vizual'naya (mv) opredelyaetsya pryamym nablyudeniyami i otvechaet spektral'noi chuvstvitel'nosti chelovecheskogo glaza; fotograficheskaya (mr) opredelyaetsya izmereniem osveshennosti svetilom na fotoplastinke, chuvstvitel'noi k sine-fioletovym i ul'trafioletovym lucham; bolometricheskaya (mv) otvechaet polnoi, prosummirovannoi po vsemu spektru izlucheniya, moshnosti izlucheniya svetila. 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 -10m.
Absolyutnaya zvezdnaya velichina Solnca + 4,96m.
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 LÄ
). 
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' svyazana s vidimoi i absolyutnoi zvezdnoi velichinoi svetil:
, ,
.
Koefficient A(r) uchityvaet pogloshenie sveta v mezhzvezdnoi srede.
O svetimosti kosmicheskih tel mozhno sudit' po shirine spektral'nyh linii.
Svetimost' kosmicheskih ob'ektov
tesno svyazana s ih temperaturoi: 
,
gde R* - radius svetila, s
- postoyannaya Stefana-Bol'cmana, s
= 5,67× 10-8 Vt/m2×
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: 
.
Zhelatel'no zapisat' glavnye formuly na doske, chto pomozhet uchenikam ponyat', kak uchenye sumeli uznat' o prirode i osnovnyh harakteristikah zvezd, demonstriruet mosh' sovremennoi nauki i nauchnogo stilya myshleniya.
Uchitel' vyslushivaet otvety uchenikov, obrashaet vnimanie klassa na luchshie, tochnye i polnye otvety i aktivnost' raboty otdel'nyh shkol'nikov i vsego klassa. Tipichnye otvety fiksiruyutsya dlya opredeleniya obshego urovnya znanii i harakternye oshibki (zabluzhdeniya) uchashihsya i dopolnyaet, ispravlyaet i obobshaet skazannoe uchenikami. Poskol'ku ucheniki uzhe izuchili material o Solnce, ot nih sleduet ozhidat' bolee podrobnyh i glubokih znanii o zvezdah, chem byli u nih na pervom uroke.
Chast' uchenikov vypolnyaet v eto vremya perechislennye nizhe programmiruemye zadaniya, a zatem vklyuchayutsya v rabotu klassa.
1. Sbornik zadach G.P. Subbotina [287],
zadaniya NN 227; 230; 242; 247.
2. Sbornik zadach E.P. Razbitnoi [244],
zadaniya NN 22-3; 22-4.
Dalee sleduet izlozhenie novogo materiala v forme besedy, perehodyashei v lekciyu. Ono nachinaetsya s opredeleniya ponyatiya "zvezda" i prodolzhaetsya rassmotreniem osnovnyh fizicheskih harakteristik zvezd. Polezno postoyanno sravnivat' harakteristiki zvezd s izvestnymi uchenikam harakteristikami Solnca.
Vnimanie uchashihsya obrashaetsya na sleduyushie polozheniya:
1. Zvezdy - otdel'nyi
samostoyatel'nyi tip kosmicheskih tel,
kachestvenno otlichayushiisya ot drugih
kosmicheskih ob'ektov.
2. Zvezdy – odin iz naibolee
rasprostranennyh (vozmozhno, naibolee
rasprostranennyi) tip kosmicheskih tel.
3. Zvezdy sosredotachivayut v sebe do 90%
vidimogo veshestva v toi chasti Vselennoi, v
kotoroi my zhivem i kotoraya dostupna nashim
issledovaniyam.
4. Vse osnovnye harakteristiki zvezd (razmery,
svetimost', energetika, vremya "zhizni" i
konechnye etapy evolyucii) vzaimozavisimy i
opredelyayutsya znacheniem massy zvezd.
5. Zvezdy pochti celikom sostoyat iz vodoroda
(70-80%) i geliya (20-30%); dolya vseh ostal'nyh
himicheskih elementov sostavlyaet ot 0,1% do 4%.
6. V nedrah zvezd proishodyat termoyadernye
reakcii.
7. Sushestvovanie zvezd obuslovleno
ravnovesiem sil tyagoteniya i luchevogo (gazovogo)
davleniya.
8. Zakony fiziki pozvolyayut rasschityvat' vse
osnovnye fizicheskie harakteristiki zvezd
na osnove rezul'tatov astronomicheskih
nablyudenii.
9. Osnovnym, naibolee produktivnym metodom
issledovaniya zvezd yavlyaetsya spektral'nyi
analiz ih izlucheniya.
Dopolnitel'nyi poznavatel'nyi interes uchashihsya vozbuzhdaetsya kratkimi istoricheskimi spravkami ob issledovanii zvezd, citirovanii uchenyh. Polezno zachitat' im vyskazyvaniya o poznavaemosti prirody zvezd: "My nichego ne mozhem skazat' o zvezdah, krome togo, chto oni sushestvuyut. Dazhe temperatura ih navsegda ostanetsya neopredelennoi" (O. Kont, 1856) i "Net nichego bolee prostogo, chem zvezda" (A. Eddington, 1926) s ukazaniem daty etih vyskazyvanii, i sprosit', chto ucheniki dumayut po etomu povodu; mozhno dazhe otvlech'sya na 3-4 minuty i provesti kratkii disput o mogushestve nauki i poznavaemosti okruzhayushego mira.
Zhelatel'no vsled za izucheniem materiala ob osnovnyh fizicheskih harakteristikah zvezd predlozhit' uchenikam zadachi, v kotoryh oni po neskol'kim otdel'nym fizicheskim parametram zvezdy (masse, svetimosti i t.d.) dolzhny byli opredelyat' vse ostal'nye. Takim zadaniem mozhet stat' chastichnoe zapolnenie tablicy 7: pri znakomstve s osnovnymi fizicheskimi harakteristikami zvezd ucheniki nachinayut zapolnyat' ee pod diktovku uchitelya: pervye 2 stolbca (osnovnye klassy i massy zvezd) polnost'yu, ostal'nye chastichno. Nedostayushie parametry otdel'nyh klassov zvezd ucheniki dolzhny rasschitat' otchasti, pod rukovodstvom i kontrolem uchitelya, v klasse i zavershit' etu rabotu doma.
Zvezdy
Zvezdy - prostranstvenno-obosoblennye, gravitacionno-svyazannye, neprozrachnye dlya izlucheniya massy veshestva v intervale ot 1029 do 1032 kg (0,005-100 M¤ ), v nedrah kotoryh v znachitel'nyh masshtabah proishodili, proishodyat ili budut proishodit' termoyadernye reakcii prevrasheniya vodoroda v gelii.
Klassifikaciya zvezd v zavisimosti ot ih osnovnyh fizicheskih harakteristik otrazhena v tablice 7.
Tablica 7
|
Klassy zvezd |
Massy M¤ |
Razmery R¤ |
Plotnost' g/sm3 |
Svetimost' L¤ |
Vremya zhizni, let |
% obshego chisla zvezd |
Osobennosti |
|
Yarchaishie sverhgiganty |
do100 |
103–104 |
<0,000001 |
>105 |
105 |
<0,000001 |
Tyagotenie opisyvaetsya zakonami klassicheskoi mehaniki N'yutona; davlenie gaza opisyvaetsya osnovnymi uravneniyami molekulyarno-kineticheskoi teorii; vydelenie energii zavisit ot temperatury v zone termoyadernyh reakcii proton-protonnogo i azotno-uglerodnogo ciklov |
|
Sverhgiganty |
50–100 |
102–103 |
0,000001 |
104–105 |
106 |
0,001 |
|
|
Yarkie giganty |
10–100 |
> 100 |
0,00001 |
> 1000 |
107 |
0,01 |
|
| Normal'nye giganty | do 50 | > 10 | 0,0001 | > 100 | 107–108 | 0,1 - 1 | |
| Subgiganty | do 10 | do 10 | 0,001 | do 100 | 108–109 | ||
|
Normal'nye zvezdy |
0,005-5 |
0,1-5 |
0,1-10 |
0,0001-10 |
109–1011 |
do 90 |
|
| - belye | do 5 | 3–5 | 0,1 | 10 | 109 | ||
| - zheltye | 1 | 1 | 1,5 | 1 | 1010 | ||
| - krasnye | 0,005 | 0,1 | 10 | 0,0001 | 1011–1013 | ||
|
Belye karliki |
0,01–1,5 |
do 0,007 |
103 |
0,0001 |
do 1017 |
do 10 |
Konechnye etapy evolyucii normal'nyh zvezd. Davlenie opredelyaetsya plotnost'yu elektronnogo gaza; energovydelenie ne zavisit ot temperatury |
|
Neitronnye zvezdy |
1,5–3 (do 10) |
8–15 km (do 50 km) |
1013–1014 |
0,000001 |
do 1019 |
0,01-0,001 |
Konechnye etapy evolyucii zvezd-gigantov i subgigantov. Tyagotenie opisyvaetsya zakonami OTO, davlenie neklassicheskoe |
Razmery zvezd koleblyutsya v ochen' shirokih predelah ot 104 m do 1012 m. Granatovaya zvezda m Cefeya imeet diametr 1,6 mlrd. km; krasnyi sverhgigant e Voznichego A imeet razmery v 2700 R¤ - 5,7 mlrd. km! Zvezdy Leitena i Vol'f-475 men'she Zemli, a neitronnye zvezdy imeyut razmery 10 - 15 km (ris. 34).
 |
 |
|
Ris. 34. Otnositel'nye razmery nekotoryh zvezd, Zemli i Solnca |
|
Bystroe vrashenie vokrug svoei osi i prityazhenie blizkih massivnyh kosmicheskih tel narushaet sferichnost' formy zvezd, "splyushivaya" ih: zvezda R Kassiopei imeet formu ellipsa, ee polyarnyi diametr sostavlyaet 0,75 ekvatorial'nogo; v tesnoi dvoinoi sisteme W Bol'shoi Medvedicy komponenty priobreli yaicevidnuyu formu.
Srednie plotnosti zvezd izmenyayutsya v intervale ot 10-6 g/sm3 do 1014 g/sm3 - v 1020 raz!
Temperatura vidimoi poverhnosti zvezd sostavlyaet ot 3000 K do 100000 K. Nedavno otkrytaya zvezda HD 93129A v sozvezdii Kormy imeet temperaturu poverhnosti 220000 K! Samye holodnye - Granatovaya zvezda (m Cefeya) i Mira (o Kita) imeyut temperaturu 2300K, e Voznichego A - 1600 K.
Svetimost' zvezd - kolichestvo energii, izluchaemoe ih poverhnost'yu v edinicu vremeni - zavisit ot skorosti vydeleniya energii i opredelyaetsya zakonami teploprovodnosti, razmerami i temperaturoi poverhnosti zvezdy. Raznost' v svetimosti mozhet dostigat' 250000000000 raz! Zvezdy bol'shoi svetimosti nazyvayut zvezdami-gigantami, zvezdy maloi svetimosti - zvezdami-karlikami. Naibol'shei svetimost'yu obladaet goluboi sverhgigant - zvezda Pistolet v sozvezdii Strel'ca - 10000000 L¤ ! Svetimost' krasnogo karlika Proksimy Centavra okolo 0,000055 L¤ .
 |
|
Ris. 35. Osnovnye
spektral'nye |
Pri izlozhenii materiala o spektrah zvezd sleduet obratit' vnimanie uchashihsya na to, chto pochti vse osnovnye fizicheskie harakteristiki zvezd opredelyaetsya na osnove analiza ih spektra. Spektral'nyi analiz zvezdnogo izlucheniya svidetel'stvuet o shodstve ih sostava s himicheskim sostavom Solnca i ob otsutstvii neizvestnyh na Zemle himicheskih elementov (polezno kratko rasskazat' ili hotya by upomyanut' uchenikam istorii otkrytiya geliya i nesostoyavshegosya otkrytiya "koroniya"). Razlichiya vo vneshnem vide spektrov razlichnyh klassov zvezd svidetel'stvuyut o razlichiyah ih fizicheskih harakteristik. Temperatura, nalichie i skorost' vrasheniya, napryazhennost' magnitnogo polya i himicheskii sostav zvezd opredelyayutsya na osnove pryamyh spektral'nyh nablyudenii. Zakony fiziki pozvolyayut sdelat' vyvody o masse zvezd, ih vozraste, vnutrennem stroenii i energetike, podrobno rassmotret' vse etapy evolyucii zvezd.
Pochti vse spektry zvezd yavlyayutsya spektrami poglosheniya. Otnositel'noe kolichestvo himicheskih elementov yavlyaetsya funkciei temperatury.
V nastoyashee vremya v astrofizike prinyata edinaya klassifikaciya zvezdnyh spektrov (tabl. 8). Po osobennosti spektrov: nalichiyu i intensivnosti atomarnyh spektral'nyh linii i molekulyarnyh polos, cvetu zvezdy i temperature ee izluchayushei poverhnosti zvezdy razdeleny na klassy, oboznachaemye bukvami latinskogo alfavita:
C (= R - N)
W - O - B - F - G - K - MS
Kazhdyi klass zvezd razdelyaetsya na desyat' podklassov (A0...A9).
Spektral'nye klassy ot O0 do F0 nazyvayutsya "rannimi"; ot F do M9 - "pozdnimi". Nekotorye uchenye otnosyat zvezdy klassov R, N k klassu G. Ryad zvezdnyh harakteristik oboznachaetsya dopolnitel'nymi malen'kimi bukvami: u zvezd-gigantov pered ukazaniem klassa stavitsya bukva "g", u zvezd-karlikov - bukva "d", u sverhgigantov - "s", u zvezd s liniyami izlucheniya v spektre - bukva "e", u zvezd s neobychnymi spektrami - "r" i t. d. Sovremennye zvezdnye katalogi soderzhat spektral'nye harakteristiki soten tysyach zvezd i ih sistem.
Zapis' osnovnyh spektral'nyh klassov legko zapomnit' iz pogovorki:
"Voobrazite: odin bednyi anglichanin finiki zheval, kak martyshka - razve ne smeshno?"
W ¾ O ¾ B ¾ A ¾ F ¾ G ¾ K ¾ M ......... R ... N .... S
Tablica 8
Spektral'naya klassifikaciya zvezd
|
Klass |
Temperatura, K |
Cvet |
Harakternye spektral'nye linii |
Tipichnye zvezdy |
|
W |
do 100000 |
golubye |
Zvezdy tipa Vol'fa-Raie s liniyami izlucheniya v spektre |
S Zolotoi Ryby |
|
O |
25000 - 35000 |
golubovato-belye |
Linii poglosheniya Ne+, N+, He, Mg+, Si++, Si+++ (znak + oznachaet stepen' ionizacii atomov dannogo himicheskogo elementa) |
z Kormy, l Oriona, l Perseya |
|
B |
15000 - 25000 |
belo-golubye |
Linii poglosheniya Ne+, He, N, O+, Si++ usilivayutsya k klassu A; zametny slabye linii N, Sa+ |
e Oriona, a Devy, g Oriona |
|
A |
10000 |
belye |
Linii poglosheniya N, Sa+ intensivny i usilivayutsya k klassu F, poyavlyayutsya slabye linii metallov |
a Bol'shogo Psa, a Liry, g Bliznecov |
|
F |
7500 |
zheltovatye |
Linii poglosheniya Sa+, N, Fe+ kal'ciya i metallov usilivayutsya k klassu G. Voznikayut i usilivayutsya liniya kal'ciya 4226A i polosa uglevodoroda |
d Bliznecov, a Malogo Psa, a Perseya |
|
G |
6000 |
zheltye |
Linii poglosheniya kal'ciya N i Sa+ intensivny; liniya 4226A i liniya zheleza dovol'no intensivny; mnogochislenny linii metallov; linii vodoroda slabeyut; intensivna polosa G |
Solnce, a Voznichego |
|
K |
4500 |
oranzhevye |
Linii poglosheniya metallov, Sa+, 4226A intensivny; linii vodoroda malo zametny. S podklassa K5 nablyudayutsya polosy poglosheniya okisi titana TiO |
a Volopasa, b Bliznecov, a Tel'ca |
|
R |
3000 - 5500 |
Linii poglosheniya Sa+, mnogih metallov i polosy poglosheniya molekul ugleroda |
R Severnoi Korony |
|
|
N |
3000 - 5500 |
Moshnye polosy poglosheniya molekul okisi cirkoniya (ZrO) |
||
|
S |
3000 - 5500 |
Polosy poglosheniya molekul ugleroda S2 i ciana SN |
||
|
M |
2000 - 3000 |
krasnye |
Moshnye polosy poglosheniya molekul okisi titana TiO, VO i drugih molekulyarnyh soedinenii. Zametny linii poglosheniya metallov Sa+, 4226A ; polosa G slabeet |
a Oriona, a Skorpiona, o Kita, Proksima Centavra |
|
R |
Planetarnye tumannosti |
|||
|
Q |
Novye zvezdy |
|||
Tablica 9. Usrednennye harakteristiki zvezd osnovnyh spektral'nyh klassov, nahodyashihsya na glavnoi posledovatel'nosti (arabskie cifry - desyatichnye podrazdeleniya vnutri klassa): Sp - spektral'nyi klass, Mb - absolyutnaya bolometricheskaya zvezdnaya velichina, Tef - effektivnaya temperatura, M, L, R - sootvetstvenno massa, svetimost', radius zvezd v solnechnyh edinicah, tm - vremya zhizni zvezd na glavnoi posledovatel'nosti:
|
Sp |
Mb |
M/M¤ |
L/L¤ |
R/R¤ |
Tef, K |
tm, let |
|
O5 |
- 10,1m |
60 |
790000 |
14 |
44000 |
3 × 106 |
|
B0 |
- 7,1 m |
16 |
52000 |
7,4 |
30000 |
107 |
|
B5 |
- 2,7 m |
7 |
830 |
3,9 |
15400 |
3 × 107 |
|
A0 |
+ 0,3 m |
3 |
54 |
2,4 |
12500 |
2 × 108 |
|
A5 |
+ 1,7 m |
2 |
14 |
1,7 |
8200 |
6 × 108 |
|
F0 |
+2,6 m |
1,8 |
6,5 |
1,5 |
7200 |
2 × 109 |
|
F5 |
+ 3,4 m |
1,5 |
3,2 |
1,4 |
6400 |
3 × 108 |
|
G0 |
+ 4,2 m |
1,05 |
1,5 |
1,1 |
6000 |
5 × 108 |
|
G5 |
+ 4,9 m |
0,92 |
0,8 |
0,92 |
5800 |
1,2 × 1010 |
|
K0 |
+ 5,6 m |
0,78 |
0,4 |
0,85 |
5200 |
1,5 × 1010 |
|
K5 |
+ 6,7 m |
0,69 |
0,15 |
0,72 |
4400 |
2 × 1010 |
|
M0 |
+ 7,4 m |
0,51 |
0,08 |
0,60 |
3800 |
5 × 1010 |
|
M5 |
+ 9,6 m |
0,2 |
0,01 |
0,27 |
3200 |
2 × 1011 |
|
M8 |
+ 11,9 m |
0,1 |
0,001 |
0,11 |
2600 |
1012 |
 |
|
Ris. 36. Diagramma
Gercshprunga-Ressela. |
 |
|
Ris. 37.
Uproshennaya diagramma |
 |
|
Ris. 38. Raspolozhenie
nekotoryh zvezd na diagramme |
 |
|
Ris. 39. Diagramma "massa - svetimost' |
 |
|
Ris. 40.
Prodolzhitel'nost' zhizni zvezd |
Dalee my znakomim uchashihsya s osnovnymi zakonomernostyami v mire zvezd, po diagrammam Gercshprunga - Ressela "spektr-svetimost'", "massa - svetimost'", "massa -prodolzhitel'nost' sushestvovaniya", otrazhayushimi tesnye svyazi mezhdu osnovnymi fizicheskimi harakteristikami i evolyuciei zvezd. Na dannom uroke dostatochno ogranichit'sya konstataciei vzaimosvyazi fizicheskih harakteristik s uporom na polozhenie o zavisimosti vseh osnovnyh parametrov zvezdy ot ee massy. Evolyucionnyi harakter diagramm budet raskryvat'sya pozzhe, pri izuchenii materiala o vozniknovenii i evolyucii zvezd. V "obychnyh" i "slabyh" klassah diagrammy mozhno maksimal'no uprostit'.
V konce uroka uchenikam mozhno predlozhit' reshit' ryad zadach iz uprazhneniya 15, v tom chisle svyazannyh s zapolneniem tabl. 7 i opredeleniem harakteristik zvezd po diagrammam na ris. 40. Uchenikam fiziko-matematicheskih klassov mozhno predlozhit' samostoyatel'no postroit' diagrammy "temperatura - svetimost'" i "temperatura -cvet zvezdy".
Uprazhnenie 15:
Programmiruemye zadaniya, predlozhennye V.V. Zinkovskim [69] (vernye otvety podcherknuty):
1. Godichnyi parallaks zvezdy raven 0,5 . Chemu ravno rasstoyanie do zvezdy (v parsekah)? a) 0,5 pk; b) 2 pk; v) 4 pk; g) 3,26 pk; d) opredelit' nevozmozhno.
2. Blesk zvezdy 6-i velichiny po sravneniyu s bleskom zvezdy 1 velichiny: a) v 100 raz bol'she; b) v 100 raz men'she; v) v 5 raz bol'she; g) v 5 raz men'she; d) net vozmozhnosti opredelit'.
3. Absolyutnaya zvezdnaya velichina ravna vidimoi, esli zvezda raspolozhena na rasstoyanii: a) 1 pk; b) 2 pk; v) 10 pk; g) 100 pk; d) 10 svetovyh let.
4. Effektivnaya temperatura u zvezd s odinakovymi radiusami razlichaetsya v 2 raza. Kakim budet sootnoshenie ih bolometricheskih svetimostei? a) 0,5; b) 4; v) 16; g) 0,04; d) 625.
Programmiruemye zadaniya iz knigi D. Moshe [180]:
6. Napishite sleduyushie tipy spektral'nyh linii v poryadke ih poyavleniya pri umen'shenii temperatury zvezdy: a) ochen' sil'nye linii vodoroda; b) ionizirovannyi gelii; v) polosy molekul titana; g) neitral'nyi gelii; d) neitral'nye metally; e) ionizirovannye metally. (Otvet: b; g; a; e; d; v).
7. Podberite dlya perechislennyh nizhe zvezdnyh harakteristik te, kotorye mogut byt' polucheny pri sleduyushem analize ih spektrov: a) doplerovskoe smeshenie; b) spektral'nyi klass; v) forma linii; g) harakteristiki linii:
- Himicheskii sostav;
- Temperatura;
- Luchevaya skorost';
- Plotnost' gaza, osevoe vrashenie, magnitnoe pole
(Otvet: I v; II b; III a; IgV ).
8. Zapolnite pustye mesta v tablice 7 "Klassifikaciya zvezd po ih osnovnym fizicheskim harakteristikam".
9. Opredelit' spektral'nye klassy i osnovnye fizicheskie harakteristiki zvezd po ih spektram:
 |
 |
10. Opredelite na osnove diagramm 36-40 i formul dlya rascheta osnovnyh fizicheskih harakteristik kosmicheskih tel: spektral'nyi klass, svetimost', massu, razmery, srednyuyu plotnost', temperaturu vidimoi poverhnosti sleduyushih zvezd:
a) Solnca; b) Betel'geize, a
Oriona; v) Proksimy, a
Centavra S; g) Arktura, a
Volopasa;
d) Rigel' A, b Oriona; e)
Toliman, a Centavra A; zh)
Letyashei Barnarda; z) Spiki, a
Devy;
11. Mozhno li po spektru zvezdy opredelit' harakteristiki ee: a) korony; b) hromosfery; v) fotosfery; g) zony konvekcii; d) zony luchistogo perenosa; e) zony termoyadernyh reakcii?
12. Kakaya iz perechislennyh v tablice zvezd: a) samaya goryachaya (samaya holodnaya); b) vyglyadit samoi yarkoi (vyglyadit samoi slaboi); v) obladaet naibol'shei (naimen'shei) svetimost'yu; g) samaya blizkaya (samaya dalekaya)? Opredelite rasstoyanie do etih zvezd i ih ostal'nye fizicheskie harakteristiki: massu; razmery; srednyuyu plotnost'; temperaturu poverhnosti.
|
Zvezda |
Absolyutnaya zv. velichina, Mv |
Spektr-klass |
Parallaks p |
|
a Centavra |
4,4m |
G |
0,745 |
|
Barnarda |
13,3m |
M |
0,552 |
|
Al'tair |
2,2m |
A |
0,197 |
13. Myslenno zamenite Solnce zvezdoi: a) Betel'geize; b) Vegoi; v) Proksimoi Centavra; S Zolotoi ryby. Chto proizoshlo by s Zemlei? Kak by izmenilis' fizicheskie usloviya na Zemle? Chto smog by uvidet' nablyudatel' na ee poverhnosti?
14. Opredelite temperaturu zvezdy, maksimum izlucheniya kotoroi prihoditsya na oblast' spektra okolo: a) l = 45 mkm; b) l = 30 mkm.
15. Chemu ravny razmery i massa zvezdy, esli: 1) ee temperatura T = 104 K, a svetimost' L = 1500 L¤ ; 2) T = 3000 K, L = 600 L¤ ; 3) T = 6000 K, L = 1,5 L¤ .
16. Zadacha, predlozhennaya A.D. Marlenskim:
Vo skol'ko raz zvezda Regul A (a L'va) posylaet k nam bol'she sveta, chem vtoroi komponent etoi dvoinoi zvezdnoi sistemy Regul V, esli ih zvezdnye velichiny sootvetstvenno ravny: m1 = 1,34 i m2 = 7,64? (Otvet: v 331 raz).
Zadachi, predlozhennye V.M. Stupnikovym, Yu.P. Sergienko [284, 281]:
17. Razmery zvezd odinakovy; svetimost' pervoi 40L¤ , vtoroi 100 L¤ , tret'ei 70 L¤ . Kakaya iz zvezd imeet naibol'shuyu temperaturu?
18. Kak vozrosla by svetimost' Solnca, esli by ego massa uvelichilas' v 5 raz? Stalo by Solnce ot etogo bolee dolgovechnym?
19. Maksimum izlucheniya v spektre Rigelya prihoditsya na dlinu volny 193 nm, a u Kapelly – na dlinu volny 483 nm. Kakova temperatura etih zvezd?
20. Opredelite predel'noe szhatie (otnoshenie polyarnogo i ekvatorial'nogo diametrov) vrashayusheisya zvezdy, schitaya, chto forma zvezdy sovpadaet s ekvipotencial'nymi poverhnostyami gravitacionnyh i centrobezhnyh sil, a massa zvezdy sosredotochena v ee centre.
21. Chemu raven diametr zvezdy, esli ee temperatura 104 K, a svetimost' 6× 103 L¤ ?
22. Kakuyu svetimost' budet imet' zvezda, esli ee radius raven radiusu orbity Saturna, a temperatura 3000 K? Massa protona 1,7× 10-24 kg.
23. Chto by proizoshlo, esli by na meste Solnca okazalas' drugaya zvezda (belyi karlik, gigant, sverhgigant)?
24. V kakom sozvezdii nablyudaetsya nashe Solnce dlya nablyudatelya v sisteme Siriusa? a Centavra? Vegi? Kakoi blesk ono imeet?
25. Sil'no li izmenitsya risunok sozvezdii dlya nablyudatelya u zvezdy Sirius? a Centavra? Deneb?
Zamechaniya, rekomendacii i dopolneniya k metodike provedeniya uroka:
Isklyuchitel'naya vazhnost' izucheniya temy "Zvezdy" dlya formirovaniya nauchnogo mirovozzreniya uchashihsya i tesneishie mezhpredmetnye svyazi s kursom fiziki obuslovili bol'shoi interes k metodike formirovaniya sootvetstvuyushih ponyatii u mnogih vedushih astronomov i uchenyh-metodistov: B.A. Voroncova-Vel'yaminova, R.Ya. Erohinoi, E.P. Levitana, D.G. Kikina, Yu.N. Klevenskogo, E.V. Kononovicha, A.D. Marlenskogo i drugih (sm. bibliograficheskii spisok). Nizhe my obrashaem vnimanie lish' na nekotorye iz etih rabot, opublikovannyh v zhurnale "Fizika v shkole", dostupnyh shirokomu krugu uchitelei.
A.D. Marlenskii v stat'e "Izuchenie temy "Zvezdy" [163] predlagal izuchat' material v ob'eme: 5 ch. lekcii + 1 ch. kontrol'naya rabota (2 zadachi na vychislenie parametrov zvezd, 20 min.) + 1 ch. vechernih nablyudenii.
Na pervom uroke pered uchenikami raskryvaetsya vazhnost' poznaniya fizicheskoi prirody zvezd, zatem uchenikam predlagayut nazvat' ih osnovnye fizicheskie harakteristiki. Uchitel' vypisyvaet na doske nazvanie i oboznachenie vazhneishih parametrov zvezd v poryadke ih izucheniya: blesk; mezhzvezdnye rasstoyaniya; absolyutnaya zvezdnaya velichina; svetimost'; radius; massa; plotnost'. Napominayutsya sposoby opredeleniya bleska zvezd, shkala zvezdnyh velichin, formula Pogsona, obshie svedeniya o fotoelektricheskih i fotograficheskih metodah i priborah dlya izmereniya bleska svetil; dlya zakrepleniya materiala reshayutsya prostye zadachi.
Izuchaetsya material ob opredelenii mezhzvezdnyh rasstoyanii izmereniem godichnogo parallaksa zvezd (metodika formirovaniya dannogo ponyatiya i formuly dlya rascheta mezhzvezdnyh rasstoyanii privodyatsya nami v pervoi knige posobiya).
 |
| Ris. 41 |
Opisana prostaya i effektivnaya demonstracionnaya model' (ris. 41): alyuminievaya trubka dlinoi okolo 1 m s diafragmami vnutri, na odnom konce kotoroi elektricheskaya lampochka (v sovremennyh usloviyah ee mozhet zamenit' lazer), a drugoi konec vstavlen v uderzhivayushee kol'co. Pri krugovyh dvizheniyah nizhnego konca trubki, imitiruyushih orbital'noe dvizhenie Zemli, na potolke nablyudaetsya "parallakticheskoe" smeshenie svetovogo pyatna zvezdy, uslovno nahodyasheisya na meste uderzhivayushego kol'ca. Po polozheniyu svetovogo pyatna ucheniki delayut vyvod, kak izmenyayutsya forma i razmery parallakticheskih smeshenii zvezd v zavisimosti ot rasstoyaniya do Solnca i otkloneniya ot ploskosti ekliptiki.
Vyvoditsya formula dlya rascheta mezhzvezdnyh rasstoyanii na osnove izmereniya godichnogo parallaksa zvezd. Reshayutsya zadachi na zakreplenie izuchennogo materiala, v tom chisle:
 |
|
Ris.42 |
Opredelite rasstoyanie do zvezd, ch'i godichnye parallakticheskie smesheniya izobrazheny na ris. 42.
Na vtorom uroke uchenikam predlagaetsya izobrazit' v masshtabe godichnye parallakticheskie smesheniya zvezd, ispol'zuya "Uchebnyi zvezdnyi atlas". Vvoditsya ponyatie parseka kak edinicy izmereniya mezhzvezdnyh rasstoyanii.
Ponyatie absolyutnoi zvezdnoi velichiny formiruetsya s ispol'zovaniem prostranstvennyh modelei sozvezdii. Zatem vyvoditsya formula, svyazyvayushaya mezhzvezdnye rasstoyaniya i absolyutnuyu zvezdnuyu velichinu kosmicheskih tel:
Soglasno zakonam fotometrii,
osveshennost', sozdavaemaya dannym
istochnikom sveta, obratno proporcional'na
kvadratu rasstoyaniya do nego. Esli na
rasstoyanii r parsek zvezda proizvodit
osveshennost' E1, a na rasstoyanii 10
parsek – E2, to: 
.
Soglasno formule Pogsona: 
,
gde M – absolyutnaya zvezdnaya velichina,
kotoroi zvezda obladala by na rasstoyanii 10
pk, m - vidimaya zvezdnaya velichina.
Priravnyav pravye chasti sootnoshenii, posle
preobrazovaniya nahodim: 
.
Ucheniki rasschityvayut absolyutnuyu zvezdnuyu velichinu Solnca. Vyvoditsya formula, svyazyvayushaya absolyutnuyu zvezdnuyu velichinu i svetimost' zvezd:
Svetimost' zvezdy, t.e. otnoshenie
sily sveta zvezdy k sile sveta Solnca ravna
otnosheniyu osveshennostei: 
.
Posle logarifmirovaniya i podstanovki
absolyutnoi zvezdnoi velichiny Solnca
poluchaem: 
.
Ucheniki reshayut neskol'ko zadach na opredelenie svetimosti zvezd, kotorye v "Uchebnom zvezdnom atlase" ukazany s uchetom poglosheniya izlucheniya v mezhzvezdnoi srede. Na dannoe kosmicheskoe yavlenie nuzhno obratit' vnimanie uchashihsya i soslat'sya na nego pozdnee pri izuchenii diffuznoi materii.
Dalee pri pomoshi atlasa shkol'nikov znakomyat s raznoobraziem svetimostei zvezd i ih klassifikaciei po svetimosti (vydelenie klassov zvezd-gigantov, "normal'nyh" zvezd i zvezd-karlikov).
"Pri izuchenii zvezd ne sleduet povtoryat' vse to, chto uchashiesya uzhe znayut iz urokov fiziki i astronomii o spektral'nom analize i mnogochislennyh ego primeneniyah. Neobhodimo privlekat' tol'ko te svedeniya, kotorye neposredstvenno nuzhny dlya polucheniya obshih predstavlenii o zvezdah i ih parametrah. Opirayas' na svedeniya o spektrah zvezd, uchitel' rasskazyvaet ob opredelenii himicheskogo sostava zvezd, dokazyvaet material'noe edinstvo Vselennoi, govorit o tom, chto razlichiya v spektrah zvezd ob'yasnyayutsya prezhde vsego razlichiyami zvezdnyh temperatur, a zatem – himicheskih sostavov".
Poskol'ku zakon Stefana-Bol'cmana
v shkol'nom kurse fiziki ne izuchaetsya, i "net
vremeni na ego izuchenie na urokah
astronomii", formulu svyazi svetimosti,
razmerov i temperatury zvezd 
i formulu dlya opredeleniya radiusov zvezd po
dannym ob ih svetimosti i poverhnostnoi
temperature: 
sleduet
dat' bez vyvoda, raskryv lish' ee fizicheskoe
soderzhanie.
Massy i plotnosti zvezd izuchayutsya pozzhe, pri rassmotrenii materiala o dvoinyh sistemah. Osobennosti vnutrennego stroeniya zvezd ne rassmatrivayutsya; uchenikam lish' soobshaetsya o vozmozhnosti postroeniya modelei zvezd na osnove ih osnovnyh fizicheskih parametrov i zakonov fiziki. Ponyatie ob energetike, temperature i davlenii v nedrah zvezd daetsya na chisto opisatel'nom urovne: "istochnikom energii zvezd yavlyayutsya yadernye reakcii po prevrasheniyu vodoroda v gelii. Kogda v yadrah zvezd vodorod vygoraet, zvezda szhimaetsya, temperatury i davleniya uvelichivayutsya, v rezul'tate nachinayutsya sleduyushie cikly yadernyh reakcii po prevrasheniyu geliya v posleduyushie, bolee tyazhelye elementy". My schitaem takoi neser'eznyi podhod k opisaniyu vnutrennego stroeniya, sootvetstvuyushih parametrov i energetiki zvezd eto odnim iz glavnyh nedostatkov raboty A.D. Marlenskogo.
Na shestom uroke provoditsya korotkaya (do 20 minut) kontrol'naya rabota s 2 zadachami na vychislenie osnovnyh harakteristik zvezd, v ostavsheesya vremya izuchayutsya peremennye zvezdy. Po nashemu mneniyu, kontrol'nuyu rabotu nuzhno provodit' na poslednem uroke dannoi temy.
Na zaklyuchitel'nom sed'mom uroke rassmatrivayutsya zakonomernosti v mire zvezd. Vnachale s primeneniem modeli prostranstvennogo raspolozheniya zvezd v okrestnostyah Solnca proizvoditsya obshee znakomstvo s harakteristikami blizhaishih zvezd. Zavisimost' "massa-svetimost'" dlya zvezd demonstriruetsya pri pomoshi tablicy "Zakonomernosti v mire zvezd". Ucheniki sami stroyat sootvetstvuyushuyu diagrammu: na koordinatnuyu ploskost' nanosyatsya tochki, sootvetstvuyushie zvezdam s izvestnoi massoi i svetimost'yu. Obrashaetsya vnimanie na koncentraciyu tochek vdol' vozrastayushei krivoi: s uvelicheniem mass zvezd rastut ih svetimosti. Fizicheskaya sushnost' zakonomernosti ob'yasnyaetsya na chisto kachestvennom urovne: "Chem bol'she massa zvezdy, tem sil'nee szhimaetsya ee veshestvo v centre pod deistviem sil tyagoteniya. Sootvetstvenno uvelichivaetsya davlenie i temperatura central'nyh oblastei zvezdy, vydelyaetsya bol'shee kolichestvo energii, sledovatel'no, uvelichivaetsya svetimost'". Pri ob'yasnenii zavisimosti "cvet-svetimost'" "spektr – svetimost'" "sleduet pokazat', kakim obrazom nanosyatsya tochki na koordinatnuyu ploskost' soglasno dannym "Uchebnogo zvezdnogo atlasa", pokazat' na diagramme zvezdnye posledovatel'nosti i oblasti raspolozheniya gigantov, sverhgigantov, krasnyh i belyh karlikov". S nashei tochki zreniya, dannyi material sleduet ob'yasnyat' namnogo podrobnee.
Po mneniyu D.G. Kikina, P.I. Samoilenko [88], formirovanie ponyatie "zvezda" dolzhno bazirovat'sya na spektral'noi klassifikacii zvezd, poskol'ku intensivnost' fraungoferovyh linii v spektrah zavisit ne tol'ko ot koncentracii etogo elementa v atmosfere zvezdy, no i, glavnym obrazom, ot fizicheskih uslovii, v kotoryh nahoditsya gaz, i na diagramme Gercshprunga-Ressela.
V stat'e Yu.N. Klevenskogo "Znakomstvo uchashihsya s diagrammoi Gercshprunga-Ressela" [92] soderzhit rekomendacii po strukture i metodike izlozheniya dannogo materiala. Po mneniyu avtora, vnachale sleduet sformirovat' ponyatiya ob absolyutnoi zvezdnoi velichine i svetimosti zvezd, a zatem ob'yasnit' uchenikam pravila postroeniya diagrammy "spektr – svetimost'". Osnovnye polozheniya, s kotorymi nuzhno oznakomit' shkol'nikov: 1) v kazhduyu posledovatel'nost' vklyucheny zvezdy, ob'edinennye obshnost'yu fizicheskih uslovii i stadii svoego razvitiya; b) diagramma ne otrazhaet rasprostranennosti zvezd raznoi svetimosti, no pozvolyaet priblizhenno vychislyat' absolyutnye zvezdnye velichiny zvezd mnogih spektr-klassov, a po nim – rasstoyaniya do zvezd.
V chisle zadanii na dom rekomenduyutsya: 1) zapolnenie tablicy s harakteristikami zvezd; 2) postroenie diagrammy dlya zvezd iz tablicy v "Prilozhenii" k uchebniku.
V interesnoi stat'e L.P. Surkova, N.V. Lisina "Elementy problemnosti pri obuchenii astronomii v pedagogicheskom institute" privoditsya ryad metodicheskih rekomendacii, kotorye uchitel' mozhet s uspehom ispol'zovat' na urokah astronomii Avtory schitayut, chto "Osnova i istochnik astronomicheskih znanii – nablyudeniya, kotorye i stanovyatsya osnovnym sposobom sozdaniya problemnoi situacii" (na osnove sobstvennyh nablyudenii, zhiznennyh situacii, raboty s fotografiyami, risunkami i t.d., v tom chisle pri znakomstve s nablyudatel'nymi rezul'tatami, imeyushimi yakoby neob'yasnimyi harakter i privedshimi v istorii nauki k postanovke nauchnoi problemy). Naprimer, pochemu nekotorye kosmicheskie ob'ekty obladayut bol'shoi svetimost'yu v rentgenovskom diapazone, esli dazhe golubye sverhgiganty maksimum energii izluchayut v vidimom (i UF-) diapazone?
Sushestvovanie razlichnyh podhodov k vyboru strategii issledovaniya realizuetsya v vide konkuriruyushih nauchnyh gipotez. Eto pozvolyaet ispol'zovat' dlya pridaniya lekcii problemnogo haraktera pokaz razlichnyh tochek zreniya i pozicii uchenyh k resheniyu opredelennoi problemy. Mozhno ispol'zovat' mezhpredmetnyh svyazei dlya sozdaniya problemnyh situacii na osnove protivorechiya mezhdu imeyushimisya znaniyami i ih prakticheskim primeneniem v novyh usloviyah. Odnim iz sredstv osushestvleniya problemnogo podhoda k izlozheniyu tem kursa avtory schitayut naglyadnost'.
Dalee L.P. Surkov i N.V. Lisin privodyat v kachestve primerov metodicheskie rekomendacii po provedeniyu otdel'nyh urokov razdelov "Zvezdy" i "Vselennaya", privodimyh nami dalee v dopolneniyah k metodike provedeniya sootvetstvuyushih urokov.
G.I. Malahova predlagaet nachinat' izuchenie temy "Fizicheskaya priroda zvezd" s opredeleniya rasstoyanii do zvezd, ih absolyutnoi velichiny i svetimosti. Ob'yasnenie metoda opredeleniya rasstoyanii do zvezd mozhet byt' postroeno na primere vychisleniya rasstoyaniya do odnoi iz nih, a ponyatiya svetimosti i absolyutnoi zvezdnoi velichiny – na sravnenii vidimyh i absolyutnyh zvezdnyh velichin 2-3 yarkih zvezd. Uchitel' svyazyvaet ponyatie svetimosti zvezdy s ee razmerami i temperaturoi poverhnosti, predlagaet uchenikam vspomnit' metody opredeleniya temperatury Solnca (po zakonam Stefana-Bol'cmana i Vina).
Ucheniki pri sravnenii spektrov zvezd ustanavlivayut ih razlichiya v kolichestve, intensivnosti i polozhenii linii poglosheniya. Ih prichinu ob'yasnyaetsya raznicei v zvezdnyh temperaturah. Sleduet ob'yasnit' uchenikam, chto nesmotrya na razlichie spektrov, himicheskii sostav zvezd pochti odinakov.
Na osnovanii analiza spektrov uchitel' delaet vyvod o gazovoi (plazmennoi) prirode zvezd: nepreryvnyi spektr porozhdaetsya svecheniem plotnoi plazmy, a linii poglosheniya prinadlezhat otnositel'no holodnym i razrezhennym gazam zvezdnyh atmosfer.
Zatem uchitel' rasskazyvaet o spektral'noi klassifikacii zvezd i predlagaet uchenikam vypolnit' zadaniya po opredeleniyu spektral'nyh klassov, cveta i temperatur neskol'kih zvezd na osnove fotografii ih spektrov.
| << Predydushaya |
|
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:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
