Методика преподавания астрономии

---

<< Предыдущая

Содержание

Следующая >>

Методика проведения 2 урока
"Определение физических характеристик космических тел"

Цель урока: формирование понятия об астрономических способах определения физических характеристик космических тел.

Задачи обучения:

Общеобразовательные: формирование понятий:

- о космическом явлении – движении космических тел в центральном поле тяготения;
- об измерении космических расстояний и размеров космических тел параллактическим и радиолокационным методами;
- об единицах измерения межзвездных расстояний – световом годе и парсеке;
- об определении масс космических тел и космических систем по III закону Кеплера;
- о масштабах и основных физических характеристиках (массе, размерах, средней плотности) объектов Солнечной системы.

Воспитательные: формирование научного мировоззрения в ходе знакомства с историей человеческого познания, масштабами космических расстояний и основными физическими характеристиками космических тел; политехническое и трудовое воспитание в ходе изложения материала о практических способах применения знаний небесной механики и физики в космонавтике.

Развивающие: формирование умений решать задачи на применение законов Кеплера и расчет космических расстояний, размеров, масс и плотностей космических тел.

Ученики должны знать:

- о способах определения космических расстояний, размеров и масс космических тел и космических систем;
- о масштабах и основных физических характеристиках (массе, размерах, средней плотности) объектов Солнечной системы.
- формулы для расчета космических расстояний и размеров космических тел по значениям их параллакса и формулу III закона Кеплера для вычисления масс космических тел;
- астрономические величины: световой год, парсек.

Ученики должны уметь: решать задачи на применение законов движения космических тел для расчета их орбит, космических расстояний и скоростей, размеров, масс и плотностей.

Наглядные пособия и демонстрации:

Фрагменты диафильмов: "Определение расстояний до небесных тел"; "Элементы механики космических полетов".

Фрагменты кинофильмов: "Практические применения астрономии"; "Всемирное тяготение"; "Космические полеты"; "Радиолокация"; "Планетная система".

Задание на дом:

1) Изучить материала учебников:
- Б.А. Воронцов-Вельяминова: §§ 12, 13 (5, 6); упражнения 10, 11, 12, 13 (1).
- Е.П. Левитана: §§ 10, 11; вопросы-задания.
- А.В. Засова, Э.В. Кононовича: § 8(5), 15; упражнения 8.7 (4), 15.3.

2) Выполнить задания из сборника задач Воронцова-Вельяминова Б.А. [28]: 217; 229; 166.

План урока

Этапы урока	Содержание	Методы изложения	Время, мин
1	Повторение материала, актуализация темы занятия	Фронтальный опрос, беседа	5-7
2	Формирование понятий о способах измерения космических расстояний, размеров и масс космических тел	Лекция	12-15
3	Решение задач	Работа у доски, самостоятельное решение задач в тетради	20-22
4	Обобщение пройденного материала, подведение итогов урока, домашнее задание		3

Методика изложения материала

В начале урока следует провести проверку знаний, приобретенных на прошлом уроке, актуализируя предназначенный к изучению материал вопросами:

1. Что такое небесная механика? Как она возникла и развивалась? Какие ученые внесли наибольший вклад в ее развитие?
2. Как применяются людьми знания по небесной механике?
3. Какие космические явления изучаются небесной механикой? Какие небесные явления они порождают?
4. Какие законы движения космических тел вы знаете? (В "сильных" и физико-математических классах можно попросить учеников вывести эти законы у доски).
5. Как они были открыты? Почему их называют законами Кеплера? Почему и как Ньютон и другие ученые уточнили законы Кеплера?
6. Какие космические скорости вы знаете? Каков их физический смысл? Каковы их значения для Земли?

Часть учащихся выполняет соответствующие программируемые задания:

1. Сборник задач Г.П. Субботина [287], задания NN137.
2. Сборник задач Е.П. Разбитной [244], задания NN 7-1; 7-2; 7-3; 7-4; 7-5.
3. Страут Е.К. [276]: проверочная работа N 1 темы "Строение Солнечной системы" (варианты 1-5).

Затем учитель в форме лекции излагает новый материал. Желательно обратить внимание на то, что точность измерения космических расстояний, размеров и масс космических тел зависит от точности данных о соответствующих физических характеристиках (размерах, массе, большой полуоси орбиты) Земли.

Определение космических расстояний, размеров и масс космических тел

Геометрический метод определения космических расстояний основан на явлении параллактического смещения.

Для измерения расстояний до тел Солнечной системы за базис берется расстояние между двумя обсерваториями или радиус Земли R_Å (рис. 65); до ближайших звезд - радиус земной орбиты a (рис. 66).

Рис. 65

Рис. 66

Угол, под которым со светила виден радиус Земли или радиус земной орбиты, перпендикулярный к лучу зрения, называется суточным или годичным горизонтальным параллаксом. Параллакс Солнца - 8,8" ; параллакс Луны - 57¢ ; параллакс Проксимы Центавра - 0,75" (расстояние 270000 а.е.).

Расстояние до звезд выражается в световых годах (св. год) или в парсеках (пк).

Световой год – расстояние, которое луч света в вакууме преодолевает за 1 год.

1 св. год = 9,463 × 10¹⁵ м = 63240 а.е.

Парсек - расстояние, с которого большая полуось земной орбиты, перпендикулярная лучу зрения, видна под углом в 1" . Расстояние в парсеках обратно величине годичного параллакса в секундах дуги. 1 пк = 3,26 световых года = 3,086× 10¹⁶ м = 206265 а.е.

До последнего времени параллактический метод измерения межзвездных расстояний был применим лишь для звезд, удаленных от Солнечной системы на относительно небольшие расстояния (до 100 св. лет); расстояние до более далеких космических объектов определялось иными способами. В последние годы ряд ученых пытается при помощи космической системы радиотелескопов определять межгалактические расстояния, измеряя ничтожно малый параллакс космических мазеров – точечных источников радиоизлучения в ближайших галактиках.

Размеры космических тел определяются по формулам:

Рис. 67

где r - видимые угловые размеры светила, p - горизонтальный параллакс. Этот метод применяется лишь при возможности измерения диска светила, т.е. в основном для объектов Солнечной системы. Размеры звезд определяются другими способами (рис. 67).

В настоящее время расстояние и размеры тел внутри Солнечной системы определяются в основном посредством радиолокации. Для уточнения теории движения Луны расстояние до нее измеряется при помощи уголковых отражателей лазерных лучей, установленных на ее поверхности американскими астронавтами.

Массы планет, Солнца, спутников планет, астероидов, двойных и кратных звезд и других космических тел – компонентов космических систем – можно определять по формуле III закона Кеплера, уточненного Ньютоном.

Массу Солнца можно определить по формуле: , где – масса Солнца, - соответствующие характеристики Луны.

Массы спутников определяются по формуле: .

Можно вывести формулы, позволяющие вычислить средние расстояния спутников от центральных тел (например, планет от Солнца и т. д.) и средние скорости их движения по орбитам: при.

Изученный материал закрепляется в ходе решения задач. Следует пояснить ученикам, что поскольку массы спутников космических тел намного меньше массы центрального тела, при нестрогом решении задачи ими можно пренебречь.

Упражнение 8:

1. Определите расстояние от Земли до Солнца и истинные размеры Солнца, если параллакс Солнца 8,8" , угловые размеры 30', а радиус Земли 6370 км.
2. Определите расстояние от Земли до Луны и истинные размеры Луны, если ее видимые размеры 30', а горизонтальный параллакс 57'.
3. Определите расстояние до звезды Проксима Центавра, если ее годичный параллакс 0,75" .
4. Определите расстояние до звезды Вега, a Лиры, если ее годичный параллакс 0,125".
5. Какие видимые размеры имеет Солнце при наблюдениях с Плутона? Правда ли, что с Плутона Солнце выглядит просто яркой звездой? Разрешающая способность человеческого глаза около 1'.
6. Определите параллакс и видимые размеры Меркурия, если его диаметр 4900 км, среднее расстояние от Земли, а в нижнем соединении 91000000 км.
7. В Древней Греции астрономы считали, что кометы - это земные испарения, самовозгорающиеся в верхних слоях земной атмосферы. С помощью каких наблюдения Тихо Браге доказал, что кометы являются космическими телами?
8. Определите массу и среднюю плотность Луны и I космическую скорость у ее поверхности (R_¦ = 1737 км).
9. Определите массу и среднюю плотность Солнца, если его размеры в 109 раз превышают размеры Земли.
10. Определите массу и среднюю плотность Марса, если его спутник Фобос вращается вокруг Марса на расстоянии 9300 км с периодом вращения 0,32^d.
11. Определите массу планеты в планетной системе звезды 51 Пегаса, если масса самой звезды равна массе Солнца, большая полуось орбиты планеты 0,051 а.е., а период ее обращения 4,23^d.
12. Определите линейное расстояние между золотистой и сапфирно-голубой звездами двойной системы Альбирео, b Лебедя, если до нее 125 пк, а угловое расстояние между компонентами 34,6ќ.
13. Задача, предложенная О.М. Лебедевой [118]:

Отношение масс Сириуса (М₁) и его спутника (М₂) равно 2,5. Сумма масс этих звезд 3,2 М_¤ . Определите массы Сириуса и его спутника в отдельности.

(Решение: , М₁ = 2,3 М_¤ ; М₂ = 0,9 М_¤ ).

14. Ю.Н. Клевенский [90]: Насколько далеки друг от друга 2 звезды, если их годичные параллаксы составляют 0,2ќ и 0,05ќ ?

Замечания, рекомендации и дополнения к методике проведения урока: 

Е.К. Страут, Ю.П. Сергиенко [281] считают, что идея возможности определения размеров Земли и других тел Солнечной системы и расстояний между ними на основе угловых измерений положений светил может развиваться на примере задачи на вычисление полуденной высоты Солнца в 2 городах на разных географических широтах (воспроизводящие исследования Эратосфена), связанной с материалом предыдущего раздела.

А.Н. Широков рекомендует проведение простейшей лабораторной работы "Определение размеров Луны" [317]:

Рис. 68

В полнолуние при помощи линейки определяются видимые размеры лунного диска: поскольку треугольники KCD и КАВ подобны, из теоремы о подобии треугольников следует, что:. Диаметр Луны АВ равен: . Расстояние от Земли до Луны ученики узнают из справочных таблиц (но лучше, если они сумеют вычислить его сами).

В статье А.И. Зубарева, У.С. Ахмадова [72] описана конструкция и методика использования самодельного прибора для демонстрации определения горизонтального параллакса светил, сделанного на основе школьной астролябии.

<< Предыдущая

Содержание

Следующая >>

Публикации с ключевыми словами: методика преподавания - преподавание астрономии - наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача Публикации со словами: методика преподавания - преподавание астрономии - наблюдения - лабораторные работы - практические работы - учебная программа - учебные пособия - лекции - педагогический эксперимент - дидактика - контрольные работы - задача

См. также: Иллюзия одинаковых цветов Очные курсы дополнительного образования "Астрономия в современной школе" Загадочные зелёные пятна в облаках Астероидно-кометная опасность – грозит ли нам "Армагеддон" ? Лекторий Планетария открывает двери Syfy Poehali Party в Политехническом музее Исследование кометы 2010 года по наблюдениям с космической орбитальной обсерватории SOHO. Все публикации на ту же тему >>