Модель горячей Вселенной и реликтовое излучение

Этапы занятия

Планируемый результат (задача)

Деятельность педагога

Деятельность обучающихся

Формируемые компетенции

Вре-мя этапа

Выполняемые действия

Средства обучения

Выполняемые действия

Продукт деятельности

1. Мотиваци-онный

Мотивация на изучение нового материала

Вступительное слово: общие представления о физических условиях на ранних стадиях расширения Вселенной можно получить из анализа химического состава вещества

-

Восприятие информации.

Готовность к изучению нового материала

Эмоционально- психоло-гические

2 мин.

2.Освоение новых знаний

Формирование представлений о возникновении гелия и реликтового излучения во Вселенной

Лекция: Естественно предположить, что до образования звёзд вещество состояло из простейшего химического элемента — водорода. Поэтому первые звёзды, сформировавшиеся из этого вещества, были чисто водородными. При термоядерных реакциях в недрах звёзд образовывался гелий.

В термоядерных реакциях синтеза гелия в недрах Солнца каждую секунду выделяется 4 · 1026 Дж энергии. При образовании одного ядра гелия выделяется энергия ΔЕ=4,8 · 10–12 Дж.

Поэтому каждую секунду в Солнце образуется 1038ядер атомов гелия, или 6,7 · 1011 кг гелия. Полагая, что возраст Галактики близок к возрасту Вселенной: 1,3 ·1010 лет = 3,9 · 1017 с можно подсчитать массу гелия 2,6 · 1040 кг, что существенно меньше наблюдаемой массы гелия.

Исходя из этого астрофизик Г.А. Гамов пришёл к выводу, что основная масса гелия образовалась не в звёздах, а на ранних стадиях расширения Вселенной.

Образование гелия в термоядерных реакциях возможно лишь при температуре свыше нескольких миллионов кельвинов, то на ранних этапах расширения Вселенная была не только плотной, но и горячей. Поэтому принятая в настоящее время модель расширяющейся Вселенной получила название модели «горячей» Вселенной.

Итак, на ранних этапах рас- ширения вещество Вселенной имело огромную плотность и очень высокую температуру. Было также излучение, которое находилось в равновесии с веществом. По мере расширения температура вещества уменьшалась и, следовательно, уменьшалась температура теплового излучения, которая к настоящему времени должна была сни- зиться до 3 К (–270 °С). Это предсказание современной космологии подтвер- дилось открытием в 1965 г. микроволнового излучения, максимум которого приходится на длину волны λmax = 1 мм, что согласно закону смещения Вина соответствует температуре излучения Т = 2,7 К.

Как показали наблюдения, это излучение не связано ни с одним из известных небесных тел или их систем. Оно равномерно заполняет видимую Вселенную, т. е. ха- рактеризует горячее и сверхплотное состояние вещества в начале расширения. Поэтому это излучение получило название реликтового излучения, т. е. оставшегося от ранних этапов эволюции Вселенной.

Тематические таблицы

Восприятие информации.

Представления о возникновении гелия и реликтового излучения во Вселенной

Регулятивные

25 мин.

3. Выполнение практи-ческого задания

Развитие умения решения учебных задач

Организация практикума по решению задачи: полагая, что радиус Вселенной возрастает в зависимости от времени, оцените, когда во Вселенной стали образовываться галактики (время, когда галактики касались друг друга).

Раздаточный материал

Перевод текста задач в краткую запись, выбор соответствующих формул, проведение математи-ческих действий, оценка результата решения задачи

Представление решения задачи

Социальные, аналитические, самосовер-шенствования

15 мин.

4. Рефлек-сивный

Анализ результатов учебной деятельности

Подведение итогов: Вселенная в прошлом была плотной и горячей на- столько, что в ней шли термоядерные реакции синтеза гелия из водорода, именно по этой причине сейчас основная масса вещества состоит из водорода и гелия. Реликтовое излучения является излучением, которое осталось от горячего состояния вещества в начале рас- ширения Вселенной. Домашнее задание: 1)Объясните, почему современная модель расширяющейся Вселенной названа моделью горячей Вселенной.

2)Объясните, что такое реликтовое излучение, в чём заключается причина его возникновения.

-

Участие в обсуждении учебной деятельности: что узнали нового, возникшие проблемы и т.п.

Самооценка учебной деятельности

Самосовер-шенствования

3 мин.