Программа элективного курса для учащихся 11-х классов естественнонаучного профиля. Учитель физики и астрономии школы №1151, к ф. м н. Б. Ф. Мочалов, методист по физике омц зелао и. П. Кутко

Вид материала

Содержание

Цель курса
Задача курса
Условия получения зачета
Учебно – тематическое планирование.
Итого 72 часа.
5 – 8 занятие.
9 – 10 занятие.
11 – 12 занятие.
13 – 14 занятие.
19 – 20 занятие
23 – 26 занятие.
27 – 28 занятие.
29 – 30 занятие.
31 – 32 занятие.
33 – 34 занятие.
35 – 36 занятие.
39 – 40 занятие.
45 – 46 занятие.
51 – 52 занятие.
53 – 54 занятие.
...
Полное содержание

Подобный материал:

«Эволюция Вселенной»

Программа элективного курса для учащихся 11-х классов естественнонаучного профиля.

Учитель физики и астрономии школы № 1151, к.ф.-м. н. Б.Ф. Мочалов,

методист по физике ОМЦ ЗелАО И.П. Кутко.

Пояснительная записка.

Продолжительность курса составляет один год, в объеме 72 часа, одно двухчасовое занятие в неделю. Предлагаемый курс подготовлен для хорошо подготовленных одиннадцатиклассников и необходим для обобщения знаний учащихся, полученных по предметам естественного цикла: физика, химия, биология, география и математика. Актуальность курса очевидна – передовые рубежи науки сегодня в микромире – нанотехнологии, в макромире – генная инженерия и энергетика, в мегамире – исследование ближнего и дальнего космоса. Специалисты XXI века должны еще в школе определить свои интересы и получить устойчивые знания о наиболее общих закономерностях эволюции материи во всех ее проявлениях. Приобретенные знания существенно помогут выпускникам школы в выборе будущей специальности. Изучение предметов естественнонаучного цикла в школе ведется «от явления», как последовательный переход от рассмотрения структур макромира до размеров Солнечной системы (порядок 10¹⁶ м) к анализу явлений в микромире на масштабах порядка 10^-18 м. Закономерность мегамира за пределами Солнечной системы до размеров видимой Вселенной порядка 10²⁶ м преподается очень поверхностно, даже при наличии в программе школы линейного курса «Астрономия». У выпускников школы отсутствует целостное представление об основных этапах эволюции Вселенной и единообразии наиболее общих закономерностей, действующих во всех трех мирах.

Цель курса – формирования у школьников адекватного восприятия мира, четкое осознание себя, как части этого мира. Отсюда и развитие познавательного интереса к естественным наукам, мотивация к приобретению дополнительных знаний. Полученные знания формируют жизненную позицию молодого человека: активность, гражданственность, ответственность за происходящее в нашем мире, заставляют задуматься над вечными вопросами: «Кто мы? Зачем мы в этом мире? Как нам себя вести?»

Задача курса «Эволюция Вселенной» - развитие навыков самостоятельной работы с образовательными ресурсами. Формирование устойчивого научного мировоззрения, гармоничного восприятия уровней окружающего мира, понимания направленности в процессе эволюции материи. Закрепление приобретенных навыков , их оценка происходят на семинарских занятиях в виде ответов на контрольные вопросы или подготовленных кратких сообщений.

Условия получения зачета: написание и представление (защита) подготовленного реферата на конференции, где будет оцениваться умение работать с источниками, оформление реферата и его содержательная часть. Объем реферата должен составлять 15-20 страниц текста ( 12 кегль) с иллюстрациями. Предварительные темы и планы рефератов обсуждаются на семинарских занятиях.

Учебно – тематическое планирование.

№	Тема	Лекции	Семинары
Блок 1. Введение в материальный мир.		9	9
1	Население микромира. Элементарные частицы.	2	2
2	Фундаментальные веаимодействия.	2	2
3	Пространство – время.	1	1
4	Физические законы, уравнения, замкнутые и открытые системы. Законы сохранения.	4	4
Блок 2.Модель «Большого взрыва»		12	8
5	Астрофизические наблюдения. Возможности астрофизических расчетов.	4	4
6	Модель «Большого взрыва»	8	4
Блок 3. Звездный мир. Сто миллионов лет от «Большого взрыва».		13	9
7	Характеристика звезд. Диаграмма спектр – светимость. Главная звездная последовательность.	7	5
8	Эволюция звезд. Рождение, жизнь, смерть звезд. Жизненный трек звезд главной звездной последовательности.	6	4
Блок 4. Звездные образования.		5	5
9	Двойные и кратные звезды. Звездные скопления.	3	3
10	Звездные острова. Галактики. «Млечный путь».	2	2
11	Конференция		2
	Итого 72 часа.	39	33

Краткое содержание курса.

1 – 4 занятие. Знакомство с микромиром. Физический вакуум. Элементарные частицы: лептоны, адроны, кварки. Частицы и античастицы. Аннигиляция частиц и цепочки превращений. Время жизни. Излучение.

5 – 8 занятие. Особое внимание уделено свойствам пространства – временного континуума, связи его свойств с законами сохранения импульса, момента импульса., энергии Фундаментальные взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое. Проявления этих взаимодействий.

9 – 10 занятие. Заряд и его основные свойства. Взаимодействие заряда с пространством – временем. Зарядово – полевая модель с анализом констант взаимодействия (работы М.Планка). Центрально – симметричное поле. Законы сохранения в центрально – симметричном поле.

11 – 12 занятие. Механическая энергия. Консервативные силы. Закон сохранения энергии. Момент импульса тела. Закон сохранения момента импульса, связь с траекторией движения.

13 – 14 занятие. Связь законов сохранения со свойствами пространства – времени. Однородность и изотропность пространства.

15 – 18 занятие Мега -, макро – и микромиры. Единство основных законов физики во всех мирах. Отличия в проявлении основных закономерностей в зависимости от масштаба пространственно – временной ячейки: времена жизни, плотности энергии, превалирующий вид взаимодействия.

19 – 20 занятие Наблюдаемое разбегание галактик. Закон Хаббла. Распределение видимого вещества во Вселенной. Оценка времени существования Вселенной.

21 – 22 занятие Модель расширяющейся Вселенной А. А. Фридмана. Критическая плотность вещества во Вселенной. Возможные варианты будущего Вселенной.

23 – 26 занятие. «Большой взрыв» Георгия Гамова. Квантово – механическая «черная дыра» физического вакуума. Комптоновская длина волны. Радиус Шварцшильда. Планковская эпоха от 0 до 10^-43 секунды. Обсуждаются вопросы: где начало? Откуда взялась чудовищная энергия, затраченная на образование Вселенной?

27 – 28 занятие. Вселенная в возрасте от 10^-43 секунды 10^-36 секунды. Поток времени. Разделение четырех фундаментальных взаимодействий. Спонтанное нарушение симметрии пространства – времени.

29 – 30 занятие. Инфляционная стадия расширения Вселенной от 10^-18 до3*10¹⁷ метра. Электрослабая эпоха от 10^-34 секунды 10^-10 секунды. Кварки, лептоны – переносчики всех видов взаимодействия.

31 – 32 занятие. Вселенная от 10^-10 секунды до 1 секунды. Адроны, лептоны. Процесс аннигиляции частиц и античастиц. Исчезновение антивещества. Превалирование энергии излучения над энергией вещества.

33 – 34 занятие. Эра нуклеосинтеза. (1 – 200 секунд). Образование реликтовых ядер: ₁²Н, ₁³Н, ₂⁴Не, водородно – гелиевая плазма.

35 – 36 занятие. Эра атомов. Реликтовое излучение предсказано в 1948 г., открыто в 1964 г. Радиоастрономия.

37 – 38 занятие. Неоднородность реликтового излучения – неоднородность в распределении вещества в ранней Вселенной. Образование астрономических структур: Рождение звездного мира. Галактики. Скопления галактик.

39 – 40 занятие. Основные характеристики звезд. Звездные величины. Расстояния до звезд и способы их определения. Метод годичного параллакса.

41 – 44 занятие. Светимость звезд. Спектр звезды. Цветовой показатель спектра . Связь между физическими характеристиками звезд.

45 – 46 занятие. Диаграмма Герцшпрунга - Рассела. Главная звездная последовательность (ГЗП). Диаграмма масса – светимость.

47 – 50 занятие. Распределение вещества в галактиках. Газопылевые комплексы (ГПК). Холодные молекулярные ГПК. Галактические диски и спиральные рукава.

51 – 52 занятие. Протозвезды. Этапы рождения нормальной одиночной звезды, находящейся на главной звездной последовательности. Стадия свободного падения. Стадия Хаяши. Красные гиганты.

53 – 54 занятие. Жизненный трек нормальной звезды на главной звездной последовательности. Протон – протонный цикл. Белые карлики.

55 – 56 занятие. Продолжительность жизни. Механизмы переноса энергии от ядерной топки. Три наиболее вероятных сценария заключительного этапа жизни одиночной звезды ГЗП в зависимости от массы звезды.

57 – 58 занятие. Эволюция звезд с массой, близкой к солнечной. Вспышка сверхновой звезды Нейтронизация плазмы. Нейтронные звезды – пульсары.

59 – 60 занятие. Эволюция звезд с массой, в 10 раз больше Солнечной. От ядра водорода до ядер железа. Гравитационный коллапс. Радиус Шварцшильда. Черная дыра.

61 – 62 занятие. Переменные звезды. Затменно – переменные, физически переменные звезды. Полоса неустойчивости на диаграмме Герцшпрунга – Рассела. Цефеиды.

63 – 64 занятие. Парные звезды. Тесные двойные системы. Полость Роша. Особенности эволюции звезд в тесных двойных системах.

65 – 66 занятие. Звездные скопления. Звездные ассвоциации. Галактики, их классификация. (эллиптические, спиральные. неправильные). Строение галактик.

67 – 68 занятие. Наша Галактика – «Млечный путь». Строение: галактический диск, гало, ядро Галактики. Движение Галактики, как целого, движение звезд в Галактике. Взаимодействие с Магеллановыми облаками.

69 – 70 занятие. Скопления галактик. Активные галактики. Темная материя. Загадка нейтрино. Обсуждение данных наблюдений в пользу модели «Большого взрыва», не ясных пока моментов в эволюционной модели.

71 – 72 занятие. Конференция.

Методические рекомендации.

В курсе «Эволюция Вселенной» преднамеренно опущена тема «Космогония Солнечной системы, ее строение и содержание». Эта тема есть в учебном плане курса физики в 11 классе, ее можно предложить в форме реферата. Учитывая большую загруженность учащихся выпускных классов во втором полугодии, курс можно начинать со второго полугодия 10 класса.

Занятия по названному курсу проводятся по лекционно – семинарской методике. Перед проведением семинаров школьники получают набор контрольных вопросов, которые будут обсуждаться на семинаре, либо домашние контрольные задания.

Примерный характер вопросов, обсуждаемых на семинаре, (Блок 2).

Оцените размер Вселенной в планковскую эпоху.
Как оценить температуру Вселенной в планковскую эпоху?
Каков состав Вселенной в эпоху Великого объединения?
Инфляционная фаза эволюции Вселенной, ее временной и температурный интервал.
Как изменялся состав Вселенной и ее температура от 10^-34 секунды до 1 секунды. с момента «Большого взрыва»?
Расскажите о первичном нуклеосинтезе и реликтовых ядрах.

Пример домашней контрольной работы (Блок 4).

Укажите последовательность астрономических структур в порядке возрастания их среднего размера.
Дайте краткую характеристику нашей Галактике: размеры Галактики, галактический диск, и его население.
Что Вам известно о шаровых звездных скоплениях?
Как оценить число звезд в нашей Галактике?
Сформулируйте закон Хаббла. Как измеряют скорость галактик?
Оцените время расширения Вселенной.

Примерный список тем рефератов:

Эволюционная модель Солнечной системы.
Солнечная система. Планета Венера.
Солнечная система. Планета Земля.
Солнечная система. Атмосфера планеты. Радиационные пояса. Магнитное поле Земли.
Солнечная система. Планета Марс.Первые результаты с «Феникса».
Исследование планеты Марс. Марсоход «Спирит», 2004 год.
Солнечная система. Планеты Земной группы, их сравнительные характеристики.
Солнечная система. Планета Юпитер. Современные исследования планеты.
Астероиды и метеориты. Исследование астероида Эрос, 2001 год.
Исследование планеты Сатурн. АМС «Кассини» и спускаемый аппарат «Гюйгенс», 2005 год.
Солнечная система. Планета Уран.
Солнечная система. Планета Нептун.
Солнечная система. Планеты – гиганты, их сравнительные характеристики.
Солнечная система. Спутники планет.
Пояс Койпера и облако Оорта. Кометы.
Исследование Солнца – звезды класса G2V.
Модель рождения и «детства» звезд типа «Солнце».
Внутреннее строение, механизмы энергопереноса, строение атмосферы Солнца.
Основные характеристики звезд. Диаграмма спектр – светимость, Диаграмма масса – светимость.
Двойные звезды. Тесные двойные системы.
Газопылевые комплексы.
Вспышки сверхновых. Черные дыры.
Современные представления о структуре межзвездной среды.
Круговорот вещества в Галактике. Звездообразование.
Шаровые скопления.
Квазары и пульсары.
Современные представления о строении и эволюции Вселенной.

Образовательные ресурсы к курсу:

Список литературы:

1. Большой энциклопедический словарь. Физика. М., «Большая Российская энциклопедия», 1999.

2. Энциклопедия для детей. Астрономия. М., Аванта+, 2002.

3. Астрономия. Авт.-сост. М.Я.Цофин. Минск, Харвест, 1998.

4. Я.И.Перельман. Занимательная астрономия. В.В.Рюмин. Занимательная химия. Ростов-на-Дону. ЗАО «Книга» ,2005.

А.М. Романов. Занимательные вопросы по астрономии и не только. М., МЦНМО, 2005.

6. Журнал «Вокруг света», август 2001, «Живые и мертвые»,Л. Князева.

7.Журнал «Вокруг света»,июль 2002, «Пятый элемент», Л. Князева.

8. Журнал «Вокруг света»,ноябрь 2003, «Невидимая, но тяжелая», С. Рудин.

9. Журнал «Вокруг света», декабрь 2004,»Тайна шестой планеты», Л. Бумагин.

10. Журнал «Компьютерра», №527, 27 января 2004г. «Земные духи Марса» Г. Андреев.

11. Журнал «Компьютерра»,»384,20 февраля 2001, «Прикосновение к Эросу» Е. Золотов.

12. С. Вайнберг. Мечты об окончательной теории.М. УРСС, 2004.

13. Сборник нормативных документов. Физика. Сост. Э.Д. Днепров, А.Г. Аркадьев. М., Дрофа,2004.

Учебные пособия:

1. В.А. Касьянов. «Физика – 11. Эволюция Вселенной»,М., «Дрофа», 2006.

2. В.А. Касьянов. «Физика – 11.»,М., «Дрофа», 2005.

3.Л.Э. Генденштейн, Ю.И.Дик. «Физика-11». М., Илекса, 2005.

4. Н.Н. Шахмаев, Ю.И. Дик, С.Н. Шахмаев, Д.Ш. Шодиев,

«Физика – 11»,М., Мнемозина, 2003.

5.В.В.Воронцов-Вельяминов, Е.К.Страут. Астрономия. М., Просвещение, 2000.

6. Е.П. Левитан. Астрономия. М., Просвещение, 2006.

7.Е.П. Левитан. Астрономия. Книга для учителя. М., Просвещение, 2005.

8. Л.А. Кирик. К.П. Бондаренко. Астрономия. Разноуровневые самостоятельные работы. М., Илекса, 2005.

В.И. Зинковский, А.Я. Варнах. Астрономия. Примерное поурочное планирование с применением аудиовизуальных средств. М. Школа-Пресс, 2001.
Е.Б. Гусев. Сборник вопросов и качественных задач по астрономии. М., Просвещение,2002.
А.П. Садохин. Концепции современного естествознания. – М., «Эксмо», 2005

Сетевые ресурсы:

Мультимедиа-диски:

1.Электронные учебные пособия «Физика 11» Л.Э. Генденштейн, Л.А. Кирик. Илекса,2006.

2.«Открытая астрономия, 2,5», «Уроки открытого колледжа» Н.Н.Гомулина, Физикон, 2004г.

Blog

Содержание