Конспект урока в 10 классе астрономия по теме «Телескопы и их характеристики. Методы астрофизических исследований. Всеволновая астрономия»
10 класс. Астрономия.
Автор : Алексеева Л.Н.
Тема урока . Телескопы и их характеристики. Методы астрофизических исследований. Всеволновая астрономия
Тип : Урок открытия нового знания
Цель урока: формирование представления обучающихся о строении и применении телескопов, изучить методы астрофизических исследований. Дать понятие всеволновой астрономии, развитие аналитического мышления , воспитание национального достоинства и любви к родине .
1. воспроизводить определения терминов и понятий «волновая оптика», «виды оптических телескопов»
2. Развивать умения работать с различными источниками информации , самостоятельно делать выводы , обосновывая их фактами ,
3. готовность и способность к образованию, в том числе самообразованию, на протяжении всей жизни;
Личностные : учебно-познавательная мотивация, мотивационная основа учебной деятельности, учебно-познавательный интерес, адекватное понимание причин успеха / неуспеха в учебной деятельности.
Регулятивные:саморегуляция, контроль, коррекция, осуществление самоконтроля по результату и по способу действия
Познавательные: анализ, синтез, сравнение, обобщение, классификация, аналогия, структурирование знаний,построение логических рассуждений, постановка и формулирование проблемы, самостоятельное создание алгоритмов деятельности, самостоятельный учет установленных ориентиров действия в новом учебном материале, построение речевых высказываний, использование общих приемов решения задач, использование знаково-символических средств, подведение под понятие, рефлексия способов и условий действия, контроль и оценка процесса и результатов деятельности.
Коммуникативные : планирование учебного сотрудничества, достаточно полное и точное выражение своих мыслей в соответствии с задачами и условиями коммуникации, формулирование и аргументация своего мнения и позиции в коммуникации, учет разных мнений, координирование в сотрудничестве разных позиций.
Использование новых технологий: интерактивная доска
Давайте ребята вспомним что мы проходили на прошлых уроках. Задаю вопросы:
На какие группы классифицируются планеты и назовите их. (Ответ: планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс и планеты гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Опишите строение геоцентрической и гелиоцентрической системы.
В чем различие планет земной группы от планет гигантов? ( Размеры, плотность, большое наличие спутников у планет гигантов).
Что относится к малым телам солнечной системы?
Современные представления о происхождении солнечной системы. Космогоническая теория Шмидта.
Мотивация к учебной деятельности.
Где я смогу применять полученные знания?
Какую личную цель я ставлю на этом уроке?
Изучение нового материала.
Этап открытий новых знаний.
Методы астрофизических исследований
В отличие от физиков астрономы лишены возможности ставить эксперименты. Практически всю информацию о небесных телах приносит нам электромагнитное излучение. Только в последние сорок лет отдельные миры стали изучать непосредственно: зондировать атмосферы планет, изучать лунный и марсианский грунт, изучать непосредственно атмосферу Титана.
В XIX веке физические методы исследования проникли в астрономию, и возникла симбиотическая наука – астрофизика, которая изучает физические свойства космических тел. Астрофизика делится на: а) практическую астрофизику, в которой разрабатываются и применяются практические методы астрофизических исследований и соответствующие инструменты и приборы, способные получить максимально полную и объективную информацию о космических телах; б) теоретическую астрофизику, в которой на основании законов физики даются объяснения наблюдаемым физическим явлениям.
Изучение Вселенной началось и продолжается в течение нескольких тысячелетий, но вплоть до середины прошлого века исследования были исключительно в оптическом диапазоне электромагнитных волн. Поэтому доступной областью излучения был диапазон от 400 до 700 нм. Первые астрономические научные наблюдения являлись астрометрическими, изучалось только расположение планет, звёзд и их видимое движение на небесной сфере.
Излучение, проходящее сквозь земную атмосферу, изучается непосредственно с поверхности Земли. Для этого созданы астрономические инструменты- телескопы (от греч. теле-вдаль и скопео- смотрю). Телескоп — увеличивает угол зрения (разрешающая способность), и собирает больше света (проникающая сила).
Телескопы для наблюдений в световых лучах называются оптическими. Существует два вида оптических телескопов- линзовые, или рефракторы и зеркальные, или рефлекторы. У рефракторов объектив, собирающий световые лучи, изготовлен из стеклянных линз, а у рефлекторов объективом служит вогнутое зеркало.
Телескопы бывают самыми разными – оптические (общего астрофизического назначения, коронографы, телескопы для наблюдения ИСЗ), радиотелескопы, инфракрасные, нейтринные, рентгеновские . При всем своем многообразии, все телескопы, принимающие электромагнитное излучение, решают две основных задачи:
создать максимально резкое изображение и, при визуальных наблюдениях, увеличить угловые расстояния между объектами (звездами, галактиками и т. п.);
собрать как можно больше энергии излучения, увеличить освещенность изображения объектов
Рефрактор — используется преломление света в линзе (преломляющий), первый в 1609г Г. Галилей
Рефлектор — используется вогнутое зеркало (отражающий), фокусирующее лучи, первый в 1667г изобрел И. Ньютон.
Зеркально – линзовый. Б.В. ШМИДТ (1879-1935, Эстония) построил в 1930г (камера Шмидта) с диаметром объектива 44 см. Большой светосилы, свободный от комы и большим полем зрения, поставив перед сферическим зеркалом корректирующую стеклянную пластину.
В 1941 году Д.Д. Максутов (СССР) сделал менисковый, выгоден короткой трубой. Применяется любителями – астрономами.
В 1995г для оптического интерферометра введен в строй первый телескоп с 8м зеркалом (из 4 -х) с базой 100м (пустыне АТАКАМА, Чили; ESO).
В 1996г первый телескоп диаметром 10м (из двух с базой 85м) им. У. Кека введен в обсерватории Маун – Кеа (Калифорния, Гавайские острова, США)
любительские телескопы
Самостоятельное задание для учеников. Дать характеристику телескопа.
Способность увеличивать угол характеризуется увеличением телескопа. Оно равно отношению фокусных расстояний объектива F и окуляра f .
W = 
Основное назначение телескопов состоит не в достижении большого увеличения, а в том, чтобы собрать как можно больше световой энергии от небесного тела и различить как можно меньшие детали. От небесных тел к Земле приходят параллельные лучи света, из которых в глаз попадает лишь очень маленькая доля, поскольку диаметр зрачка очень мал не превышает 6-7 мм. Объектив телескопа, имея значительные размеры ( диаметр D)? Воспринимает световой поток, и концентрируя его, позволяет видеть слабые небесные объекты, недоступные невооруженному глазу. Диаметр объектива D и его фокусное расстояние F определяют важную характеристику телескопа- светосилу:
Диаметр объектива определяет разрешающую способность (или разрешение) телескопа – способность телескопа видеть отдельно близко расположенные объекты и мелкие детали на поверхности небесного тела. Разрешение телескопа выражается минимальным углом Q между 2-мя точками, которые можно четко различить. Разрешающая способность телескопа обратно пропорциональна диаметру объектива и прямо пропорциональна длине электромагнитных волн, воспринимаемых телескопом. Вычисленное в секундах дуги разрешение: Q= 251640* /D. D-диаметр объектива. Разрешающая способность оптического телескопа равна Q=140 секунд/D т.к. лямбда=550 нм.
Школьный телескоп с диаметром объектива D=10 см. имеет разрешающую способность 1,4 секунды. Это означает, что если две звезды на небе отстоят друг от друга на угловое расстояние более 1,4секунд, то они в этот телескоп будут видны по отдельности. Если расстояние между ними менее 1,4 секунд, то они будут видны как одна точка.
Предельный (наименьший) блеск звезд, видимый в телескоп, характеризует проницающую способность телескопа ( m ), часто называемую его оптической мощью, которую вычисляют по формуле
В XX веке астрономия стала всеволновой . В настоящее время излучение от космических объектов регистрируется во всем диапазоне электромагнитного спектра от длинноволнового радиоизлучения (частота 10 7 Гц, длина волны = 30 м) до гамма-излучения (частота 10 27 Гц, длина волны = 3 10 –19 м = 3 10 –10 нм).
Астрономические наблюдения проводятся во всем диапазоне электромагнитных волн.
Наблюдения в других спектральных диапазонах позволили сделать важные открытия. Сначала были изобретены радиотелескопы . Так, радиоволны принесли информацию о наличии крупных молекул в холодных молекулярных облаках, об активных галактиках, о строении ядер галактик, в том числе и нашей Галактики, тогда как оптическое излучение от центра Галактики полностью задерживается космической пылью. Любой радиотелескоп по принципу своего действия похож на оптический: он собирает излучение и фокусирует его на детекторе, настроенном на выбранную длину волны, а затем преобразует этот сигнал, показывая условно раскрашенное изображение неба или объекта. Чтобы существенно улучшить угловое разрешение, в радиоастрономии используют радиоинтерферометры . Простейший радиоинтерферометр состоит из двух радиотелескопов, разнесенных на расстояние, называемое базой интерферометра . Радиотелескопы, находящиеся в разных странах и даже на разных континентах, также могут соединяться в единую систему наблюдений. Такие системы получили название радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (РСДБ). Такие системы дают максимально возможное угловое разрешение, в несколько тысяч раз лучше, чем у любого оптического телескопа.
Наша Земля надежно защищена атмосферой от проникающего жесткого электромагнитного излучения, от инфракрасного излучения. Поэтому современные инфракрасные, рентгеновские и гамма обсерватории вынесены за пределы земной атмосферы.
Наблюдения в рентгеновском и гамма-диапазонах позволяли исследовать космические объекты на поздних стадиях их жизни, открыть пульсары, черные дыры, столкновения скоплений галактик и т.д.
С помощью астрофизических методов можно определять скорости космических объектов, химический состав, массу, оценивать их размеры. Космос является гигантской физической лабораторией, в которой естественным путем создаются физические условия, невозможные на Земле, – экстремальные значения температур, плотностей, светимостей и т. д. Природа космических тел и космического пространства является предметом исследования не только астрономов, но и физиков.
4.Закрепление изученного материала
1. Какое из перечисленных электромагнитных излучений имеет наибольшую длину волны?
Б. Видимое излучение.
В. Ультрафиолетовое излучение
Г. Рентгеновское излучение
2. Термин «всеволновая астрономия» означает:
А. прозрачность земной атмосферы для всех волн электромагнитного излучения, приходящего из космоса;
Б. изучение излучения небесных объектов во всем диапазоне электромагнитного спектра от радиоволн до гамма-излучения;
В. изучение невидимых диапазонов электромагнитного спектра у небесных светил;
Г. изучение излучения небесных объектов во всем диапазоне видимого спектра электромагнитного излучения, от красного до синего цветов.
3. Разрешающая способность глаза, то есть восприятие двух звезд (точечных источников) раздельно, равна минимальному углу зрения:
4. Увеличение разрешающей способности телескопа возможно:
А. При уменьшении диаметра объектива;
Б. При уменьшении длины волны регистрируемого излучения
В. При уменьшении диаметра окуляра
Г. При увеличении длины волны регистрируемого излучения
5. Как можно вычислить увеличение телескопа?
А. Отношение диаметра объектива к фокусному расстоянию окуляра.
Б. Отношение фокусного расстояния окуляра к фокусному расстоянию объектива.
В. Отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра.
Г. Отношение диаметра объектива к фокусному расстоянию объектива.
6. Самый большой в мире наземный телескоп имеет диаметр около:
1. Какое из перечисленных электромагнитных излучений имеет наименьшую длину волны?
А.Гамма-излучении Б. Видимое излучение.
В. Ультрафиолетовое излучение Г. Рентгеновское излучение
2. Термин «всеволновая астрономия» означает :
А. изучение невидимых диапазонов электромагнитного спектра у небесных светил;
Б. изучение излучения небесных объектов во всем диапазоне видимого спектра электромагнитного излучения, от красного до синего цветов.
В. прозрачность земной атмосферы для всех волн электромагнитного излучения, приходящего из космоса;
Г. изучение излучения небесных объектов во всем диапазоне электромагнитного спектра от радиоволн до гамма-излучения;
3. Телескоп служит:
А. Для увеличения углового размера небесного объекта.
Б. Для усиления блеска звезд.
В. Для увеличения углового расстояния между небесными объектами
Г. Для всего вышеперечисленного
4. Космический телескоп им. Хаббла имеет диаметр:
5. Чем собирается свет в телескопе-рефлекторе?
А. Выпуклым зеркалом
Б. Выпуклой линзой
В. Вогнутым зеркалом
Г. Рассеивающей линзой
6. Как можно вычислить увеличение телескопа?
А. Отношение диаметра объектива к фокусному расстоянию окуляра.
Б. Отношение фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра
В. Отношение диаметра объектива к фокусному расстоянию объектива
Г. Отношение фокусного расстояния окуляра к фокусному расстоянию объектива
Включение новых знаний в систему.
Почему можно проводить наблюдения на Земле в радиодиапазоне, но нельзя проводить в гамма-диапазоне?
Почему есть наземные радиотелескопы и нет наземных гамма-телескопов?
К какому типу телескопов относится орбитальная обсерватория Чандра? В каком диапазоне проводятся наблюдения на этой обсерватории?
На какой максимальной частоте проводятся наблюдения и к какому диапазону это относится?
Какие объекты являются яркими источниками рентгеновского излучения? Как их наблюдают с Земли или с помощью орбитальных рентгеновских телескопов?
Какие объекты являются мощными источниками гамма-излучения?
На каких самых длинных волнах ведутся наблюдения радиотелескопами? (Ответ: 30 м. Радиоволны с длиной волны λ > 30 м не проходят через атмосферу Земли).
На каких минимальных частотах ведутся наблюдения радиотелескопами? (Ответ: 10 МГц).
Что нового вы узнали на уроке?
-Чему вы научились на уроке?
Раньше я думал, теперь знаю…..
Я хочу еще узнать…..
-Как вы оцениваете свою работу на
Домашнее задание разноуровневое: Пар. 19.Решить задачу №18 .стр.78 или 3 интересных вопросов
Записи в тетрадях, конспект. Продолжить заполнение следующей таблицы, используя материалы сайта www.astrolab.ru
прозрачности различных длин волн
фотоэмульсии и фотоэлектронные умножители
поглощение молекулами воздуха
Нейтринная и гравитационно-волновая астрономия
Источник
