25.02.2016

11 класс

Тема урока: Мир звезд. Расстояния до звезд. Диаграмма Герцшпрунга-

Рассела

Цель урока: знакомство с основным новыми понятиям об эволюции звезд и

выявление важнейших особенностей жизни звезд на диаграмме

Герцшпрунга - Рассела

Задачи урока: обеспечить формирование физических представлений об

эволюции звезд и сообщить знания об основах классификации

звезд по диаграмме Герцшпрунга-Рассела.

Развить умения образного мышления в виде представлений

многих закономерностей и явлений, составляющих картину

Мегамира.

Способствовать формированию в ходе урока основных

мировоззренческих представлений о Вселенной.

Форма урока: урок - лекция, беседа

Тип урока: комбинированный урок

Метод проведения урока: объяснительно-иллюстративный, частично-

поисковый

Оборудование и наглядные пособия: демонстрационные плакаты и

видеофильмы, презентация слайдов

Ход урока

1. Организационный момент.

Целеполагание.

Положительный эмоциональный настрой.

Целью нашего урока является ознакомление с принципом формирования и эволюции звезд, а так же наглядное представление этих и многих других процессов на диаграмме Герцшпрунга-Рассела.

II. Изучение нового материала.

План изложения нового материала:

1. Рождение, жизнь и смерть звезд

2. Красные гиганты, белые карлики, сверхновые и нейтронные звезды - как различные результаты их смертей

3. Диаграмме Герцшпрунга-Рассела

«Назовите ближайшую звезду от нашей планеты Земля?» Итак, как вы уже знаете, энергия Солнца- ближайшей к нам звезды, рождается посредством термоядерных реакций. Но откуда же возникло наше Солнце и все другие звезды - огромные, раскаленные плазменные шары?

Звезды, как и все материальные тела во Вселенной рождаются, живут и умирают. Сегодня мы поговорим об этом постоянном во времени процессе, т.е. об Эволюции. «Что такое эволюция? Как вы понимаете это слово?»

Рождение. Звезды возникли в ходе эволюции галактик. Это произошло в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Место наиболее интенсивного звездообразования считается масса холодного межзвездного вещества, которое называется газопылевым комплексом. Вся жизнь звезды, начиная с ее рождения - это противоборство 2х видов давлений. Энергия сжатия газопылевого облака разогревает внутренний слой, и температура внутренней части звезды (ее ядра) растет. Сжимающееся облако становится протозвездой. Сжатие происходит до тех пор, пока температура в центре не повысится до 10 млн. градусов. «Что происходит с веществом при таких высоких температурах?» Идет термоядерная реакция синтеза Н в Не. Давление, образуемое энергией, вырабатываемой в ядре звезды, раздвигает поверхность, в то же время силы гравитации продолжают сжимать звезду. Период нестабильности может идти миллионы лет, пока эти две силы не уравновесят друг друга, и звезда тогда начнет «гореть постоянным накалом».

Жизнь. В период стабильности звезды, это массивные газовые горячие шары, состоящие из Н и Не и небольшой примеси др. металлов. « Какие же реакции протекают внутри звезд?» Термоядерные реакции, при которых протекает жизнь звезды, проходит в период стабильности, который, в свою очередь, зависит от массы звезды. «Как вы думаете, какая звезда живет дольше: менее или более массивная?»

Смерть. Как и при рождении, так и в период смерти звезда становится нестабильной. Когда почти весь Н выгорит, световое давление становится меньше и силы гравитации сжимают ядро звезды. Температура растет до 100 млн. градусов и в ядре начинает гореть Не, за счет чего растет не только температура, но и сам звезда. Она расширяется, преодолевая силы гравитации, меняет свой цвет и становится красным гигантом (слайд)

Последняя стадия эволюции звезды зависит от ее массы. Существует 3 типа конечного состояния «мертвых» звезд: белые карлики (Мз ~ Мс), нейтронные звезды (Мз >1,4 Мс) и черные дыры (Мз >2,5 Мс) (слайды)

Это все финалы звезд с различной массой. На стадии красного гиганта рассеивается внешняя оболочка звезды, и при условии (Мз ~ Мс) она становится белым карликом с очень высокой температурой поверхности (слайд). У белых карликов нет источников энергии, и они теперь будут сжиматься и остывать, меняя свой цвет от белого к черному и имея размеры Земли. Средняя плотность белых карликов достигает 4*10⁶ г/см³, т.е. 4 тонны на 1 см³ (!)

Более массивные звезды (Мз >1,4 Мс) достигают стадии красного сверхгиганта, температура ядра достигает до 1 млрд. градусов, гравитация уменьшается и гигант взрывается. Это вспышка сверхновой.

В центре взрыва остатки звезды, собранно гравитацией, образуют ядро диаметром всего несколько километров, но с ужасной плотностью, что 10 млрд. тонн массы уместилось бы в чайной ложке!

Нейтронные звезды - небесные тела с высокой плотностью вещества. Они быстро вращаются и образуют радиосигналы в следствие сильного магнитного поля, иррадиация, достигшая Земли, передается как пульс. Это и есть пульсары.

Загадочные черные дыры… «Какие ассоциации вызывает у вас это понятие? Что вы слышали об этом?» (отвечают) Самые массивные звезды (Мз >2,5 Мс) ждет странный конец. По закону гравитации после вспышки сверхновой ничто не может остановить ее сжатие, звезда катастрофически сжимается «в точку» и исчезает из видимости нашей Вселенной. Во время гравитационного коллапса механическое равновесие звезды нарушается, и через некоторое время гравитационный потенциал станет настолько велик, что необходим учет поправки общей теории относительности:

r_g=2GM/c²_{__}

где _­­­ r_g гравитационный радиус, а сфера радиуса r_g - то сфера Шварцшильда. М - масса звезды, G - постоянная гравитации, с - скорость света. С точки зрения внешнего наблюдателя, при приближении r к r_g скорость сжатия замедлится почти до нуля. Эффект теории относительности состоит в том, что в очень сильном гравитационном поле скорость протекания всех процессов (по часам внешнего наблюдателя) неограниченно замедлится. При r стремящемся к r_g коллапсирующая звезда исчезает и получается черная дыра.

Тяготение становится таким, что ни одно излучение не может покинуть черную дыру. Обнаружить ее можно только по воздействию ее на соседние звезды (слайд).

Астрономами Э. Герцшпрунгом (1873 - 1967) и Г. Расселом (1877 - 1957) была выведена взаимосвязь между этими величинами и характеристиками звезд и построена диаграмма «Спектр - светимость» или Диаграмма Герцшпрунга - Рассела (слайд).

Она показывает зависимость температуры на поверхности звезды или ее спектрального класса от светимости звезды. На диаграмме можно выделить главную последовательность (более 70% наблюдаемых звезд), область гигантов, сверхгигантов и белых карликов. 3 области отражают 3 этапа существования звезд: главная последовательность этап жизни звезд, гиганты, сверхгиганты и белые карлики - это все «кладбище» умирающих звезд… Чем массивнее звезда, тем выше она находится на главной последовательности. Итак, Диаграмма Герцшпрунга - Рассела отражает эволюцию звезд…

III. Подведение итогов урока.

Итак, сегодня на уроке мы с вами познакомились с принципом эволюции звезд и

выяснили, основное значение диаграммы Герцшпрунга - Рассела

IV. Закрепление

Список вопросов:

1. За счет каких источников энергии светят звезды?

2. В какой части диаграммы располагаются звезды, которые обладают

большими, чем у Солнца температурами и светимостью?

3. От чего зависит расположение звезды на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга - Рассела?

V. Домашнее задание

Параграф 10.2; упр. 10.2 (1-3)