Урок 17. Единство многообразия. Мегамир
Предмет: Естествознание, 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 17. Единство многообразия. Мегамир

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Какова иерархия объектов во Вселенной;

Какая сила «правит мирами» и заставляет небесные объекты кружиться вокруг центра масс;

В чем единство мегамира.

Глоссарий по теме:

Мегамир – пространственная протяжённость 1020 м и более; основные объекты – галактики, гравитационное и электромагнитные поля; виды взаимодействия – гравитационное и электромагнитное. В качестве синонимов в узком смысле можно называть космосом, Вселенной.

Галактика – это гигантская звёздная система, состоящая из большого количества звёзд (например, наша Галактика – Млечный Путь). В ней также содержится значительное количество газа и пыли; галактики пронизаны магнитными полями, заполнены частицами высоких энергий - космическими лучами.

Звезда – массивный самосветящийся газовый шар той же природы, что и Солнце. Массы подавляющего большинства звёзд лежат в пределах от 0.1 до 50-100 масс Солнца. Существование звёзд возможно только благодаря силе гравитации, удерживающей газ от быстрого расширения.

Планеты – холодные небесные тела, которые обращаются вокруг звезды.

Солнечная система (или планетная система) – совокупность небесных тел – планет, их спутников, астероидов, комет, обращающихся вокруг Солнца под действием силы его тяготения. В Солнечную систему входят 9 планет, их спутники, свыше 100 тысяч астероидов, множество комет.

Астероиды – малые тела солнечной системы, имеющие диаметры примерно от 1 до 1000 км, вращающееся вокруг Солнца по самостоятельной орбите; расположенные преимущественно между орбитами Марса и Юпитера.

Кометы – малые тела Солнечной системы (наряду с астероидами и метеорными телами), движущиеся по сильно вытянутым орбитам и резко меняющие свой вид с приближением к Солнцу.

Световой год – единица расстояния, равная пути, проходимому светом за один год (365,242 сут). 1 световой год = 9,46 ∙1015 м, или 0,307 парсека. Расстояние от Солнца до центра Галактики равно прибл. 30 тыс. св. лет; диаметр Галактики - более 100 тыс. св. лет.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 78-80.

Список электронных ресурсов:

Солнечная система// электронный доступ: http://www.astronet.ru/db/msg/1210265
Земля со спутника в реальном времени онлайн // электронный доступ: http://www.ustream.tv/channel/iss-hdev-payload
Звуки Космоса. NASA// электронный доступ https://soundcloud.com/nasa

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Знакомство с мегамиром.

Какой-либо чёткой границы между макромиром и мегамиром, естественно, не существует. Обычно к мегамиру относят объекты, лежащие вне пределов Земли. К особенностям таких объектов относят то, что их, как правило, нельзя наблюдать с близкого расстояния. Исключение составляют лишь Луна и планеты Марс и Венера, которые исследуются с помощью космических аппаратов.

Большинство сведений о космических объектах получают в результате приёма электромагнитного излучения, исходящего от них. Новым этапом в изучении стало появление приёмников таких излучений за пределами земной атмосферы на искусственных спутниках Земли и исследовательских платформах (например, космический телескоп Хаббл).

Астрономические исследования показывают не только огромное количество структур Вселенной, но и обнаружила тот факт, что Вселенная продолжает развиваться.

Система «Земля – Луна».

Ближайшее к нам естественное небесное тело – Луна. Расстояние до Луны немногим более световой секунды (384 000 км). По размерам Луна меньше Земли приблизительно в 4 раза, а по массе приблизительно в 81 раз. Земля и Луна вращаются по орбите вокруг Солнца со скоростью около 30 км в секунду. Луна имеет большое значение в жизни Земля. Гравитационным притяжением Луны обусловлены приливы, происходящие дважды в сутки. Плоскость орбиты Луны практически точно совпадает с плоскостью земной орбиты. Это приводит к возникновению солнечных и лунных затмений, происходящих несколько раз в год.

Солнечная система – это планетная система, которой принадлежит Земля. Система состоит из Солнца, в котором сосредоточено более 99% массы Солнечной системы, 8 больших планет, малых тел - астероидов, комет, спутников планет и метеорного вещества. Солнечная система практически плоское образование. Плоскость движения небесных тел Солнечной системы называется эклиптикой. Радиус Солнечной системы определяются радиусом орбиты Плутона, и составляет около 4 световых часов.

Большие планеты подразделяются на планеты земной группы, планеты гиганты и Плутон, не относящийся ни к одной из этих групп. К планетам земной группы, помимо Земли, относятся Меркурий, Венера и Марс. Все эти планеты по размерам сравнимы с Землёй, радиусы их орбит незначительно отличаются от земной орбиты. Радиус земной орбиты около 150 млн. км. Все планеты земной группы имеют твёрдую поверхность и атмосферу (за исключением Меркурия).

К планетам гигантам относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все эти планеты существенно превосходит Землю по размерам от 4 до 11 раз и по массе от 15 до 30 раз. Все эти планеты состоят в основном из водорода и гелия и не имеют твёрдой оболочки.

Плутон - самая малая из Больших планет, является двойной планетой, поскольку её спутник Харон незначительно уступает ей по размерам и массе. Состав Плутона неясен, есть предположение, что, подобно кометам, он состоит из смеси газов и пыли.

Малые тела Солнечной системы имеют размеры от 1000 км (радиус самого крупного астероида Церера) до мельчайших метеоров. Большая часть астероидов движутся по орбитам, находящимся между орбитами Марса и Юпитера. Многие астероиды движутся по сильно вытянутым орбитам. Кометы - фактически те же астероиды с размерами несколько километров, движущиеся по сильно вытянутым орбитам. При удалении от Солнца кометы практически не видны. При подлёте кометы к Солнцу её вещество начинает испаряться и, под действием солнечного излучения и солнечного ветра (потока частиц, движущихся от Солнца), образуется светящийся хвост, вытянутый в сторону от Солнца.

В настоящее время планетные системы обнаружены и у других звёзд, близких к Солнцу.

Галактика.

Нашу Галактику с числом звёзд более 200 млрд. называют Млечный путь (от греч. Галактикос – млечный). Система Млечного Пути – светящаяся полоса на небесной сфере, образованная множеством звёзд. Млечный путь имеет форму спирали диаметром диска примерно 100 тыс.св. лет (напомним, что световой год – расстояние, проходимое светом за год, 1 св. год = 9,46 ·1012 км). Структура Галактики может быть представлена как ядро, сферическая составляющая и галактический диск. По некоторым гипотезам в центре ядра располагается массивная чёрная дыра, удерживающая структуры Галактики и приводящая её в движение. Сферическая составляющая (гало) – невидимая область вокруг ядра. Галактический диск состоит из спиральных рукавов. В составе галактического диска, помимо одиночных звёзд, планетных систем, групп звёзд связанных силами тяготения, много межзвёздных газовых облаков (туманностей). По современным представлениям в таких областях происходит процесс звёздообразования.

Наше Солнце также находится в галактическом диске на расстоянии от ядра около 2/3 галактического радиуса.

Все звезды галактического диска системы Млечный путь совершают движение в плоскости диска со скоростями 200 -250 км/с. Так галактический год для нашего Солнца длится около 200 млрд. лет. Звезды сферической составляющей вращаются в разных плоскостях.

Другие галактики

Помимо Млечного пути, во Вселенной наблюдается множество других галактик[1]. Галактики являются основными структурными единицами Вселенной. Они представляют собой структуры из звёзд, связанных гравитационными силами. Различают несколько типов галактик: спиральные, эллиптические, неправильные. Есть также галактики промежуточных типов. Невооружённым глазом видны лишь некоторые галактики как слабые туманные пятнышки. Число звёзд в галактиках может сильно отличаться. Расстояния между галактиками сравнимы с их размерами. Например, ближайшие к нам галактики Большое и Малое Магеллановы облака расположены на расстоянии 150 000 св. лет от нашей Галактики.

Однако галактики и скопления галактик заполняют Вселенную неравномерно. Наблюдается ячеистая структура, то есть Вселенная напоминает соты, вдоль стенок, которых расположены галактики, а между стенками имеются пустоты, не заполненные галактиками. Эти пустоты заполнены гравитационными и электромагнитными полями, частицами высоких энергий - космическими лучами, следовательно, пространства между космическими телами не такие уж и пустые. В целом же, если рассматривать объёмы в сотни миллионов световых лет, вещество во Вселенной распределено равномерно.

Сила, что правит мирами.

Существование структур во Вселенной и их движение определяется гравитационным взаимодействием между космическими телами. Величина гравитационных сил значительна, в связи с огромными массами. Так, Солнце удерживает планеты, под действием его гравитации планеты движутся по эллиптическим орбитам. Под действием гравитации осуществляют своё движение и звезды в звёздных системах — вокруг общего центра масс, спутники — вокруг планет, звезды — вокруг центра галактик. Гравитация во многом определяет эволюцию планет, звёзд, галактик и Вселенной в целом.

Вывод:

Вселенная как система представляет собой единство многообразия иерархически расположенных объектов, движением которых управляет в основном сила гравитации. Согласно наблюдениям, в нашей Вселенной действуют единые законы. Основные структурные элементы Вселенной — галактики, в состав которых, в свою очередь, входят звёздные системы, газовые и пылевые туманности, планетные системы.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1.

Какое фундаментальное взаимодействие является доминирующим в мегамире?

Гравитационное взаимодействие
Слабое взаимодействие
Сильное взаимодействие
Электромагнитное взаимодействие

Ответ: Гравитационное взаимодействие

Пояснение: слабое и сильное взаимодействие являются короткодействующими, предела их действия соотносимы с размерами ядра атома. Электромагнитное взаимодействие в мегамире не играет существенного значения, но при этом оно также присутствует.

Задание 2.

Может ли комета двигаться хвостом вперёд? (подчеркните наиболее полный ответ)

- Комета может двигаться хвостом вперёд, в этом случае её скорость увеличивается, при этом испытывая меньшее сопротивление солнечному излучению;

- Комета не может двигаться хвостом вперёд, поскольку в этом случае будет возрастать сопротивление солнечному излучению, в результате её скорость замедляется и комета может притянута планетой;

- Комета не может двигаться хвостом вперёд; комета движется, оставляя за собой часть своего вещества, испаряющегося под действием солнечного излучения, что образуется светящийся хвост.

Ответ:

- Комета не может двигаться хвостом вперёд; комета движется, оставляя за собой часть своего вещества, испаряющегося под действием солнечного излучения, что образуется светящийся хвост.

Пояснение: При удалении от Солнца кометы практически не видны.

Название Галактика изначально относилось исключительно к наименованию звёздной системы, в которую входит Солнечная система. С открытием других галактик, это название стало использоваться для всех подобных объектов. В случае упоминания Млечного Пути, его обозначают Галактика (с заглавной буквы) ↑