Разработка урока по астрономии на тему: Природа Луны
Тема: Природа Луны.
Цель: Познакомить учащихся с ближайшим космическим телом – Луной. Физические условия на Луне. Рельеф, породы, внутреннее строение. Исследование Луны и из значение. Теория приливов. Зона Роша.
Задачи1. Обучающая: продолжить формирование представлений о естественном спутнике Земли; заинтересовать учащихся наблюдениями поверхности Луны в телескоп; ввести понятия: «моря» и «материки» Луны, кратеры, лунный реголит, обратная сторона Луны; дать представление о приливных действиях и зоне Роша.2. Воспитывающая: обосновать вывод о том, что Луна, представляющая собой небесное тело, природа которого имеет много сходства с природой Земли, не может оказывать на людей часто приписываемое ей сверхъестественное влияние. Сравнить представления о Луне, которые существовали до телескопических наблюдений, с теми, которые получены в результате космических исследований, и сделать вывод о познаваемости мира (данные об обратной стороне Луны, лунном грунте и т. д.). Воспитывать у учащихся гордость за российскую науку (первые в истории космонавтики осуществлены: полет к Луне, фотографирование обратной стороны Луны, мягкая посадка на Луну, исследование Луны с помощью луноходов и др.). Содействовать эстетическому воспитанию учащихся, знакомя их с красотой лунного пейзажа, небом Луны и т. д..3. Развивающая: научить выделять главное при анализе природы небесных тел (общая характеристика, особенности атмосферы, температурные условия, поверхность и т. д.).
Знать: 1-й уровень (стандарт) - физические условия на Луне, характерные особенности поверхности.2-й уровень - физические условия на Луне, характерные особенности поверхности, состав пород, понятие Зоны Роша, внутреннее строение Луны, значимость приливного действия. Уметь: 1-й уровень (стандарт) - находить размер объекта на удалении и его видимость.2-й уровень - находить размер объекта на удалении и его видимость, определять, попадает ли в Зону Роша (приближенно). Находить с помощью "Red Shift 5.1"затмения в любое время.
Оборудование: Глобус Луны, карты Луны, фотографии, диапозитивы. Таблицы: спутники планет, Луна, космические полеты к Луне. В/ф "Астрономия", часть 1, фр.6 "Луна", “Изучение Луны методами космонавтики”, диафильм «Луна – спутник Земли» или «Поверхность Луны», «Природа, эволюция и происхождение Луны». CD- "Red Shift 5.1" Экскурсии = Карта Луны, Видеогалерея = Солнечная система (Образование Луны, Поездка на лунном вездеходе "ровере", Лунный вездеход "Ровер", Посадка на Луну, Взлёт с Луны, Поверхность Луны): Фотогалерея - Луна. Фотографии и иллюстрации астрономических объектов из мультимедийного диска «Мультимедиа библиотека по астрономии».
Межпредметные связи: природоведение (предварительные сведения о Луне), физика (масса и плотность тел, ускорение силы тяжести), география (моря и материки Земли), обществоведение (познаваемость мира).Ход урока:
1. Итоги контрольной работы (практической и т.д, что задавалось) (5мин).2. Опрос учащихся (15мин)
1). У доски: а) Виды движения Земли.б) Форма Земли, нахождение ее массы и плотности.в) Луна - спутник Земли, фазы.г) Солнечные и лунные затмения.д) Рассказать (с места) о развитии космической эры.
2) CD- "Red Shift 5.1" Определить ближайшее солнечное и лунное затмение, условия их видимости у нас и его продолжительность.Каковы астрономические события характерны в этом месяце для Земли и Луны?Положение и условия видимости Луны?
3) По вопросам стр. 60 А) Решение задачи №3 (из форм. 24 ε=(а-b)/a = (6378,245-6356,863)/6378,245=21,382/6378,245≈0,0033523)Б) Решение задачи №4 (а=384400км, е= 0,0549 отсюда с=384400*0,0549=21103,56≈21104км, тогда ап =384400-21104=363296км, аа = 384400+21104=405504км)В) Решение задачи №2Г) Решение задачи №5 (более сильный. Если приближенно, то по массе Земля больше в 81 раз Луны, а расстояние между их центрами примерно 395000км. Деля, получаем удаленность от центра Земли более 4000км, что меньше радиуса Земли).3). Остальные: Задача: На краю лунного диска видна гора высотой 1", когда параллакс Луны равен 57'02". Найти высоту горы в километрах. (Из формулы 23 имеем h/a=α/ρ или h=(a*α)/ρ= (6378км*1"/57'02")=6378/3422=1,864км)
III. Новый материал (15 мин)Зона РошаЭдуард Альберт РОШ (1820-1883, Франция) астроном-теоретик, математик, разрабатывая математическую теорию Лапласа по образованию Солнечной системы, рассчитал, что всякому спутнику, оказавшемуся ближе некоторого расстояния к своему центральному телу, чем совершенно определенное расстояние (зона Роша), грозит неизбежная опасность развалиться на составные части под действием тяготения планеты. Это расстояние у него равно 2,446 радиуса планеты, точнее А=2,446 Rпл (ρпл/ρ)1/3. Аналогичные расчеты в России произвела С.В.Ковалевская. Луна находится значительно дальше и развал ей не грозит. (376000/6400≈59Rпл ). Возможные варианты образования Луны:1. Новообразованная Земля вращалась настолько быстро, что сбросила с себя часть вещества, ставшую затем Луной. Эту теорию выдвинул в 1879г английский астроном и математик Джордж Дарвин. Но расчеты показывают, что в данном случае приливные силы вернули бы ее обратно.2. В 1962г американский геофизик Гарольд Юри предположил, что Земля захватила уже готовую, сформировавшуюся Луну. Но учитывая соотношение энергий такую теорию трудно принять.3. На начальной стадии формирования Солнечной системы сначала было захвачено несколько небольших лун, а позже из них сформировалась современная Луна.4. В 60-е годы советская исследовательница Евгения Леонидовна Рускол, развивая идеи своего учителя, математика Отто Юльевича Шмидта, выдвинула теорию совместного образования Земли и Луны как двойной планеты из облака допланетных тел, окружавшего когда-то Солнце.5. В 2002г возникла теория, которая и принята сейчас как наиболее правдоподобная. Ее выдвинул американский астрофизик Робин Кэнап. Основная идея состоит в том, что, когда планеты, которые мы видим теперь, только ещё формировались, некое небесное тело величиной с Марс с силой врезалось в молодую, почти сформировавшуюся, Землю под скользящим углом. Из выбитого вещества и образовалась Луна.
Физические условия на Луне1. Нет атмосферы (может и была) т.к. масса Луны в 81,3 раз меньше земной и вторая космическая скорость для Луны 2,38км/с<Vmin.2. Небо черное, видны хорошо звезды, планеты. Нет магнитного поля поэтому ориентация по звездам.3. Диск Земли с Луны в 3,5 раза > диска Солнца.4. Продолжительность суток около месяца (29,5 дня) – две недели день, две недели ночь.5. Резкий перепад температур в 300К (+116oС днем до -173oС ночью) из-за отсутствия атмосферы. На глубине десятков см Т = const., грунт (реголит, достигающий в некоторых местах толщины 10-12м) имеет плохую теплопроводность.6. Луна повернута к нам одной стороной (с небольшими колебаниями) – оборот вокруг оси и вокруг Земли за 27,3 сут.
Лунные породыВ ходе экспедиций на Луну доставлено на Землю 400кг лунного грунта. Изучены его механические свойства, химический состав, путем радиоактивного распада возраст. Никаких микроорганизмов не обнаружено. Породы стали твердыми 4 млрд. 527 млн лет назад. Образцы похожи на земные изверженные базальты и содержат те же химические элементы (кремний, алюминий, железо и т.д.), но в лунных породах больше тугоплавких: Ti, Zr, Cr, т.д. и меньше легкоплавких: Pb, K, Na, и т. д. Есть немного пыли темно-серого цвета, напоминает цемент. В разных местах на поверхности Луны химический состав не одинаков. Реголит содержит осколки магматических пород, шлакообразные частицы – многие как бы обработаны песком. Это результат воздействия ударов мелких микрометеоров и потока частиц, исходящих от Солнца.
Поверхность С Земли мы видим невооруженным глазом объекты диаметром в 100км, а в телескоп - 1км. Более темные (Моря) без воды на видимой стороне 30% поверхности (на обратной стороне меньше). Это сравнительно ровная поверхность - впадины до 3 км, покрыты лавой (когда-то извержения вулканов). Море: Дождей, Кризиса, Холода, Влажности, океан Бурь и т.д. Возраст морей больше 3 млрд. лет. Более светлые (материки) - яркие приподнятые области, заполненные множеством больших и маленьких круглых кратеров. Поверхность «материков», являющаяся более старой, гориста, ее уровень выше, чем у «морей», и разность средних высот достигает 2,3 км. Трещины и крутые каньоны шириной 1–2 км часто тянутся на сотни километров почти по прямой. Их глубина составляет от одной до нескольких сотен метров; более тысячи из них внесены в каталоги. Эти разрывные трещины в лавовой коре часто параллельны краям морей. Некоторые из них напоминают меандры русел земных рек занимают на видимой стороне порядка 70% поверхности. Характерная особенность лунного рельефа – кольцевые структуры (кратеры). Самых разных размеров, на видимой стороне более 1700 размером более 3,5км (размером более 1км можно насчитать более 300000). В центре - горка у большинства крупных кратеров и они окружены возвышенностью в 2-3км с пологими склонами. Название кратеров - это в большинстве фамилии ученых: Аристарх, Тихо, Коперник, Кеплер и т.д. Часть первых крупных названо на Луне дали в 1647г Ян Гавелий, Дж. Риччоле и Ф. Гримальди, которые предложили и систему названий, сохранившуюся позже. Образование кратеров:1.Падение метеоритов. Удар – взрыв, разлетаются осколки, образуя более мелкие кратеры и лучевые системы-цепочки кратеров тянущихся на сотни км (от кратеров Тихо, Коперник, Кеплер, и т.д).2. Извержение вулканов (крупные кратеры).Лучший период наблюдений кратеров - граница освещенной и не освещенной части (терминатор). Горы - горные хребты, возраст порядка 4млрд. лет (светлые участки, видны в телескоп). Максимальная высота 9км. Альпы, Карпаты, Кордильеры, Алтай, Кавказ и т.д. Последние 2млрд.лет рельеф практически не меняется т.к:1. Закончилась вулканическая деятельность.2. Значительно уменьшилась интенсивность падения метеоритов.
Внутреннее строение
Принято считать, что недра Луны можно разделить на пять слоев.
Поверхностный слой — лунная кора (ее средняя толщина 68 км (от 6 км в Море Кризисов до 107 км на невидимой - в северной части кратера Королева) — имеет состав, близкий к составу “материков”. Верхняя мантия — слой толщиной около 250 км.
Средняя мантия толщиной порядка 500 км; полагают, что именно в этом слое в результате частичного выплавления формировались “морские” базальты. На глубинах порядка 600-800 км располагаются глубокофокусные лунные сейсмические очаги.
На глубине около 800 км кончается литосфера (твердая оболочка) и начинается лунная астеносфера — расплавленный слой, в котором, как и в любой жидкости, могут распространяться только продольные сейсмические волны. Температура верхней части астеносферы порядка 1200 К.
На глубине 1380-1570 км происходит резкое изменение скорости продольных волн — здесь проходит граница (довольно размытая) пятой зоны — ядра Луны, состоит из расплавленного сульфида железа.
Приливы
Из-за приливного действия возникают силы трения, тормозящие вращение вокруг оси Земли и Луны. Сутки за 100 лет на Земле становятся длиннее на 0,0016с. Исследование роста кораллов показало, что 400 млн.лет назад год на Земле составлял 400 суток, а продолжительность суток была 22 часа. Кроме того скорость движения Луны по орбите возрастает и она удаляется на 3,8 см в год от Земли. Деформация Земли в результате воздействия тяготения Луны составляет 30см, а Луны - 40см. Водная поверхность поднимается в среднем на 1 метр, а разность возле берегов между приливом и отливом составляет 4-5 метров (в заливе Фапти (Канада) Атлантического океана - 18 метров). В нашей стране наибольшие приливы наблюдаются в Охотском море (Гежигинской и Пенжинской губах до 13 метров). Приливная волна движется с запада на восток со скоростью около 1800 км/час. Приливы бывают сизигийные, происходящие во время новолуния и полнолуния и квадратурные - во время первой и третьей четверти. Сизигийные в 2,7 раза выше, так как Солнце и Луна в это время действуют в одном направлении. Приливы можно использовать для выработки электроэнергии. В 1968г в СССР была построена опытная ПЭС в Кислой губе близь Мурманска мощностью 800 кВт.
Исследование ЛуныЗакрепление материала (8 мин).
Решается самостоятельно задача: Угловой диаметр кратера Коперник составляет 40". Каков истинный размер кратера? (h=α.D /206265" =384400. 40/206265" =76км).
Решается самостоятельно задача: Море кризисов имеет диаметр 400км. Можно ли его видеть с Земли невооруженным глазом, если разрешающая способность глаза 2'? (из D=206265".r/α находим α=206265".r/D= 206265.400/384400≈214,64"≈215"=3'35" да, так как данный угол больше разрешающей способности глаза в 2').
Начертите в масштабе профиль лунного кратера диаметром 250 км, если высота вала 5 км (тогда при высоте вала 2 мм диаметр кратера будет 100 мм, что удобно изобразить на чертеже).
Подсчитайте какую примерно кинетическую энергию имеет тело массой 1кг при встрече с лунной поверхностью, приняв скорость тела равной орбитальной скорости Земли. (Е=m.v2/2= 1*298002/2 = 444020000 Дж≈444МДж).
Выведите формулу по которой Галилей определил высоту гор в терминаторе. (Чертеж, прямоугольный треугольник).
Зная, что масса Луны составляет 1/81,3 массы Земли, вычислите ускорение силы тяжести на Луне. (т.к. т.g=G.(M.т)/R2 то находим отношение для Земли и Луны, получим gз/gл=(Mз .Rл2)/(Mл.Rз2) отсюда gз /gл=(81,3*17382)/63712=245578357,2/40589641≈6,05, тогда gл=gз/6,05=9,78/6,05≈1,62).
Итог: 1) Назовите основные формы рельефа Луны?2) Какие физические условия на поверхности Луны?3) Оценки.
Домашнее задание: §13; вопросы и задания стр. 67. СР№7 Желательно дать подготовить нескольким учащимся сообщения (по 3-4 мин) по планетам земной группы.Совместно с учащимися проведите телескопические наблюдения Луны.