Практическое занятие

Нет ничего более полезного и практического, чем хорошая теория.

Л. Больцман

План семинара

  • 1. Строение. Критерий Джинса. Происхождение, эволюция галактик и их строение.
  • 2. Эволюция звезд и их характеристика.
  • 3. Солнечная система и ее происхождение.
  • 4. Происхождение и эволюция Земли.
  • 5. Взаимосвязь Земли с Солнцем и космосом.

Методические советы и упражнения Основные понятия

Белые карлики - звезды, отличающиеся большой плотностью вещества (плотнее воды в десятки и сотни тысяч раз), имеющие очень малые размеры и светимост и вместе с тем высокую температуру.

Гравитационный коллапс — катастрофическое сжатие массивной звезды под действием сил тяготения после исчерпания в ее недрах источников ядерной энергии Ведет к образованию пульсара, или «черной дыры».

Квазар — квазизвездный источник энергии, предположительно являющийся протоядром новых галактик. Возможно, представляет собой особую точку Вселенной, в которой сохранилось сверхплотное вещество.

Литосфера (греч. «lithos» — камень, «sphaira» — шар) — твердая сфера Земли, состоящая из нескольких литосферных плит и имеющая в структуре ядро, манти и кору.

Магнитосфера — область пространства, заполненная магнитными силовыми линиями, соединенными с Землей, и заселенная заряженными частицами, образу радиационные пояса.

Мантия (греч. «mantios») — слой Земли, расположенный между корой и ядром, имеющий иной химический состав и плотность. В мантии имеется слой, называемы астеносферой, где вещество находится в близком к плавлению состоянии, вязкост его сильно понижена, литосферные плиты плавают в полужидкой астеносфере.

Нейтронные звезды — небесные тела, возникающие в результате того, что оголенные ядра поглощают электроны, превращая свои протоны в нейтроны, которые могут компактно упаковываться, так как нейтральны.

Новые звезды — звезды, блеск которых неожиданно возрастает в сотни, тысячи, а иногда в миллион раз, затем через некоторое время (примерно через год) возвращается в спокойное состояние.

Пульсары — пульсирующие источники радиоизлучения — космические объекты, которые излучают радиоволны в виде отдельных импульсов, строго следующих дру за другом с периодом от долей секунды до нескольких секунд. Предполагается, чт пульсары — это быстровращающиеся нейтронные звезды.

Протогалактики — гигантские водородно-гелиевые облака, которые под действием собственной гравитации дают начало образованию первых звезд и звездных скоплений.

Протуберанцы (лат. «protuberare» — вздуваться) — громадные, протяженностью до сотен тысяч километров, светящиеся образования в солнечной короне причудливой, иногда быстро меняющейся формы, состоящие из относительно холодног и более плотного, чем окружающая корона, газообразного вещества. На диске Солнц наблюдаются в виде изогнутых темных волокон, а по его краю — в виде арок, облаков, струй.

Солнечная активность — совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере и связанных с магнитными свойствами солнечной плазмы.

Солнечная постоянная — количество солнечной энергии, падающее за единицу времени на единичную площадку, расположенную перпендикулярно солнечны лучам за пределами земной атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца и составляет 1360 вт/м2.

Стратосфера (лат. «stratum» — слой, «sphaira» — шар) — слой атмосферы, простирающийся выше тропосферы. Верхняя граница стратосферы расположена в среднем на высотах 50—55 км. Повышение температуры в тропосфере объясняется высокой концентрацией озона на высотах 20—25 км, где сильно поглощается ультрафиолетовое излучение Солнца.

Тектоника (греч. «ЬекШшке» — строительное искусство) — геотектоника — раздел геологии, изучающий структуру, движения, деформации и развитие какого-либо участка земной коры и верхней мантии Земли.

Термосфера (греч. «1Ьегше» — тепло, «зрЬа1га» — шар) — лежит выше мезосферы — от 80—85 км до 600—800 км. Температура в ней быстро растет от 90 °С (на высоте около 90 км) до 1000—1200 °С на высоте 400 км. Выше 400 км температура с высото почти не меняется. Этот слой называют ионосферой, так как в нем под действие солнечной радиации происходит ионизация молекул кислорода и азота. Наиболе ионизированные слои воздуха на высотах около 100 и 250 км. Они отражают к Земл радиоволны, что позволяет осуществлять радиосвязь. В ионосфере происходят полярные сияния.

Тропосфера (греч. «Пороз» — поворот, «зрЬа1га» — шар) — самая нижняя часть атмосферы, имеет различную толщину: от 16—18 км над экватором до 8—9 км на полюсом. В ней сосредоточено около 80% всей массы атмосферы и почти весь водяно пар. Воздух тропосферы получает тепло от нагретой Солнцем земной поверхности Температура воздуха в тропосфере с высотой понижается в среднем 6 °С на 1 к из-за «парникового эффекта» и достигает -55 °С на ее самой верхней границе Тропосфера — «кухня погоды». Именно здесь образуются облака, дождь, снег, град ветер, возникают оптические явления — миражи, гало, радуга.

Эндогенные процессы (греч. «епс1о» — внутри + «genos» — род, происхождение) — геологические процессы, происходящие под действием внутренних сил Земли и протекающие главным образом внутри Земли, влияющие на формирование рельефа земной поверхности: тектонические движения, представляющи собой горизонтальные и вертикальные движения литосферных плит, сопровождающиеся возникновением складок и размеров в земной коре; землетрясения;В вулканизм.

Экзогенные процессы (греч. «схо» — снаружи + генный) — происходящие наземной поверхности или на небольшой глубине процессы, влияющие на формирование рельефа земной поверхности. Они вызваны внешними но отношению к Земле силами и обусловлены главным образом энергией солнечной радиации, силой тяжест и жизнедеятельностью организмов. К ним относятся выветривание, действие ветр и перемещающая деятельность воды (включая ледники).

«Черная дыра» — конечная стадия эволюции массивных звезд с массой большей в 2,5—3 раза массы Солнца, при этом могучее иоле тяготения сжавшейся звезд не выпускает за ее пределы никакого изучения.

Образование химических элементов в недрах звезд

I

Р + Р^О + е+ 1 D + 4Не + р3Не + 3Не -> 4Не + 2р

Т» 1,6-107 К Звезда-карлик (Солнце)

II

3Нс + 3Нс —> 7Ве + у 7Ве + е- —> 71л + VВ 7Ве + р -> 8В + 8В -> 8Ве +е+ + V

Т> 1,6-107 К

Тип Солнца с большей температурой и концентрацией 4 Не

III

4Не + 4Не -> 8Вс + у] 8Ве + 4Не -> 12С + у >В |2С + Ч1е—> ,60 + у

Т ~ 108 К

Красный гигант, водород выгорел на 2/3, образуется плотное гелиевое ядро

IV

12С + 12С -> 24М8 + У 1 12С + 12С -> 2зка + р 1В 12С + '2С->201Уе + Я-1е]

Т - 10® к

Звезды-сверхгиганты.

Основной продукт ядерных реакций — Э1 (боль-шая энергия связи в нуклонах)

V

  • 160 + 160 -> 32$ + у
  • 160 + 160 -> 31Р + р
  • 160 + 160 ^ 315 + и ‘бО + '0 -> 2851 + 4Не1

VI

2«81 + 4Не -> 325 +у ' 32Б + 4Не -> збАг + у

... -> ббре, Со, N1

Т - 3-109 к

Звезды-гиганты, реакции завершаются образованием железа и близких к нему элементов

VII

Реакция медленного захвата нейтронов

Т - Ю9 К

Звезды — красные гиганты, реакции завершаются образованием тяжелых элементов

VIII

56Ре + оп -> 5/Ре + у| 2,0В! -> 4Не+ 20КРЬ|

Т » 10» К

IX

Реакция быстрого захвата нейтронов

Взрыв сверхновой

Задачи и упражнения

1. Какая энергия выделится при образовании 1 г гелия Не из протоно и нейтронов?

Решение. Ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Масса покоя атома гелия МНс = 4,00337 а.е.м., нейтрона тп = 1,00897 а.е.м. протона тг = 1,00758 а.е.м.

При образовании атома гелия дефект массы

Энергия, выделяющаяся при образовании одного атома гелия:

В 1 г гелия содержится атомов:

Следовательно, при образовании 1 г гелия выделится энергии:

2. При соударении протона с ядром бериллия произошла ядерная реакция:В

1

Найти энергию реакции.

Решение. Энергия ядерной реакции

где — сумма масс, вступивших в реакцию, а — сумма масс обра

зовавшихся частиц.

В нашем случае

Тестовые задания

  • 1. Во что превратится Солнце в конце его эволюции?
  • а) «черную дыру»;
  • б) «белый карлик»;
  • в) «нейтронную звезду»;
  • г) пульсар;
  • д) останется таким же.
  • 2. Из чего образовалась Солнечная система?
  • а) холодного газопылсвого облака;
  • б) облака, захваченного Солнцем при движении вокруг центра Галактики;
  • в) облака, отделившегося от Солнца в процессе эволюции;
  • г) горячего газопылевого облака;
  • д) из двойной звезды с Солнцем после ее распада.
  • 3. За 8 дней активность радиоактивного элемента уменьшилась в 4 раза. Чем равен период полураспада этого элемента?
  • а) 8 дней; б) 4 дня; в) 2 дня; г) 5 дней; д) б дней.
  • 4. Каков примерно возраст Солнца?
  • а) несколько млн лет;
  • б) десятки млрд лет;
  • в) несколько десятков млн лет;
  • г) несколько десятков тысяч лет;
  • д) сотни млн лет.
  • 5. Какие звезды превращаются в «черные дыры»?
  • а) все звезды;
  • б) такие как Солнце;
  • в) больше Солнца по массе в 2 раза;
  • г) больше Солнце по массе в 3 раза;
  • д) меньше Солнца. [1]
  • 7. Что явилось предпосылкой возникновения первичного океана?
  • а) охлаждение атмосферы;
  • б) опускание суши;
  • в) появление подземных источников;
  • г) расплавление поверхности Земли;
  • д) дрейф континентальных плит Земли.
  • 8. Когда началась геологическая история Земли?
  • а) свыше 6 млрд лет назад;
  • б) 4,6 млрд лет назад;
  • в) 5 млрд лет назад;
  • г) 3,8 млрд лет назад;
  • д) 4 млн лет назад.
  • 9. Какими числами оценивается наиболее вероятный возраст Земли?
  • а) несколько миллионов или десятки миллионов лет;
  • б) 4,5—5 млрд лет;
  • в) несколько десятков и сотен тысяч лет;
  • г) сотни миллионов лет;
  • д) около 10 млрд лет.
  • 10. Какая из сфер отсутствует у Земли?
  • а) литосфера;
  • б) гидросфера;
  • в) атмосфера;
  • г) биосфера;
  • д) фотосфера;
  • е) магнитосфера.
  • 11. Для какого из приведенных ниже тел пока еще не использовался лабораторны метод оценки возраста по радиоактивному распаду?
  • а) для Земли;
  • б) для Марса;
  • в) для Луны;
  • г) для метеоритов;
  • д) для всех.
  • 12. Что не входит в раннюю историю Земли?
  • а) фаза рождения;
  • б) фаза расплавления;
  • в) фаза первичной коры;
  • г) геологическая фаза.
  • 13. Кто предложил теорию фрагментации однородного вещества?
  • а) Лаплас; б) Кант; в) Шмидт; г) Джинс; д) Бюффон.
  • 14. Какие элементы образуются при звездном нуклеосинтезе?
  • а) все элементы;
  • б) только легкие;
  • в) все элементы до железа;
  • г) элементы после железа;
  • д) элементы до углерода.
  • 15. От какого параметра звезды зависит ее цвет?
  • а) массы;
  • б) размера;
  • в) светимости;
  • г) звездной величины;
  • д) температуры.
  • 16. Какой элемент наиболее распространен в земной коре?
  • а) А1; б) 51; в) Н; г) М& д) О.
  • 17. Какие звезды живут дольше всех?
  • а) массивные;
  • б) средние по массе;
  • в) маленькие по массе;
  • г) больших размеров;
  • д) подобные Солнцу.

Вопросы и задания для обсуждения

  • 1. Какие причины приводят к фрагментации однородно распределенного вещества?
  • 2. В чем заключается критерий Джинса в образовании галактик?
  • 3. Чем подтверждается верность термоядерного источника солнечной энергии?
  • 4. Объясните, почему судьба звезды оказалась в сильной зависимости от ее массы.
  • 5. О чем говорит наличие тяжелых химических элементов в звездах?
  • 6. Какие гипотезы происхождения планет вам известны? Какие закономерност движения планет солнечной системы они объясняют?
  • 7. Какие общие особенности планет солнечной системы свидетельствуют об едином происхождении планет? Поясните распространенность химических элементо в солнечной системе.
  • 8. Па какие этапы разделяют эволюцию Земли?
  • 9. Поясните, как сформировались атмосфера, гидросфера и биосфера Земли?
  • 10. Какие солнечно-земные связи вы знаете?
  • 11. Почему в результате первичного нуклеосинтеза не могли образоваться химические элементы, наблюдаемые в современной Вселенной?
  • 12. Какие процессы происходят при звездном нуклеосинтезе?
  • 13. Каков механизм образования ядер и атомов тяжелых элементов?
  • 14. Подтверждается ли в лабораторных реакциях идея звездного нуклеосинтеза?
  • 15. Как происходило образование ядер элементов, расположенных в таблиц Менделеева после железа?
  • 16. Можно ли считать Солнечную систему единственной планетной системой?
  • 17. Может ли служить тектоническая активность критерием жизнеспособност планеты?
  • 18. В чем проявляются тектонические процессы на Земле?
  • 19. Где расположены континентальные плиты?
  • 20. Почему среди планет земной группы только Земля является жизнеспособно планетой?
  • 21. Какова природа земного магнетизма?

Тематика рефератов

  • 1. Происхождение и развитие галактик и звезд.
  • 2. Модели происхождения Солнечной системы.
  • 3. Современные проблемы астрофизики.
  • 4. Проблемы происхождения и развития Земли.
  • 5. Основные положения современной тектоники.

Литература

  • 1. Гусейханов, М. К. Концепции современного естествознания / М. К. Гусейханов О. Р. Раджабов. - М„ 2009. - 540 с.
  • 2. Дубнищева, Т. Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск 1997. - 830 с.
  • 3. Амбарцумян, В. А. Загадки Вселенной. — М., 1987.
  • 4. Бакулин, П. И. Курс общей астрономии / П. И. Бакулин, Э. В. Кононович В. И. Мороз. - М„ 1977.

Ъ.Дагаев, М. М. Астрофизика / М. М. Дагаев, В. М. Чаругин. — М., 1988.

6. Ефремов, 10. II. В глубины Вселенной. — М., 1977.

  • [1] Как определяют возраст звезд? а) радиоактивными методами; б) по скорости расходования запасов энергии; в) изучению окаменелых остатков животных и растений; г) спектрам звезд; д) интенсивности излучения.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >