Лабораторная работа "Наблюдение за активностью Солнца в режиме реального времени с помощью телескопа SOHO через Интернет"

Разделы: Физика

Цели урока:

образовательные:

  • освоение знаний о современной, естественнонаучной картине мира;
  • знакомство с методами исследований в области естественных наук, достижениями естествознания, благодаря которым изменились представления человека о природе и получили толчок в развитии техники и технологий;
  • самостоятельно получать знания, работая с новым источником информации (ИНТЕРНЕТ ресурсами) и выведенными в космическое пространство инструментами.

развивающие:

  • развитие интеллектуальных, творческих способностей и критического мышления в ходе проведения простейших исследований;
  • овладение умениями отбирать, анализировать и обобщать полученную информацию;
  • выявлять причинно-следственные связи, учиться прогнозировать;
  • воспитательные:
  • воспитание убеждённости в возможности познания законов природы и использование достижений естественных наук для развития цивилизации;
  • умение обоснованно высказывать свою позицию;
  • осознанное отношение к возможности опасных последствий солнечной активности на экологию и жизнедеятельность;
  • охрана здоровья и окружающей среды.

Ожидаемые результаты:

  • Формирование представлений о новой группе инструментов, вынесенных в космическое пространство; процессах, происходящих со звездами на примере Солнца; о взаимосвязи процессов, происходящих на Солнце и Земле.
  • Актуализация и формирование умений:
  • Описывать результаты собственных наблюдений;
  • Различать в описании наблюдения цель, условия его проведения, полученные результаты и выводы; определять необходимое оборудование и условия проведения наблюдений за Солнцем в интерактивном виде; выдвигать гипотезу, предлагать пути её проверки, делать выводы на основе полученных экспериментальных данных; использовать дополнительные источники информации (USB носитель, сети Интернет); работать с ресурсами Интернет, владеть методами поиска информации, выделять смысловую основу и оценивать достоверность информации;
  • Объяснять прикладное значение влияния процессов, происходящих на Солнце на жизнедеятельность на Земле;
  • Оценивать влияние Солнечной активности на организм человека и окружающую среду.

Новые понятия и представления: активность, солнечные пятна, протуберанец, "цикл солнечной активности", вспышка, "SOHO", космические инструменты, факелы.

Вопросы урока:

1) Методы естественнонаучного познания.

2) Космические инструменты.

3) Активность Солнца.

4) Одиннадцатилетний цикл. Модель "Солнечная активность".

5) Знакомство с сайтом http://soho.nascom.nasa.gov// .

6) Наблюдение с помощью телескопа "SOHO" за Солнцем в различные промежутки времени.

7) Возникновение Солнечных пятен и наблюдение за их положением в режиме реального времени.

8) Описание проведённых наблюдений и определение размеров пятна и его смещения в течение суток.

9) Формирование выводов проведённых наблюдений и написание отчёта.

Ход урока

Проверка домашнего задания

Проверка подготовки к лабораторной работе в электронном виде.

Сформулировать методы естественнонаучного познания.

Изучение нового материала

Так как предметом естественнонаучного исследования является опережающий материал (активность Солнца), лекция учителя содержит некоторые аспекты процессов происходящих на Солнце, их внешние проявления и статистические данные. Лекция имеет мультимедиа сопровождение.

Развитие современной науки дало человечеству возможность выносить инструменты в космическое пространство и наблюдать объекты в диапазонах, недоступных на Земле из-за поглощения в атмосфере.

В данной лабораторной работе мы будем пользоваться телескопом SOHO, наблюдения с которого публикуются на сайте http://soho www.nascom.nasa.gov//.

Телескоп ведёт наблюдения за Солнцем.

Основной целью нашего наблюдения будут проявления Солнечной активности. Эти исследования важны не только для современной науки, но и для повседневной жизни человека. Хотя из проведённых наблюдений мы сможем сделать и некоторые другие выводы.

На данной диаграмме представлены результаты многолетних наблюдений. Можно видеть, что циклы солнечной активности повторяются примерно каждые 11 лет. Последний максимум солнечной активности был в 2000 году.

Пятна на Солнце впервые наблюдал в телескоп Галилей в 1610 году, хотя ещё в Никоновской летописи в 1365 и 1371 годах говорится "бысть знамение в Солнце, места черны по Солнцу аки гвозди:".

Пятна - более холодные области фотосферы (с температурой 35000К). Образование пятен связано с магнитным полем Солнца. Небольшие пятна имеют в поперечнике несколько тысяч километров. Размеры крупных пятен достигают 100 000 км; такие пятна существуют около месяца. Пятна - места выхода в атмосферу сильных магнитных полей, которые уменьшают поток энергии, исходящей из ядра. Следствием этого и является падение температуры в местах их выхода.

Солнечные пятна часто образуют группы, которые могут занимать значительную площадь на солнечном диске.

Примечание: О связи цвета пятна с температурой учащимся не сообщается. Температура поверхности Солнца им должна быть известна из уроков природоведения, физики, географии и жизненного опыта. Сделать самостоятельный вывод - одна из целей данной лабораторной работы.

Факелы горячее атмосферы примерно на 20000К, имеют ячеистую структуру с величиной ячейки ~30000км. Факелы образуются в результате конвекции из глубоких слоев Солнца и могут существовать недели и месяцы.

Часто образуются целые факельные поля. Внутри факельных полей не обязательно образуются пятна. Сначала внутри факельного поля появляется черная точка, которая быстро растёт и через сутки возникает пятно с резкой границей. Через 3-4 дня вокруг пятна появляется полутень. На 10-ый день размеры пятна максимальны, затем оно уменьшается и исчезает (сначала исчезают самые мелкие пятна).

Солнечные вспышки похожи на огромные взрывы, длящиеся всего лишь несколько минут (высвобождается энергия порядка 100 000 миллиардов кВт/час) Столько тепла поступает от Солнца на Землю в год! Причины вспышек пока еще плохо изучены. Многие учёные считают, что они вызываются резким изменением магнитного поля в хромосфере.

Энергия вспышки выделяется в вершине корональной петли, затем распространяется в сторону фотосферы, вызывая нагрев и испарение более холодных слоев. При этом излучение резко возрастает не только в видимой области спектра, но и в ультрафиолете, и в рентгеновской области спектра, увеличивается поток космических лучей. Вспышки вызывают изменения в магнитном поле Земли и могут даже повредить системы электроснабжения.

Другим проявлением солнечной активности является появление плазменных образований в магнитном поле солнечной атмосферы - волокон. Если эти волокна видны на краю Солнца, то они наблюдаются как протуберанцы.

С помощью модели можно наглядно продемонстрировать изменение солнечной активности за последние 50 лет, а так же вращение Солнца и предполагаемые результаты наблюдений (запуск модели с диска компании ФИЗИКОН "Физика 2.5").

Центральную часть модели занимает Солнце с изображенными на нем солнечными пятнами.

В нижней части экрана расположена т.н. бабочка Маундера, показывающая распределение солнечных пятен; по вертикали на этой диаграмме отложены градусы широты (вплоть до 60°; на более высоких широтах пятна практически не встречаются), а по горизонтали - годы. Цвет каждой точки диаграммы соответствует относительной площади солнечной поверхности на данной широте, покрытой пятнами в данном году.

Нажатие кнопки "Старт" запускает модель. Солнце начинает вращаться вокруг оси. Обратите внимание: пятна на различных широтах перемещаются с различными угловыми скоростями. По диаграмме перемещается красная линия, соответствующая текущему году.

Кнопки "Стоп" и "Сброс" приостанавливают модель и возвращают ее в исходное состояние.

Заключительные слова: теперь вы самостоятельно приступаете к наблюдениям за активностью Солнца в режиме реального времени, которые вы будете проводить с помощью телескопа SOHO через Интернет.

Выполнение лабораторной работы

Учащиеся осваивают метод естественнонаучного познания на опережающем теоретическом материале (активность Солнца).

Лабораторная работа

"Наблюдения за активностью Солнца в режиме реального времени с помощью телескопа SOHO через Интернет"

Ход работы

Ознакомьтесь с моделью солнечной активности (презентация).

Откройте сайт http://soho.nascom.nasa.gov// .

Ознакомьтесь с разделами сайта.

Выберите на главной странице раздел date/archive.

Открыть в разделе "NEAR REAL TIME IMAGES AND MOVIES" подраздел "Search for SOHO Realtime images".

Заполнить "Search for SOHO Realtime images":

-в "Image Type" выбрать "MDI Continuum";

-в "Display": "image";

-проставить даты начала и конца наблюдений или количество последних наблюдений.

Начало формы

Наблюдать за изменением положения Солнечных пятен в различные промежутки времени.

Выбирать одно фото в день в одно и тоже время.

Описать результаты проведённых наблюдений под каждым рисунком.

Определить размеры наблюдаемого пятна.

Определить смещение пятна в течение суток.

Как бы вы сформулировали результаты наблюдения явления?

Ожидаемое заключение (соответствует кругу затрагиваемых вопросов):

В данной лабораторной работе применялся метод естественнонаучного познания. Проводились наблюдения за Солнцем в течение (различных) временных интервалов; задавался вопрос, для ответа на который выдвигалась гипотеза; гипотеза проверялась с помощью модели и теории, которые основаны на фактах (полученных благодаря наблюдениям).

Сроки начала и конца наблюдений, выбранные учащимися могут быть указаны.

Наблюдения показали, что появилось пятно(а) [размер пятна], которое смещалось на : в сутки.

: числа появилась группа(ы) пятен, окружённые чётко наблюдаемыми факелами (более светлые места).

С : числа по : число пятен на Солнце не наблюдалось.

В настоящее время :

Выводы о активности Солнца можно сделать на основании связи активности с появлением солнечных пятен, их количеством. Пятна наблюдались ниже солнечного экватора (~30-40 параллель), что соответствует многолетним наблюдениям.

Наблюдения показывают, что в настоящее время активность Солнца минимальна.Об этом свидетельствует и 11-летний цикл.

Следовательно, минимально и негативное влияние Солнца на организм человека и окружающую среду.

Кроме того, проведённые наблюдения доказывают факт вращения Солнца вокруг своей оси (следует из видимого смещения пятна в течение суток).

Тёмный цвет пятна доказывает, что температура в этом месте меньше температуры поверхности (жёлтый цвет - 60000К).

Факелы имеют более светлый тон, так как их температура выше.

Домашнее задание

Сформулировать заключение по проведённым наблюдениям (обсуждение на следующем уроке); оформить отчёт.

Используемая литература

  1. Федеральный Компонент государственного стандарта среднего (полного) общего образования по естествознанию. Сборник нормативных документов. Естествознание. Дрофа, М. 2004г.
  2. Примерная программа по естествознанию для среднего (полного) общего образования. Преподавание природоведения и естествознания 2004-2005 уч. год. Методическое пособие, МИОО, М.2004г.
  3. Рузавин Г.И. Методология научного исследования. М.1999г.
  4. Пентин А.Ю. Естественные науки для "пользователя". - Естествознание в школе, 2004, №1, с. 10-15.
  5. О методологическом методе. Журнал "Лицейское гимназическое образование", 2001,№6.
  6. Открытая Астрономия, версия 2.5, ФИЗИКОН, 2002.
  7. Сайт http://soho www.nascom.nasa.gov// .
  8. Интернет ресурсы.

Приложение.