Урок 19. Исследование зависимости физических условий на планетах от характеристик планет.
Технология организации поисковой и исследовательской деятельности
Цели урока
Учащиеся должны:
· формулировать законы Кеплера, закон всемирного тяготения, определения синодического и сидерического периодов;
· объяснять методы определения расстояний, размеров и массы тел Солнечной системы;
· рассчитывать относительные расстояния и размеры тел Солнечной системы по горизонтальному параллаксу;
· определять сидерический период движения планеты, зная гелиоцентрическое расстояние;
· рассчитывать синодический период движения планеты;
· прогнозировать условия видимости планеты;
· рассчитывать продолжительность синодических суток на планетах;
· прогнозировать особенности восхода и захода Солнца на планетах;
· прогнозировать вид звездного неба на планетах;
· объяснять особенности смены сезонов на разных планетах;
· объяснять связь наличия атмосферы с температурой и массой планет;
· объяснять причины формирования рельефа;
· делать сравнительный анализ следующих характеристик планет: средних гелиоцентрических расстояний, размеров, масс, температур, химического состава атмосфер, спутников и колец, магнитных полей, продолжительности года и суток, рельефа поверхности;
· определять различия двух групп планет.
№ урока | Название этапа | Формы использования | Время, мин | Краткое содержание деятельности |
1 | 1.Постановка проблемы | 2 | 1. Формирование групп. 2. Формулировка проблемы. 3. Распределение ролей. 4. Определение направлений сбора информации | |
Вне-урочно | 2. Исследование проблемы | Подготовка доклада и иллюстраций к выступлению | В домашних условиях | · Изучение теоретического материала, · обобщение и систематизация материала по различным планетам в заданном направлении, · сравнительный анализ и установление взаимосвязей и зависимостей между характеристиками планет и физическими условиями на планетах, · подготовка доклада и иллюстраций к выступлению, · подбор примеров решения задач. |
2 | 3. Презентация | 8 | · Выступление · показ слайдов или транспарантов, · объяснение решений задач. · Заполняют обобщающую таблицу, · решают задачи. | |
3. | 3.2 Темы: «Конфигурации», «Вращение» | 8 | · Выступление · показ слайдов или транспарантов, · объяснение решений задач. · Заполняют обобщающую таблицу, · решают задачи. | |
4. | 3.3 Темы: «Масса». «Атмосфера», «Магнитное поле» | 8 | · Выступление · показ слайдов или транспарантов, · объяснение решений задач. · Заполняют обобщающую таблицу, · решают задачи. | |
5. | 3.4 Темы: «Рельеф», «Кольца и спутники» | 8 | · Выступление · показ слайдов или транспарантов, · объяснение решений задач. · Заполняют обобщающую таблицу, · решают задачи. | |
6. | Подведение итогов. Рефлексия | 10 | · Формулировка установленных взаимосвязей между физическими условиями на планетах и их характеристиками, · определение особенностей планет-гигантов и планет земной группы, · оценка выступлений. | |
7. | Задание на дом | 1 |
Методические рекомендации и замечания
1. Существует две особенности данных уроков. Во-первых, все группы выполняют совершенно разные по содержанию, форме и объему задания, поэтому учителю следует внимательно отнестись к соответствию возможностей состава группы формулируемой проблеме. Во-вторых, учащиеся должны не только изучить проблему, сделать выводы и представить результаты, но и научить одноклассников решать задачи и применять установленные закономерности к другим планетам.
2. Учащиеся должны знать, что после изучения темы состоится контрольная работа, на которой им предстоит прогнозировать физические условия на некоторой гипотетической планете.
3. Крайне желательно, чтобы при исследовании проблемы учащиеся использовали как учебную, научно-популярную литературу, так и компьютерные технологии.
4. Выступление должно быть не просто в виде устного доклада, а иллюстрировано с помощью слайдов, плакатов, картинок, видеоматериалов, транспарантов и т. д. Также докладчики должны подготовить необходимый раздаточный дидактический материал и продумать форму контроля знаний.
5. Задания, по усмотрению учителя, можно формулировать с различной степенью подробности. Можно также варьировать их количество и содержание.
Ниже приведены задания для групп и краткий план их содержания.
Задание 1. «Расстояния и размеры»
· Методы определения расстояний до тел Солнечной системы: горизонтальный параллакс, радиолокация.
· Значение и метод определения астрономической единицы расстояния.
· Сравнительная характеристика расстояний до планет. Правило Тициуса – Боде, пояс астероидов. Орбиты комет и астероидов.
· Размеры Солнечной системы.
· Метод определения размеров тел Солнечной системы.
· Решение задач на определение относительных размеров планет.
· Сравнительная характеристика размеров планет.
· Сравнение гелиоцентрических расстояний и размеров планет-гигантов и планет земной группы.
Одним из важнейших факторов, влияющих на климат планет, является солнечное излучение, падающее на планету. Солнечное излучение, падающее на планету, частично отражается в космическое пространство, частично поглощается. Поглощенная энергия нагревает поверхность планеты. Исключительно важным фактором, влияющим на климат планет, является наличие или отсутствие атмосферы. Атмосфера планеты влияет на тепловой режим планеты. Плотная атмосфера планеты влияет на климат несколькими путями:
а) парниковый эффект увеличивает температуру поверхности;
б) атмосфера сглаживает суточные колебания температуры;
в) движение воздушных масс (циркуляция атмосферы) сглаживает разность температур между экватором и полюсом.
В 1766 году Иоганном Тициусом, а в 1772 году независимо от него Иоганном Боде, была подмечена закономерность в ряде чисел, выражающих средние расстояния планет от Солнца, так называемое правило Тициуса – Боде:
а = 0,1∙(3∙2n–2 + 4) а. е.,
где n = 1 для Меркурия, 2 для Венеры, 3 для Земли и так далее. В полученном ряду цифр место для пятой планеты отсутствовало. В 1781 году был открыт Уран. Формула для него предсказывала 19,6 а. е. Действительное значение среднего расстояния составило 19,19 а. е. Таким образом, правило давало практически правильные результаты для больших полуосей орбит.
Использование следующих иллюстраций, обобщающих характеристики планет.
Солнечная система
Задание 2. «Законы Кеплера»
· Эллипс и его характеристики (фокусное расстояние, эксцентриситет).
· Первый и второй законы Кеплера.
· Сравнительная характеристика форм орбит всех планет.
· Объяснение неравномерного движения планет, продолжительность сезонов года на разных планетах.
· Третий закон Кеплера.
· Решение задач на применение третьего закона Кеплера.
Использование следующих иллюстраций, обобщающих характеристики планет.
Третий закон Кеплера
. 
Скорости близких к Солнцу планет значительно больше, чем скорости далеких.
Задание 3. «Конфигурации»
· Сидерический период обращения планеты, продолжительность года на различных планетах.
· Конфигурации нижних планет.
· Условия видимости нижних планет, фазы.
· Синодический период. Связь синодического и сидерического периодов нижних планет.
· Конфигурации верхних планет. Великие противостояния.
· Условия видимости верхних планет. Наклонение орбит планет.
· Объяснение видимого петлеобразного движения планет.
· Связь синодического и сидерического периодов верхних планет.
· Решение задач на расчет синодического периода движения планет.
Использование следующих иллюстраций, обобщающих характеристики планет.
Интерактивная модель «Солнечная система»
Задание 4. «Вращение»
· Сравнительная характеристика направления вращения планет и наклона оси вращения к плоскости орбиты.
· Примеры смены сезонов года на разных планетах.
· Продолжительность сидерических суток на всех планетах.
· Синодические сутки, их расчет на разных планетах.
· Особенности восхода и захода Солнца на различных планетах.
· Вид звездного неба на планетах.
· Особенности вращения планет-гигантов и планет земной группы.
Использование следующих иллюстраций, обобщающих характеристики планет.
Радиусы и орбиты спутников от планет
Наклонение орбиты к эклиптике
Задание 5. «Масса»
· Закон всемирного тяготения, уточненный третий закон Кеплера.
· Методы определения массы планет.
· Расчет ускорения свободного падения, первой и второй космической скоростей.
· Сравнительная характеристика масс, ускорений свободного падения, первой и второй космических скоростей на разных планетах.
Солнечная система
Задание 6. «Атмосфера»
· Средняя, максимальная и минимальная температура на планетах, связь температуры с гелиоцентрическим расстоянием. Причины различия расчетного и действительного значений температуры на разных планетах.
· Связь существования атмосферы с массой планеты и температурой на поверхности.
· Сравнительная характеристика химического состава всех планет, двух групп планет.
· Характерные особенности атмосфер планет.
· Сравнительная характеристика плотности и давления атмосфер.
Атмосфера Меркурия
Атмосфера Венеры
Атмосфера Земли
Атмосфера Марса
Атмосфера Юпитера
Атмосфера Сатурна
Атмосфера Урана
Атмосфера Нептуна
Задание 6. «Рельеф»
· Причины формирования рельефа и его характера.
· Отличительные особенности рельефа на разных планетах, самые высокие вершины и самые глубокие впадины.
Меркурий Марс Венера
Задание 7. «Спутники и кольца»
· Число спутников различных планет и их отличительные особенности.
· Сравнение спутников планет земной группы и планет-гигантов.
· Происхождение и природа колец планет. Происхождение и природа пояса астероидов.
· Особенности колец разных планет.
· Причины образования щелей в кольцах планет и поясе астероидов.
· Возможность наступления затмений.
Сравнительные размеры Меркурия и крупных спутников
Спутники Сатурна
Спутники Урана
Галилеевы спутники Юпитера
Во время выступлений данные по планетам учащиеся записывают в следующую таблицу.
Планеты Солнечной системы
Характеристики планет | Планета |
Среднее расстояние до Солнца | |
Относительные размеры | |
Продолжительность сидерического года | |
Продолжительность синодического года | |
Наклонение орбиты | |
Сидерический период вращения | |
Синодический период вращения | |
Наклон оси вращения к плоскости орбиты | |
Относительная масса | |
Химический состав атмосферы | |
Особенности атмосферы | |
Температура, причины отклонения от расчетной температуры | |
Особенности рельефа | |
Спутники и кольца |
Подведение итогов
Совместно с учащимися формулируются следующие выводы.
1. По условиям видимости планет выделяются внутренние (Меркурий, Венера) и внешние планеты. По физическим условиям все планеты делятся на две группы: планеты земной группы и планеты-гиганты. Отличительные особенности данных групп представлены в таблице 5.
Сравнительная характеристика планет земной группы и планет-гигантов
Характеристики | Планеты земной группы | Планеты-гиганты |
1. Масса | Меньше массы Земли: 0,05МÅ – 1МÅ | Значительно больше массы Земли: 17,2МÅ – 318МÅ |
2. Размеры | Меньше диаметра Земли: 0,38DÅ – 1DÅ | Больше диаметра Земли: 3,9DÅ – 11,2DÅ |
3. Плотность | Велика: 3,9ρводы – 5,5ρводы | Сравнима с плотностью воды – не больше 1,7ρводы |
4. Зависимость плотности от расстояния до центра | Наличие резкого перепада плотности – существует твердая поверхность | Плотность постепенно убывает с увеличением расстояния от центра планеты – нет твердой поверхности |
5. Спутники | Небольшое количество: 1-2 | Много спутников (только у Нептуна 2), есть кольца |
2. Зная такие характеристики планет, как среднее расстояние до Солнца, эксцентриситет, наклон оси вращения к плоскости орбиты, период вращения, массу, можно определить:
· сидерический период обращения планеты, продолжительность года на различных планетах;
· условия видимости планет, синодический период;
· продолжительность сезонов года;
· особенности смены сезонов года;
· наличие климатических поясов;
· продолжительность синодических суток;
· особенности восхода и захода Солнца;
· вид звездного неба;
· ускорение свободного падения;
· первую и вторую космические скорости;
· среднюю температуру;
· существование атмосферы.
В заключение оценивается работа каждой группы в целом и каждого участника группы
Название | Радиус в радиусах Земли | Масса в массах Земли | Расстояние от Солнца |
Меркурий | 0,38 R Å | 0,05 М Å | 0,4 |
Венера | 0,9 R Å | 0,81 М Å | 0,7 |
Земля | 1 | 1 | 1 |
Марс | 0,5 R Å | 0,1 М Å | 1,5 |
Планеты-гиганты
Название | Радиус в радиусах Земли | Масса в массах Земли | Расстояние от Солнца (в единицах расстояния Земли от Солнца) |
Юпитер | 11 R Å | 318 М Å | 5 |
Сатурн | 9 R Å | 95 М Å | 9 |
Уран | 4 R Å | 14 М Å | 19 |
Нептун | 4 R Å | 17 М Å | 30 |
Планеты, удаленные от Солнца дальше, чем Земля
Название | Радиус в радиусах Земли | Масса в массах Земли | Расстояние от Солнца (в единицах расстояния Земли от Солнца) |
Марс | 0,5 R Å | 0,1 М Å | 1,5 |
Юпитер | 11 R Å | 318 М Å | 5 |
Сатурн | 9 R Å | 95 М Å | 9 |
Уран | 4 R Å | 14 М Å | 19 |
Нептун | 4 R Å | 17 М Å | 30 |
