Вселената
изобилства от страховити, причудливи и мистериозни явления,
които човечеството с по-голям или по-малък успех се опитва да разгадае и
обясни през цялото свое съществуване. Много от тях, изглеждали
непосилни за изясняване преди един или два века, сега са намерили своя
достоен отговор и градейки кулата на познанието, върху която учените все
повече разширяват нашата представа за заобикалящите ни условия, те
неминуемо са се превърнали в част от базата данни за анализа на
най-вълнуващото, разрушително и изключително по рода си явление -
ЧЕРНИТЕ ДУПКИ.
които човечеството с по-голям или по-малък успех се опитва да разгадае и
обясни през цялото свое съществуване. Много от тях, изглеждали
непосилни за изясняване преди един или два века, сега са намерили своя
достоен отговор и градейки кулата на познанието, върху която учените все
повече разширяват нашата представа за заобикалящите ни условия, те
неминуемо са се превърнали в част от базата данни за анализа на
най-вълнуващото, разрушително и изключително по рода си явление -
ЧЕРНИТЕ ДУПКИ.
ЦЕЛИ: Според таксономията на
Блум след изучаване на темата ученикът трябва да може да:
- изброява факти потвърждаващи теорията за съществуването на черните дупки
- дефинира понятията: черна дупка,радиус на Шварцшилд, хоризонт на събитията, ергосфера
- дава примери за известни в момента черни дупки
- доказва достоверността на теорията за черните дупки
- определя какъв ще бъде резултатът ако масата на звезден остатък е по-голяма от 3 М0 /слънчеви маси/
- обяснява диаграмата “маса-плътност “
- прави заключения за структурата на черна дупка
- защитава тезата, че черните дупки не са угроза за човечеството.
ОРГАНИЗАЦИОННА ФОРМА: обобщителен урок-дебат, разширяване и систематизиране на информацията, индивидуално творчество, работа в екип.
МЕТОДИ: проучване на допълнителна литература, устна мозъчна атака, дискусия, казуси, оформяне на съобщение, презентация.
НЕОБХОДИМИ МАТЕРИАЛИ: подходяща литература; казуси; правила за водене на дебат;
ПРЕДВАТЕЛНА ПОДГОТОВКА:
1. На учителя: Разработва сценарий за обобщителен урок-дебат. Запознава предварително класа с плана и сценария на урока и уточнява за всеки ученик каква важна информация трябва да представи ясно и кратко. Проучва и предоставя на учениците необходимата литература. Проверява всеки подготвен материал и ако е необходимо го уточнява и допълва. Дава възможност на учениците да се разделят на две групи по желание. Разпределя ролите на “съдиите”, на две групи ученици, съответно “за” и “против” достоверността на теорията за съществуването на черните дупки, като се съобразява с желанието на учениците. Уточнява времето, с което разполагат те, за представяне на позицията си. Написва обява, че ще се състои открит урок по физика, на който могат да присъстват желаещите ученици и учители.
2. На учениците. Изпълняват отговорно поставените от учителя задачи, като подхождат творчески в събирането на информация за часа.
ПЛАН НА УРОКА:
1.Откриване на черните дупки
2.Теория за съществуването на черни дупки.Радиус на Шварцшилд
3.Съмнения относно достоверността на теорията за съществуването на черни дупки.
4.Факти, доказващи съществуването на черни дупки.
Класът е разделен на две групи, които предварително са запознати с плана на урока, подготвили са съобщенията си и знаят правилата за провеждане на дебата.
“Съдията” прави проверка на присъстващите и дава ход на урока с думите: Още през 1795 г. великият френски математик Пиер Симон Лаплас стигнал до извода, че светлината не може да напусне едно тяло, ако то е достатъчно масивно или е достатъчно силно свито. Съществува определен критичен размер и всяко тяло, което го достигне, ще се превърне в черна дупка. Той се нарича радиус на Шварцшилд, по името на немския астроном, който го е определил за първи път. През 1916 година ,въз основа на общата теория на относителността на Айнщайн, Шварцшилд съставя уравнението:
Rc = 2G M / c2, където G е гравитационната константа, а с е скоростта на светлината.
Всеки обект, колапсирал до размери под критичния радиус Rc , се нарича черна дупка.
Черните дупки се наблюдават много трудно.Може би затова възниква въпроса: Достоверна ли е теорията за съществуването на черните дупки?
След това “съдията” казва, че в този учебен час предстои да разреши спор между две групи ученици относно правдоподобността на теорията за черните дупки.
Учителят, който води протокола на дебата, записва на дъската темата и плана за часа.
“Съдията” последователно дава думата на учениците от първата и втората групи, а те редувайки се излагат своите аргументи “за” и “против“ достоверността на теорията за съществуването на черните дупки. Те застават зад катедрата за изказване /от където по-нататък говорят всички участници в дебата/ .
Основните акценти в изказванията на групата “против достоверността на теорията” са:
- Ако съществуват,защо не можем да ги наблюдаваме?
- Ако е вярна теорията,то какво предизвиква образуването на подобни обекти?
- Астрономите отдавна са забелязали несъответствие между възрастта на черните дупки и тяхната маса.Как е възможно толкова много материя да се е събрала на едно място, толкова бързо?
- Защо като говорим за черните дупки , някои закони на физиката не действат така, както би трябвало?
- Знаем,че тяло с ненулева температура, трябва да излъчва лъчение с определена мощност, а според теорията- черните дупки са обекти, които не излъчват нищо.
-Не е ясно какво се случва с черната дупка, когато масата й с течение на времето стане изключително малка.
Основните акценти в изказването на групата “за правдоподобността на теорията” са:
- Ако масата на звездния остатък е по-голяма от 3 M0 /слънчеви маси /, налягането на неутронния газ не е достатъчно, за да удържи гравитационния коллапс. Свиването на този остатък не може да бъде спряно от нищо.Стремителният колапс води до неограничено висока плътност и неограничено малки размери на звездния остатък.Като резултат се пораждат черните дупки.
- Голямата концентрация на маса създава толкова силно гравитационно поле, че изкривяването на пространството става много голямо.И когато остатъка се свие до размер около 5 km, пространството се “затваря в себе си” и дори светлинните лъчи не могат да го напуснат. Звездата “изчезва “ от погледа ни и веществото в нея загубва завинаги контакт с останалата част от Вселената.
- Около черната дупка с пълна сила се проявяват ефектите на теорията на относителността на Айнщайн, изразяващи се в особено поведение на пространството и времето.
-Фотоните, излъчвани от колапсиралия остатък, не могат да го напуснат и не стигат до нас - тези обекти са невидими и затова са “черни”. Гравитационното поле около тях е чудовищно и всяко тяло, озовало се в околностите им, пропада там като в “дупка”.
- Обемът от пространството, затворен под радиусът на Шварцшилд, не е достъпен за наблюдение. От него не могат да се измъкнат нито частици, нито светлина, нито каквато и да е друга информация. Сферичната повърхност, обвиваща този обем,чийто радиус е равен на радиуса на Шварцшилд, носи името хоризонт на събитията. Над него се намира
т. нар.ергосфера, където пространството и времето са силно деформирани и се увличат от въртенето на черната дупка, усуквайки се около нея.
- Всъщност можем да наблюдаваме само областите около черните дупки, където падащото по спирала в “гравитационната яма” на дупката вещество се ускорява и нагорещява до такава степен, че образувалите се акреционни дискове излъчват кванти с много висока енергия – рентгенови и ?-лъчи.
В края на дебата,”съдията” завършва с думите :
Когато направил откритието си, младият двадесетгодишен Чандрасекар нямал представа какво ще стане при надминаването на границата от 1,4 слънчеви маси. Сега вече знаем,че след тази граница ни чакат неутронните звезди и черните дупки.
В момента за около 15 обекта от нашата Галактика се смята, че са възможни кандидати за черни дупки. Най – популярният е двойната звезда HDE 226868q известна и като мощния рентгенов източник Лебед Х-1.
Сега 99% от астрономите смятат, че черните дупки вече реално са открити, но при 1% съмненията остават и нобелова награда за откриването на черните дупки все още не е връчена.
Тази урочна форма е емоционална, изпълнена с напрежение и благородна надпревара в умението да се слуша, спори, убеждава, и да се доказват знания, да се търсят и използват силни, точни и навременни аргументи. Учениците са в ситуация, в която дискутират свободно, необременени от контролните функции на учителя, всеки доказва себе си и защитава собствени позиции.
- изброява факти потвърждаващи теорията за съществуването на черните дупки
- дефинира понятията: черна дупка,радиус на Шварцшилд, хоризонт на събитията, ергосфера
- дава примери за известни в момента черни дупки
- доказва достоверността на теорията за черните дупки
- определя какъв ще бъде резултатът ако масата на звезден остатък е по-голяма от 3 М0 /слънчеви маси/
- обяснява диаграмата “маса-плътност “
- прави заключения за структурата на черна дупка
- защитава тезата, че черните дупки не са угроза за човечеството.
ОРГАНИЗАЦИОННА ФОРМА: обобщителен урок-дебат, разширяване и систематизиране на информацията, индивидуално творчество, работа в екип.
МЕТОДИ: проучване на допълнителна литература, устна мозъчна атака, дискусия, казуси, оформяне на съобщение, презентация.
НЕОБХОДИМИ МАТЕРИАЛИ: подходяща литература; казуси; правила за водене на дебат;
ПРЕДВАТЕЛНА ПОДГОТОВКА:
1. На учителя: Разработва сценарий за обобщителен урок-дебат. Запознава предварително класа с плана и сценария на урока и уточнява за всеки ученик каква важна информация трябва да представи ясно и кратко. Проучва и предоставя на учениците необходимата литература. Проверява всеки подготвен материал и ако е необходимо го уточнява и допълва. Дава възможност на учениците да се разделят на две групи по желание. Разпределя ролите на “съдиите”, на две групи ученици, съответно “за” и “против” достоверността на теорията за съществуването на черните дупки, като се съобразява с желанието на учениците. Уточнява времето, с което разполагат те, за представяне на позицията си. Написва обява, че ще се състои открит урок по физика, на който могат да присъстват желаещите ученици и учители.
2. На учениците. Изпълняват отговорно поставените от учителя задачи, като подхождат творчески в събирането на информация за часа.
ПЛАН НА УРОКА:
1.Откриване на черните дупки
2.Теория за съществуването на черни дупки.Радиус на Шварцшилд
3.Съмнения относно достоверността на теорията за съществуването на черни дупки.
4.Факти, доказващи съществуването на черни дупки.
ХОД
НА УРОКА:
Въведение. Преди започването на часа се създава подходяща обстановка,
като се подреждат чиновете по следния начин:
 Легенда: 1. бюро за съдията 2. катедра за изказване 3. чинове с места за учениците от първа група 4. чинове с места за учениците на втора група |
Класът е разделен на две групи, които предварително са запознати с плана на урока, подготвили са съобщенията си и знаят правилата за провеждане на дебата.
“Съдията” прави проверка на присъстващите и дава ход на урока с думите: Още през 1795 г. великият френски математик Пиер Симон Лаплас стигнал до извода, че светлината не може да напусне едно тяло, ако то е достатъчно масивно или е достатъчно силно свито. Съществува определен критичен размер и всяко тяло, което го достигне, ще се превърне в черна дупка. Той се нарича радиус на Шварцшилд, по името на немския астроном, който го е определил за първи път. През 1916 година ,въз основа на общата теория на относителността на Айнщайн, Шварцшилд съставя уравнението:
Rc = 2G M / c2, където G е гравитационната константа, а с е скоростта на светлината.
Всеки обект, колапсирал до размери под критичния радиус Rc , се нарича черна дупка.
Черните дупки се наблюдават много трудно.Може би затова възниква въпроса: Достоверна ли е теорията за съществуването на черните дупки?
След това “съдията” казва, че в този учебен час предстои да разреши спор между две групи ученици относно правдоподобността на теорията за черните дупки.
Учителят, който води протокола на дебата, записва на дъската темата и плана за часа.
“Съдията” последователно дава думата на учениците от първата и втората групи, а те редувайки се излагат своите аргументи “за” и “против“ достоверността на теорията за съществуването на черните дупки. Те застават зад катедрата за изказване /от където по-нататък говорят всички участници в дебата/ .
Основните акценти в изказванията на групата “против достоверността на теорията” са:
- Ако съществуват,защо не можем да ги наблюдаваме?
- Ако е вярна теорията,то какво предизвиква образуването на подобни обекти?
- Астрономите отдавна са забелязали несъответствие между възрастта на черните дупки и тяхната маса.Как е възможно толкова много материя да се е събрала на едно място, толкова бързо?
- Защо като говорим за черните дупки , някои закони на физиката не действат така, както би трябвало?
- Знаем,че тяло с ненулева температура, трябва да излъчва лъчение с определена мощност, а според теорията- черните дупки са обекти, които не излъчват нищо.
-Не е ясно какво се случва с черната дупка, когато масата й с течение на времето стане изключително малка.
Основните акценти в изказването на групата “за правдоподобността на теорията” са:
- Ако масата на звездния остатък е по-голяма от 3 M0 /слънчеви маси /, налягането на неутронния газ не е достатъчно, за да удържи гравитационния коллапс. Свиването на този остатък не може да бъде спряно от нищо.Стремителният колапс води до неограничено висока плътност и неограничено малки размери на звездния остатък.Като резултат се пораждат черните дупки.
- Голямата концентрация на маса създава толкова силно гравитационно поле, че изкривяването на пространството става много голямо.И когато остатъка се свие до размер около 5 km, пространството се “затваря в себе си” и дори светлинните лъчи не могат да го напуснат. Звездата “изчезва “ от погледа ни и веществото в нея загубва завинаги контакт с останалата част от Вселената.
- Около черната дупка с пълна сила се проявяват ефектите на теорията на относителността на Айнщайн, изразяващи се в особено поведение на пространството и времето.
-Фотоните, излъчвани от колапсиралия остатък, не могат да го напуснат и не стигат до нас - тези обекти са невидими и затова са “черни”. Гравитационното поле около тях е чудовищно и всяко тяло, озовало се в околностите им, пропада там като в “дупка”.
- Обемът от пространството, затворен под радиусът на Шварцшилд, не е достъпен за наблюдение. От него не могат да се измъкнат нито частици, нито светлина, нито каквато и да е друга информация. Сферичната повърхност, обвиваща този обем,чийто радиус е равен на радиуса на Шварцшилд, носи името хоризонт на събитията. Над него се намира
т. нар.ергосфера, където пространството и времето са силно деформирани и се увличат от въртенето на черната дупка, усуквайки се около нея.
- Всъщност можем да наблюдаваме само областите около черните дупки, където падащото по спирала в “гравитационната яма” на дупката вещество се ускорява и нагорещява до такава степен, че образувалите се акреционни дискове излъчват кванти с много висока енергия – рентгенови и ?-лъчи.
В края на дебата,”съдията” завършва с думите :
Когато направил откритието си, младият двадесетгодишен Чандрасекар нямал представа какво ще стане при надминаването на границата от 1,4 слънчеви маси. Сега вече знаем,че след тази граница ни чакат неутронните звезди и черните дупки.
В момента за около 15 обекта от нашата Галактика се смята, че са възможни кандидати за черни дупки. Най – популярният е двойната звезда HDE 226868q известна и като мощния рентгенов източник Лебед Х-1.
Сега 99% от астрономите смятат, че черните дупки вече реално са открити, но при 1% съмненията остават и нобелова награда за откриването на черните дупки все още не е връчена.
Тази урочна форма е емоционална, изпълнена с напрежение и благородна надпревара в умението да се слуша, спори, убеждава, и да се доказват знания, да се търсят и използват силни, точни и навременни аргументи. Учениците са в ситуация, в която дискутират свободно, необременени от контролните функции на учителя, всеки доказва себе си и защитава собствени позиции.
