Урок «Солнечная активность»

ИИСС «Планетарий»
Урок 27. «Солнечная активность»
Цель: формирование понятий о Солнце, космическом явлении солнечной активности и
солнечно-земных связях.
Задачи обучения:
Общеобразовательные – формирование понятий:
1) о космическом явлении солнечной активности:
 о различных формах проявлений солнечной активности: коронарных дырах и
коронарных конденсациях, солнечных пятнах, факельных полях, флоккулах,
протуберанцах, хромосферных вспышках, блинкерах, солнечном ветре и т.д.;
- о физических процессах взаимодействия солнечной плазмы и магнитных
полей, обусловливающих возникновение вышеперечисленных проявлений
солнечной активности;
 о цикличности солнечной активности.
2) о солнечно-земных связях:
 о роли солнечного излучения в существовании и развитии жизни на Земле;
 о взаимодействии солнечного ветра с магнитным полем Земли, возникновении
магнитных бурь и полярных сияний;
 о результатах воздействия проявлений солнечной активности на атмосферные,
климатические, биосферные процессы;
 о результатах воздействия проявлений солнечной активности на общее
состояние и здоровье людей, социальные явления и технические объекты;
 о мерах защиты и профилактики вредного воздействия солнечной активности
на здоровье людей и техносферу.
Воспитательные:
1) Формирование научного мировоззрения учащихся.
2) Борьба с предрассудками, связанными с неверным пониманием
физики солнечной активности, ее периодичности и воздействия
на геосферные процессы и человека, в том числе связи магнитных
бурь и здоровья людей.
3) Показать, что наблюдения и эксперимент являются основой для
выдвижения гипотез и теорий.
Развивающие - формирование умений:
 анализировать информацию, объяснять причины возникновения проявлений
солнечной активности на основе важнейших физических теорий
Цели применения ИКТ:
1. Реализация принципов наглядности и научности. (Иллюстративная роль, реальные
научные фотографии).
2. Формирование компьютерной грамотности при выполнении самостоятельной
работы над презентацией.
3. Формирование исследовательских умений в ходе в ходе подготовки
видеофрагментов с орбитальной обсерватории SOHO.
4. Формирование знаний о современных методах исследования Солнца и создания
условий для овладения этими методами.
План урока
Этапы урока
Время,
мин
Приемы и методы
I. Этап актуализации знаний. Мотивация
5
Вступительное слово учителя
1
ИИСС «Планетарий»
учебной проблемы
II. Сообщение учащихся
28
Сообщения учащихся.
Презентации учащихся
III. Первичная проверка усвоения знаний.
Рефлексия
10
Ответы на вопросы учащихся
IV. Переход к выполнению лабораторной
работы
2
Запись на доске
I. Этап актуализации знаний. Мотивация учебной проблемы.
1.
Солнечная
активность
(основные
формы,
механизм,
периодичность)
2. Солнечно-земные связи: роль излучения Солнца в существовании жизни;
взаимодействие солнечного ветра с магнитным полем Земли; воздействия проявлений
солнечной активности на атмосферу, климат, биосферу, человека и технику
1. Каково внутреннее строение Солнца? Дайте краткую характеристику ядру, зоне
лучистого переноса, зоне конвекции и атмосфере (фотосфере, хромосфере и
короне) Солнца. Как рассчитать параметры внутреннего строения Солнца?
2. Что представляют собой черные и светлые пятна на Солнце? Почему они
возникают?
3. Почему светит Солнце? Объясните причины выделения энергии в недрах Солнца.
4. Почему Солнце «живет» без существенных изменений миллиарды лет? Объясните
причины этого космического процесса.
5. Каков возраст Солнца?
6. Как Солнце воздействует на Землю и жизнь людей? (солнечный ветер,
космические лучи, электромагнитное излучение во всем спектре).
Солнечная активность - комплекс явлений, охватывающих всю атмосферу Солнца.
Коронарные дыры – области пониженной яркости короны, в которых силовые линии
крупномасштабного магнитного поля, пронизывая всю корону, уходят в межпланетное
пространство; наблюдаются в рентгеновском диапазоне длин волн в виде черных
провалов на фоне яркого сияния короны.
Факельные поля (флоккулы) - области ослабления магнитных трубок (местных
магнитных полей), где на поверхность Солнца «прорывается» более нагретое (до 10000 К)
солнечное вещество. Наблюдаются в виде светлых участков фотосферы, часто
окружающих солнечные пятна. Размеры факельных полей от 5000 до 50000 км, среднее
2
ИИСС «Планетарий»
«время жизни» – месяцы (до года). В годы максимумов солнечной активности факельные
поля занимают до 10 % поверхности Солнца.
Солнечные пятна - темные промежутки тени, окруженные более светлой полутенью, области солнечной поверхности с температурой около 4000 К и размерами от 1 до 35000
км (площадь солнечного пятна в апреле 1947 г. составляла 18130000000 км2),
возникающие там, где местные магнитные поля с индукцией 0,4 - 0,5 Тл и
напряженностью от 1000 до 4500 Э, «всплывая» на поверхность Солнца, подавляют
конвекцию
Протуберанцы - сравнительно холодные плотные облака солнечного вещества (Т~ 104
К), выброшенные в хромосферу в результате ускоряющего действия магнитных трубок
местных полей на движение солнечного вещества на высоту около 104 км. Протуберанцы
имеют разнообразную причудливую форму. Вещество спокойных протуберанцев,
плавающих в хромосфере до 1 года, лежит в углублениях «примятых» арок магнитного
поля. В активных или эруптивных, отличающихся быстрым развитием протуберанцах,
существующих в течение недель, реже – месяцев, но достигающих в длину до 1/3 R¤
(150000-250000 км), плазма течет вдоль линий магнитного поля со скоростью до 700 км/с.
Солнечные хромосферные вспышки возникают в группах пятен с противоположным
направлением магнитных полей при их взаимном уничтожении (аннигиляции). Механизм
их возникновения таков: меж пятнами разной полярности возникает нейтральный слой,
магнитная индукция в котором равна нулю; при определенных условиях в нем может
возникнуть обусловленный движением электронов и ионов плазмы электрический ток,
нагревающий плазму за счет энергии магнитного поля. Поскольку плазма имеет очень
небольшое сопротивление, в обычных условиях ее нагрев в нейтральном слое
незначителен, но поля «выдавливают» плазму в нейтральный слой и сжимают его. По
мере сжатия нейтрального слоя растет скорость частиц – носителей тока; электроны
ускоряются сильнее массивных ионов. Плазма становится неоднородной, в ней возникают
турбулентные движения, завихрения, возрастают электрическое сопротивление и
температура плазмы (до 107 К). В области размерами до 1000 км выделяется до 1022-1025
Дж/с энергии (как при одновременном взрыве миллиардов термоядерных бомб). При
вспышке образуется большое коронарное облако с температурой 2–3×107 К (до 108 К).
Вспышки (до 10 в сутки) порождают мощное ультрафиолетовое, рентгеновское и
радиоизлучение, выброс заряженных частиц со скоростью до 30000 км/с - солнечные
космические лучи.
В глубине хромосферы, в 1500–2500 км над фотосферой в основаниях отдельных
коронарных петель, возникающих в активных областях после солнечных вспышек, в
течение десятков часов наблюдаются «губчатые» образования – «солнечный мох», где
раскаленная до107 К плазма сильно и внешне беспорядочно «перемешана» с относительно
«холодным» (до 6000 К) солнечным веществом.
3
ИИСС «Планетарий»
Вековой цикл
Состояние околоземного космического пространства, магнитосферы и верхних слоев
атмосферы Земли определяется космической погодой, основными параметрами которой
являются температура и концентрация компонент низкоэнергетической плазмы,
магнитные и электрические поля и токи, спектральный состав электромагнитного
излучения и потоков заряженных частиц.
В максимуме солнечного цикла температура в тропиках на 0,5 градусов выше, чем в
минимуме; увеличивается число гроз, возрастает амплитуда колебаний атмосферного
давления; усиливается общая циркуляция атмосферных потоков. В средних широтах с
увеличением солнечной активности возрастает повторяемость циклонов, ведущая к
увеличению количества осадков. Ряд ученых объясняет это последовательной поэтапной
передачей энергии из верхних слоев атмосферы в тропосферу; колебания
ультрафиолетового излучения воздействуют на концентрацию озона и изменяют
температуру воздуха, порождающую вертикальные воздушные потоки, отклоняемые
вращением Земли и порождающих восточные и западные ветры и струйные течения. От
уровня солнечной активности сильнее зависят летние температуры стратосферы.
4
ИИСС «Планетарий»
Вопросы, на которые надо акцентировать внимание учащихся:
1. Солнце состоит из плазмы – ионизированного атомарного газа, хаотично
движущихся заряженных частиц, взаимодействующих между собой и внешними
электромагнитными полями.
2. Солнце обладает как общим сравнительно слабым магнитным полем, так и
местными (локальными) мощными полями на отдельных участках атмосферы.
3. В результате взаимодействия заряженных частиц и магнитного поля изменяются
характеристики движения (скорость, направление) и энергия частиц.
4. Земля находится внутри внешних слоев солнечной атмосферы – короны.
5. Солнце оказывает влияние на процессы в околоземном космическом пространстве
и на Земле.
6. От Солнца зависит существование жизни на нашей планете.
Далее идет урок – выполнение лабораторной работы «Солнечная активность».
5