Задание № 24 в ЕГЭ по физике. Теория и практика решения астрономических задач»

Автор: Окулова Татьяна Ювинальевна

Организация: МАОУ В(С)ОШ

Населенный пункт: Пермский край, г. Березники

Предисловие

В 2017 году астрономия вернулась в общеобразовательные школы в качестве обязательного предмета в 10-11 классах, и в программу ЕГЭ по физике с 2018 года ввели одно задание (№24) по тематике астрономии и астрофизики, которое оценивается в 2 балла. Суть заданий заключается в том, что используя информацию из таблицы, необходимо выбрать из пяти предложенных вариантов ответов два верных.

Условно все задания по астрономии можно разделить на 4-е типа:

• о звездах.

• о планетах Солнечной системы

• о спутниках планет Солнечной системы.

• о различных объектах Солнечной системы: астероид, комета и т.д.

 

В данном методическом пособии мною проведён разбор всех типов задач, с подробными комментариями по поводу правильного выбора варианта ответов. Кроме того, для восстановления в памяти основной сути вопроса перед каждым типом заданий, в мини формате излагается теоретический материал.

Далее предлагаются аналогичные задания для самостоятельного решения, выполнение этих заданий играет ведущую роль при подготовке к экзамену.

Все задания в пособии взяты из сборника: « ЕГЭ. Физика», под редакцией М.Ю. Демидовой, которые соответствуют проекту демоверсии ЕГЭ 2020 года.

Настоящее пособие рекомендую для учеников 10 и 11 классов и их педагогов, желающих качественно подготовиться к решению задач астрофизической тематики в ЕГЭ по физике.

Методические рекомендации при работе с пособием:

Все задания №24 из ЕГЭ по физике разбиты на основные типы, по каждому из которых изложен теоретический материал, проведен анализ таблицы или диаграммы, сопровождающей задание. После этого приводится выполнение задания с пояснениями и комментариями.

Для закрепления материала предлагается выполнить несколько заданий самостоятельно. Ответы к заданиям, для самопроверки прилагаются в пособии.

 

Тема 1. Звезды. Диаграмма Герцшпрунга-Рассела

Теоретический материал.

Звезда – массивный газовый шар, излучающий свет и удерживаемый в состоянии равновесия силами собственной гравитации и внутренним давлением, в недрах которого происходят (или происходили ранее) реакции термоядерного синтеза. Диаграмма Герцшпрунга – Рассела показывает зависимость между абсолютной звёздной величиной, светимостью, спектральным классом и температурой поверхности звезды. Звёзды на этой диаграмме образуют хорошо различимые участки, 4 особые зоны ( см.рис.): главная последовательность, белые карлики, гиганты и сверхгиганты. Это классы звезд по их размерам.

Основная часть звезд Вселенной, более 90%, относятся к главной последовательности.

Мы можем увидеть, что большинство таких звезд имеют размеры большие, чем 0,1 диаметра Солнца и не превышают 10 солнечных диаметров (условное обозначение Солнца - ʘ):

0,1𝐷ʘ < 𝑫г.п. < 10𝐷ʘ.

Следующая область – звезды гиганты.

Их размеры больше звезд главной последовательности. Из диаграммы мы видим, что диаметр гигантов может быть от 10 до 100 солнечных диаметров:

10𝐷ʘ < 𝑫г. < 100𝐷ʘ

Самые большие звезды нашей Вселенной – это сверхгиганты. Их размеры превышают 100 солнечных диаметров:

𝑫𝒄.г. > 100𝐷ʘ.

В нижней части диаграммы располагается область белых карликов. Они имеют достаточно малые размеры:

0,001𝐷ʘ < 𝑫б.к. < 0,1𝐷ʘ.

Поэтому, чтобы определить принадлежность звезды к тому или иному классу, необходимо ее размеры сравнить с размерами Солнца.

В нижней части диаграммы указаны основные спектральные классы звезд – классы звёзд по спектру излучения, в первую очередь, по температуре их поверхности: O, B, A, F, G, K, M. О том, к какому спектральному классу относится та или иная звезда, будем судить о температуре ее поверхности:

Класс O – самый высокий класс в иерархии, а класс M – самый низкий. Чем выше класс, иерархии, тем звезды горячее, больше, ярче. А чем ниже класс, тем, соответственно они холоднее,

Вопрос, про плотность: чем больше звезда, тем более она разряжена.

Название спектральных классов можно запомнить, если выучить простую считалку: «Один(O) бритый(B) англичанин(A) финики(F) жевал(G) как(K) морковь(M)». Кратко о Солнце, звезде нашей Солнечной системы. Оно относится к звездам G – класса, так как имеет температуру 5800 градусов Кельвина. Это соответствует желтому цвету. Все звезды, которые будут иметь температуру выше, будут относиться к классам F, A, B, O, а те, что ниже – к классам K, M.

Размеры белых карликов невелики, однако это достаточно массивные звезды, значит, они имеют большую плотность. Это наибольшая плотность среди всех классов звезд. Сверхгиганты при таких же или еще меньших массах очень большие звезды. Таким образом, их плотность будет наименьшей. 𝜌с.г. ≪ 𝜌г.п. ≪ 𝜌б.к.

Из диаграммы Герцшрунга-Рассела также можно сделать вывод о длительности «жизненного цикла» звезды. Чем выше ее температура, тем меньше времени «проживет» звезда. И наоборот, «жизненный цикл» звезды тем больше, чем ее температура ниже.

Слева на диаграмме отображается светимость звезд. Светимость – это физическая величина, равная энергии, излучаемой с поверхности звезды за 1 с.

Справа указана абсолютная звездная величина. Это еще одна энергетическая характеристика звезды.

Анализ диаграммы, показывает, что

• большая часть звёзд, в том числе и Солнце, лежит на диаграмме так называемой Главной последовательности.
• отдельно выделяются группы звёзд, образующие области красных гигантов и сверхгигантов (правый верхний угол)
• белых карликов (внизу).
• звёзды правой нижней части Главной последовательности обычно называются красными карликами
• звёзды левой верхней части – голубыми гигантами.

В течение своего жизненного цикла звезда перемещается по диаграмме Герцшпрунга – Рессела по сложным траекториям.

Для звёзд главной последовательности также работает правило – чем горячее звезда, тем быстрее она эволюционирует (поскольку горячие звёзды главной последовательности более массивны, чем холодные).

На земном небе звёзды образуют созвездия – характерные фигуры, известные астрономам ещё с древних времён. Созвездия – исключительно видимые объединения звёзд – звёзды одного созвездия обычно никак не связаны друг с другом и могут находиться на колоссальных расстояниях одна от другой. Исключения составляют так называемые двойные и кратные системы из нескольких звёзд, связанных между собой гравитационными силами (например, система альфа Центавра состоит из трёх звёзд).

 

Полный текст статьи см. в приложении.
 

1. file0.docx.. 6,1 МБ

Опубликовано: 18.09.2020