Небесная механика и основы астрофизики

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Утверждено

на заседании кафедры

«___»________2010 г.

Зав. кафедрой, доцент

____________ М.В. Потапова

 

АСТРОНОМИЯ

(учебная и рабочая программы и методические материалы к ним)

 

специальность 050201 – Физика с дополнительной специальностью

Автор-составитель:

Беспаль И.И., ст.преподаватель

 

Челябинск

 

СОДЕРЖАНИЕ

I. Выписка из государственного образовательного стандарта. 3

II.Учебная программа. 4

2.1. Пояснительная записка. 4

2.2. Содержание дисциплины.. 5

2.3. Литература. 7

III. Рабочая (модульная) программа. 8

3.1. Тематический план. 8

3.2. Соотношение текущего и итогового контроля по модулям программы.. 8

3.3. Содержание модульной программы.. 9

IV. Методические материалы.. 17

4.1. Терминологический минимум.. 17

4.2. Критерии оценивания учебной деятельности студента. 17

4.3. Вопросы к экзамену. 18

V. Дополнительные материалы.. 21

5.1. Критерии оценивания индивидуальных заданий и выполнения лабораторных работ. 22

5.2. Виды выполняемых работ инвариантной части с возможным максимальным количеством баллов. 22

5.3. Примерные задания итогового теоретического контроля по модулям (проверочных работ) 23

5.4. Примерные задания контрольных работ. 25

5.5. Примерные вопросы микрозаданий к лекциям.. 26

5.6. Примеры индивидуальных домашних заданий.. 27

5.7. Примерные темы докладов. 28

 

 

I. Выписка из государственного образовательного стандарта

ТРЕБОВАНИЯ К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПОДГОТОВКИ

учителя физики (в соответствии с дополнительной специальностью)

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 050201 Физика с дополнительной специальностью

Индекс	Наименование дисциплин и их основные разделы	Всего часов
ДПП	Дисциплины предметной подготовки
ДПП.Ф. 00	Федеральный компонент
ДПП.Ф. 05	Астрономия Сферическая астрономия. Небесные координаты. Видимое годичное движение Солнца, его причины и следствия. Система счета времени. Календари, их задачи и основы. Небесная механика. Строение и кинематика Солнечной системы. Движение Луны. Обобщенные законы Кеплера. Задача многих тел. Методы расчета траектории космических полетов. Основы астрофизики и методы астрофизических исследований. Методы астрофотометрии. Элементы теоретической астрофизики. Природа тел Солнечной системы. Физика Солнца. Две группы больших планет. Малые тела Солнечной системы. Звезды. Основные характеристики звезд. Кратные звезды. Физические переменные звезды. Внутреннее строение звезд. Эволюция звезд. Галактическая и внегалактическая астрономия. Галактика. Звездные скопления и ассоциации. Собственные движения и лучевые скорости звезд. Внегалактическая астрономия. Космология и космогония. Элементы релятивистской космологии. Модель «горячей» Вселенной. Философские и методологические вопросы.

II. УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

2.1. Пояснительная записка

 

Программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта профессионального образования по специальности 050201 «Физика с дополнительной специальностью».

Дисциплина «Астрономия» изучается на 4 курсе физического факультета в 7 и 8 семестрах, при этом единственной формой отчетности является экзамен в 8 семестре. Поэтому в данном учебно-методическом комплексе используется сквозное планирование.

Цель дисциплины:

· усвоение студентами научных знаний по разделам астрономии;

· овладение навыками в проведении простейших астрономических наблюдений, теоретическими и экспериментальными методами астрономических исследований;

· формирование современной астрономической картины мира как части естественнонаучной картины мира.

Задачи дисциплины:

· обучение студентов основным наблюдательным данным о небесных телах, наблюдениям, методам, моделям в различных разделах астрономии;

· знакомство с основными физическими теориями о природе небесных тел и Вселенной;

· обучение адаптации представлений и результатов наблюдений на школьный курс физики с элементами изучения астрономии.

Дисциплина ориентирует на учебно-воспитательную, научно-методическую и культурно-просветительскую виды профессиональной деятельности.

Студент, изучивший дисциплину, должен знать:

· результаты наблюдений и экспериментов в области астрономии;

· данные по основным объектам Вселенной;

· современное состояние, теоретические работы, связанные с объяснением физической природы небесных тел;

уметь:

· использовать знания по физике и астрономии при объяснении физической природы небесных тел и описании астрономических явлений;

владеть навыками:

· астрономических наблюдений;

· теоретическими и компьютерными методами астрономических исследований.

Курс астрономии состоит из лекционного материала (50 часов), лабораторных занятий (44 часа) и практических занятий (8 часов). Соотношение аудиторной и внеаудиторной видов работ 1:1. Распределение часов по семестрам производится следующим образом: лекции – 30 + 20 (первое число соответствует аудиторным занятиям по учебному плану в 7-м семесте, второе – в 8-м), лабораторные занятия – 28 + 16, семинарские (практические) – 2 + 2.

Основными формами проведения аудиторных занятий являются лекционные, семинарские и лабораторно-практические занятия.

Большое внимание в изучении астрономии уделяется организации самостоятельной работы студентов, в рамках которой студенты изучают некоторые вопросы теоретического курса, готовятся к семинарским занятиям и контрольным работам, осуществляют подготовку к лабораторным работам, а также выполняют индивидуальные домашние задания.

Введение рейтинговой системы позволяет контролировать самостоятельную работу каждого, соответствующим образом оценить ее, и активизировать работу студентов во всех возможных видах деятельности.

Контроль за самостоятельной работой студентов включает проверку домашних заданий и индивидуальную защиту отчета по лабораторной работе, а также проверку правильности выполнения всех контрольных мероприятий по основным темам (модулям) дисциплины. Также проверяются навыки работы с телескопами и знание звездного неба.

Основные разделы (модули) дисциплины: сферическая астрономия, небесная механика и основы астрофизики, природа тел Солнечной системы; Солнце и звезды; галактическая и внегалактическая астрономия, космология и космогония.

2.2. Содержание дисциплины

Введение

Предмет астрономии. Возникновение и развитие астрономии. Объекты, изучаемые в астрономии. Разделы астрономии: астрометрия, небесная механика, физика планет, физика Солнца, астрофизика, звездная астрономия, галактическая астрономия, космогония, космология.

Сферическая астрономия

Звездное небо, созвездия. Суточное вращение звездного неба. Небесная сфера, основные точки и линии небесной сферы. Теорема о высоте полюса мира над горизонтом. Системы координат на небесной сфере: горизонтальная, экваториальная. Высота светила в кульминации, условия невосходимости и незаходимости звезд. Подвижная карта звездного неба. Простейшие способы определения координат и ориентация на земной поверхности.

Видимое годичное движение Солнца и его следствия.

Измерение времени. Звездное время. Истинное и среднее солнечное время. Уравнение времени. Местное, поясное и декретное время. Календарь.

Солнце и звезды

Размеры, масса, светимость, средняя плотность, температура Солнца. Солнечная постоянная. Спектр Солнца. Внутреннее строение Солнца. Атмосфера Солнца: фотосфера, хромосфера, солнечная корона. Грануляция. Магнитное поле Солнца. Нестационарные образования на Солнце: пятна, факелы, протуберанцы, вспышки. Солнечная активность, ее цикличность. Солнечно-земные связи.

Методы определения расстояний до звезд. Световой год, парсек. Основные характеристики звезд (температура, размеры, светимости). Спектральная классификация. Вращение и магнитные поля звезд. Связь между физическими характеристиками звезд. Диаграмма «спектр – светимость».

Двойные и кратные звезды. Кривые блеска. Орбиты двойных звезд и методы определения масс. Плотность звезд. Спектрально-двойные звезды. Условие стационарности звезд. Затменно-двойные звезды: кривые блеска, определение орбит и физических характеристик компонентов.

Физические переменные звезды. Классификация переменных по характеру переменности. Цефеиды. Долгопериодические пульсирующие переменные. Новые и сверхновые звезды.

Внутреннее строение звезд. Эволюция звезд. Конечные этапы эволюции звезд: белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры.

Модуль 1 «Небесная сфера»

Небесная сфера, азимут светила, восход и заход светил, восхождение прямое, высота светила, время (звездное, летнее, московское, поясное, среднее солнечное), зенит и надир, математический горизонт, небесный экватор, кульминация, ось мира, отвесная линия, полюсы мира, склонение, созвездие, эклиптика

 

Модуль 4 «Солнце и звезды»

Белый карлик, кривая блеска, год световой, движение собственное (звезды), диаграмма «спектр-светимость», звезда, звезда вырожденная, звезда пекулярная, звезды двойные (кратные), корона солнечная, лучевая скорость звезды, нейтронная звезда, новые и сверхновые, парсек, переменные звезды, протуберанец, пульсар, собственное движение звезды, черная дыра, солнечная постоянная, солнечный ветер, спектральные классы, фотосфера, фраунгоферовы линии, хромосфера, цефеиды

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Утверждено

на заседании кафедры

«___»________2010 г.

Зав. кафедрой, доцент

____________ М.В. Потапова

 

АСТРОНОМИЯ

(учебная и рабочая программы и методические материалы к ним)

 

специальность 050201 – Физика с дополнительной специальностью

Автор-составитель:

Беспаль И.И., ст.преподаватель

 

Челябинск

 

СОДЕРЖАНИЕ

I. Выписка из государственного образовательного стандарта. 3

II.Учебная программа. 4

2.1. Пояснительная записка. 4

2.2. Содержание дисциплины.. 5

2.3. Литература. 7

III. Рабочая (модульная) программа. 8

3.1. Тематический план. 8

3.2. Соотношение текущего и итогового контроля по модулям программы.. 8

3.3. Содержание модульной программы.. 9

IV. Методические материалы.. 17

4.1. Терминологический минимум.. 17

4.2. Критерии оценивания учебной деятельности студента. 17

4.3. Вопросы к экзамену. 18

V. Дополнительные материалы.. 21

5.1. Критерии оценивания индивидуальных заданий и выполнения лабораторных работ. 22

5.2. Виды выполняемых работ инвариантной части с возможным максимальным количеством баллов. 22

5.3. Примерные задания итогового теоретического контроля по модулям (проверочных работ) 23

5.4. Примерные задания контрольных работ. 25

5.5. Примерные вопросы микрозаданий к лекциям.. 26

5.6. Примеры индивидуальных домашних заданий.. 27

5.7. Примерные темы докладов. 28

 

 

I. Выписка из государственного образовательного стандарта

ТРЕБОВАНИЯ К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПОДГОТОВКИ

учителя физики (в соответствии с дополнительной специальностью)

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 050201 Физика с дополнительной специальностью

Индекс	Наименование дисциплин и их основные разделы	Всего часов
ДПП	Дисциплины предметной подготовки
ДПП.Ф. 00	Федеральный компонент
ДПП.Ф. 05	Астрономия Сферическая астрономия. Небесные координаты. Видимое годичное движение Солнца, его причины и следствия. Система счета времени. Календари, их задачи и основы. Небесная механика. Строение и кинематика Солнечной системы. Движение Луны. Обобщенные законы Кеплера. Задача многих тел. Методы расчета траектории космических полетов. Основы астрофизики и методы астрофизических исследований. Методы астрофотометрии. Элементы теоретической астрофизики. Природа тел Солнечной системы. Физика Солнца. Две группы больших планет. Малые тела Солнечной системы. Звезды. Основные характеристики звезд. Кратные звезды. Физические переменные звезды. Внутреннее строение звезд. Эволюция звезд. Галактическая и внегалактическая астрономия. Галактика. Звездные скопления и ассоциации. Собственные движения и лучевые скорости звезд. Внегалактическая астрономия. Космология и космогония. Элементы релятивистской космологии. Модель «горячей» Вселенной. Философские и методологические вопросы.

II. УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

2.1. Пояснительная записка

 

Программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта профессионального образования по специальности 050201 «Физика с дополнительной специальностью».

Дисциплина «Астрономия» изучается на 4 курсе физического факультета в 7 и 8 семестрах, при этом единственной формой отчетности является экзамен в 8 семестре. Поэтому в данном учебно-методическом комплексе используется сквозное планирование.

Цель дисциплины:

· усвоение студентами научных знаний по разделам астрономии;

· овладение навыками в проведении простейших астрономических наблюдений, теоретическими и экспериментальными методами астрономических исследований;

· формирование современной астрономической картины мира как части естественнонаучной картины мира.

Задачи дисциплины:

· обучение студентов основным наблюдательным данным о небесных телах, наблюдениям, методам, моделям в различных разделах астрономии;

· знакомство с основными физическими теориями о природе небесных тел и Вселенной;

· обучение адаптации представлений и результатов наблюдений на школьный курс физики с элементами изучения астрономии.

Дисциплина ориентирует на учебно-воспитательную, научно-методическую и культурно-просветительскую виды профессиональной деятельности.

Студент, изучивший дисциплину, должен знать:

· результаты наблюдений и экспериментов в области астрономии;

· данные по основным объектам Вселенной;

· современное состояние, теоретические работы, связанные с объяснением физической природы небесных тел;

уметь:

· использовать знания по физике и астрономии при объяснении физической природы небесных тел и описании астрономических явлений;

владеть навыками:

· астрономических наблюдений;

· теоретическими и компьютерными методами астрономических исследований.

Курс астрономии состоит из лекционного материала (50 часов), лабораторных занятий (44 часа) и практических занятий (8 часов). Соотношение аудиторной и внеаудиторной видов работ 1:1. Распределение часов по семестрам производится следующим образом: лекции – 30 + 20 (первое число соответствует аудиторным занятиям по учебному плану в 7-м семесте, второе – в 8-м), лабораторные занятия – 28 + 16, семинарские (практические) – 2 + 2.

Основными формами проведения аудиторных занятий являются лекционные, семинарские и лабораторно-практические занятия.

Большое внимание в изучении астрономии уделяется организации самостоятельной работы студентов, в рамках которой студенты изучают некоторые вопросы теоретического курса, готовятся к семинарским занятиям и контрольным работам, осуществляют подготовку к лабораторным работам, а также выполняют индивидуальные домашние задания.

Введение рейтинговой системы позволяет контролировать самостоятельную работу каждого, соответствующим образом оценить ее, и активизировать работу студентов во всех возможных видах деятельности.

Контроль за самостоятельной работой студентов включает проверку домашних заданий и индивидуальную защиту отчета по лабораторной работе, а также проверку правильности выполнения всех контрольных мероприятий по основным темам (модулям) дисциплины. Также проверяются навыки работы с телескопами и знание звездного неба.

Основные разделы (модули) дисциплины: сферическая астрономия, небесная механика и основы астрофизики, природа тел Солнечной системы; Солнце и звезды; галактическая и внегалактическая астрономия, космология и космогония.

2.2. Содержание дисциплины

Введение

Предмет астрономии. Возникновение и развитие астрономии. Объекты, изучаемые в астрономии. Разделы астрономии: астрометрия, небесная механика, физика планет, физика Солнца, астрофизика, звездная астрономия, галактическая астрономия, космогония, космология.

Сферическая астрономия

Звездное небо, созвездия. Суточное вращение звездного неба. Небесная сфера, основные точки и линии небесной сферы. Теорема о высоте полюса мира над горизонтом. Системы координат на небесной сфере: горизонтальная, экваториальная. Высота светила в кульминации, условия невосходимости и незаходимости звезд. Подвижная карта звездного неба. Простейшие способы определения координат и ориентация на земной поверхности.

Видимое годичное движение Солнца и его следствия.

Измерение времени. Звездное время. Истинное и среднее солнечное время. Уравнение времени. Местное, поясное и декретное время. Календарь.

Небесная механика и основы астрофизики

Строение Солнечной системы. Видимое движение планет и его объяснение. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира. Законы Кеплера. Конфигурации и условия видимости планет. Определение расстояний в Солнечной системе. Астрономическая единица.

Движение Луны, элементы ее орбиты. Смена лунных фаз. Солнечные и лунные затмения. Сарос.

Обобщенные законы Кеплера. Понятие о возмущении. Приливы и отливы. Прецессия и нутация земной оси. Открытие новых планет. Понятие о задаче n тел. Ограниченная задача трех тел. Точки Лагранжа.

Методы расчетов траекторий полета космических аппаратов. Определение орбит небесных тел. Расчет орбит и дат запуска космических аппаратов к другим планетам.

Астрофотометрия. Звездная величина. Формула Погсона. Шкалы звездных величин. Показатели цвета.

Оптические телескопы. Характеристики телескопов. Крупнейшие телескопы. Радиотелескопы. Радиоинтерферометры. Астрономические обсерватории. Всеволновая астрономия.

Приемники излучения. Глаз. Приборы с использованием фотоэффекта. Приборы с зарядовой связью.

Законы излучения абсолютно черного тела. Образование спектральных линий. Закон Стефана-Больцмана, смещения Вина. Формула Планка. Принцип Доплера. Спектрографы. Методы определения химического става и физических условий в атмосферах звезд по их спектрам.