Imię i nazwisko autora:

Krystyna Wosińska

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Gwiazdy neutronowe i czarne dziury

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
12) opisuje elementy ewolucji gwiazd; omawia supernowe i czarne dziury.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
18) opisuje elementy ewolucji gwiazd; omawia supernowe i czarne dziury.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. omawia, jak powstaje gwiazda neutronowa;

2. opisuje właściwości gwiazd neutronowych;

3. tłumaczy, czym jest czarna dziura;

4. analizuje, jak zmienia się promieniowanie emitowane z gwiazdy, zapadającej się w czarną dziurę;

5. wyjaśnia, jakie jest źródło ogromnej energii kwazarów.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna (dostrzeganie i definiowanie problemów)

Metody nauczania:

wykład informacyjny, pokaz multimedialny, analiza pomysłów

Formy zajęć:

praca w parach, praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

komputer z rzutnikiem lub tablety do dyspozycji każdego ucznia

Materiały pomocnicze:

e‑materiał: „Skąd wnioskować o obecności czarnych dziur?”

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Treść lekcji należy dostosować do poziomu uczniów. Na przykład, dla poziomu podstawowego można zrezygnować z niektórych trudniejszych treści, według uznania nauczyciela.
Przed lekcją uczniowie zapoznają się z treścią rozdziałów „Czy to nie ciekawe?” i „Przeczytaj”.
Lekcja rozpoczyna się od sprawdzenia, czego uczniowie dowiedzieli się i zrozumieli o gwiazdach neutronowych i czarnych dziurach. Nauczyciel zachęca, aby uczniowie zgłaszali, czego nie zrozumieli i wyjaśnia te problemy.

Faza realizacyjna:

Uczniowie wymieniają właściwości gwiazd neutronowych i zapisują je na tablicy. Uczniowie dyskutują, jak zmienia się prędkość kątowa podczas zapadania się gwiazdy i powstawania gwiazdy neutronowej. Nauczyciel wyświetla Rys.1 ilustrujący promieniowanie pulsara i wyjaśnia, jak powstaje efekt latarni morskiej. Podkreśla, że obserwujemy tylko takie gwiazdy neutronowe, których promieniowanie trafia w Ziemię.
Następnie uczniowie wymieniają informacje o czarnych dziurach i zapisują je na tablicy. Nauczyciel tłumaczy, czym jest promień Schwarzschilda. Uczniowie w parach obliczają promień Schwarzschilda dla Słońca. Nauczyciel wyjaśnia zjawisko grawitacyjnego spowolnienia czasu i związanego z tym przesunięcia ku czerwieni promieniowania emitowanego z masywnej gwiazdy. Wyświetla Rys. 2 i tłumaczy, dlaczego foton nie może opuścić czarnej dziury. Nauczyciel wyjaśnia, co jest źródłem ogromnej energii emitowanej przez kwazary (materia opadająca na supermasywną czarną dziurę) i tłumaczy, że po wyczerpaniu materii, czarna dziura przestaje świecić. Wyświetla animację na Rys. 3 - gwiazdy w centralnej części Drogi Mlecznej poruszające się po orbitach eliptycznych i pyta uczniów, co powoduje zakrzywienie orbit gwiazd. Uczniowie dochodzą do wniosku, że z kształtu orbit wnioskujemy o istnieniu supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki.

Faza podsumowująca:

Uczniowie oglądają samouczek i w parach rozwiązują zadania aktywizujące. Dyskutują na forum klasy problemy z tym związane i dochodzą do wspólnych odpowiedzi.

Praca domowa:

Uczniowie słuchają audiobooka i rozwiązują zadania aktywizujące z nim związane.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Oba multimedia można wykorzystać na lekcji. Mogą też być wykorzystane przez uczniów po lekcji do powtórzenia i utrwalenia materiału.