Проведение практических работ в курсе астрономии
| << Предыдущая |
3.1. Демонстрация звездного неба с помощью светящейся карты.
Известно, что школьный курс астрономии начинается с ознакомления со звездным небом, с изучения наиболее характерных созвездий и их нахождения на небосводе, с разъяснения понятия звездных величин. В этом состоит одна из главных задач изучения астрономии. Однако учитель не всегда имеет возможность с первых же уроков демонстрировать учащимся реальное звездное небо или более-менее приближающуюся к нему модель, чтобы проиллюстрировать изложенное.
Обычная звездная карта, которая в этом случае используется, и даже небо планетария дают только общее представление о звездах, но не позволяют глубоко вскрыть некоторые важные понятия о звездах, о звездных величинах и способах их измерений. Между тем, от правильного и четкого уяснения этих понятий во многом зависит успешное изучение целого ряда других разделов астрономии, а также и эффективность вечерних наблюдений.
Более глубокое и сознательное усвоение этих понятий может быть дано, на наш взгляд, с помощью звездной карты с точечными светящимися звездами различного блеска. Мысль о светящейся карте звездного неба уже была изложена на страницах журнала "Физика в школе" 1.
Здесь дается описание устройства и применения новой модели карты подобного типа, разработанной и опробованной диссертантом в соавторстве с доцентом кафедры астрономии МГПИ имени В.И. Ленина А.Д. Марленским 2. На ней все звезды имеют совершенно одинаковые (точечные) размеры, но благодари особому ее устройству обладают различным блеском. Это весьма приближает картину звездного неба к натуральной и способствует значительному улучшению демонстраций по целому ряду тем.
На всех существующих звездных картах, в том числе и на звездных куполах планетариев, различные по блеску звезды (звездные величины) изображаются кружочками различного диаметра, что само по себе методически нежелательно. Зрительное восприятие такого образа звездных величин вольно или невольно наводит школьников на мысль о зависимости звездных величин от линейных размеров звезд. Карта с точечными источниками света различной интенсивности лишена этого недостатка.
Так как разрешающая способность нашего глаза равна примерно 1', то светящиеся
отверстия в карте (имеющие диаметр 0,5 мм) уже с расстояния 2 м воспринимаются
как точечные. В самом деле, обозначив через α угол зрения, получим:
Откуда a < 1'.
Карта позволяет продемонстрировать и объяснить, почему звезды на небе, являющиеся фактически точечными источниками света, кажутся нам различными по величине. Более того, с нее можно сделать фотографию и получить объективное подтверждение этого факта.
Как показало пробное применение светящихся карт в школе, на учащихся такое изображение звездного неба производит значительно большее впечатление, чем слабо светящееся небо планетария. Здесь звезды действительно сверкают на темном фоне как лучистые точки, более выразительно оттеняя различие их блеска, и облегчая этим распознавание ярких звезд и знакомых созвездий. Такая карта с самого начала способствует формированию правильных представлений о звездных величинах и методах их измерения.
а) Устройство карты и способы ее демонстрации.
 |
|
Рис. 2. |
 |
 |
|
Рис. 3. Общий вид |
Карта представляет из себя кассету 3, состоящую из двух листов тонкой жести, между которыми проложена доска толщиной около 2 см (рис.2). На листе жести с лицевой стороны просверлены одинаковые отверстия малого диаметра (0,5 мм) в соответствии с положением звезд на карте, а на листе с тыльной стороны на глубину всей доски просверливаются отверстия разного диаметра в соответствии со звездными величинами. Для осуществления равномерного светорассеяния между каждым из листов жести и доской прокладывается калька или другая полупрозрачная бумага. Осветив карту с тыльной стороны сильным источником света, наблюдают светящееся звездное небо.
Карту лучше вставить в хорошо подогнанные пазы специального светонепроницаемого ящика, чтобы рассеянный свет от источника не мешал наблюдать звездное небо (рис.3). Такая установка в затемненной комнате обеспечивает хорошую видимость светящихся звезд всему классу.
В качестве осветителя лучше всего установить несколько ламп дневного света. Можно использовать и мощные лампы накаливания (200-500 Вт), но это менее желательно, так как они при длительных демонстрациях перегреваются. Использование для этой дели маломощных ламп накаливания дает заметное цветовое искажение звездного неба (звезда приобретают красноватый оттенок).
Освещение карты можно производить и с помощью любого проекционного фонаря с мощной лампой. Для этого только нужно изготовить легкий фанерный ящик, ограждающий наблюдателей от рассеянного света фонаря.
Наконец, можно такую карту рассматривать и на просвет в окно, укрепив ее на раму, а остальную площадь окна закрыв плотной бумагой или тканью. При хорошем солнечном освещении картина звездного неба бывает значительно лучше, чем от искусственного осветителя. Поэтому вполне возможно изготовлять большие карты-витражи по размеру всего окна и охватывать, таким образом, большую часть звездного неба, а также изображать созвездия в более крупном масштабе.
Несколько замечаний о технологии изготовления карты и о расчете диаметров отверстий для звезд.
Выбрав доску нужных размеров, на нее с одной стороны накладывают оба листа жести один на другой и закрепляют на доске шурупами. Причем, верхний лист предварительно должен быть покрыт черным лаком и хорошо просушен (он будет служить лицевой стороной карты, изображающей звездное небо). Затем накладывают поверх карту с изображением звездного неба (например, из школьного набора таблиц по астрономии), слегка начеркивают будущие места звезд и производят сверление отверстий малого диаметра (0,3 - 0,5 мм) в обоих листах жести.
Сняв верхний лист, сверлят отверстия во втором листе жести на глубину всей доски,
подбирая диаметра в соответствии со звездными величинами. Расчет диаметров
производится на основании формулы Погсона, устанавливающей зависимость между
блеском Е1 и Е2 двух звезд и их звездными величинами
m1 и m2 :
Полагая, что блеск звезд на карте будет пропорционален площади отверстий, на
которые будет падать свет от осветителя, мы формулу Погсона можем переписать
так:
где Д1 и Д2 - диаметры отверстий.
При толщине доски в 2 см для звезд 4-й величины целесообразно взять диаметр отверстия около 1,8 мм. Тогда по приведенной выше формуле легко рассчитать диаметры и для других звездных величин, в том числе и для стандартных звезд сравнения, шкалу которых удобно иметь в нижней части карты.
В этом случае звезды 0-й величины будут иметь диаметр 11,3 мм, 1-й величины - 7,2 мм, 2-й - 4,5 мм, 3-й - 2,8 мм.
Чтобы карта способствовала лучшему усвоению главнейших созвездий, выделяя их конфигурации, на наш взгляд, не следует загромождать ее большим числом звезд. Достаточно нанести звезды до 5-й звездной величины и то только те, которые относятся к наиболее характерным созвездиям.
Для примера приводим таблицу наиболее ярких звезд для двух участков неба (южной стороны зимнего неба и околополярной области) с указанием их видимых звездных величин и соответствующих им отверстий в кассете светящейся карты.
Учитывая, что подобрать сверла всех необходимых размеров весьма затруднительно (да в этом и нет необходимости), для более слабых звезд, отличающихся друг от друга по блеску не более чем на 0,2 - 0,3 звездной величины, отверстия в кассете делаются одинаковыми.
1. Южная сторона зимнего неба.
| Наименование звезд | Видимая звездная величина |
Диаметр отверстия в мм |
| a Большого Пса | -1,58 | 24 |
| a Возничего | 0,21 | 10,5 |
| b Ориона | 0,34 | 9,7 |
| a Малого Пса | 0,48 | 9,0 |
| a Ориона | 0,92 | 7,4 |
| a Тельца | 1,06 | 7,0 |
| b Близнецов | 1,20 | 6,6 |
| e Большого Пса | 1,63 | 5,4 |
| g Ориона | 1,70 | 5,2 |
| e Ориона | 1,75 | 5,0 |
| b Тельца | 1,78 | |
| a Персея | 1,90 | 4,5 |
| g Близнецов | 1,93 | |
| d Большого Пса | 1,98 | |
| b Большого Пса | 1,99 | |
| a Близнецов | 1,99 | |
| o Кита | 2,0-10,1 4 | |
| z Ориона | 2,05 | |
| b Возничего | 2,07 | |
| b Персея | 2,2 - 3,5 | 4,1 |
| c Ориона | 2,2 | |
| h Большого Пса | 2,43 | |
| d Ориона | 2,48 | |
| q Возничего | 2,71 | 3,2 |
| a Кита | 2,82 | |
| i Ориона | 2,87 | 3,0 |
| i Возничего | 2,90 | |
| z Персея | 2,91 | |
| e Персея | 2,96 | 2,8 |
| z Тельца | 3,00 | |
| g Персея | 3,08 | |
| d Персея | 3,10 | |
| z Большого Пса | 3,10 | |
| b Малого Пса | 3,09 | |
| e Близнецов | 3,18 | 2,4 |
| m Близнецов | 3,19 | |
| r Персея | 3,2-3,8 | |
| h Возничего | 3,28 | |
| e Возничего | 3,3-4,1 | |
| l Тельца | 3,4-3,9 | |
| h Ориона | 3,44 | |
| d Близнецов | 3,51 | |
| q2 Тельца | 3,62 | 2,2 |
| e Тельца | 3,63 | |
| g Кита | 3,58 | |
| l Ориона | 3,66 | |
| z Близнецов | 3,7-4,3 | |
| g Тельца | 3,86 | 1,8 |
| z Возничего | 3,9-4,6 | |
| d Тельца | 3,93 | |
| h Персея | 3,93 | |
| u Персея | 3,93 | |
| o Персея | 3,94 | |
| Остальные звезды | до 5,0 | 1,1 |
Северные созвездия
| Наименование звезд | Видимая звездная величина |
Диаметр отверстия в мм |
| a Лиры | 0,14 | 10,8 |
| a Волопаса | 0,24 | 10,4 |
| a Лебедя | 1,33 | 6,1 |
| g Кассиопеи | 1,6-3,0 | 5,4 |
| e Большой Медведицы | 1,68 | 5,2 |
| h Большой Медведицы | 1,91 | 4,8 |
| a Большой Медведицы | 1,95 | |
| b Малой Медведицы | 2,24 | 4,0 |
| a Малой Медведицы | 2,5-2,6 | 3,6 |
| g Лебедя | 2,32 | 3,9 |
| z Большой Медведицы | 2,40 | 3,7 |
| b Большой Медведицы | 2,44 | |
| g Дракона | 2,42 | |
| b Кассиопеи | 2,42 | |
| a Кассиопеи | 2,47 | |
| g Большой Медведицы | 2,54 | 3,4 |
| a Цефея | 2,60 | |
| e Лебедя | 2,64 | |
| e Волопаса | 2,70 | 3,1 |
| d Кассиопеи | 2,80 | |
| h Волопаса | 2,80 | |
| h Дракона | 2,89 | |
| d Лебедя | 3,0 | 2,9 |
| g Волопаса | 3,0 | |
| b Дракона | 3,0 | |
| g Малой Медведицы | 3,14 | |
| b Лебедя | 3,24 | 2,6 |
| z Дракона | 3,22 | |
| d Дракона | 3,24 | |
| b Цефея | 3,32 | 2,4 |
| g Цефея | 3,42 | |
| g Лиры | 3,30 | |
| d Большой Медведицы | 3,44 | 2,3 |
| b Лиры | 3,4-4,3 | |
| e Кассиопеи | 3,44 | |
| d Волопаса | 3,54 | 2,0 |
| h Цефея | 3,59 | |
| d Цефея | 3,6-4,3 | |
| m Цефея | 3,6-5,1 | |
| z Цефея | 3,62 | |
| e Цефея | 3,68 | |
| b Волопаса | 3,63 | |
| a Дракона | 3,64 | |
| h Кассиопеи | 3,64 | |
| z Кассиопеи | 3,74 | 1,9 |
| r Волопаса | 3,78 | |
| r Кассиопеи | 4,0 | |
| Остальные звезды | до 5,0 | 1,1 |
б) Использование карты на первых уроках астрономии.
Предлагаемая модель нарты разумеется не может заменить наблюдений натурального звездного неба. Но она хорошо его моделирует, и поэтому значительно облегчает изучение звездного неба учащимися, помогает более рационально использовать время, отводимое на изучение астрономии.
В самом начале курса при знакомстве учащихся со звездном небом учитель прямо на уроке сможет показать в хорошей имитации наиболее характерные созвездия. Это методически более целесообразно, чем иллюстрация неба только обычной картой, где звезды нанесены в виде условных знаков, не отражающих естественного их вида.
Поскольку карта немая, на ней хорошо проводить тренировочные занятия по распознаванию созвездий и нахождению наиболее ярких звезд. Более объективно можно провести и проверку знаний учащимися звездного неба.
Работа в классе со светящейся картой будет вместе с тем и хорошей подготовкой к вечерним наблюдениям звездного неба как групповым, так и самостоятельным. Учащиеся уже будут иметь достаточно ясное представление, что и где надо наблюдать на небе.
После таких занятий проводятся упражнения и по обычной звездной карте, учитывая, что теперь для учащихся она будет менее отвлеченной. За изображениями в виде кружочков разной величины они смогут представить действительные образы звезд.
Опыт показывает, что знакомство учащихся со звездным небом не следует превращать в беспредметное путешествие по созвездиям. Лучше определить некоторый минимум их и требовать, чтобы учащиеся его знали. Таких созвездий можно выбрать 15-20. Это Малая Медведица, Большая Медведица, Волопас, Кассиопея, Цефей, Лира, Лебедь, Орел, Пегас, Андромеда, Персей, Возничий, Орион, Телец, Большой Пес, Малый Пес, Близнецы, Лев и др.
Чтобы показать эти созвездия в классе, необходимо будет иметь хотя бы 3 фрагмента (кассеты) с изображением северной стороны звездного неба, южной стороны осеннего неба и южной стороны зимнего неба.
Особенно следует отметить необходимость последней. Кассета с изображением южной стороны зимнего неба в пределах 2ч - 8ч по прямому восхождению и -40њ - +60њ по склонению во многом будет полезна и в дальнейшем. Во-первых, она содержит довольно характерные и яркие созвездия: Орион, Возничий, Телец, Персей, Большой Пес, Малый Пес, Близнецы и др. и во-вторых, в этих созвездиях находятся такие интересные объекты, как Сириус - самая яркая звезда неба, звезда Бетельгейзе - красный гигант, Капелла - звезда, близкая по спектральному классу