Учебно-методический комплекс по дисциплине «астрофизика» для направления 010700. 62 «Физика» специальности 010700. 65 «Физика»
| скачать ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АСТРОФИЗИКА» для направления 010700.62 «Физика» специальности 010700.65 «Физика» направления 010800.62 «Радиофизика» специальности 010801.65 «Радиофизика и электроника» Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры от «____»______________2007 г. Барнаул 2007 УДК ББК Астрофизика: Учебно-методический комплекс по дисциплине/Сост.: к.ф.-м.н., доцент Райкин Р.И. – Барнаул, 2007. – с. Рецензент: Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению 510400 «Физика» от 17 марта 2000 г., специальности 010400 «Физика» от 17 марта 2000 г., направлению 511500 «Радиофизика от 17 марта 2000 г., специальности 013800 «Радиофизика и электроника» от 17 марта 2000 г. Учебно-методический комплекс рассмотрен и одобрен на заседании кафедры теоретической физики от «____»______________2007 г. Рекомендовано к применению и изданию методической комиссией физико-технического факультета от «____»______________2007 г. Рекомендовано к применению и изданию Научно-методическим советом ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет» от «____»______________2007 г. © ГОУ ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», 2007 Содержание Государственный образовательный стандарт 6 Рабочая программа 7 Методические указания по проведению преподавателями основных видов учебных занятий 15 Методические указания студентам по изучению дисциплины 18 ^ 1. Направление 511500 «Радиофизика от 17 марта 2000 г.
^
^ ГОУ ВПО «АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» УТВЕРЖДАЮ Декан физико-технического факультета ________________________ В.В. Поляков «____»_________________2007 г. ^ по дисциплине «АСТРОФИЗИКА» для направления 010700.62 «Физика» специальности 010700.65 «Физика» направления 010800.62 «Радиофизика» специальности 010801.65 «Радиофизика и электроника» Факультет физико-технический Кафедра теоретической физики Курс четвертый Семестр второй Лекции 48 (час.) Зачеты во втором семестре Самостоятельная работа 48 (час.) Итого часов трудозатрат на дисциплину (для студента) по ГОС 96 (час.) Барнаул 2007 Рабочая программа составлена на основании Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлению 510400 «Физика» от 17 марта 2000 г., специальности 010400 «Физика» от 17 марта 2000 г., направлению 511500 «Радиофизика от 17 марта 2000 г., специальности 013800 «Радиофизика и электроника» от 17 марта 2000 г. Индекс (СД.05/ДС.05, ЕН.Ф.09/ЕН.Р.01) Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры теоретической физики «____»____________________ 2007 г. Заведующий кафедрой _______________________ Одобрено советом (методической комиссией) физико-технического факультета «____»____________________ 2007 г. Председатель комиссии _______________________ ^ Курс астрофизики входит в блок естественно научных дисциплин федерального компонента для студентов направления «Радиофизика» и регионального компонента для студентов специальности «Радиофизика и электроника»; cтудентами направления и специальности «Физика» изучается как спецдисциплина. Курс предусматривает лекционные занятия и самостоятельную работу студентов в размере 50% от суммарного объема трудозатрат. По итогам изучения дисциплины студенты сдают зачет. Промежуточный контроль усвоения курса осуществляется посредством выполнения студентами трех контрольных работ по решению задач теоретической астрофизики. Зачет по дисциплине выставляется студентам выполнившим на положительную оценку все контрольные работы. ^ Курс астрофизики, наряду с другими курсами блока естественнонаучных дисциплин, закладывает основы фундаментальных знаний в области наук, изучающих окружающий мир. Курс изучается студентами в восьмом семестре после изучения большинства курсов общей физики и части курсов теоретической физики. ^ получение общих знаний о происхождении, эволюции и устройстве астрономических объектов, представление о ближнем и дальнем космосе, о Вселенной в целом и происходящих в ней физических процессах и явлениях. ^ курса являются: - знакомство с базовыми астрофизическими концепциями; - знакомство с современными проблемами астрофизики ее новейшими достижениями; - формирование навыков решения задач теоретической астрофизики. В результате изучения курса - студент должен знать:
студент должен уметь:
^ Курсы общей физики, общематематические дисциплины, курс уравнений математической физики. ^
^ 3.1 Электронные учебно-методические пособия (http://theory.dcn-asu.ru/~raikin) 3.2. Рекомендуемая литература 3.2.1. Основная
3.2.2. Дополнительная
5. Протокол согласования рабочей программы с другими дисциплинами специальности на 200____/ _____ учебный год
Тема 1. Введение в астрофизику.
Тема 2. Звезды.
Тема 3. Солнце.
Тема 4. Элементы физики звезд.
Тема 5. Двойные звездные системы.
Тема 6. Галактики.
Тема 7. Физика межзвездной среды.
Тема 8. Наблюдаемая структура Вселенной и сценарий ее образования.
^ Примеры вопросов и задач для включения в контрольные работы. ЗВЕЗДЫ. 1. Мы видим звезды до 6 m. (Люди с острым зрением видят и менее яркие звезды 7m). Сколько звезд 6m могут заменить по яркости одну Венеру? 2. Оцените абсолютную звездную величину Солнца (МС), зная только, что видимая звездная величина Солнца mС = – 26,8. 3. В 1987 году зафиксирована вспышка сверхновой звезды в галактике Боль- шое Магелланово облако, расстояние от Земли до которого 55 кпк. В каком году на самом деле произошла эта вспышка? Оцените абсолютную звездную величину этой сверхновой, если в максимуме блеска она имела видимую звездную величину около 3m. С каким небесным объектом можно сопоставить ее яркость? 4. В нашей Галактике вспыхнула сверхновая звезда в созвездии Стрельца. Известно, что расстояние до нее составляет 15 кпк, а абсолютная звездная величина равна 19m. Оцените ее видимую звездную величину. 5. Крабовидная туманность расширяется со скоростью около 1000 км/с. Через какое время ее размер (радиус) возрастет на 10%, если расстояние до нее равно 2 кпк, а угловой диаметр, видимый с Земли, составляет примерно 5 угловых минут? 6. Можно ли с помощью фотометра, установленного на телескопе, наблюдать звезды 12m, если от звезды 7m такого же спектрального класса регистрируется 4000 квантов в секунду, а уровень шума фотометра составляет 100 квантов в секунду. Объясните Ваши вычисления 7. Молодые ученые «зарегистрировали» в октябре 2000 года новый объект, напоминающий затменно-переменную звезду: звездная величина объекта, составляющая обычно 23,34m каждые несколько секунд увеличивается до 24,42m. После исследований выяснилось, что светящийся объект – это глаза группы абсолютно черных котов, сидящих на абсолютно черном теле в на- шей Солнечной системе и смотрящих в сторону Солнца! И один из котов моргает (не подмигивает)! Вычислите число котов в этой группе. 8. Две звезды имеют одинаковые размеры, но температура поверхности пер вой звезды равна 30000 К, а второй – 5000 К. Какая из этих звезд будет излучать больше энергии в синих лучах? в желтых? в красных? 9. Максимум излучения одной звезды приходится нa 500 нм, а другой - на 1500 нм. Какая из этих звезд излучает больше на длине волны 500 нм? на длине волны 1500 нм? на длине волны 1000 нм? Каково соотношение полных энергий, излучаемых этими звездами в единицу времени, если их размеры одинаковы? Считайте звезды абсолютно черными телами. 10. Два астероида находятся на одном расстоянии от Солнца. Один – темный, поглощающий практически всё попадающее на него излучение, второй – светлый, отражающий половину падающей энергии. Первый астероид имеет среднюю температуру поверхности – 100° С. Какова средняя температура поверхности второго астероида? 11. Пять средних звезд ковша Большой Медведицы принадлежат к одному рассеянному скоплению. Оцените расстояние до этого скопления (в световых годах). Для получения некоторых исходных данных надо вспомнить ночное небо и Большую Медведицу, средние звезды которой имеют белый цвет и видимую звездную величину 2m. (Для решения можно использовать диаграмму Герцшпрунга-Рессела). 12. С какой скоростью нужно приближаться к светофору, чтобы красный свет показался зелёным? Длина волны красного света равна ~ 0,6-0,7 мкм Длина волны зелёного света равна 0,48 мкм 13. В результате гравитационного коллапса где-то во Вселенной образовалась угасшая карликовая звезда. а) Оценить минимальный период вращения устойчивой карликовой звезды если ее масса и радиус равны: \begin{itemize} \item $M\sim M_\odot$, $R=3000$~км ("белый карлик"); \item $M\sim M_\odot$, $R=10$~км (нейтронная звезда). \end{itemize} б) Допустим, карликовая звезда является компонентом двойной системы. Вещество "нормальной" звезды перетекает на карликовую звезду с большим гравитационным потенциалом, вызывая аккреционное свечение. Найти светимость аккрецирующей звезды в ньютоновском приближении (предполагая, что вся кинетическая энергия падающего вещества выделяется в виде излучения). ГАЛАКТИКИ. 1. Некоторая галактика наблюдается как диск с угловым размером около 0,5', а красное допплеровское смещение в спектрах этой галактики составляет 2%. Сравните эту галактику с нашей no размерам. Постоянную Хаббла считать равной Н = 75 км /с Мпк. Размер нашей Галактики принять 30 кпк. 2. Угловой размер эллиптической галактики d = 3', а линия поглощения водорода Нβ в ее спектре имеет длину волны λ = 4866 Е и ширину σ = 3 Е (расширение спектральных линий в галактиках связано с тем, что часть звезд движется к нам, а часть – от нас, что обусловлено вращением галактики). Оцените массу галактики. Лабораторная длина волны линии Нβ равна λ0 =4861 Е. (1 Е – ангстрем, единица длины, равная 10-8 см.) 3. В двойной системе, состоящей из двух одинаковых звезд солнечной массы (2·1030 кг), линии Нα (6563 Е) периодически раздваиваются, и их компоненты расходятся на 1,3 Е, Найдите линейное расстояние между звездами, если луч зрения лежит в плоскости орбиты. ^ 1. Рассмотрим механизм ускорения космических частиц на фронте ударной волны (механизм Ферми 1 порядка). Космическая частица с энергией $E_1$ движется из области изотропного распределения во внутреннюю область ударной волны. В результате взаимодействия с фронтом ударной волны с вероятностью $P_a$ частица испытывает ускорение, получая дополнительную энергию, пропорциональную ее собственной энергии $\Delta E=\varepsilon E$ и вновь оказывается впереди фронта волны, имея энергию $E_2=E_1+\Delta E$ (см. рис. 2). а) Показать, что в этой модели энергетический спектр космического излучения степенной $\displaystyle\frac{\mathstrut dN}{\mathstrut dE}\sim E^{-\gamma}$ и записать выражение для спектрального индекса $\gamma$. б) Привести примеры астрофизических объектов и процессов - источников мощных ударных волн. Предложить разумные гипотезы о возможных причинах "изломов" в спектре ПКИ, предполагая основным механизмом ускорения механизм Ферми 1 порядка. Вариант теста по астрофизике. ^ а) за счёт флюоресценции б) за счёт фосфоресценции в) за счёт ядерной реакции г) за счёт термоядерной реакции ^ а) Солнце б) Полярная звезда в) чёрная дыра г) тёмная материя 3. Где находится Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской Южной обсерватории? а) в Европе б) в Австралии в) в Чили г) на орбите ^ а) триста тысяч б) сто пятьдесят миллионов в) десять в тринадцатой г) вопрос поставлен некорректно ^ а) самка белого медведя б) созвездие северного полушария в) поэтическое название полярного сияния г) неграмотное название Ковша ^ а) на пчелиные соты, только трёхмерные б) на губку для мытья посуды в) на кристаллические структуры г) на сыр с большим количеством дырок ^ а) ни одного б) один в) четыре г) тьма тьмущая 8. Кто такой Хаббл? а) знаменитый астроном двадцатого века б) персонаж русских народных сказок, разновидность гоблина в) менеджер проекта одноимённого телескопа г) чемпион мира по боксу в средней весовой категории, в честь которого назван телескоп ^ а) в земной магнитосфере б) между орбитами Сатурна и Урана в) за орбитой Нептуна г) в созвездии Ориона ^ а) на глаз б) методом радиолокации в) методом параллакса г) по смещению линий в спектре ^ а) на самом деле это две звезды, обращающиеся около общего гравитационного центра б) звезда, светящая с удвоенной яркостью в) эффект раздвоения изображения в телескопе с некачественно отшлифованным объективом г) две слипшихся звезды ^ чины. Но Венера - это планета, а не звезда. Почему тогда освещённость, созда- ваемую ею, измеряют в звёздных величинах? а) это недоразумение б) это исторический курьёз, сохранившийся как дань традиции в) звёздная величина - это универсальная мера освещённости для всех космиче- ских объектов независимо от их природы г) данный парадокс лишён смысла, так как в его формулировке допущена фактиче- ская ошибка ^ а) на диагонали диаграммы Герцшпрунга-Рессела б) в плоскости эклиптики в) на периферии Галактики г) внутри шаровых скоплений ^ а) погасший белый карлик б) тело, сжавшееся до размера меньше гравитационного радиуса в) пустая область пространства между скоплениями галактик г) то же самое, что белая дыра, но состоящая из антиматерии ^ а) фокусировка гравитационных волн в гравитационных детекторах б) прохождение света сквозь линзовидную галактику в) искривление пути света, проходящего вблизи массивных объектов г) поглощение гравитационных волн чёрными дырами ^ а) белого б) жёлтого в) красного г) зелёного 17. Из чего большей частью состоит Вселенная? а) из светлой материи б) из тёмной материи в) из светлой энергии г) из тёмной энергии ^ а) ничего б) гравитационные волны в) рентгеновское излучение г) излучение абсолютно чёрного тела ^ а) десять километров б) сто миллионов километров в) десять парсек г) триста мегапарсек ^ а) Толиман (альфа Центавра) б) Проксима Центавра в) Вольф 359 г) Сириус B 21. Как рождаются звёзды? а) конденсируются из межзвёздных облаков б) размножаются простым делением пополам в) развиваются из планет-зародышей г) в настоящее время звёзды не рождаются, все они сформировались на ранних стадиях Вселенной ^ а) да б) нет в) это зависит от времени суток г) вопрос поставлен некорректно ^ а) остаток сверхновой б) звёздную ассоциацию в) облако ионизированного газа г) неправильную галактику 24. Как называются объекты, промежуточные между звёздами и планетами? а) планетозвёзды б) планетоиды в) красные карлики г) коричневые карлики 25. Чем являются пятна на Солнце? а) ударными и вулканическими кратерами б) атмосферными вихрями в) месторождениями нефти г) областями пониженной температуры 26. Самое распространённое химическое вещество во Вселенной - это... а) вода б) спирт в) гелий г) водород
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: 