Экзаменационный билет №31



жүктеу 348.57 Kb.
бет1/3
Дата03.04.2019
өлшемі348.57 Kb.
  1   2   3

Экзаменационный билет №31.

  1. Взаимодействие между естественными и гуманитарными науками.

Человек обладает знаниями об окружающей его природе( Вселенной), о самом себе и собственных произведениях. Это делит всю имеющуюся у него информацию на 2 больших раздела- на естественнонаучное (естественное в том смысле, что изучается то, что существует независимо от человека, в противоположность искусственному- созданному человеку) и гуманитарное( от –гомо- человек) знание, знание о человеке. Как следует из определения, различия между естественнонаучными и гуманитарными знаниями заключаются в том, что первые основаны на разделении субъекта (человека) и объекта( природы, которую познает человек-субъект), при преимущественном внимании, уделяемом объекту, а вторые имеют отношение прежде всего к самому субъекту.

  1. Леонардо да Винчи – художник, инженер, физик.

(1452-1519). Родился 15 апреля 1452 г. в городе Винчи, близ Флоренции, незаконный сын местного нотариуса сера Пьера Винчи и молодой крестьянки Катарины. Леонардо да Винчи был не только великим художником-живописцем, скульптором и архитектором, но и гениальным ученым, занимавшимся математикой, механикой, физикой, астрономией, геологией, ботаникой, анатомией и физиологией человека и животных, последовательно проводившим принцип экспериментального исследования. В его рукописях встречаются рисунки летательных машин, парашюта и вертолета, новых конструкций и винторезных станков, печатающих, деревообрабатывающих и других машин, отличающиеся точностью анатомические рисунки, мысли, относящиеся к математике, оптике, космологии (идея физической однородности вселенной) и другим наукам. Около семи тысяч страниц сохранившихся рукописей (написанных на итальянском языке в большинстве справа налево зеркально) были позднее разъединены и хранятся теперь в библиотеках Лондона, Виндзора, Парижа, Милана и Турина. Конструировал машины, что давало ему возможность более глубоко проникнуть в суть законов механики. Постиг природу инерции, понимал, что действие равно противодействию и направлению против него. Исследовал свободное падение и движение тела, брошенного горизонтально, явления удара, определял центры тяжести различных тел, в частности полукруга и тетраэдра, изучал трение (определил коэффициенты трения качения и скольжения), изобрёл конусный шарикоподшипник. Высказал мысль о невозможности вечного двигателя (1475). Близко подошёл к открытию закона сообщающихся сосудов. Изучал волны на воде, наложение волн, резонанс, наблюдал поднятие жидкостей в узких трубках (явление капиллярности). Исследовал влияние среды на окраску тел, пытался определить силу света в зависимости от расстояния и т.п. Известен и как конструктор различных летательных аппаратов, ткацких станков, печатных и деревообрабатывающих машин, приборов для шлифовки стекла, землеройных машин и др. Открыл существование сопротивления среды и подъёмную силу. В его рукописях даны рисунки парашюта и геликоптера. Является автором ряда гидротехнических проектов и проектов металлургических печей. Исследования Леонардо да Винчи во многом опередили своё время.

  1. Законы сохранения в классической механике. Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени.

законы сохранения выполняются в замкнутых системах взаимодействующих тел.

Система называется замкнутой, если на систему не действуют внешние силы (они очень малы) или действие всех сил скомпенсировано

Закон сохранения импульса системы материальных точек (м.т.): в замкнутых системах м.т. полный импульс сохраняется:

Закон сохранения момента импульса: в замкнутой системе суммарный момент импульса сохраняется:

Состояние системы определяется ее движением и конфигурацией, т. е. взаимным расположением ее частей. Движение системы характеризуется кинетической энергией K, а конфигурация (нахождение тела в потенциальном поле сил) – потенциальной энергией U.

Полная энергия определяется как сумма: E = K + U + Eвнутр,

где Eвнутр – внутренняя энергия тела.

Кинетическая и потенциальная энергии в сумме составляют механическую энергию.

Закон сохранения энергии: полная энергия замкнутой системы материальных точек сохраняется: .

При отсутствии диссипации (рассеяния) энергии сохраняются и полная и механическая энергии. В диссипативных системах полная энергия сохраняется, а механическая энергия не сохраняется.



в наше время установлены связи между свойствами пространства–времени и законами сохранения.

  1. Закон сохранения импульса является следствием однородности пространства.

  2. Закон сохранения момента импульса является следствием изотропности пространства.

  3. Закон сохранения энергии является следствием однородности времени.

  1. Распределение Максвелла по скоростям.

На основании построенной модели идеального газа Максвеллу удалось получить распределение свободных хаотически движущихся в замкнутом объеме молекул по скоростям. Он получил конкретный вид для функции распределения молекул идеального газа по скоростям f(V):.

Здесь m0- масса молекулы, Дж/К – постоянная Больцмана, абсолютная температура.

Смысл f(V) состоит в следующем: это вероятность того, что величина скорости каждой отдельной частицы находится в единичном интервале скоростей около скорости V. (условие нормировки функции распределения по скоростям) т.к. вероятность того, что скорость любой частицы ансамбля принимает какое-либо значение в интервале от нуля до бесконечности, равна единице.

Каждая отдельная молекула ансамбля может иметь любое значение скорости, однако при этом конкретному состоянию ансамбля частиц соответствуют вполне определенные значения скоростей:



– средняя скорость.

– среднеквадратичная.

– наиболее вероятная.

Наиболее вероятная скорость соответствует максимуму графика распределения молекул по скоростям.



Экзаменационный билет №32.

  1. Древние атомисты: Демокрит, Эпикур и Тит Лукреций Кар. Главные идеи их учений.

Новый шаг в развитии понятия материи был сделан древними атомистами.

Выдающимся представителем натурфилософской идеологии атомизма был Демокрит (ок. 470 или 460 гг. до н.э —ок. 370 гг. до н.э.).

Основные принципы его атомистического учения:


  1. Вся Вселенная состоит из мельчайших материальных частиц — атомов и незаполненного пространства — пустоты. Пустота нужна для перемещения атомов в пространстве.

  2. Атомы представляют собой мельчайшие, неизменные, непроницаемые и абсолютно неделимые частицы.

  3. Атомы неуничтожимы, вечны, а потому и вся Вселенная, из них состоящая, существует вечно.

  4. Атомы находятся в постоянном движении, изменяют свое положение в пространстве.

  5. Атомы различаются по форме и величине. Но все они настолько малы, что недоступны для восприятия органами чувств человека. Форма их может быть весьма разнообразной. Самые малые атомы имеют, например, сферическую форму. Это, по выражению Демокрита, «атомы души и человеческой мысли».

  6. Все предметы материального мира образуются из атомов различных форм и различного порядка их сочетаний (подобно тому, как слова образуются из букв).

Демокрит считал, что из атомов образуются не только окружающие нас предметы, но и целые миры, которых во Вселенной бесчисленное множество. При этом одни миры еще только формируются, другие — находятся в расцвете, а третьи уже разрушаются. Новые тела и миры возникают от сложения атомов. Уничтожаются они от разложения на атомы.

свое развитие идеи атомистики получили в учении Эпикура (341— 270 гг. до н.э.). Эпикур разделял точку зрения Демокрита о том, что мир состоит из атомов и пустоты, а все существующее во Вселенной возникает в результате соединения атомов в различных комбинациях. Однако Эпикур внес в описание атомов некоторые поправки:

  • атомы не могут превышать некоторой величины,

  • число их форм ограничено,

  • атомы обладают тяжестью,

  • изменение направления их движения может быть обусловлено причинами, содержащимися внутри самих атомов.

Одним из наиболее известных натурфилософов-атомистов Древнего Рима был Тит Лукреций Кар (ок.99 или 95—55 гг. до н.э.). Его философская поэма «О природе вещей» является важным источником сведений об атомистических воззрениях Демокрита и Эпикура (поскольку из сочинений последних до нас дошли лишь немногие отрывки). Лукреций высказал мысль о вечности материи. Вещи временны, они возникают и исчезают, распадаясь на атомы — свои первичные составные части. Атомы же вечны, и их количество во Вселенной всегда остается одним и тем же. Отсюда вытекал вывод о вечности материи, которую Лукреций отождествлял с атомами.

  1. Закон сохранения полной и механической энергии.

Физическая величина, характеризующая способность тела или системы тел совершать работу, называется энергией.

Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся наиболее общей характеристикой состояния системы.

Состояние системы определяется ее движением и конфигурацией, т. е. взаимным расположением ее частей. Движение системы характеризуется кинетической энергией K, а конфигурация (нахождение тела в потенциальном поле сил) – потенциальной энергией U.

Полная энергия определяется как сумма: E = K + U + Eвнутр,

где Eвнутр – внутренняя энергия тела.

Кинетическая и потенциальная энергии в сумме составляют механическую энергию.

Закон сохранения энергии: полная энергия замкнутой системы материальных точек сохраняется .

При отсутствии диссипации (рассеяния) энергии сохраняются и полная и механическая энергии. В диссипативных системах полная энергия сохраняется, а механическая энергия не сохраняется.



  1. Ядро атома. Размеры атома и ядра.

В химии элементом назвали субстанцию, которая не могла быть разложена или расщеплена какими угодно средствами, имевшимися в то время в распоряжении ученых: кипячением, сжиганием, растворением, смешиванием с другими веществами. Затем в физике появилось понятие атома, заимствованное у Демокрита, которым была названа мельчайшая единица материи, входящая в состав химического элемента. Химический элемент состоит из одинаковых атомов. Потом выяснилось, что сам атом состоит из элементарных частиц. В первой модели атома, предложенной Резерфордом, электроны движутся вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца (планетарная модель атома). Установлено, что поперечник атома составляет 10-8 см, а ядра 10-12 см. Плотность ядра 1014 г/см.

  1. Собственный момент импульса электрона. Спиновое квантовое число.

Каждому состоянию электрона соответствуют не три, а четыре квантовых числа: главное квантовое число (оно характеризует размер электронной орбиты), орбитальное квантовое число (характеризует форму орбиты), магнитное квантовое число (характеризует пространственную ориентацию орбиты электрона) и четвертое, получившее название «спин». Оно может принимать одно из двух разрешенных значений и . Спин электрона позволяет вычислить собственный момент импульса.

Собственный момент импульса электрона LS (спин) выражается через спиновое квантовое число s равное 1/2, т.е. спин квантуется по закону:


Экзаменационный билет №33.

  1. Натурфилософия и ее место в истории естествознания.

Первой в истории человечества формой существования естествознания была так называемая натурфилософия (от латинского natura – природа), или философия природы (естествознание). она была вместилищем всех человеческих знаний об окружающем мире.

Натурфилософское понимание природы содержало много вымышленного, фантастического. Однако появление натурфилософии и очень длительное ее существование объясняется рядом обстоятельств:



  1. Когда естественнонаучного знания (в его нынешнем понимании) еще практически не существовало, натурфилософия пыталась объяснять все происходящее в мире.

  2. Вплоть до XIX столетия естествознание было слабо дифференцировано, отсутствовали многие его отрасли. Еще в XVIII веке в качестве сформировавшихся, самостоятельных наук существовали лишь механика, математика, астрономия и физика. Химия, биология, геология находились лишь в процессе становления. В такой ситуации натурфилософия стремилась заменить собой отсутствующие естественные науки.

  3. тогдашнее естествознание давало отрывочные знания об объектах, явлениях природы. А натурфилософия давала свои представления о мире в целом. Для истолкования непонятных явлений натурфилософы обычно придумывали какую-нибудь силу (например, жизненную силу) или какое-нибудь гипотетическое вещество (флогистон, электрическая жидкость, эфир и т. п.).

Это было вынужденное положение, которое, однако, не могло продолжаться бесконечно.

  1. Законы Ньютона. Понятия инерции, массы, силы, ускорения.

Первый закон ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние.

Второй закон Ньютона: Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

Третий закон Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми материальные точки действуют друг на друга, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки.

Сила – это векторная физическая величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или деформируется (изменяет свою форму или размеры).

Масса – это скалярная физическая величина, количественно характеризующая инертные и гравитационные свойства материи. Свойство тел сохранять свой модуль и направление своей скорости называется инерцией. Ускорением тела при его равноускоренном движении называется величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течении которого это изменение произошло.

Ускорение- векторная физическая величина.



  1. У истоков термодинамики. Необратимость. Закон теплопроводности Фурье.

Первые признаки угрозы грандиозному построению великих классиков появились еще в начале 19 века. В это время впервые было дано описание явления, которое абсолютно немыслимо с точки зрения классической динамики, поскольку представляет собой необратимый процесс. Речь идет о законе теплопроводности, сформулированном в 1811-м году французским математиком и физиком бароном Жан-Батистом Жозефом Фурье (1768-1830). Установленный Фурье результат был удивительно прост и изящен: поток тепла Q пропорционален градиенту температуры:

,(1)

где: Q– количество тепла, проходящего через некоторую поверхность в единицу времени (количество энергии, передаваемой путем теплопередачи), единица измерения теплового потока Дж/с=Вт, – быстрота изменения температуры вдоль оси ОХ (проекция градиента температуры на ось ОХ, или, в частном случае – величина градиента температуры, если температура зависит только от х), σ– коэффициент теплопроводности, его размерность . Знак “–“ перед правой частью соотношения (1) указывает на то, что тепло распространяется в сторону уменьшения температуры.



  1. Э.Резерфорд. Экспериментальное изучение структуры атома.

В 1907-м году, профессор физики Манчестерского университета Эрнст Резерфорд (1871-1937) приступил к экспериментальному изучению структуры атома. Он считал, что надо строить модель атома на основе убедительных экспериментальных результатов. Началась серия экспериментов по рассеянию тяжелых - частиц от тонкой золотой фольги. Большинство -частиц проходило сквозь фольгу, слабо изменяя направление своего первоначального движения. Но некоторые -частицы отражались от тоненькой фольги, изменяя направление движения на 180 градусов. Создавалось впечатление, будто тяжелые быстро летящие снаряды отражаются от тонкого листа бумаги. Резерфорд пришел к выводу, что атом представляет собой очень рыхлую структуру, в центре которой расположено массивное маленькое ядро, размеры которого намного меньше размера целого атома. Резерфорд сделал простые классические расчеты и сумел оценить размер атома (м). Полный объем атома определяется распределенными вокруг ядра электронами, общая масса которых ничтожна по сравнению с массой ядра. Вопрос о том, как распределены электроны вокруг ядра, оставался открытым. Резерфорд рассматривал возможность планетарной модели атома, в котором электроны, подобно планетам солнечной системы, вращаются вокруг своего «солнца» – атомного ядра. Однако такая модель, рассматриваемая с классической точки зрения, является неустойчивой. Электроны, вращающиеся вокруг ядра, как и любые ускоренно движущиеся заряды, должны были излучать электромагнитные волны и, теряя энергию, постепенно «падать» на ядро.
Экзаменационный билет №34

  1. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея-Ленца.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура.

Закон Фарадея-Ленца: электродвижущая сила электромагнитной индукции в проводящем контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром.





  1. Законы Ньютона.

Первый закон ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние.

Второй закон Ньютона: Сила, действующая на тело, равна произведению массы тела на сообщаемое этой силой ускорение.

Третий закон Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми материальные точки действуют друг на друга, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки.

  1. Ядро атома. Размеры атома и ядра.

В химии элементом назвали субстанцию, которая не могла быть разложена или расщеплена какими угодно средствами, имевшимися в то время в распоряжении ученых: кипячением, сжиганием, растворением, смешиванием с другими веществами. Затем в физике появилось понятие атома, заимствованное у Демокрита, которым была названа мельчайшая единица материи, входящая в состав химического элемента. Химический элемент состоит из одинаковых атомов. Потом выяснилось, что сам атом состоит из элементарных частиц. В первой модели атома, предложенной Резерфордом, электроны движутся вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца (планетарная модель атома). Установлено, что поперечник атома составляет 10-8 см, а ядра 10-12 см. Плотность ядра 1014 г/см.

  1. Принцип Паули.

более тонкие эксперименты с магнитным полем позволили обнаружить дополнительные спектральные линии, происхождение которых не описывалось уже созданной теорией. Вольфганг Паули (1900-58) – швейцарский физик-теоретик, высказал предположение о том, что для электрона характерен некий «скрытый» вращательный процесс, которому соответствует добавочный момент импульса, ответственный за возникновение дополнительных спектральных линий. Следовательно, каждому состоянию электрона соответствуют не три, а четыре квантовых числа: главное квантовое число n=1,2,3…(оно характеризует размер электронной орбиты), орбитальное квантовое число (характеризует форму орбиты), магнитное квантовое число (характеризует пространственную ориентацию орбиты электрона) и четвертое, получившее название «спин». Оно может принимать одно из двух разрешенных значений и . Спин электрона позволяет вычислить собственный момент импульса. Каждому состоянию соответствует своя энергия. В каждом квантовом состоянии может находиться только один электрон.

Принцип Паули: В атоме может быть не более одного электрона, состояние которого характеризуется конкретным набором четырех квантовых чисел



С учетом этого простого, но глубокого принципа можно сконструировать структуру любого атома и построить периодическую таблицу элементов Менделеева.
Экзаменационный билет №35.

  1. Электростатическое поле – частный случай единого электромагнитного поля.

Электромагнитное поле создается электрическими зарядами. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским. Соответственно поле неподвижных зарядов называют также электростатическим.

  1. Движение зарядов в однородном магнитном поле.

Изучим движение заряда в однородном магнитном поле ( = соnst). Сила, действующая со стороны магнитного поля на заряд равна: . Если заряд покоится или движется параллельно силовым линиям поля, магнитная сила отсутствует, так как равно нулю векторное произведение. Сила всегда перпендикулярна к скорости заряда, поэтому энергия магнитного поля не может быть передана движущейся заряженной частице. Кинетическая энергия заряда, введенного в магнитное поле, остается неизменной, может изменятся только вектор импульса частицы.

Ситуация 1. Вектор скорости заряда перпендикулярен силовым линиям однородного магнитного поля. Уравнение движения заряда имеет вид . Вектор ускорения направлен, как и действующая на заряд сила, перпендикулярно к скорости, т.е. является нормальным ускорением: , где R- радиус кривизны траектории. Запишем уравнение движения заряда в скалярной форме: , так как при . Радиус окружности, по которой равномерно движется заряженная частица, влетевшая в магнитное поле перпендикулярно его силовым линиям: .Период вращения и, соответственно, циклотронная частота вращения заряда не зависят от скорости движения заряда и равны:

Ситуация 2. В общем случае векторы могут быть направлены под произвольным углом α друг к другу. Для анализа движения заряда удобно разложить вектор скорости на две компоненты: перпендикулярную и параллельную полю В. Для справедливы выше приведенные соображения, т.е. в плоскости, перпендикулярной к вектору магнитной индукции, заряд равномерно движется по окружности радиусом , а на параллельную полю компоненту скорости магнитное поле вообще не влияет. Поэтому движение вдоль поля является равномерным и прямолинейным. Результирующая траектория движения представляет собой спираль. Шаг спирали можно рассчитать по формуле .

  1. Гипотеза де-Бройля.

В 1923 году выпускник Сорбонны французский физик принц Луи де Бройль высказал предположение (гипотезу) о том, что корпускулярно – волновой дуализм присущ не только свету, но и частицам вещества. Он рассуждал следующим образом. Кванты света с длиной волны имеют импульс , величина которого определяется по формуле:

.

Любой частице вещества, имеющей импульс , можно поставить в соответствие волну, длина волны которой определяется соотношением:



.

Соотношение де Бройля недолго оставалось гипотезой. Де Бройль предсказывал, что волны вещества можно будет обнаружить при изучении дифракции пучка частиц вещества на кристаллической структуре естественных кристаллов.

Оценим порядок длин волн, соответствующих нескольким частицам вещества.


  1. электрон, движущийся со скоростью 1000000 м/с=106 м/с

м;

  1. пылинка массой 1 мг=10-6 кг, движущаяся с скоростью 1 м/с

м.

Структур, соизмеримых с длиной волны пылинки нет, а для наблюдения дифракции быстрых электронов вполне подходит кристаллической структуре естественных кристаллов.



  1. Неклассическая стратегия естественнонаучного мышления.

В основе НСЕМ лежит представление о случайности как о фундаментальном свойстве природы. НСЕМ родилась в физике из понимания того, что в целом ряде случаев разброс наблюдающихся в эксперименте данных невозможно отнести на счет погрешностей приборов или неаккуратности экспериментатора. Эти факты послужили идейной основой для возникновения квантовой физики, которой потребовалось кардинально изменить исходные убеждения об устройстве природы на микроуровне. Главная черта НСЕМ- признание нерегулярного (стохастического) характера природных явлений, как неотъемлемого фактора ее бытия. Важной особенностью НСЕМ является логика, в которой противоположным высказываниям применяется схема совмещения <и-и>. Согласно этой логике объект одновременно может находиться в разных местах. Если применить эту логику к электрону, находящемуся внутри атома, то он оказывается как бы размазанным в пространстве. Для неклассической стратегии познания характерна даже мысленная невозможность экранирования исследователя от объекта изучения. Он сам является частью изучаемой системы.
Экзаменационный билет №36.

  1. Пифагорейская научная школа.

Родоначальником пифагорейской школы в Древней Греции был древнегреческий ученый и философ Пифагор (580—500 гг. до н.э.). Пифагорейцы учили, что в основе всех вещей лежит число, а вся Вселенная есть гармония чисел. Пифагорейцы обожествляли числа, искали в них и их сочетаниях таинственный смысл. В их учении было много мистицизма. Однако они впервые высказали идеи:

  • о существовании количественных закономерностей в явлениях природы,

  • о том, что эти закономерности выражаются в строгих математических формулировках.

Пифагору принадлежит идея о шарообразности Земли. Он был, по-видимому, первым, кто высказал эту гипотезу. Как могла она возникнуть в те времена? Возможно, здесь сыграли роль наблюдения за горизонтом во время морских путешествий (сначала видна мачта и только потом появляется корпус корабля). Возможно, наблюдения затмения Луны. Возможно, Земля – шар, так как эта геометрическая фигура является наиболее простой и наиболее совершенной.

Пифагорейцам принадлежит также первая гипотеза о строении Вселенной, в которой предполагается движение Земли. Трудно представить причины, которые привели пифагорейцев к этой, казавшейся нелепой гипотезе.



  1. Классическая стратегия естественнонаучного мышления. Объективность научного знания с точки зрения КСЕМ. “Прозрачность” измерительного прибора.

Во многом поиск решения проблем и ответов на вопросы определяется формированием такого типа мышления и методов познания, которые позволяют выявить фундаментальные закономерности и универсальные принципы, управляющими процессами в окружающем мире. Стратегия познавательной деятельности рождалась из наблюдений и размышлений о мире в целом. Сумма получаемых сведений постепенно складывалась в совокупность устойчивых представлений об однозначной воспроизводимости результатов наблюдений в известных условиях. С развитием наук подобная система представлений получила название классической стратегии естественно-научного мышления (КСЕМ). Представления, которые рождаются на основе КСЕМ, всегда наглядны. Они так или иначе воспроизводят реальные предметы ( КСЕМ в полной мере адекватна природе). Прекрасным примером классического понимания природы является второй закон Ньютона.



Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет