В.М. Анисимов, Г.Э. Солохина - Методические указаная к лабораторным работам и темы докладов

В.М. Анисимов, Г.Э. СолохинаМетодические указания к лабораторнымработам и темы докладов по курсу«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГОЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»Москва2ББК 20Анисимов В.М., Солохина Г.Э.Лабораторныеестествознания».работыпокурсу«КонцепциисовременногоДанное пособие разработано в соответствии с программой курса «Концепциисовременного естествознания» (КСЕ) и предназначено для студентов факультетов,в учебные планы которых включен этот курс.Цель лабораторного практикума – дать возможность студентам ознакомиться сприборами и инструментами, некоторыми физическими явлениями и основами ихмоделирования. В процессе выполнения лабораторных работ студенты изучаюттехнику эксперимента, основы анализа измеряемых величин и их размерностей,взаимосвязь прямых и косвенных измерений, а также проводят необходимуюматематическую обработку полученных результатов.По математическому уровню практикум соответствует математическойподготовке студентов младших курсов МАИ.Предназначено для студентов дневного и вечернего отделений.@ В.М.

Анисимов, Г.Э. Солохина3СОДЕРЖАНИЕПРЕДИСЛОВИЕ -------------------------------------------------------------------------- 6Р А З Д Е Л 1------------------------------------------------------------------------------- 7Основные принципы и методы естественнонаучного познания -- 71.1 Экспериментальная достоверность и концепция измерений --- 81.2 Метод и концепция моделирования объектов --------------------- 9ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛУ 1 ------------------------------------------------- 11ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 0 ------------------------------------------- 11Определение плотности твердых тел правильной геометрическойформы и расчет погрешностей ---------------------------------------------- 11ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2 ------------------------------------------- 23Измерение ускорения свободного падения с помощьюматематического и оборотного (физического) маятников ------------ 23ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13 ----------------------------------------- 29Исследование свободных колебаний пружинного маятника --------- 29ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14 ----------------------------------------- 33Исследование крутильных колебаний ------------------------------------- 33Р А З Д Е Л 2----------------------------------------------------------------------------- 38Образ природы в классическом естествознании: корпускулярнаяконцепция----------------------------------------------------------------------- 382.1.

Модель корпускулы и ньютоновская механика ----------------- 382.2. Свойства пространства - времени и законы сохранения ------ 40ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛУ 2 ------------------------------------------------- 42ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 25(Ф) ------------------------------------- 42Определение коэффициента сопротивления жидкой средыдвижению шарика ------------------------------------------------------------- 42ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5А ------------------------------------------ 45Изучение неупругого удара шаров ----------------------------------------- 45Р А З Д Е Л 3----------------------------------------------------------------------------- 51Образ природы в классическом естествознании: континуальнаяконцепция----------------------------------------------------------------------- 513.1.

Модель поля и электродинамика Максвелла -------------------- 513.2. Электромагнитные волны, явления волновой оптики --------- 53ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛУ 3 ------------------------------------------------- 54ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 60------------------------------------------- 55Изучение электростатического поля --------------------------------------- 55ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 64 ----------------------------------------- 60Изучение магнитного поля соленоида с помощью датчика Холла -- 604ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 78 ----------------------------------------- 64Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Землис помощью тангенс–буссоли ------------------------------------------------ 64ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 65 ----------------------------------------- 68Изучение явления взаимной индукции ------------------------------------ 68ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 76 ----------------------------------------- 73Изучение явления электромагнитной индукции ------------------------ 73ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 109 ---------------------------------------- 77Определение длин волн света при помощи бипризмы Френеля ----- 77ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110 ---------------------------------------- 82Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона 82ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 114 ---------------------------------------- 87Изучение дифракционного спектра и определение длины световойволны ----------------------------------------------------------------------------- 87Р А З Д Е Л 4----------------------------------------------------------------------------- 93Образ природы в неклассическом естествознании ----------------- 934.1.

Квантовая концепция в неклассической физике ---------------- 934.2. Квантовая физика и развитие современной цивилизации ---- 97ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛУ 4 ------------------------------------------------- 99ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 120 --------------------------------------- 100Исследование излучения абсолютно черного тела -------------------- 100ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 122 --------------------------------------- 103Изучение внешнего фотоэффекта ----------------------------------------- 103ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 127 --------------------------------------- 105Определение постоянной Планка ----------------------------------------- 105ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 132 --------------------------------------- 109Исследование параметров полупроводникового кристаллическогодиода ---------------------------------------------------------------------------- 109ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 136/137 --------------------------------- 113Определение чувствительности фотоэлемента ифотосопротивления ---------------------------------------------------------- 113ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 170 --------------------------------------- 118Определение концентрации и подвижности носителей заряда вполупроводниках ------------------------------------------------------------- 118Р А З Д Е Л 5--------------------------------------------------------------------------- 124Термодинамика и концепция самоорганизации природныхсистем --------------------------------------------------------------------------- 1245.1.

Методы описания многочастичных систем --------------------- 1245.2 Начала термодинамики. Энтропия -------------------------------- 1275.3. Второе начало термодинамики и эволюционная парадигма 129ВОПРОСЫ ПО РАЗДЕЛУ 5 ------------------------------------------------ 1315ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 33 ---------------------------------------- 131Определение универсальной газовой постоянной --------------------- 131ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 29(к) ------------------------------------ 134Распределение Максвелла -------------------------------------------------- 134ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 36(к) ------------------------------------ 140Адиабатический процесс ---------------------------------------------------- 140ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 35 ---------------------------------------- 144Определение отношения теплоемкостей воздуха при постоянномдавлении и постоянном объеме методом Клемана - Дезорма ------- 144ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 43 ---------------------------------------- 150Определение отношения теплоемкостей воздуха при постоянномдавлении и постоянном объеме методом интерференции ----------- 150ТЕМЫД О К Л А Д О В------------------------------------------------------- 1551 СЕМЕСТР -------------------------------------------------------------------- 1552 СЕМЕСТР -------------------------------------------------------------------- 156Л И Т Е Р А Т У Р А ------------------------------------------------------------------ 1586ПРЕДИСЛОВИЕЛабораторный практикум является необходимой составной частьюучебногопроцессапокурсу«Концепциисовременногоестествознания» (КСЕ) и предназначен для студентов факультетов, вучебные планы которых включен этот курс.Программа курса КСЕ предполагает использование возможностейсовременного лабораторного практикума (на кафедре физики МАИ)для более глубокого понимания некоторых разделов курса, вчастности, основ классической и современной физики, как базыестествознания.

Это учитывалось при отборе лабораторных работ изобщего физического лабораторного практикума.Настоящее учебное пособие состоит из 5 разделов. Каждый разделвключает в себя краткие теоретические предпосылки посоответствующим темам курса и описания лабораторных работ.Приведены контрольные вопросы по теоретическому введению исодержанию лабораторных работ.Теоретическая составляющая пособия разработана с учетом опытачтения лекций доц. Г.Э. Солохиной по курсу «Концепциисовременного естествознания» студентам экономического факультетаМАИ. Структура пособия, его содержание и оформление выполнены сучетом опыта по подготовке учебных пособий «Лабораторные работыпо физике» для студентов дневного и вечернего отделений МАИразных лет.В заключительной части пособия приводятся примерные темыдокладов, которые могут быть подготовлены студентами дляобсуждения в ходе практических занятий по курсу.Авторы будут признательны за критические замечания ирекомендации, которые послужат улучшению качества этой работы.7РАЗДЕЛ1Основные принципы и методыестественнонаучного познанияВ течение многих веков, изучая окружающий мир природы исамого себя, человек разумный выстроил целостную систему знанийоб окружающем мире - науку.Наука - это система достоверных, обобщенных и логическивзаимосвязанных знаний.Естествознание можно определить, как науку о явлениях и законахприроды, оно является феноменом общечеловеческой культуры.Главная цель естественнонаучного познания: на основе базовыхпонятий и представлений объяснить наблюдаемое разнообразиеприродных явлений и объединить их в целостную, логическинепротиворечивую картину мира.

Важно понимать, что картина мира– это наше представление о нем, которое постоянно уточняется.Человек в процессе познания выступает в двух качествах: вкачестве исследователя и в качестве объекта исследования. Природа ичеловек, человеческое общество исторически воспринимались как двасамостоятельных элемента.Соответственно, в науке выделились две обширные исамостоятельные области:1.

Естественные науки2. Гуманитарные и социальные науки.Остановимся подробнее на первой. Объект изучения естественныхнаук: все формы и структуры неживой и живой природы.Три основных положения естественнонаучного познания:1. Любое естественнонаучное знание относительно.Во-первых, наше знание – это только картина мира, т.е. нашепредставление о нем.Во-вторых, большинство современных теорий имеет свои границыприменимости – «всеобщих» законов совсем не много.Например, классическая механика Ньютона описывает движениечастиц, объектов и тел, скорости которых малы по сравнению соскоростью света в вакууме.2. В основе естественнонаучного познания, как и в явленияхприроды, лежит причинно-следственная связь.В современном понимании причинность означает связь междуотдельными состояниями видов и форм материи в процессе ее8движения и развития.