113607 (616890), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Движение под действием указанных сил изучается в классической механике. Ей соответствует механическая картина данной части природы. Согласно Ньютону, мир состоит из «твердых, весомых, непроницаемых, подвижных частиц». Частицы действуют друг на друга на расстоянии с силами, вызывающими ускорения, в результате чего они движутся по определенным траекториям, могут образовать устойчивые системы. Типичным примером механической системы является наша Солнечная планетная система.

Со времен Ньютона и до середины прошлого века считалось, что механическая картина мира всеобъемлюща, т. е. все физические объекты и явления имеют описанную выше механическую природу. Однако оказалось, что все механикой не объясняется, и механическую картину мира пришлось дополнять.

(4 ученик) Полевые представления

В механической картине отсутствует материальный агент, передающий взаимодействия между телами. Между тем он существует в природе: это гравитационное и электромагнитное поле, передающее действие одного тела на другое со скоростью света. Окончательно понятие поля как самостоятельного материального объекта — вида материи, существующего наряду с веществом, утвердилось после создания специальной теории относительности. В случае электромагнитного взаимодействия передатчиком взаимодействия служит электромагнитное поле. Оно дополняет механическую картину: на тело действует сила не непосредственно со стороны другого тела, а со стороны поля, созданного заряженным телом и непрерывно заполняющим пространство. Электромагнитное поле изучается электродинамикой; с помощью ее законов по расположению и движению электрических зарядов можно рассчитать напряженность поля в каждой точке пространства. Важно, что поле может «отрываться» от зарядов и существовать в свободном состоянии в виде электромагнитных волн. При изучении строения материи на микро-уровне оказывается, что поле, как и вещество, состоит из элементарных частиц — фотонов.

Сила тяготения также передается посредством поля — гравитационного, существующего вокруг любых материальных частиц и тел (вне зависимости от их электрического заряда). Предполагается существование элементарных частиц гравитационного поля — гравитонов, которые экспериментально пока не обнаружены.

(5 ученик) Статистические представления

В механике и электродинамике рассматриваются макроскопические тела на макроскопических расстояниях друг от друга. Перейдем теперь к рассмотрению строения тел из микроскопических частиц (т е. «заглянем внутрь» тела). Твердые, жидкие, газообразные тела состоят из огромного количества атомов и молекул. Расположение и движение микрочастиц обусловлено здесь электромагнитным взаимодействием, так как на этих расстояниях при малых массах и больших зарядах гравитационное взаимодействие мало по сравнению с электромагнитным, а сильное еще не проявляется (для него расстояния велики).

В свое время огромным достижением физической науки было объяснение тепловых явлений и теплоты механическим движением микрочастиц в теле. Однако очень важно учитывать, что к одной механике теплота не сводится. Механическую картину оказались необходимым также дополнить, теперь представлениями о хаотичности теплового движения микром частиц. Координаты и скорости отдельных частиц оказываются случайными величинами, они изменяются случайным образом по вероятностным законам. Для макроскопического тела в целом законы термодинамики имеют статистический смысл, они связывают средние значения физических величин для огромного множества микрочастиц. Так, в молекулярно кинетической теории давление определяется суммой средних импульсов, передаваемых молекулами газа стенке при соударении, внутренняя энергия — суммой средних энергий микрочастиц, температура — средней кинетической энергией движения микрочастиц и т. д..

(6 ученик) Квантовые представления

При уменьшении размеров пространственной области, следуют внутренние области молекул и атомов. В микромире, в диапазоне расстояний от 10^-10 до 10^-16 м, основную роль играет электромагнитное взаимодействие, объединяющее ядро и электроны в устойчивые системы — атомы и молекулы. Типичные физические явления состоят в переходе атома из одного стационарного состояния в другое с излучением или поглощением кванта энергии.

Переход в эту область микромира заставляет существенно пересмотреть механическую картину движения. Микрочастицы не движутся здесь по определенным траекториям, а проявляют двойственные корпускулярно-волновые свойства. По-новому решается вопрос и об изменении состояния систем: появляются квантовые скачки, сразу переводящие систему из одного дискретного состояния в другое, минуя все промежуточные. Эту область микромира изучает квантовая механика, элементы которой мы изучили в физике атома, в квантовой природе света.

Перешагнем последний достаточно изученный в физике рубеж — 10^-15 м — и обратимся к системе, состоящей из протонов и нейтронов, то есть к ядру. Нуклоны связаны самым интенсивным взаимодействием — сильным, которое осуществляется путем обмена π-мезонами между парой нуклонов на расстояниях, не превышающих 10^-15 м и обеспечивающих притяжение. Электромагнитное взаимодействие в этой области тоже имеет место и играет важную роль, хотя и уступает сильному. Так, пока ядра состоят из немногих нуклонов, сильное взаимодействие — притяжение — превышает электромагнитное отталкивание положительных протонов и ядро прочно. Но для тяжелых ядер, состоящих из сотен нуклонов, притяжение и отталкивание выравниваются, так как отталкивание осуществляется между каждым и всеми остальными протонами, а притяжение — только между соседними. После известного предела (уран, трансурановые элементы) ядра неустойчивы.

Далее, вплоть до достигнутого в настоящее время предела на шкале расстояний порядка 10^-17 — 10^-18 м материя представлена только элементарными частицами, причем, кроме названных выше частиц, имеется много неустойчивых, возникающих и исчезающих в реакциях, взаимных превращениях элементарных частиц. Эти процессы обусловлены как сильными, так и электрослабыми взаимодействиями.

Рамки современной физической картины мира. Неисчерпаемость знаний о мире (7 ученик)

Хотя физическая наука охватывает огромную область различных физических явлений, содержит множество законов и выводов, она не является полностью завершенной. Последняя точка в ней никогда не будет поставлена, так как материальный мир многообразен, а знания о нем неисчерпаемы.

Современная ФКМ ограничена «снизу», со стороны малых расстояний, но даже в этой области наши знания о природе и строении элементарных частиц пока что далеко не полны. Сейчас с помощью самых мощных ускорителей доступны изучению структурные элементы и их взаимодействия внутри элементарных частиц на расстояниях порядка 10^-17 — 10^-18 м. В последнее время здесь достигнуты замечательные успехи: открыто сложное строение мезонов и барионов. Оказалось, что они состоят из более «простых» частиц — кварков. Кварки и лептоны сейчас следует рассматривать как элементарные.

Ограничена современная ФКМ и «сверху», со стороны больших расстояний, пределами «видимости» в оптические и радиотелескопы. С их помощью получают сведения о строении и движении материи в мега-мире до расстояний порядка 10²⁵ — 10²⁰ м. В последнее время, несмотря на скудность информации о таких отдаленных областях Вселенной, и здесь сделаны удивительные открытия. Открыты новые, ранее неведомые человеку объекты: пульсары — нейтронные звезды чрезвычайно высокой плотности, квазары и ядра галактик — объекты с непостижимо большим излучением энергии, природа которых не ясна, и другие.

Наконец, Вселенная развивается. Наши знания об эволюции Вселенной, об ее образовании и дальнейшей судьбе, об изменении важнейших физических законов и констант с течением времени также нельзя назвать сейчас окончательными.

Кодированный диктант:

1) Физика оформилась как самостоятельная наука более трёхсот лет назад. (да)

2) Физическая картина мира представляет собой систему фундаментальных идей, понятий, законов и закономерностей физики; к не относятся: представления о свойствах пространства и времени, понятия об объектах изучения физической науки и исходных составных частях материи, универсальные физические законы, представления об иерархии закономерностей по масштабам явлений, исходные идеи и уравнения физических теорий и соотношение между последними. (да)

3) В ФКМ входят механическая, электрическая и квантово-полевая картины мира. (нет)

4) В рамках механической картины мира материя рассматривается как совокупность дискретных неделимых элементов – атомов, двигающихся и взаимодействующих по законам классической электродинамики. (нет)

5) Исследования в области электрических и магнитных явлений в XIX в. привели к возникновению электромагнитной картины мира, основы которой были заложены М.Фарадеем и Д.Максвеллом. (да)

6)Существует четыре вида фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. (да)

7) Основное положение квантово-полевой картины мира заключается в том, что материя существует не только в виде вещества, но и в виде поля. (нет)

8) Возникновение квантово-полевых представлений связывают с появлением в 1900 г. квантовой гипотезы М.Планка. (да)

9) Пространство и время не являются формами существования материи, никак не связаны между собой, относительны и зависят от движения материи. (нет)

10)Физическая картина мира является неотъемлемой частью естественнонаучной картины мира, которая входит в общую научную картину мира. (да)

Таблица ответов:

«+» - да, верно;

« - » - нет,

неверно

Учитель. Итак, сегодня на уроке мы выяснили, что человечество обладает большим объемом физических знаний, знает о материальном мире уже много, но не все.

Теперь подведем итоги. Как можно определить понятие физической картины мира?

Ученик. Физическая картина мира — это общее описание природы в физике, общий обзор строения и движения материи. И физическую картину входят основные представления механики, молекулярно-кинетической теории, электродинамики и квантовой физики, а также общие для всех теорий законы сохранения.

Учитель. Верно. Запишем краткое определение в тетради:

«ФКМ — это система самых общих представлений о строении, взаимодействии и движении материи от уровня элементарных частиц до галактик, описываемых как универсальными, так и специфическими для разных областей основными законами физики. Единая картина складывается из взаимосвязанных механических, полевых, статистических и квантовых представлений». Назовем основные понятия, входящие в общее сложное понятие ФКМ и раскрывающие ее содержание. Что здесь главное?

Ученик. Главное в ФКМ — понятие о взаимодействии.

Учитель. Верно. Но как же разнообразие взаимодействий связано с единством природы?

Ученик. Исходных, фундаментальных взаимодействий всего три, а проявлений, притом, очень различных, много.

Учитель. Это так, фундаментальные взаимодействия приводят в разных пространственных областях к качественно своеобразным формам движения материи. В чем еще можно видеть физическую основу материального единства мира?

Ученик. Весь материальный мир состоит из небольшого числа основных элементарных частиц.

Учитель. Верно. Сделаем вывод.

Материальное единство мира проявляется в том, что физические объекты и явления на Земле и во всей Вселенной имеют единую природу: состоят из небольшого числа (стабильных) элементарных частиц и вызываются тремя фундаментальными взаимодействиями.

Как отражается единство природы в физических законах?

Ученик. В физике есть величины и законы, применимые к любым физическим объектам и явлениям. Это энергия, импульс, электрический заряд, законы сохранения.

Учитель. Совершенно верно.

Универсальность физических величин и законов выражается в том, что элементарные частицы, атомы, молекулы, физические тела и поля характеризуются несколькими общими величинами. Главные из них следующие: энергия, импульс, масса, электрический заряд. Ряд физических законов применим к любым физическим явлениям в любой области пространства. Важнейшие из них: законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда.

Но все ли физические величины и законы универсальны? Например, применим ли второй закон Ньютона к движению электрона в атоме, к фотонам?

Ученик. Нет, ни второй закон Ньютона, ни понятие движения по траектории не применимы в микромире. Здесь частицы движутся по другим законам, обладают корпускулярно-волновыми свойствами.

Учитель. Да, имеются качественно различные формы движения материи, например механическая, тепловая. Законы механики не применимы к полю, где справедливы законы электродинамики и т. д. Запишем это в краткой формулировке.

Качественное своеобразие физических явлений обнаруживается в том, что в зависимости от размеров, строения, расстояния между физическими системами имеют место различные взаимодействия и качественно различные формы движения материи. Законы основных физических теорий соответственно применимы в своих областях.

В заключение попробуем разобраться в роли и назначении изученного понятия о ФКМ как обобщения физических знаний. Почему важно овладеть этим понятием?

Ученик. ФКМ дает возможность обозреть и представить весь мир, а это важно хотя бы для правильного выбора профессии.

Второй ученик. И не только поэтому. Говорить о всесторонне развитой личности можно только при условии, что человек осознал свое место в мире.

Третий ученик. Важно, что ФКМ не оставляет места для религиозных верований, для суеверия. Мы получаем конкретные сведения обо всем мире, где нет места ни богу, ни черту.

Четвертый ученик. ФКМ показывает, что мир познаваем, что, хотя природа и очень сложна, она подчиняется строгим законам, ее можно понять и использовать в своих целях.

Характеристики

Список файлов курсовой работы