kce (709182), страница 3
Текст из файла (страница 3)
15.Основные идеи и принципы квантовой физики.
Величайшая революция в физике совпала с началом XX века. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономерности распределения энергии в спектрах теплового излучения (электромагнитного излучения нагретого тела) оказались несостоятельными. Многократно проверенные законы электромагнетизма Максвелла неожиданно “забастовали”, когда их попытались применить к проблеме излучения веществом коротких электромагнитных волн. И это тем более удивительно, что эти законы превосходно описывают излучение радиоволн антенной и что в свое время само существование электромагнитных волн было предсказано на основе этих законов.Электродинамика Максвелла приводила к бессмысленному выводу, согласно которому нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучения электромагнитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля. Согласно классической теории тепловое равновесие между веществом и излучением невозможно. Однако повседневный опыт показывает, что ничего подобного в действительности нет. Нагретое тело не расходует всю свою энергию на излучение электромагнитных волн.В поисках выхода из этого противоречия между теорией и опытом немецкий физик Макс П л а н к предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию отдельными порциями — квантами. Предположение Планка фактически означало, что законы классической физики неприменимы к явлениям микромира.Построенная Планком теория теплового излучения превосходно согласовалась с экспериментом. После открытия Планка начала развиваться новая, самая современная и глубокая физическая теория — квантовая теория. Развитие ее не завершено и по сей день. Квантовым законам подчиняется поведение всех микрочастиц. Но впервые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излучения и поглощения света. В развитии представлений о природе света важный шаг был сделан при изучении одного замечательного явления, открытого Г. Герцем и тщательно исследованного выдающимся русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым. Явление это получило название фотоэффекта.
Фотоэффектом называют вырывание электронов из вещества под действием света. Все попытки объяснить явление фотоэффекта на основе законов электродинамики Максвелла, согласно которым свет—это электромагнитная волна, непрерывно распределенная в пространстве, оказались безрезультатными. Нельзя было понять, почему энергия фотоэлектронов определяется только частотой света и почему лишь при малой длине волны свет вырывает электроны. Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 г. Эйнштейном, развившим идеи Планка о прерывистом испускании света. В экспериментальных законах фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями.Уравнение Эйнштейна, несмотря на свою простоту, объясняет основные закономерности фотоэффекта. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за работы по теории фотоэффекта.В современной физике фотон рассматривается как одна их элементарных частиц. Таблица элементарных частиц уже многие десятки лет начинается с фотона.Свойства света, обнаруживаемые при излучении и поглощении, называют корпускулярными. Сама же световая частица была названа фотоном или квантом электромагнитного излучения. В 1913г. молодой датский физик Н.Бор, работавший в лаборатории Резерфорда, предложил новую модель атома. Бор понял, что для построения теории, которая объясняла бы те противоречия, которые возникли в результате опытов по рассениванию альфа-частиц. Бор взял за основу модель атома, разработанную ранее Резерфордам, и дополнил его гитпотезами, которые не следуют или даже противоречат классическим представлениям. Эти гопотезы известны как постулаты Бора. Они сводятся кследующему: 1)каждый электрон в атоме может совершать устойчивое орбитальное движение по определённой орбите, с определённым значением энергии, не испуская и не поглощая электромагнитного излучения;2)электрон способен переходить с одной стационарной орбиты на другую.
Эти постулаты стали лишь первым шагом в создании теории атома.Совершенно новые теоретические принципы и представления были созданы В.Гейнзенбергом (основы матричной механики), Л.де Бройлем, Э.Шредингер (волновая механика).Квантовая механика-теоретическая основа современной химии. Основные установки квантовой физики:1) признание объективного сущ-я физического мира, т.е. его сущ-я до и независимо от человека и его сознания;2)наличие трёх структурных уровня мира физических эл-ов-микро-,макро- и мегоуровней;3)основа познания-эксперимент;4)структура процесса познания не яв-ся неизменной.Основные принципы квантовой механики. - принцип дополнительности, принцип суперпозиции, принцип симметрии, принцип неопределенности.
--------------------------------------------
16.Современные представления об элементарных частицах.
Исторически первыми экспериментарно обнаруженными элементарными частицами были электрон, протон, а затем нейтрон.Казалось, что этих частиц и фотона(кванта электромагнитного поля) достаточно для построения известных форм вещества-атомов и молекул.Однако вскоре выяснилось, что мир устроен значительно сложнее.Было установлено, что каждой частице соответствует своя античастица, отличающаяся от неё лишь знаком заряда.Для частиц с нулевым зарядом античастица совпадает с частицей(н-р, фотон).По мере развития экспериментарной ядерной физики к этим частицам добавились ещё свыше 300 частиц.Адроны - частицы, участвующие в сильном взаимодействии.Частицы, участвующие в слабом взаимодействии и не участвующие в сильном, называются лептонами. Кроме того, сущ-т частицы – переносчики взаимодействий.
1)Лептоны могут иметь электрический заряд, а могут и не иметь. Среди лептонов наиболее известен электрон.Другой хорошо известный лептон-нейтрино.Достаточно широко распространы в природе мюоны, на долю которых приходится значительная часть космического излучения.Другие лептоны-тау-лептон и др.2)Адроны крайне нестабильные частицы.Встречаются в двух разновидностях-электрически заряженные и нейтральные.Наиболее распространены такие адроны, как нейтрон и протон.3)Переносчики взаимодействий – фотоны,глюоны,бозоны,гравитоны.
--------------------------------------------
17.Фундаментальные физические взаимодействия.
В своей повседневной жизни человек сталкивается со множеством сил, действующих на тела: сила ветра или потока воды; давление воздуха; мощный выброс взрывающихся химических веществ;мускульная сила человека;вес предметов;давление квантов света;притяжение и отталкивание электр. зарядов;сейсмические волны, вулканические извержениями т.д.Все действующие в природе силы можно свести к 4 фундаментальным взаимодействиям.
1)Гравитация-обладает рядом особенностей:а)малая интенсивность,б)универсальность ,в)дальнодействующая сила природы.
2)Электромагнитизм-все материальные частицы создают гравитационное поле, тогда как с электромагнитным полем связаны только заряженные частицы.
3)Слабое взаимодействие-ответсвенно за распад частиц.Теория слабого взаимодействия была создана в конце 60-х гг.
4)Сильное взаимодействие-источник огромной энергии, наиболее характерный пример такой энергии-Солнце.
--------------------------------------------
18.Структурные уровни организации и типы материальных систем.
--------------------------------------------
19.Сущность и основные признаки живых систем.
Мир живого имеет структурно-инвариантный аспект: живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структурностью. Подавляющее большинство ныне живущих организмов состоит из клеток (кроме вирусов). Мир живого - грандиозная система высокоорганизованных систем. Любая система состоит из совокупности эл-ов и связей между ними, которые объединяют данную совокупность эл-ов в единое целое.Всем живым системам свойственны следующие существенные черты:обмен вещ-в, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Живой организм-множественная система химических процессов, в ходе которых происходит постоянное разрушение молекулярных органических структур и их воспроизводство. Сущность живого наиболее концентрированно выражена в замечательном явлении конвариантной редупликации.Конвариантная редупликация-сомовоспроизведение с изменениями.Конвариантная редупликация означает возможность передачи по наследству мутаций, т.е.дискретных отклонений от исходного состояния.
--------------------------------------------
20.Уровни организации живой природы.
Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого достаточно многочисленны. На основании таких критериев достаточно чётко выделяются следующие уровни организации живого: молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический. 1)Молекулярно-генетический уровень. На этом уровне организации жизни гены представляют собой элементарные единицы. Основные структуры на этом уровне, несущие в себе коды наследственной информации, представлены молекулами ДНК. 2)Онтогенетический уровень. Связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидуумов. Индивид, особь - неделимая и целостная единица жизни на Земле. Причины развития организма в онтогенезе являются предметом обстоятельного изучения эмбриологами, биохимиками, генетиками.3) Популяционно-видовой уровень. Особи в природе не абсолютно изолированы друг от друга, а объединены более высоким рангом биологической организации. Популяции –совокупность особей одного вида, населяющих определённую территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида. Популяции - основная элементарная структура на этом уровне, а элементарное явление на этом уровне – изменение генотипического состава популяции; элементарный материал на этом уровне – мутации.4)Биогеоценотический уровень. Популяции разных видов взаимодействуют между собой. В ходе взаимодействия они объединяются в сложные системы-биоценозы. Биоценоз-совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся определёнными взаимосвязями между собой. Изменения, касающиеся только одного вида, могут сказаться на всём биоценозе и даже вызвать его распад.
--------------------------------------------
21.Современные представления о происхождении жизни.
Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Происхождение жизни - одна из трёх важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемами происхождения нашей Вселенной и проблемой происхождения человека. Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, были предприняты ещё в глубокой древности. Существует пять концепций возникновения жизни:
1.Креанизм - божественное сотворение живого.
2.Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества.
3.Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда.
4.Концепция внеземного происхождения жизни.
5.Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.
--------------------------------------------
22.Основные этапы эволюции органического мира.
К концу XX в. осталась наиболее перспективной концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам. В 1924 г. в книге А.И.Опарина впервые была сформулирована естественнонаучная концепция, согласно которой возникновение жизни - результат длительной эволюции на Земле: сначала химической, затем биологической. С позиций современной науки жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, являющейся результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь - это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей планеты Земля.
Начало жизни на Земле - появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. В результате включения в коацерват - сгустка органич. веществ - молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть клетка, способная к росту. Завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, с переходом к матричному синтезу белка. Следующим шагом в организации должно быть появление клетки. Первичные живые организмы были анаэробными (жили без кислорода) питались и воспроизводились за счёт «органического бульона», возникшего из неорганических систем. С « кислородной революцией» связан переход от прокариотов (клетки у которых нет ядра) к эукариотам (есть ядро, где сосредоточены хромосомы). Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Следующим важным этапом развития жизни было возникновение примерно 900 млн. лет назад полового размножения, слияния ДНК двух индивидов. Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации живых существ было появление многоклеточных организмов (кишечно-полостные и др.).Первые позвоночные, по-видимому, возникли в мелководных пресных водоёмах. Важнейшим событием в эволюции форм живого является выход растений и живого из воды и последующее образование большого многообразия наземных растений и животных. Первые наземные растения - псилофиты; они занимали промежуточное положение между наземными сосудистыми и водорослями.
Вслед за растениями из воды на сушу последовали различные виды членистоногих, первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов. Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой. Возникло множество видов; некоторые рептилии становятся хищными, другие - растительноядными. В условиях похолодания исключительные преимущества получают теплокровные животные - птицы и млекопитающие. От древних хищных происходят копытные.От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд приматов. Некоторые виды приматов переходят к прямо хождению. Так в биологическом мире вызревали предпосылки возникновения Человека и мира Культуры.
--------------------------------------------
23.Основные положения общей теории эволюции и синтетической теории эволюции.
К 20 в. биология постепенно становится лидером естествознания. Вступление в 20 в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики.За относительно короткий срок в учении о наследственности был накоплен колоссальный эмпирический и теоретический материал. Была сформулирована новая теория эволюции, происходящей под действием генетических изменений.Преодоление противоречий между эволюционной теорией Ч.Дарвина и генетической стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эволюционной биологии.Синтез генетики и эволюционного учения был качественным скачком в развитии как генетики, так и эволюц. теории. Принципиальные положения синтетической теории эволюции были заложены работами СС.Четверикова, а также Р.Фишера, С.Райта и др.В основе этой теории лежит представление о том, что элементарной «клеточкой» эволюции является не организм и не вид, а популяция. Именно популяция –та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения смене биологических поколений. Элементарная единица наследственности-ген.Наследственное изменение популяции в к.-л. определённом направлении осуществляется под воздействием ряда эволюционных факторов(мутационный процесс,популяционные волны,изоляция,естественный отбор).Естеств. отбор-ведущий эволюц. фактор, направляющий эволюционный процесс.Формирование синтетич.теории ознаменовало переход к популяционной концепции,сменившей организмоцентрическую.Это- переходк созданию единой системы биологических знаний, воспроизводящей законы развития и функционирования органического мира как целого. Общая теория эворлюции:осн. Идея-идея историч.разывития от сравнительно простых форм жизни к более высокоразвитым в рез-те писпособления к разнообразным и постоянноменяющимся условиям жизни.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
