Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные теории естествознания в вопросах и ответах. Учебное пособие.pdf
31
Объяснение
2)
силы инерции
масса тела
1)
покой в гравитационном поле
am=F
Классическая механика дает точные предсказания при
движении макроскопических тел с небольшими скоростями
в слабых гравитационных полях. Если скорости движения становятся большими, то есть приближаются к скорости света, необходимо использовать специальную теорию относительности. Если
к тому же рассматриваются сильные гравитационные поля (свойственные компактным массивным объектам вроде нейтронных
звезд или черных дыр), то необходимо использовать общую тео-
рию относительности.
Вопрос
Какое соответствие существует между понятиями, физическая неразличимость которых устанавливается принципом эквивалентности:
1) ускоренное движение – …
2) гравитация – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Принцип эквивалентности известен в нескольких формулировках. Одна из них утверждает, что ускоренное движение физически эквивалентно покою в гравитационном поле, то есть неотличимо от него никакими измерениями. Вторая устанавливает
принципиальную неразличимость сил инерции и гравитации. Согласно третьей, инертная масса любого тела (то есть та, которая
фигурирует во втором законе Ньютона
витационной массе (той, что используется в законе всемирного
Объяснение
) равна его гра-
32
тяготения
2
21
r
mm
GF
2)
замедляется
искривляется
1)
смещается
, где m1, m2 – массы тел, r – расстояние ме-
жду ними).
Вопрос
Какое соответствие существует между понятиями и их свойствами, согласно общей теории относительности:
1) перигелий орбиты Меркурия…
2) течение времени в гравитационном поле…
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Искривление пространства-времени, которое, согласно общей теории относительности, происходит вблизи массивных тел,
приводит к наблюдаемым следствиям, таким как:
искривление световых лучей вблизи Солнца (впервые на-
блюдалось в 1919 г.);
смещение перигелиев планетных орбит, прежде всего
орбиты Меркурия – ближайшей к Солнцу планеты (обнаружено астрономами в середине XIX в.);
замедление времени в гравитационном поле (экспери-
ментально подтверждено в середине XX в.) [3].
33
3. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ И СИСТЕМНАЯ
у объекта имеется видимая твердая поверхность
3)
объект не является компактным небесным телом
1)
объект обращается вокруг звезды
2)
в недрах объекта происходят, происходили или с необходимостью будут происходить термоядерные реакции
ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ
3.1. Микро-, макро-, мегамир
Вопрос
Какое соответствие существует между объектом мегамира
и его атрибутом (обязательным признаком, свойством):
1) планета – …
2) звезда – …
3) галактика – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Звезда – это компактное небесное тело, в недрах которого
происходят, происходили в прошлом или с необходимостью начнутся в будущем термоядерные реакции. Галактики – системы
огромного количества звезд и некоторых других объектов (облаков газа и пыли, «темной материи»), связанных силами всемирного тяготения. Планета – компактное небесное тело, масса которого недостаточна, чтобы стать звездой, но достаточна, чтобы
оно приобрело шарообразную форму под действием собственного тяготения и расчистило область своей орбиты от более мелких
небесных тел. Само понятие «орбита» предполагает, что планета
совершает периодическое обращение вокруг более массивного
небесного тела – звезды [1].
34
Вопрос
2)
макромир
1)
микромир
3)
мегамир
метагалактика
Какое соответствие существует между фундаментальным
взаимодействием и тем масштабным уровнем организации материи, на котором оно наиболее существенно:
1) сильное – …
2) электромагнитное – …
3) гравитационное – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Сильное (ядерное) взаимодействие – наиболее сильное сре-
ди всех фундаментальных взаимодействий, однако оно имеет
очень небольшой радиус действия (около 10
–15
м) и потому суще-
ственно лишь для объектов микромира. Слабое взаимодействие
также действует только в микромире. Оно осуществляет превращение элементарных частиц друг в друга. Именно благодаря слабому взаимодействию происходят, например, термоядерные реакции в звездах.
Для объектов макромира, соизмеримых по своим размерам
с человеческим телом, сильное и слабое фундаментальные взаимодействия уже несущественны ввиду своих малых радиусов
действия, а гравитационное – еще несущественно, ввиду слишком малой массы объектов макромира. Поэтому в макромире
преобладает электромагнитное взаимодействие, а большинство
изучаемых в школьной физике сил имеет электромагнитное происхождение: силы трения, упругости, Архимедова сила и другие.
При переходе от макромира к мегамиру размеры и массы
объектов возрастают, соответственно растут и гравитационные
35
силы между ними. Силы электромагнитного происхождения рас-
2)
в химических расчетах масса молекулы является суммой масс атомов, из которых она состоит
1)
молекула белка обладает свойствами, которые не присущи свойствам аминокислот, из которых она построена
3)
тела состоят из молекул, молекулы из атомов, атомы из
ядер и электронов
свойства молекулы белка полностью определяются
свойствами аминокислот, из которых построен белок
тут заметно медленнее, поскольку электрические заряды (положительные и отрицательные) способны взаимно компенсироваться, благодаря чему объекты мегамира оказываются практически
полностью электронейтральными.
3.2. Системные уровни организации материи
Вопрос
Какое соответствие существует между свойством системы
и примером проявления этого свойства:
1) проявление интегративных свойств – …
2) проявление аддитивных свойств – …
3) проявление иерархичности систем – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Новые свойства, возникающие у системы в результате взаимодействия ее компонентов, несводимые к простому суммированию свойств компонентов, называются интегративными. Например, физические и химические свойства молекул белка не тождественны свойствам аминокислот, которые являются мономерами белков. Свойство системы, которое равно сумме соответствующих свойств ее компонентов, называется аддитивным. Так,
аддитивным свойством молекулы является ее масса, которая рав-
36
на сумме масс атомов, входящих в состав молекулы. Иерархич-
2)
хорошее эстетическое впечатление от библиотеки
возможность быстрого поиска книг, содержащих заданное словосочетание
1)
легкость подбора литературы для студентов разных факультетов
3)
быстрота поиска книги по ее библиографическому описанию
ность системной организации проявляется в том, что компоненты каждой системы также являются системами, то есть состоят из
взаимодействующих компонентов более низкого уровня, например, молекулы состоят из атомов, а те – из ядер и электронов.
Вопрос
Какое соответствие может быть между принципом расстановки книг по полкам и системным свойством библиотеки, которое порождается этим принципом:
1) на каждой полке стоят книги, близкие по тематике – …
2) на каждой полке стоят книги, близкие по размеру и цвету
переплета – …
3) на каждой полке стоят книги, фамилии авторов которых
начинаются с одной и той же буквы – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Если на каждой полке находятся книги близкие по тематике, то легко формировать тематически ориентированные подбор-
ки: студентам химического факультета пригодятся книги по химии и физике, а студентам филологического – книги по лингвистике и художественная литература. Эстетическое оформление
библиотеки во многом определяется именно подбором книг по
цветовому оттенку корешка; можно даже заказать корешки оп-
37
ределенного размера и цвета, не содержащие в себе книг, – ис-
2)
интегративным
3)
иерархическим
комплементарным
1)
аддитивным
ключительно для красоты. Если же надо найти одну конкретную
книгу по ее библиографическому описанию, то удобнее всего, если книги расставлены по алфавиту (по фамилиям своих авто-
ров). А полнотекстовый поиск заданного словосочетания в классической библиотеке с бумажными книгами осуществлять практически невозможно, как бы они ни были расставлены по полкам.
Вопрос
Соотнесите начало и окончание фразы.
1) Свойство системы, которым обладают также и ее элемен-
ты, и которое равно сумме этих свойств компонентов системы,
называется…
2) Свойство системы, которым не обладает никакой ее от-
дельно взятый элемент, возникающее в результате взаимодействия ее элементов и присущее только системе как целому, называется…
3) Способ структурной организации, при котором каждая
система служит элементом другой системы с более высоким
уровнем организации и новыми свойствами, называется…
Укажите в таблице варианты ответов:
Система отличается от совокупности тем, что взаимодейст-
вие элементов системы важнее, чем их свойства. Признаком системности служит появление свойств, которыми ни один элемент
сам по себе не обладает и которые возникают лишь в результате
взаимодействия элементов между собой. Такие свойства называ-
Объяснение
38
ют интегративными. Для совокупностей, не являющихся систе-
1)
являются фермионами
2)
могут быть как фермионами, так и бозонами
3)
тождественны своим частицам
мами, характерны не интегративные, а аддитивные свойства –
такие, которые равны просто сумме соответствующих свойств
элементов совокупности. Если система взаимодействует с другими системами так, что у данной совокупности систем возникают
свои собственные системные свойства, то есть она превращается
в систему более высокого ранга, то такой способ структурной организации систем называется иерархическим.
3.3. Структуры микромира
Вопрос
Установите соответствие между началом и окончанием верных утверждений.
1) Электроны…
2) Атомные ядра…
3) Античастицы фотонов…
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Фермионы – частицы с полуцелым спином (спин – целое
кратное постоянной Планка), подчиняются принципу запрета
Паули, согласно которому никакие два фермиона в одной системе
не могут находиться в одном и том же состоянии. Бозоны – частицы с целым спином, на них принцип Паули не распространяется. Фермионы (электроны, протоны, нейтроны) являются тем материалом, из которого состоят атомы, молекулы и построенные
из них макро- и мегаобъекты – барионное вещество. Если в составной объект входит нечетное число фермионов (например,
в ядро гелия-3), он является фермионом; если четное (как в ядро
гелия-4) – бозоном. У каждой частицы имеется античастица, от-
39
личающаяся от частицы противоположным знаком всех своих за-
1)
объекты, состоящие из протонов и нейтронов
объекты, стабильность которых обеспечивается гравитационным взаимодействием
2)
компактные объекты размером менее атомного ядра
3)
точечные объекты, не имеющие внутренней структуры,
согласно всем проведенным до сих пор экспериментам
рядов. Однако у некоторых частиц (например, у фотона) все заряды равны нулю, в результате чего они тождественны своим античастицам.
Вопрос
Установите соответствие между классами объектов микромира и их свойствами:
1) атомные ядра – …
2) элементарные частицы – …
3) фундаментальные частицы – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Нисхождение по иерархическим уровням микромира начинается с молекул, которые представляют собой более или менее
сложные конструкции из атомов, связанных между собой силами
электромагнитной природы. Атомы состоят из атомных ядер
и электронов. Электрон относится к фундаментальным части-
цам, у которых до сих пор не удалось обнаружить каких-то раз-
меров и внутренней структуры («составных частей»). Ядра же –
системы составные. Они состоят из протонов и нейтронов, связанных сильным взаимодействием. Все объекты, более мелкие,
чем атомное ядро, принято называть элементарными частица-
ми. Некоторые элементарные частицы являются фундаменталь-
40
ными, но большинство – составными. Составные частицы имеют
3)
спин (собственное количество вращательного движения)
2)
время жизни
масса
1)
участие или неучастие в сильном взаимодействии
малый, но конечный размер и состоят из более мелких объектов.
Вопрос
Установите соответствие между классами элементарных частиц и критерием их разбиения на эти классы:
1) лептоны и адроны – …
2) стабильные, нестабильные и резонансы – …
3) фермионы и бозоны – …
Укажите в таблице варианты ответов:
Объяснение
Основные критерии классификации элементарных частиц –
спин, способность принимать участие в том или ином фундаментальном взаимодействии, масса, время жизни. По спину частицы
делятся на бозоны и фермионы. По способности участвовать
в сильном взаимодействии – на адроны (участвуют) и все остальные (не участвуют), включая лептоны (фермионы, не участвующие в сильном взаимодействии). По массе – на безмассовые
(например, фотон) и массивные. По времени жизни – на ста-
бильные, нестабильные и сверхнестабильные (резонансы).
Принятое в прошлом деление элементарных частиц на лептоны,
мезоны и адроны по их массе в настоящее время полностью устарело.
3.4. Процессы в микромире
Вопрос
Новые химические элементы не могут образовываться при…