|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Для специальностей 080105(060400), 080109(060500), 080102(060600), 080507(061100), 030301(020400), 030501(021100)Стр 1 из 5Следующая ⇒
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ (образован в 1953 году)
Кафедра физики
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»
Для специальностей 080105(060400), 080109(060500), 080102(060600), 080507(061100), 030301(020400), 030501(021100) Формы обучения: очная, очно-заочная, заочная полная и сокращенная Курса: 1
По направлениям бакалавриата: 552000, 521000, 521600, 521500, 521400, 050700 Форма обучения: очная Курс: 1
www.mgutm.ru
Москва – 2010
1.1.ЦелИ и задачи дисциплины Изучение дисциплины " Концепция современного естествознания" преследует цель ознакомления студентов, обучающихся по гуманитарным направлениям, с дополнительным для них неотъемлемым компонентом единой культуры - естествознанием, и формирование целостного взгляда на окружающий мир. Необходимость изучения этой дисциплины вызвана тем, что сейчас рациональный естественнонаучный метод проникает и в гуманитарную сферу, участвуя в формировании сознания общества, и вместе с тем приобретает всё более универсальный язык, адекватный философии, психологии, социальным наукам и даже искусству. Возникающая сегодня тенденция к гармоническому синтезу двух традиционно противостоящих компонентов культуры созвучна потребности общества в целостном мировидении и подчёркивает актуальность дисциплины» Данная дисциплина представляет собой не просто совокупность избранных глав традиционных курсов астрономии, физики, химии, биологии, психологии и экологии, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-филосовсвого и эволюционно-синергетического подхода к современному естествознанию. Основными задачами курса в вузах являются: I. Понимание специфики гуманитарного и естественнонаучного компонентов культуры; 2в Понимание задач и возможностей рационального естественнонаучного метода; 3. Изучение и понимание сущности фундаментальных законов природы, к которым сводится множество частных закономерностей физики, химии и биологии; 4. Формирование ясного представления о физической картине мира как основе целостности и многообразия природы; 5. Понимание принципов преемственности и непрерывности в изучении природы; 6. Осознание проблемы экологии и общества. 7. Формирование представлений о революциях в естествознании и смене научных парадигм» 8. Формирование представлений о принципах универсального эволюционизма и синергетики; 9. Понимание роли законов самоорганизации в процессе развития естествознания и техники. В области концепции современного естествознания студент должен иметь представление: - об основных этапах развития естествознания, особенностях современного естествознания, ньютоновской и эволюционной парадигмах; - о концепциях пространства и времени; о принципах симметрии и законах сохранения; о понятии состояния в естествознании; - о корпускулярной и континуальной традициях в описании природы; - о динамических и статистических закономерностях в естествознании; - о соотношении порядка и беспорядка в природе, упорядоченности строения физических объектов, переходах их упорядоченного в неупорядоченные состояния и наоборот; - о самоорганизации в живой и неживой природе; об иерархии структурных элементов материи от микро- до макро- и мегамире; - о взаимодействиях физических, химических и биологических процессов; - о специфике живого, принципах эволюции, воспроизводства и развития живых систем, их целостности и гомеостазе; - об иерархичности, уровнях организации и функциональной асимметрии живых систем; - о биологическом многообразии, его роли в сохранении устойчивости биосферы; - о физиологических основах психики, социального поведения, экологии и здоровья человека; - о взаимодействии организма и среды, сообществах организмов, экосистемах, принципах охраны природы и рационального природопользования; - о месте человека в эволюции Земли, о ноосфере и парадигме единой культуры.
Содержание рабочей программы I. Введение Предмет и методы естествознания. Естественные и гуманитарные науки» Две культуры как отражение двух типов мышления» Проблемы двух культур. Этапы развития естественнонаучного мышления и смена типов научной рациональности. Взаимосвязь социальных, технических и естественных наук. VI. Жизнь. Живые системы Основные признаки живого. Уровни организации живой материи. Неорганические и органические соединения. Особенности биологической формы организации материи. Белки: ферменты и живые машины. Принципы воспроизводства и развития живых систем. Термодинамические особенности живых систем. Клеточное строение организмов. Химический состав клетки. Процессы в клетке. Молекулы памяти. ДНК и РНК. Передача наследственности. Мутации и естественный отбор. Дифференциация и интеграция функций в организме. Целостность. Гомеостаз. Размножение и развитие организмов. Онтогенез. Возникновение жизни на Земле» Вода в живых организмах. Происхождение человека. Роль живых организмов в эволюции Земли. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ СО СТУДЕНТАМИ ВЕЧЕРНЕЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (ПОЛНАЯ, СОКРАЩЕННАЯ ФОРМЫ) СПЕЦ. 0211, 0604, 0605
план ЛАБОРАТОРНЫХ занятий на вечернемфакультете со студентами I курса (полной и сокращенной форм обучения) Спец. 0204, 0211, 0604, 0605, 0611
«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ» ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ СО СТУДЕНТАМИ-ЗАОЧНИКАМИ полной формы обучения СПЕЦ. 0604, 0604.05, 0605, 0611, 0334, 3510, 3513
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ СО СТУДЕНТАМИ-ЗАОЧНИКАМИ полной формы обучения СПЕЦ. 0604, 0604.05, 0605, 0611, 0334, 3510, 3513
«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ» ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ СО СТУДЕНТАМИ-ЗАОЧНИКАМИ полной формы обучения СПЕЦ. 0204, 0211
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ СО СТУДЕНТАМИ-ЗАОЧНИКАМИ полной формы обучения СПЕЦ. 0204, 0211
«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ» ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ СО СТУДЕНТАМИ-ЗАОЧНИКАМИ сокращенной формы обучения СПЕЦ. 0204, 0211, 0334
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ СО СТУДЕНТАМИ-ЗАОЧНИКАМИ сокращенной формы обучения СПЕЦ. 0204, 0211, 0334
«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ» ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ СО СТУДЕНТАМИ-ЗАОЧНИКАМИ сокращенной формы обучения СПЕЦ. 0604, 0604.05, 0605, 0611, 3510, 3513
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ СО СТУДЕНТАМИ-ЗАОЧНИКАМИ сокращенной формы обучения СПЕЦ. 0604, 0604.05, 0605, 0611, 3510, 3513
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ КАФЕДРА ФИЗИКИ И ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКИ Физ. мат.-Физ. мат.-Физ. мат.-Физ. мат.-Физ. мат. Физ. мат.-Физ. мат.- 4.03.0604. 4.03.0604. 4.03.0605. 4.03.0605. 4.03.0611. 4.03.0611. 4.03.0204. зчн. зчн. зчн. зчн. зчн. зчн. зчн. плн. скр. плн, скр. плн. скр. плн. Физ. мат. Физ. мат. Физ. мат. Физ. мат. Физ. мат. Физ. мат. Физ. мат. 4.03.0204. 4.03.021 1. 4.03.021 1. 4.03.3513. 4.03.3513. 4.03.0606. 4.03.0606, зчн. зчн. зчн. зчн. зчн. зчн. зчн. скр. плн. скр. плн. скр. плн. скр. Специальностей 020400, 021100, 060400, 060500, 061100, 351300, 060600
Москва
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Основной формой обучения студента-заочника является самостоятельная работа над учебным материалом. Для облегчения этой работы кафедра организует чтение лекций, практические занятия и лабораторные работы. Поэтому процесс изучения состоит из следующих этапов: 1) проработка лекций; 2) самостоятельная работа с учебниками и учебными пособиями; 3) выполнение контрольных работ; 4) прохождение лабораторного практикума; 5) сдача зачетов и экзаменов. В процессе изучения дисциплины каждый студент должен выполнить контрольные работы. Определение задания проводится по таблице вариантов, соответствующих номеру специальности, по которой обучается студент. Номер варианта соответствует последней цифре шифра зачетной книжки студента. При выполнении контрольных работ необходимо соблюдать следующие правила: 1) на титульном листе указывать номер контрольной работы, наименование 2) контрольную работу следует выполнять аккуратно, оставлять поля для замечаний рецензента; 3) задачу своего варианта переписывать полностью. Заданные физические величины выписывать отдельно, при этом все числовые величины должны быть в одной системе величин (СИ); 4) для пояснения решения задачи, где это нужно, аккуратно сделать чертеж, схему, рисунок; 5) решение физических задач и используемые формулы должны сопровождаться пояснениями; 6) в пояснениях к задаче необходимо указать те основные законы и формулы, на которых базируется решение данной задачи; 7) при получении расчетной формулы, которая нужна для решения конкретной задачи, приводить ее вывод; 8) в контрольной работе следует указать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач, ответы на вопросы. Контрольные работы, представленные без соблюдения указанных правил, а также работы, выполненные не по-своему варианту, зачитываться не будут. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Изучение дисциплины " Концепции современного естествознания" преследует цель ознакомления студентов, обучающихся по гуманитарным направлениям, с дополнительным для них неотъемлемым компонентом культуры - естествознанием, и формирование целостного 'взгляда на окружающий мир. Необходимость изучения этой дисциплины вызвана тем, что сейчас рациональный естественнонаучный метод проникает и в гуманитарную сферу, участвуя в формировании сознания общества, и вместе с тем приобретает все более универсальный язык, адекватный философии, психологии, социальным наукам и даже искусству. Возникающая сегодня тенденция к гармоничному синтезу двух традиционно противостоящих компонентов культуры созвучна потребности общества в целостном мировидении и подчеркивает актуальность дисциплины. Данная дисциплина представляет собой не просто совокупность избранных глав традиционных курсов астрономии, физики, химии, биологии, психологии, экологии и других естественных" дисциплин, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-филосовского и эволюционно-синергетического подхода к современному естествознанию. Основными задачами курса в ВУЗах являются: 1. Понимание специфики гуманитарного и естественнонаучного компонентов 2. Понимание задач и возможностей рационального естественнонаучного метода. 3.- Изучение и понимание сущности фундаментальных законов природы, к которым сводится множество частных закономерностей физики, химии, биологии. 4. Формирование ясного представления о физической картине мира как основе целостности и многообразия природы. 5. Понимание принципов преемственности и непрерывности в изучении природы. 6. Осознание проблемы экологии и общества. Формирование представлений о революциях в естествознании и смене научных парадигм. Формирование представлений о принципах универсального эволюционизма и синергетике. 9. Понимание роли законов самоорганизации в процессе развития естествознания и техники. В_ области концепции современного естествознания студент должен иметь представление: - об основных этапах развития естествознания, особенностях современного естествознания, ньютоновской и эволюционной парадигмах; - о концепциях пространства и времени; - о принципах симметрии и законах сохранения; - о понятиях состояния в естествознании; - о корпускулярной и континуальной традициях в основании природы; - о динамических и статистических закономерностях в естествознании; - о соотношении порядка и беспорядка в природе; упорядоченности строения физических объектов, перехода их упорядоченного в неупорядоченные состояниях и наоборот; - о самоорганизации живой и неживой природы; - об иерархии структурных элементов материи от микро- до макро- и мегамитза, - о взаимодействии химических, физических и биологических процессов; - о специфике живого, принципах эволюции, воспроизводства и развития живых систем, их целостности и гомеостазе; - об иерархичности, уровнях организации и функциональной асимметрии живых систем; - об биологическом многообразии, его роли в сохранении устойчивости биосферы; - о физических основах психики, социального поведения, экологии и здоровье человека; - о взаимодействии организма и среды, сообществах организмов, экосистемах, принципах охраны природы и рационального природопользования; - о месте человека в эволюции Земли, о ноосфере и парадигме единой культуры. ТЕМАТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ Рабочая программа разработана на основании Государственного образовательного стандарта 1996 г. I. Введение Предмет и методы естествознания. Естественные и гуманитарные науки. Две культуры как отражение двух типов мышления. Проблемы двух культур. Этапы развития естественнонаучного мышления и смена типов научной рациональности. Панорама современного естествознания и его незавершенность. II. Физический взгляд на окружающий мир Конструкция пространства и времени. Структурные уровни организации материи: микро-, макро, мегамиры. Диапазоны масс, пространственных к временных интервалов во Вселенной. Физическое моделирование. Понятие о фундаментальных физических теория и области их применения. Статистические и динамические закономерности в природе. III. Движение объектов материального мира Механическое движение как простейшая форма движения материи. Мир Ньютона-массы и силы. Законы сохранения и принципы симметрии. Детерминизм Лапласа. Законы Всемирного тяготения. Фундаментальные силы природы. Энергия вращательного движения. Приливные силы. Момент импульса. Движение Земли вокруг Солнца. Звездные системы. История планеты Земля.
Понятие о механической картине мира. Механический принцип относительности. Постулаты специальной теории относительности. Основной закон релятивистской динамики. Закон взаимосвязи массы и энергии. Тепловая форма движения материи. Теплота и температура. Шкала температур. Первое начало термодинамики. Энергетика химических реакций. Механический эквивалент теплоты. Тепловая машина Карно. Порядок и беспорядок. Энтропия. О тепловой смерти Вселенной. Поле как форма материи. Концепция близкодействия и дальнодействия. Принцип суперпозиции. Электромагнитное поле. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Многообразие диапазонов электромагнитного излучения. Природа света. Волновые свойства света. Лазер как источник когерентного света. Голография. Понятие об электромагнитной картине мира. IV. Строение объектов материального мира Развитие взглядов на строение Вселенной. Внутреннее строение Земли. Идеи структурности материи от Демокрита до наших дней. Кинетическая теория газов. Броуновское движение. Флуктуация. Ближний и дальний порядок в природе. Атмосфера. Жидкости, их свойства и структура. Вода на Земле и в Космосе. Связанная вода. Кристаллические твердые тела. Проводники и полупроводники. Плазма. Фазовые переходы на Земле и в Космосе. Географическая оболочка Земли. Непрерывно-дискретный мир квантовой физики. Модели атома. Принцип дополнительности и неопределенности. Вероятность как атрибут сложных систем. Строение вещества. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Молекулы и химические связи. Ядерные превращения. Деление и синтез ядер. Ядерная и атомная энергетика. Источники энергии Солнца и звезд. Эволюция звезд и звездных систем. Мир элементарных частиц. V. Единые принципы изучения неживой природы Иерархия структур природы. Элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия. Роль фундаментальных констант. Понятие о физическом вакууме. Эволюция принципов целостности в физике: вариационные принципы, принцип- дополнительности, принцип симметрии и законы сохранения, синергеткческие принципы. Эволюция Вселенной. Этапы эволюции горячей Вселенной. Планеты. Звезды. Галактики.
VI. Жизнь. Живые системы Основные признаки живого. Уровни организации живой материи. Неорганические и органические соединения. Особенности биологической формы организации материи. Белки: ферменты и живые машины. Принципы воспроизводства и развития живых систем. Термодинамические особенности живых систем. Клеточное строение организмов. Химический состав клетки. Процессы в клетке. Макромолекулы. ДНК и РНК. Передача наследственности. Мутации и естественный отбор. Дифференциаця и интеграция функций в организме. Целостность. Гомеостаз. Размножение и развитие организмов. Онтогенез. Возникновение жизни на Земле. Вода в живых организмах. Происхождение человека. Роль живых организмов в эволюции Земли. VII. Человек: организм и личность Особенности физиологии основных систем организма. Биосоциальные основы поведения. Память, эмоции, творчество и работоспособность. Здоровье и здоровое потомство. Биологический возраст. Биологически обоснованные потребности и естественные права человека. Эмоция и здоровье. VIII. Биосфера и цивилизация Популяция, сообщества (биоценезы), экосистемы (биогеоценозы). Принципы их организации. Круговороты вещества и энергия. Биосфера, ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости. Антропогенные воздействия на биосферу. Изменение климата и влияние на него техносферы. Солнечная энергетика. Источники вредных излучений. Биотехнологии. Борьба с болезнями. Что мы можем сделать для сохранения жизни на Земле? . IX. Естествознание и перспективы развития цивилизации Понятие о синергетике. Хаос-Теос-Космос. Принципы синергетики. Самоорганизация в живой и неживой природе. Понятие о ноосфере. Человек как часть Вселенной. Земля как живой организм. Единство живого и неживого мира. Роль современного естествознания в преодолении энергетического, экологического и информационного кризисов. Наука, философия, религия - новые возможности диалога. Роль синергетического подхода в формировании гармонически развитой здоровой личности и условий.устойчивого развития природы, цивилизации, общества. Современная естественнонаучная картина мира.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ
I. Шар и сплошной цилиндр имеют одинаковую массу (5 кг каждый) и катятся с одинаковой скоростью 10 м/с. найти отношение их кинетических энергий.
Дано: m1=m2 = m; v1=v2 = v Найти: Eк1 / Ек2 Решение: по условию шар и сплошной цилиндр катятся, т.е. происходит поступательное движение их центров масс и одновременно вращательное движение этих тел относительно их собственных осей вращения. Кинетическая энергия катящегося шара равна:
а цилиндра: Ек1= m v2 / 2 + I1 ω 12 / 2,
Ек2 = m v2 / 2 + I1 ω 22 / 2, где I1, I2 и ω 1, ω 2 - моменты инерции и угловые скорости соответственно шара и цилиндра. Момент инерции шара I1 = 0, 4 m r12, а цилиндра I2 = 0, 5 m г22, где r1 и г2 -радиусы шара и цилиндра. Так как линейная и угловая скорость связаны соотношением ω = v/r, то выражение для EK1 и Еk2 приобретает следующий вид: EK1 = m v2 / 2 + 0, 4 m r12 ω 2 / r12 = 0, 7 m v2 Ек2 = m v2 / 2 + 0, 5 m r22 ω 2 / г22 = m v2 откуда ЕК1/ Ек2 =0, 7
Ответ: Ек1 / Ек2 = 0, 7 2. Кислород массой 320 г. нагревают при постоянном давлении от 300 до 310 К. Определить количество теплоты, поглощенное газом, изменение внутренней энергии и работу расширения газа. Дано: m = 320 г. = 0, 32 кг; Т1 = 300 К; Т2 = 310 К; М = 32 · 10-3 кг/моль Найти: A, Q, ∆ U Решение: считаем газ идеальным. Количество теплоты, необходимое для нагревания газа при постоянном давлении, находим, используя 1 начало термодинамики для изобарного процесса:
где молярные теплоемкости при постоянном объеме Cv и при постоянном давлении Ср равны: Cv = iR/2; Cp = (i + 2)R/2 Молекулы кислорода двухатомные, поэтому для них число степеней свободы i = 5. С учетом записанных выражений для молекулярных теплоемкостей, выражение для Q принимает вид: Q = m(i + 2)R(T2-T1)/2M (1) Изменение внутренней энергии: ∆ U=(m/M)Cv (T2-T1)=(m/M)(i/2) R(T2-T, ) (2)
Работа расширения газа при изобарном процессе А = Р∆ V так как согласно уравнению Клайперона-Менделеева: Р∆ V= (m / M) R ∆ T, то получаем: А = Р∆ V= (m/М)R∆ T ={m/М)R(Т2-Т1) (3) Подставляя числовые значения в формулы (1), (2) и (3), имеем: Q = [0, 32 (5+2) 8, 31 (310 - 300] / (2 • 32 • 10-3) = 2910 Дж ∆ U=[0, 32 • 5 • 8, 3 1 (310 - 300)] / (2 • 32 – 10-3) = 2080 Дж А = [0, 32 - 5 • 8, 3 1 (310 - 300)] / 32 – 10-3 = 830 Дж Ответ: Q = 2910 Дж; ∆ U= 2080 Дж; А = 830 Дж 3. Давление света (длина волны 0, 55 мкм) нормально падающего на зеркальную поверхность равно 9 мкПа. Определить концентрацию фотонов вблизи поверхности. Дано: λ = 0, 55 • 10-6 Па, ρ =1 Найти: n Решение: давление света при нормальном падении на поверхность с коэффициентом отражения р: p = I(l+ρ )/c = w (1+ρ ) (1) где I - интенсивность излучения, с - скорость света в вакууме, w = I / с - объемная плотность энергии излучения. Энергия одного фотона ε = hс / λ, где h - постоянная Планка. Объемная плотность энергии излучения: w= nhc/ λ (2) где n – концентрация фотонов.
Подставляем (2) в (1) получаем: p = nhc(l+ρ )/ λ (3)
откуда: n= λ P/hc(1+ρ )
n = (0, 55 • 10 -6 · 9 · 10-6) / [(6, 62 • 10-34 • 3 • 108 (1 + 1)] = 2, 49 • 1013 м--3 Ответ: n = 2, 49 • 1013 м-3
4. Красная граница фотоэффекта для никеля равна 0, 257 мкм. Найти длину волны света, падающего на никелевый электрод, если фототок прекращается при задерживающей разновидности потенциалов, равной 1, 5В. Дано: λ к = 0, 257 мкм; U= 1, 5 В Найти: λ к Решение: Согласно уравнению Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
где h - постоянная Планка; с - скорость света в вакууме; λ - длина волны света; А -работа выхода электронов из металла; Ттах - максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов. Красная граница фотоэффекта определяется из условия равенства энергии фотона е = hc / λ работе выхода электронов A, т.е.
Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов может быть определена через задерживающую разность потенциалов U:
Tmax=eU где е - элементарный заряд (заряд электрона). Подставляя выражение (2) и (3) в (1), получим
Из уравнения (4) найдем длину волны света:
Подставляя в (5) числовые значения, получим:
Ответ: λ = 0, 196 мкм Задание № 7. В это задание включены задачи, решение которых даст возможность студенту уяснить принцип корпускулярно-волнового дуализма, который сыграл важнейшую роль для построения новой физической теории - квантовой механики. В основе квантовой механики лежат гипотеза де Бройля, соотношения неопределенностей Гейзенберга. Фундаментом квантовой механики является уравнение Шредингера, которое играет такую же роль как и уравнения Ньютона в классической механике. Законы квантовой механики носят вероятностный характер. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 1. Вычислить длину волны де Бройля электрона, движущегося со скоростью v =0, 75 с (с - скорость света в вакууме). Дано: v = 0, 75 с; с = 3 • 108 м/с Найти: λ Решение: длина волны де Бройля для частиц определяется формулой: λ = h/p (1) где: h - постоянная Планка, р - импульс частицы. При движении частиц со скоростями, близкими к скорости света в вакууме, масса частицы зависит от скорости. Поэтому в выражении для импульса p=mv m = f(v), (2) . где m - масса движущейся частицы. Зависимость массы от скорости выражается отношением:
где m0- масса покоя частицы, v - скорость движения частицы. Подставив в выражение (1) значение р и m из формулы (2) и (3), получим: λ = h√ (l-v2/c2)/m0v По условию задачи скорость движения электрона равна 0, 75 с. Подставив это значение в формулу (4) имеем:
λ = h √ (1 - 0, 752 с2 / с2) / m0 0, 75 с = (h / m0 с) [√ (1 - 0, 752)] / 0, 75] где (h / m0 с) - компгоновская длина волны Λ. Учитывая это, получим:
λ =0, 88Λ Находим из таблиц Λ или вычисляем, зная массу покоя электрона Λ =2, 42 10-9м=2, 42нм λ = 0, 88·2, 42 нм = 2, 24 нм Ответ: λ = 2, 24 нм
2. Масса движущегося электрона в три раза больше массы его покоя. Чему равна минимальная неопределенности координаты электрона? .
Дано: m = 3m0; m0= 0, 91 • 10-30 кг Найти: ∆ хmin
Решение: согласно соотношениям неопределенности Гейзенберга
∆ x∆ p≥ h/2π (1) где ∆ x и ∆ p - неопределенности координаты и импульса частицы; h - постоянная Планка. Учитывая, что импульс равен p=mv (2) где m - масса, a v - скорость частицы, соотношение (I) можно представить в виде:
∆ x≥ h/2π m∆ vx (3) Такая неопределенность скорости ∆ vx, как и сама скорость не может превышать скорости света в вакууме, то . ∆ xmin = h/2π mc (4) . по условию задачи m =3m0, тогда (см. (4))
∆ xmin = h/6π m0 c
6, 62 · 10-34 Дж с / (6 • 3, 14 • 0, 91 • 10-30 кг 3 • 108 м/с) = 1, 28 • 10-13 м Ответ: ∆ xmin= 1, 28·10-13 м
Задание № 8. Выполняя это задание студент должен знать, что энергия взаимодействия нуклонов в ядрах атомов обусловлена сильным взаимодейств Энергия связи, приходящейся на один нуклон различна для разных ядер. Зависимость энергии связи от атомного числа делает энергетически возможным два процесса: 1. деление тяжелых ядер на несколько легких ядер; 2. синтез легких ядер (термоядерные реакции). Термоядерные реакции протекают в недрах Солнца и звезд. Энергия, излучаемая Солнцем является источником жизни на Земле. Во всех ядерных реакциях выполняются законы сохранения: энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда, числа нуклонов и др.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
1. Вычислить в мегаэлектрон-вольтах энергию ядерной реакции . 59 1 60 С0 +n → Со+γ 27 0 27 . . Выделяется или поглощается энергия при этой реакции?
Решение: энергия ядерной реакции: Е = ∆ mс2 (1) где ∆ m - дефект массы реакции, с - скорость света в вакууме. Если ∆ m - выражать в а.е.м., то формула (1) примет вид: Е = 931∆ m [МэВ]
Дефект массы равен ∆ m=mCo60+mn-mCo59 Так как число электронов до и после реакции сохраняется, то вместо значений масс ядер воспользуемся значением масс нейтральных атомов, которые приводятся в справочных таблицах • mСо59 = 58, 95182 а.е.м.; mn = 1, 00867 а.е.м. mCo 60 = 59, 95250 а.е.м. ∆ m = (59, 96075 - 59, 95250) а.е.м. = 0, 00825 а.е.м. Реакция идет в выделением энергии, т.к. ∆ m > 0 Е = 931 МэВ/а.е.м. · 0, 00825 а.е.м. = 7, 66 МэВ 2. Сколько энергии выделяется при образовании 1 г гелия из протонов и нейтронов? Дано: m = 1, 0 г = 10-3 кг Найти: Е Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-04; Просмотров: 592; Нарушение авторского права страницы
(4)
(5)
(3)