ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мурманский государственный педагогический университет»
(МГПУ)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
ДН(М)Ф.7 ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПОДГОТОВКИ БАКАЛАВРА ПО НАПРАВЛЕНИЮ
050200 - Физико-математическое образование профиль подготовки 050202 «Физика»
Утверждено на заседании кафедры
физики
физико-математического факультета
(протокол №___ от
«__»_____________ 20___ г.)
Зав. кафедрой физики
___________________В.С.Шолохов
РАЗДЕЛ 1. Программа учебной дисциплины.
Автор программы: к. пед. н., доцент Коновалова И.П.
Рецензенты: к. филос. н., доцент каф. физики МГТУ Никонов О.А., к.ф.-м. н., доцент Шолохов В.С.
Пояснительная записка:
Цель: способствовать формированию у студентов научного мировоззрения и осознанию ими имманентных принципов и закономерностей развития природы – от микромира до Вселенной и человека.
Задачи:
1) ознакомить студентов с основными фактами физической картины мира;
2) дать представление о едином процессе развития, охватывающем неживую природу;
3) сформировать представления об основных закономерностях развития природы;
4) создать предпосылки для развития интеллектуального потенциала, способствующего профессиональному и личностному росту.
5) изучение современных представлений о физической картине мира, в частности, по квантовым законам микромира, формирование некоторых, самых общих представлений о специальной и общей теории относительности, о строении и эволюции Вселенной, об основных законах развития биосферы.
6) создать общие представления о физических гипотезах и теориях, о смене одних представлений другими, о принципе соответствия; сформировать представления о физике больших скоростей и четырехмерном мире; дать начальные сведения о современной теории пространства, времени и тяготения; сформировать представление о квантовых законах микромира, об общих подходах к решению квантовомеханических задач; создать представление о фундаментальных законах живой природы.
Место курса в общей системе подготовки специалиста: ДН (М).Ф.7
«Физическая картина мира» является одной из дисциплин, обобщающей все разделы школьного курса физики на базе фундаментальных законов и принципов и современных научных взглядов. Разделы курса позволяют формировать целостное восприятие окружающего мира от микроявлений до Вселенной в целом. Знания, полученные при изучении дисциплины «Физическая картина мира», будут являться базой при изучении таких естественнонаучных дисциплин, как «Физика», «Химия», «Биология», «Психология», «Астрономия», «Геология», «Кибернетика», «Синергетика» и т.д..
Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Должны знать: физическую сущность ключевых принципов современной физики; основные концепции в области физики.
Должны уметь:
- обосновывать свою мировоззренческую позицию в области естествознания и научиться применять полученные знания при решении профессиональных задач, пользуясь современными научными методами.
- применять имеющиеся математические знания к качественному описанию физических явлений, проявляющихся в микро-, макро- и мега масштабах; оценивать границы применимости классического метода описания и необходимость перехода к квантово-механическим представлениям;
- оперировать наглядными и абстрактными моделями в представлениях, связанных с осознанием единства и целостности материального мира.
Студент должен владеть: грамотным использованием физического научного языка
Текущий контроль – домашняя работа, домашняя контрольная работа, устные выступления.
Промежуточный контроль – тест.
Итоговый контроль – экзамен.
Извлечение из ГОС ВПО специальности (направления), включающее требования к обязательному минимуму содержания дисциплины и общее количество часов (выписка).
-
Объем дисциплины и виды учебной работы (для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина):
Шифр и наименование специальности
|
Курс
|
Семестр
|
Виды учебной работы в часах
|
Вид итогового контроля
(форма отчетности)
|
Трудоем
кость
|
Всего ауд.
|
ЛК
|
ПР/ СЕМ
|
ЛБ
|
Сам. раб.
|
050200 Физико-математическое образование профиль Физика 050202
|
2
|
3
|
140
|
74
|
40
|
34
|
|
66
|
экзамен
|
Содержание дисциплины:
1.6.1. Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени:
№
п/п
|
Наименование модуля (раздела, темы)
|
Количество часов
|
Вариант 1
|
Вариант 2
|
Всего
ауд.
|
ЛК
|
ПР/
СМ
|
ЛБ
|
Сам.
раб.
|
Всего
ауд.
|
ЛК
|
ПР/
СМ
|
ЛБ
|
Сам.
раб.
|
1
|
Человек и окружающий мир.
|
8
|
4
|
4
|
|
7
|
|
|
|
|
|
2
|
Научный метод. Роль научного метода в познании окружающего мира.
|
8
|
4
|
4
|
|
7
|
|
|
|
|
|
3
|
Научная информация и естественнонаучная картина мира.
|
8
|
4
|
4
|
|
7
|
|
|
|
|
|
4
|
Физическая картина мира с точки зрения классической физики
|
8
|
4
|
4
|
|
7
|
|
|
|
|
|
5
|
Физическая картина с точки зрения теории относительности
|
8
|
4
|
4
|
|
7
|
|
|
|
|
|
6
|
Физическая картина мира с точки зрения квантовой механики
|
8
|
4
|
4
|
|
7
|
|
|
|
|
|
7
|
Научное описание физических явлений окружающего мира
|
8
|
4
|
4
|
|
7
|
|
|
|
|
|
8
|
Физическая картина мира и ее современное состояние и тенденции развития.
|
7
|
4
|
3
|
|
7
|
|
|
|
|
|
9
|
Физическая картина мира как часть научной картины мира
|
11
|
8
|
3
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
Итого
|
74
|
40
|
34
|
|
66
|
|
|
|
|
|
1.6.2. Содержание разделов дисциплины.
1.
|
Человек и окружающий мир. Естественнонаучная и гуманитарная культура. Панорама современного естествознания. Тенденция развития. Научная картина мира.
Уровни естественнонаучного познания.
|
2.
|
Научный метод. Понятие научной методологии и научного метода.
Роль научного метода в познании окружающего мира. Проблема двух культур. Информационное общество. Природа и ее изучение. Физика как фундамент естественных наук Классификация методов
естественных наук. Структуры научного исследования: проблемная ситуация, проблема,
гипотеза, теория. Методологические принципы естествознания, естественнонаучная картина мира. Наука как самоорганизующаяся система. Единая методология.
|
3.
|
Научная информация и естественнонаучная картина мира. Проблема двух культур.
Альтернатива «двух культур». Конфронтация двух методологий.
Метод объяснения и метод понимания. Наука и религия. Отличие науки от обыденного
знания. Идеология. Синтез естественнонаучной и гуманитарной культур.
|
4.
|
Физическая картина мира с точки зрения классической физики
Единство природы. Физика как фундамент естественных наук. Физическая картина мира. Основные этапы ее эволюции.
Механическая картина мира. Физика Ньютона как поворотный этап развития науки. Фундаментальные законы механики. Абсолютное и относительное движение в механике И. Ньютона. Свойства пространства и времени в механической картине мира.
|
5.
|
Физическая картина с точки зрения теории относительности
Электродинамическая картина мира. Изучение электрических и магнитных явлений. Закон электромагнитной индукции. Теория электромагнитного поля Дж. Максвелла.
Гипотеза эфира и ее несостоятельность
Уникальность скорости света. Гипотеза эфира. Опыт Майкельсона-Морли.
Специальная теория относительности
Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность одновременности. Эффект замедления времени. Эффект сокращения длин. Теорема сложения скоростей в СТО. Геометрия пространства-времени. Четырехмерный мир Минковского.
Релятивистская динамика
Зависимость массы от скорости. Связь между энергией и массой. Связь между энергией и импульсом.
Общая теория относительности
Несовместимость закона тяготения Ньютона и СТО. Поиск путей объединения. Принцип эквивалентности. Кривизна пространства. Метрика искривленного пространства. Геодезические линии. Следствия из ОТО.
Релятивистская картина мира.
|
6
|
Физическая картина мира с точки зрения квантовой механики Проблемы, связанные с объяснением свойств атома и излучения в классической физике
Излучение абсолютного черного тела. Гипотеза Планка. Фотоэффект. Опыт Резерфорда и структура атома. Противоречия планетарной модели атома. Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору.
Корпускулярно-волновой дуализм вещества и излучения
Волновые и корпускулярные свойства излучения и веществ. Гипотеза Де Бройля. ψ - волновые функции и волны вероятности.
Принцип неопределенности Гейзенбергера
Разрешение противоречия "частица-волна". Принцип неопределенности. Соотношения неопределенностей координата-импульс, энергия-время жизни.
Законы квантовой механики
Уравнение Шредингера. Решение уравнения Шредингера для стационарного одномерного случая. Потенциальный барьер. Потенциальная яма. Туннельный эффект.
Квантово-полевая картина мира.
|
7
|
Научное описание физических явлений окружающего мира
Структура микромира
Строение атомов и молекул. Строение атомного ядра. Элементарные частицы. Античастицы. Законы сохранения. Попытки систематизации частиц. Лептоны и адроны. Кварковая модель адронов.
Фундаментальные взаимодействия
Типы взаимодействий. Виртуальные частицы и их роль в осуществлении различных взаимодействий. Объединение фундаментальных взаимодействий.
Космомикрофизика
Объединение физики элементарных частиц с космологией - космомикрофизика. Сценарий раздувающейся Вселенной. Большой взрыв. Горячая Вселенная и возможность существования тех или иных микрочастиц. Этапы эволюции Вселенной.
Синергетика
Хаос. Процессы самоорганизации. Эволюционно-синергетическая концепция.
Физическая картина мира и современное естествознание
Специфика описания природы в постнеклассическом естествознании. Физика и биология. Генетический код.
|
8.
|
Физическая картина мира и ее современное состояние. Корпускулярная и
континуальная концепции описания природы. Порядок и беспорядок в природе.
Хаос. Структурные уровни организации материи. микро-, макро- и мегамиры.
Пространство и время. Принципы относительности, симметрии,
суперпозиции, неопределенности, дополнительности, возрастание энтропии.
Взаимодействие, Теория близкодействия, дальнодействия. Состояние системы;
Принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности. Динамические и
статистические закономерности в природе. Законы сохранения энергии в
макроскопических процессах. Принцип возрастания энтропии.
Нерешенные проблемы современной физики.
|
9
|
Физическая картина мира как часть естественнонаучной картины мира.
Физика в современном естествознании. Естествознание – комплекс наук о природе.
Проблема классификации естественных наук. Фундаментальные и прикладные науки.
Особенность современных научных взглядов.
|
1.6.3. Темы для самостоятельного изучения.
№ п/п
|
Наименование раздела дисциплины
|
Тема
|
Кол-во час.
|
Форма сам.раб.
|
Форма контроля выполнения самостоятельной работы
|
1
|
Предмет естествознания. Естественнонаучная и гуманитарная культура. Научный метод. Панорама современного естествознания. Тенденция развития. Научная картина мира.
|
Влияние естествознания на научно-технический прогресс, философию и политику. Образование в современном мире. Роль естествознания в современной науке и жизни. Среда, окружающая нас, и естествознание. Основные проблемы естествознания. Влияние науки на принятие политических решений. Ядерная зима Н.Н. Моисеева. Критерии научного творчества. Механизм естественно научного познания. Роль сознательного и подсознательного в научных исследованиях. Сущность метода Декарта в исследовательском процессе: сомнения, анализ, синтез. Естественные науки — прямая дорога к истине. Главные цели естествознания: описание, систематизация, объяснение. Объяснение как путь к установлению цепочки: причина - явление - следствие. Этапы установления научной истины в математике и естествознании. Роль объективных и субъективных факторов в процессе познания истины. Три основных принципа научного познания действительности: причинность, проверка истинности, относительность познания. Сущность причинности. Критерий истины - практика. Ограниченность познанного. Роль эксперимента в проверке истинности. Истина - цель и предмет познания. Можно ли доверять научным результатам? Что такое истина? Дискуссия — как средство достижения истины. Тяжелый и долгий путь истины (от статики до динамики). Модельный подход при исследовании явлений, его слабые и сильные стороны. Истина как правильное, адекватное отражение предметов и явлений действительности познающим субъектом, воспроизводящее их так, как они существуют вне и независимо от сознания. Абсолютная и относительная истина, связь между ними. Абсолютная истина как сумма (бесконечного числа) относительных истин. Математическая гармония природы. Необходимость знания математического аппарата для истинного естествознания. Необходимость и достаточность владения математическим аппаратом при исследовании природы. Девиз Платоновской академии - "Не знающие математики сюда не входят". Связь между истинной наукой и математикой. (В любом частном учении о природе можно найти науку в собственном смысле лишь столько, сколько имеется в ней математики. — И. Кант). Темпы развития науки. Изменение роли науки в человеческом обществе от описания, систематизации и объяснение до активного участия в производственной деятельности. Темпы прироста физики, биологии, математики за последние 300 лет. Закономерности экспоненциального роста развития науки. Переход от интенсивного роста к экстенсивному. Антинаучные тенденции в развитии науки. Естествознание и нравственность. Евгеника - теория о наследственном здоровье человека и путях его улучшения. Воздействие науки на мораль и морали на науку. Рациональная и реальная картина мира в формировании мировоззрения. Научное и религиозное знания. Научное знание — следствие синтеза опыта и логики. Религиозное знание — следствие озарения. Схождение религии и науки. Признаки науки по Гегелю: объем данных, существование модели, возможность предсказания новых факторов.
|
См.
раз-дел 1.6.
по спец
|
-вопр.
для сам. изуче-
ния,
реферат
контрольная
работа
|
- тест,
- защита реферата
- контрольная
работа
|
2
|
Физическая картина
мира.
Корпускулярная и континуальная
концепции описания
природы. Порядок и беспорядок в природе.
Хаос. Структурные
уровни организации
материи. микро-, макро- и
мегамиры
Пространство и время.
Принципы относительности, симметрии, суперпозиции, неопределенности, дополнительности,
возрастание энтропии.
Взаимодействие, Теория близкодействия,
дальнодействия; Состояние системы; Принципы суперпозиции, неопределенности,
дополнительности; Динамические и
статистические
закономерности в природе; Законы сохранения энергии
в макроскопических
процессах; Принцип
возрастания энтропии.
|
2.1. Физические принципы описания природы
Физика — основополагающая наука естествознания. Натурфилософия — предтеча физики. Роль эксперимента в становлении физики и вытеснении натурфилософии. Физика — наука о простейших формах движения материи. Физика и другие науки о природе. Основные этапы развития физики: древний и средневековый, классической физики и современной физики. Древний и средневековый этап — этап геоцентрической системы мира и переход к геоцентрической системе Николая Коперника. Галилео Галилей и Исаак Ньютон — основоположники классического этапа физики. Кеплер и его законы движения планет. Принцип относительности Г. Галилея. Законы механики Ньютона. Триумф механики Ньютона в объяснении движения планет. Развитие оптических, тепловых, электрических и магнитных областей знания. Создание электромагнитной теории Фарадеем и Максвеллом. Первые работы по квантовой физике Макса Планка. Характеристика современного этапа развития физики. Концепции атомизма, микро- и макро мира. Вселенная. Суть концепции атомизма. Молекула — атом химии. Электрон. Микромир. Макромир. Мегамир — мир звезд, галактик и Вселенной. Представление о пространственных масштабах тел микромира, макромира и мегамира. Универсальность физических законов.
2.3. Взаимодействие — причина движений во Вселенной Основные виды взаимодействий между телами. Гравитационное притяжение тел — причина существования звездных скоплений — галактик. Роль электромагнитных взаимодействий на близких расстояниях и при прямых контактах твердых и жидких тел, при взаимодействии атомных и молекулярных структур. Атом и электромагнитные взаимодействия. Ядерные силы как причина устойчивости ядра. Слабые силы — причина воздействия легких частиц на нуклоны ядра. Фундаментальные силы и их радиус взаимодействия. Четыре фундаментальных силы. Гравитационное взаимодействие и его область приложений. Гравитоны — гипотетические переносчики гравитационного поля. Закон всемирного тяготения. Гравитационное взаимодействие вблизи поверхности Земли и внутри Земли. Электрическое поле и заряды. Магнитное поле и движущиеся заряды. Области действия электромагнитного поля. Фотон — переносчик электромагнитного поля. Закон Кулона. Закон Ампера. Сила Лоренца. Система уравнений Максвелла. Сильные взаимодействия и их роль в формировании ядра. Полевые частицы ядерных взаимодействий — П-мезоны. Бета — распад ядерных частиц и слабые взаимодействия. Константа взаимодействия и радиус взаимодействия основных фундаментальных сил. Взаимодействие и движение — формы существования материи. Пять основных форм движения материи: механическая, физическая, химическая, биологическая и социальная. Универсальность фундаментальных взаимодействий. Фундаментальные взаимодействия — основа всех естественных форм движения материи. Физические формы движения: теплота, звук, изменение агрегатных состояний, процессы кристаллизации, ядерные реакции, процессы в сверхсильных полях тяготения, расширение Метагалактики и др. Движение в виде самоподдерживающихся термоядерных реакций. Взаимодействие форм движения материи. Диалектика простого и сложного. Несводимость формы движения сложных систем к более простым формам, в том числе фундаментальным взаимодействиям. Переход количества в качество. Иерархия структур в микро- и макромире. Зависимость между размером структуры и ее устойчивостью. Принцип тождественности. Тождественность элементарных частиц и элементарных структур. Симметричные и антисимметричные волновые функции микросистемы. Проблема создания единой фундаментальной теории.
2.4. Фундаментальные принципы описания процессов в естествознании. Различие при описании природных процессов и явлений в искусстве и науке. Понятие материи в естествознании: поле, вещество, физический вакуум. Материальная частица и физическое тело, материальная точка. Абсолютно твердое тело. Сила — мера воздействия одного тела на другое. Масса тела. Энергия. Заряд частиц. Тяжелая и инертная масса. Законы всемирного тяготения. Понятие пространства и время. Относительность движения. Тела отсчета, система координат, масштабные линейки, часы. Скорость, импульс, ускорение, энергия. Определение времени в естествознании. Характеристика времени. Абсолютный и относительный характер времени. Ньютоновское определение абсолютного и относительного времени. Синхронизация часов. Относительность времени и относительность временных промежутков в специальной теории относительности. (СТО) Понятие пространства. Ньютоновское представление абсолютного пространства. Относительность трехмерного интервала в СТО. Преобразование Лоренца как следствие предположения о постоянстве скорости света. Понятие пространства — времени в общей теории относительности (ОТО). Воздействие на геометрию пространства - время веществом. Вывод из ОТО о расширяющейся Вселенной. Принцип относительности Галилея и независимость уравнений Ньютона от выбора инерциальной системы отсчет. Частный принцип относительности Эйнштейна и постулат о независимости скорости света от скорости движения источника. Парадокс близнецов. Свойства пространства — времени и закон сохранения. Закон сохранения импульса и однородность пространства; однородность времени и закон сохранения энергии. Консервативные и диссипативные силы. Закон сохранения энергии при действии только консервативных сил. Кинетическая, потенциальная и полная механическая энергия. Изменение полной механической энергии при наличии диссипативных сил. Изотропность пространства и инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета. Закон сохранения момента импульса. Симметрия и процесс познания. Теорема Эмми Нётер. Классическая концепция Ньютона. 3 закона Ньютона. Классическая механика и Лапласовский детерминизм.
2.5. Статистические и термодинамические свойства макросистем. Тепловые процессы в природе и история развития исследований тепловых явлений. Термометр и количественная характеристика меры нагретости тела. Понятие теплоты. Две точки зрения на теплоту: как на характеристику внутреннего движения и как на некоторую "жидкость" — теплород. Рождение теплоты при трении и исчезновение при совершении работы. Теплота — форма энергии. Два подхода в описании тепловых свойств макроскопических систем: термодинамический и статистический. Термодинамика и молекулярная физика. Термодинамический подход при описании тепловых свойств марксистом. Макроскопические свойства вещества. Термодинамическая система. Термодинамическое равновесие. Термодинамические параметры: температура, давление, удельный объем (объем единицы массы). Термодинамические процессы. Развитие корпускулярных представлений тепловых свойств макросистем. Молекулярно кинетическая теория или статистическая механика. Молекулярная физика - как наука о совокупном действии огромного числа молекул. Основные положения молекулярно-кинетических представлений: молекулярное строение вещества, хаотичность движения молекул, температура — мера интенсивности движения молекул. Связь между средней кинетической энергией поступательного движения одной молекулы идеального газа Е и его термодинамической температурой. Термодинамическая температура. Идеальный газ. Термодинамические законы. Внутренняя энергия - энергия теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Два пути изменения внутренней энергии термодинамической системы: совершения работы и теплообмен. Первое начало термодинамики - закон сохранения энергии и его количественная формулировка. Невозможность вечного двигателя первого рода. Необратимость тепловых процессов. Второе начало термодинамики. Вечный двигатель второго рода. Статистический вес состояния. Энтропия тела как мера статистического веса состояния. Закон возрастания энтропии. Проблема тепловой смерти Вселенной.
2.6. Законы электродинамики. Вещество и поле. Различные виды полей. Электромагнитное поле и электродинамика. Источники электромагнитного поля. Важность электромагнитного взаимодействия для повседневной жизни. Различные проявления электромагнитного взаимодействия. История открытия электромагнитного поля. Использование электромагнитного поля в технике. Концепция дальнодействия и близкодействия. Сущность концепции дальнодействия. Конечность скорости распространения электромагнитного взаимодействия. Величина скорости. Концепция близкодействия. Дискретность и непрерывность материи. Чем характеризуется поле? Непрерывность и дискретность. Корпускулярно-волновый дуализм. Кванты электромагнитного взаимодействия. Физический вакуум — новый эфир. Сущность электромагнитной теории Максвелла. Возбуждение ЭДС в контуре сцепленного с меняющимся магнитным потокам через контур. Электрическое поле, возбуждаемое магнитным полем. Ток смещения — результат изменения электрического поля. Несимметрия уравнений Максвелла относительно электрического и магнитного полей. Единое электромагнитное поле. Принцип относительности и уравнение Максвелла. Свет — частный случай электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн. Корпускулярно — волновые свойства света. Волновые свойства света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Явление интерференции и дифракции света. Когерентность волн. Явление поляризации. Дисперсия света. Квантовые свойства света. Опыт Г.Герца с заряженным положительно и отрицательно заряженным электрометром. Явление фотоэффекта. Количественные закономерности фотоэффекта: связь между током насыщения и интенсивностью светового излучения, независимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от интенсивности светового излучения; красная граница фотоэффекта. Затруднения теории Максвелла в связи с распределением энергии по длинам волн при тепловом излучении абсолютного черного тела. Гипотеза М. Планка о дискретном излучении света с поверхности нагретого тела. Создание Эйнштейном квантовой теории света. Связь между основными параметрами света. Эффект Комптона. Свет — единство противоположных свойств, единство дискретности и непрерывности.
2.7. Модели атома и его структура. Первые представления об атоме. Доказательства реальности существования атома. Изучение катодных лучей. Электрон. Катодные лучи — поток электронов. Модель атома Томсона — модель булки с изюмом. Колебания электрона в атоме — источник света атомами. Модель Томсона и - лучи. Облучение атомов потоком -частиц; образование положительно и отрицательно заряженных ионов. Эксперименты Резерфорда. Камера Вильсона. Траектория - частиц в камере Вильсона — прямая траектория. Рассеяние - частиц на тонких золотых пластинках. Редкие случаи рассеяния - частиц — назад. Модель атома Резерфорда — планетарная модель атома. Ядро атома. Закон Мозли. Спектры излучения атомов. Неустойчивость модели Резерфорда. Непрерывный спектр. Линейный спектр. Полосатый спектр. Спектр поглощения. Постулаты Бора. Первый постулат Бора — постулат стационарных состояний. Второй постулат — правило частот. Опыт Франка и Герца о передаче энергии атому определенными порциями. Корпускулярно-волновые свойства микрочастиц. Гипотеза Луи де Бройля об универсальном характере корпускулярно-волнового дуализма. Корпускулярные и волновые характеристики микрообъекта: энергия Е, импульс Р, частота v и длина волны X. Связь между корпускулярными и волновыми характеристиками. Экспериментальное подтверждение гипотезы Л.де Бройля. Принцип неопределенности, соотношение неопределенности Гейзенберга — граница применимости классической механики. Принцип дополнительности Бора. Вероятный характер микропроцессов. Волновая функция и вероятностное распределение частиц в пространстве. Уравнение Шредингера — основное уравнение квантовой механики. Принцип причинности и соответствия.
2.8. Строение атомного ядра и ядерные процессы Открытие нейтрона и создание модели нейтронно-протонной модели ядра. Возникновение ядерной физики. Ядерная физика. Элементарные частицы: протоны, нейтроны, электроны, фотоны, пи-мезоны, мюоны, тяжелые лептоны, нейтрино трех типов, странные частицы (К-мезоны, гипероны), разнообразные резонансы, мезоны со скрытым очарованием, промежуточные векторные бозоны. Испускание и поглощение элементарных частиц, их нестабильность, масса и размеры. Участие элементарных частиц в фундаментальных взаимодействиях: сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных. Относительная интенсивность взаимодействий (при Е 1 ГэВ). Характеристики элементарных частиц: стабильные (электрон, протон, фотон, нейтрино), квазистабильные (распадающиеся при электромагнитном и слабом взаимодействиях с > 1020 с) и резонансы (частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия с ~1022 - 1024 с). Параметры элементарных частиц: масса, время жизни, электрический заряд, спин и т.д. Спин — момент импульса элементарной частицы, проекция момента импульса на выбранное направление. Квантовые числа — дискретные значения различных параметров элементарных частиц: спиновое, орбитальное, магнитное и др. квантовые числа. Внутренние квантовые числа: барионный и лептонный заряды, четность, кварковые ароматы (изоспин, странность, "очарование", "красота", цвет). Истинно элементарные частицы: кварки и лептоны (частицы вещества), кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, нейтрино, гравитоны), а также частицы Хиггса. Поколение — объединения соответствующих пар лептонов с парой кварков. Кванты полей. W-бозоны — переносчики слабых взаимодействий между кварками и лептонами. Глюоны - переносчики сильных взаимодействий между кварками. Антивещество. Аннигиляция античастиц. Классификация условно элементарных частиц. Строение атомного ядра. Нуклонный уровень. Модель Юкавы. Кварки. Модель Гелл-Мана. Взаимодействие кварков. Глюоны. Модели ядра: капельная модель, оболочечная модель, обобщенная модель. Размеры ядра (1015 - 1014 м). Распад и синтез ядер. Дефект массы и энергия связи. Формула для энергии связи ядра. Средняя энергия связи одного нуклона в ядре. Кулоновское растолкование ядра. Радиоактивность. Нуклиды. Изотопы. Скорость распада радиоактивного атома. Альфа-распад. Бета-распад. Деление атомных ядер. Цепная реакция деления ядер урана. Термоядерный синтез. Перспективы развития физики микромира. Развитие теории. Современные ускорители. Структурная нейтронография.
2.9. Современные проблемы энергетики
Научное понимание энергии. Энергия — это общая количественная мера различных форм движения материи. Различные виды энергии: механическая, тепловая, химическая, электромагнитная, гравитационная, ядерная и т. Энергия-источник благосостояния. Особенности развития отечественной энергетики. Стратегия отечественной энергетики. Развитие атомной энергетики. Гелиоэнергетика. Энергия ветра. Геотермальные источники энергии. Энергия мирового океана. Энергетика будущего.
|
См.
Раз-дел 1.6.
|
-вопросы для самосто-ятельного изучения,
-реферат,
контрольная
работа
|
- тест,
- защита реферата
- контрольная
работа
|
3
|
Концепции системного
метода. Специфика
системного метода
исследования
Метод и перспективы
системных исследований.
Системный метод и
современное научное мировоззрение.
|
Научный метод и методология. Специфика системного метода исследования. Система. Часть. Целое. Теория Хаоса. Метод и перспективы системных исследований. Системный метод и современное научное мировоззрение. Общая теория управления. Синергетика. Кибернетика.
|
См.
Раз-дел 1.6.
|
-вопр.
для сам. изучен-ия,
реферат
контр.
работа
|
- тест,
- защита реферата
- контрольная
работа
|
4
|
Концепция
эволюционизма.
Принципы универсального
эволюционизма.
Путь к единой культуре.
|
Образование Вселенной. Конечна или бесконечна Вселенная? Какова геометрия Вселенной. Скорость разлета Вселенной. Возраст Вселенной — 10-20 млрд. лет. Предположение о пульсации Вселенной между конечными значениями плотности, в противоположность предположения пульсации от точки до точки — картина "пульсирующей Вселенной". Гипотеза "ядерной капли". Этапы развития науки о Вселенной. Первая релятивистская модель описания Вселенной — ОТО (общая теория относительности) — ее статический вариант. Вывод Фридмана о невозможности статической Вселенной. Открытие Хабблом расширения Вселенной. Выводы о предыстории Вселенной, вытекающие из модели Фридмана. Теория "горячей Вселенной" Г.А. Гамова. Формирование первых звезд и галактик из водорода и гелия. Вывод теории Г.Гамова о реликтовом излучении (1965). Физические аспекты развития ранней горячей Вселенной. Концепция Большого взрыва. Открытие Хаббла — удар по стационарной Вселенной. Скорости разбегания галактик. Количество вещества в Галактике. Солнечная система — часть Вселенной. Типично или нетипично образование звездных систем типа Солнечной. Структура и состав Солнечной системы. Земля - планета Солнечной системы. Строение Земли.
|
См.
Раз-дел 1.6.
|
-вопр.
для сам. изучен-ия,
реферат
контр.
работа
|
- тест,
- защита реферата
- контрольная
работа
|
Основные понятия
соотношения неопределенностей, волновая функция, операторы, уравнение Шредингера, абсолютность скорости света, следствия из постулатов Эйнштейна, принцип эквивалентности, метрика пространства, «Большой взрыв», возраст Вселенной, хаос, идеи синергетики, генетический код, биосфера.
Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
Тематика и планы аудиторной работы студентов по изученному материалу (планы последовательного проведения занятий: ПР, СМ):
Виды самостоятельной работы студентов
1. выполнение домашних заданий по решению задач;
2. изучение отдельных тем, вынесенных на самостоятельное рассмотрение;
3. изучение тем, прослушанных на лекционных занятиях;
4. выполнение домашних контрольных работ;
5. подготовка к выполнению контрольных работ и тестов;
6. подготовку и выполнение докладов, рефератов;
7. повторение разделов программы с целью подготовки к промежуточной и итоговой аттестации.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Рекомендуемая литература
Основная литература
1. Рузавин Т.И. Концепции современного естествознания: учебник для вузов. – М., 1998.
2. Бордовский Г.А., Бурсиан Э.В. Общая физика. Курс лекций. – М., 2000.
3. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. и др. Курс общей физики. – М., 1981.
Дополнительная литература
1. Савельев И.В. Курс общей физики. – М., 1998.
2. Ахундов М.Д. Пространство и время в физическом познании. – М.,1982.
3. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. – М., 1989.
4. Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. – М., 1990.
5. Девис П. Суперсила. М.: Мир, 1989.
6. Вайнберг С. Мечты об окончательной теории. М.: Физика № 13/1996.
7. Вайнберг С. Первые три минуты. М.: Мир, 1981.
8. Грин Б. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории. М., 2004.
9. Хокинг С. Краткая история времени. От Большого взрыва до черных дыр. С-Пб.: Амфора, 2001.
10. Фейнман Р. Дюжина лекций: шесть попроще и шесть посложнее. М.: Бином, 2006.
Электронно-программные средства
Обучающие ресурсы в Интернет:
Соросовский образовательный журнал: Физика - http://journal.issep.rssi.ru/?id=5
Энциклопедия физика в Интернете - http://www.nsu.ru/materials/ssl/text/encyclopedia/
Аудиовизуальные средства
1. Мультимедиа – проектор, видеомагнитофон, комплект видеофильмов на видеокассетах и CD.
2. Комплект обучающих программ на CD с компьютерными моделями фундаментальных физических экспериментов.
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
№ 1 Наука и мировоззренческая культура. Естествознание и научная картина мира.
План:
Понятие науки.
Этапы развития науки.
Отличительные черты науки.
Структура науки и критерии выделения ее элементов.
Закономерности и тенденции развития науки.
Функции науки как непосредственной производительной силы общества и как социального института.
Понятие научной картины мира.
Функции научной картины мира.
Эволюция научной картины мира.
Дополнительная литература:
Кун Т. Структура научных революций. - М., 1975.
Генезис научной картины мира (социокультурные предпосылки).- М., 1985.
Дышлевский П.С. и др. Что такое общая картина мира? - М., 1984.
Пахомов Б.Я. Становление современной физической картины мира. - М., 1985.
Степин В.С. Научная картина мира в культуре техногенной революции. - М., 1994.
Философские проблемы современного естествознания. - СПб, 1992.
Современная философия науки: Хрестоматия. - М., 1994.
Гайденко П.П. Эволюция понятия науки. - М., 1987.
Кузнецова Н.И. Наука в ее истории. - М., 1982.
Наука и культура. - М., 1984.
Традиции и революции в развитии науки. - М.,1991.
Ценностные аспекты развития науки. - М., 1990.
Добров Т.М. Наука о науке. Начала науковедения. - М., 1989.
Кедров Б.М. Классификация наук.- М., 1995.
Хрестоматия по курсу «Концепции современного естествознания».
|
