- •Учебно-методический комплекс по дисциплине
- •Содержание
- •I. Учебная программа дисциплины
- •I. Учебная программа дисциплины
- •Пояснительная записка
- •Цели и задачи изучения дисциплины
- •3. Требования к уровню освоения дисциплины
- •4. Содержание дисциплины
- •4.1. Содержание дисциплины, структурированное по видам учебных занятий с указанием их объемов в часах
- •Распределение часов по темам и видам учебной работы
- •4.2. Содержание разделов и тем
- •Тема 4. Развитие представлений о материи, движении и взаимодействии
- •Раздел II. Пространство, время, симметрия
- •Тема 5. Эволюция представлений о пространстве и времени
- •Тема 6. Специальная теория относительности (сто). Общая теория относительности (ото).
- •Тема 7. Принципы симметрии, законы сохранения
- •Раздел III. Структурные уровни и системная организация материи
- •Тема 8. Системные уровни организации материи. Микро-, макро-, мегамиры.
- •Тема 9. Структуры микромира
- •Тема 10. Химические системы
- •Тема 11. Особенности биологического уровня организации материи
- •Раздел IV. Порядок и беспорядок в природе
- •Раздел V. Панорама современного естествознания
- •Тема 16. Космология (мегамир)
- •Тема 17. Геологическая эволюция
- •Тема 18. Происхождение жизни. Эволюция и развитие живых систем.
- •Тема 19. История жизни на Земле и методы исследования эволюции.
- •Тема 20. Генетика и эволюция
- •Раздел VI. Биосфера и человек
- •Тема 21. Экосистемы (многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы)
- •Тема 22. Учение о биосфере
- •Тема 23. Человек в биосфере
- •Тема 24. Глобальный экологический кризис (экологические функции литосферы, экология и здоровье).
- •5. Организация промежуточного и итогового контроля знаний
- •5.1. Система формирования 100-балльной оценки
- •5.2. Образцы тестовых и контрольных заданий
- •5.3. Форма итогового контроля
- •5.4. Перечень вопросов к зачету или экзамену
- •1. Методические указания по выполнению отдельных видов учебной работы
- •Тема 3. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития).
- •Тема 1. Научный метод познания
- •Тема 18. Происхождение жизни. Эволюция и развитие живых систем.
- •2.Методические указания по организации самостоятельной работы
- •3. Технические средства обучения и контроля
- •III. Учебные материалы
- •Раздел I. Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира
- •Тема 1.1. Научный метод познания
- •Тема 1.2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
- •Тема 1.3. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития)
- •1) Астрономия
- •2) Космология
- •3) Биология
- •4) Медицина
- •5) Физика
- •6) Информатика и кибернетика
- •7) Геология и науки о Земле
- •1) Физика, космология и астрономия
- •2) Биология
- •3) Медицина
- •4) Психофизиология
- •5) Кибернетика и информатика
- •Темы 1.4. Развитие представлений о материи
- •1. Корпускулярная концепция
- •2. Континуальная концепция
- •3. Корпускулярно-волновой дуализм
- •Тема 1.5. Развитие представлений о движении
- •1. Движение
- •Тема 1.6. Развитие представлений о взаимодействии
- •Раздел II. Пространство, время, симметрия Тема 2.1. Эволюция представлений о пространстве и времени
- •Два типа движения (по Аристотелю)
- •Два типа времени
- •Две современные модели времени
- •Тема 2.2. Специальная теория относительности (сто)
- •Тема 2.3. Общая теория относительности
- •Тема 2.4. Принципы симметрии, законы сохранения
- •1. Понятие симметрии в естествознании
- •2. Стереоизомерия и асимметрия живого (нарушенные симметрии)
- •3. Симметрия и законы сохранения
- •Раздел III. Структурные уровни и системная организация материи Тема 3.1. Микро-, макро-, мегамиры
- •Тема 3.2. Системные уровни организации материи
- •Свойства систем
- •Тема 3.3. Структуры микромира
- •Тема 3.4. Химические системы
- •Тема 3.5. Особенности биологического уровня организации материи
- •1. Основные признаки жизни
- •2. Специфика, единство и многообразие живого
- •3. Уровни организации живых систем
- •Раздел IV. Порядок и беспорядок в природе Тема 4.1. Динамические и статистические закономерности в природе
- •1. Идеи детерминизма
- •2. Динамические и статистические закономерности в природе
- •Тема 4.2. Концепции квантовой механики
- •Тема 4.3. Принцип возрастания энтропии
- •1. Основные понятия
- •2. Законы (начала) классической термодинамики
- •3. Принцип возрастания энтропии. Соотношение порядка и беспорядка в природе.
- •Тема 4.4. Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма.
- •Раздел V. Панорама современного естествознания
- •Тема 5.1. Космология (мегамир)
- •Альтернативные космологические модели
- •Тема 5.2. Геологическая эволюция
- •Тема 5.3. Происхождение жизни (эволюция и развитие живых систем)
- •1. Возникновение жизни
- •Тема 5.4. Эволюция живых систем
- •Тема 5.5. История жизни на Земле и методы исследования эволюции (эволюция и развитие живых систем)
- •Этапы развития жизни на Земле
- •Тема 5.6. Генетика и эволюция
- •Раздел VI. Биосфера и человек Тема 6.1. Экосистемы (многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы)
- •Тема 6.2. Биосфера
- •Тема 6.3. Человек в биосфере
- •К концу хх века на Земле сложился комплекс экологических проблем, основные из которых следующие:
- •Практикум Практические и контрольные задания для работы на занятиях и самостоятельной работы
- •Классификация понятий по области научного знания
- •Виды понятий
- •Античная наука
- •Наука в развитии
- •Основные достижения, открытия, имена
- •История часов
- •Фундаментальные физические взаимодействия
- •Микро-, макро- и мегамиры
- •Сравнительная характеристика днк и рнк
- •Уровни организации биологических систем
- •Солнечная система
- •Практические работы Тема: Изучение индивидуальных авторитмов Теоретическая часть
- •Практическая часть
- •Часть 1
- •1. Определите им без отсчета и без помехи.
- •2. Определите им с отсчетом, без помехи.
- •3. Определите им без отсчета, но с помехой.
- •4. Определите им с отсчетом и помехой.
- •Часть 2
- •Пример графика расчета физического, эмоционального и интеллектуального ритмов
- •Тема: Определение индивидуального профиля асимметрии
- •I. Теоретическая часть
- •II. Практическая часть
- •1. Определение ведущей руки (тест Аннет)
- •2. Тесты на несознательные двигательные реакции (более надежны, чем тест Аннет)
- •III. Форма отчетности
- •Асимметрия мозга
- •Клеточные автоматы Теоретическая часть
- •Ход работы
Темы 1.4. Развитие представлений о материи
Основные понятия
Проблема поиска первоначала в концепции Фалеса. Абстракция материи.
Материя в механической картине мира. Две формы материи в электромагнитной картине мира. Волна как распространяющееся возмущение физического поля. Эффект Доплера: зависимость измеряемой длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн
Формы материи в современной научной картине мира.
Краткое содержание
Развитие научных представлений о строении материи представляет собой диалектическую взаимосвязь корпускулярной концепции (концепции прерывности, дискретной или атомистической) и континуальной концепции (концепции непрерывности, концепции волнового строения материи).
1. Корпускулярная концепция
Сторонники концепции прерывности материи в разные исторические этапы: Левкипп, Демокрит, Эпикур, Галилей, Г. Лейбниц, И. Ньютон и др. Начала свое существование в период античности, с работ Левкиппа и Демокрита, полагавших, что материя состоит из пустоты и атомов, и получила дальнейшее развитие в работах Г. Лейбница, который утверждал, что материя состоит из частиц (корпускул) и называл их монадами.
Впервые основные идеи корпускулярной традиции в математической форме реализовал Ньютон при создании первой фундаментальной теории – нерелятивистской классической механики.
На основе этих представлений сформировалась первая физическая картина мира – механической картины мира (МКМ). В ней предполагалась, что все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в непрерывном движении. Атомы – это «неделимые» кирпичики вещества. Соединяясь друг с другом, они образуют молекулы и в конечном счете все макроскопические тела.
В МКМ все многообразие мира сводилось к дискретным частицам – корпускулам, подчиняющимся теории Ньютона. Непрерывность в МКМ приписывалась пространству и времени, но была чужда материи. В непрерывном пространстве и времени двигались дискретные материальные образования.
Основные принципы механики Ньютона:
Ньютон записал физические законы в форме дифференциальных уравнений и тем самым приблизил физику к потенциалу математики.
Основания механики Ньютона составляют три закона и два положения относительно природы пространства и времени:
Первый закон Ньютона – закон инерции: всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку воздействие со стороны других тел не побуждает его изменить это состояние. Концептуальное значение этого утверждения состоит в том, что движение как таковое не нуждается в силе и, однажды возникнув, может продолжаться вечно.
Второй закон Ньютона – закон движения: скорость изменения импульса Р материальной точки равна действующей на нее силе F, т.е. dP / dF = F, или a = F/m. Концептуальное значение второго закона Ньютона состоит в том, что сила сама есть результат изменения движения. В свою очередь сила способна вызывать изменение движения.
Третий закон Ньютона – закон равенства действия и противодействия: две материальные точки действуют друг на друга с силами F1, и F2 которые численно равны и направлены в противоположные стороны вдоль прямой, соединяющей эти точки: F1 = – F2. Концептуальное значение третьего закона Ньютона состоит в том, что сила есть результат взаимодействия не менее чем двух тел. Поэтому представление изолированного тела, на которое действует сила, есть абстрагирование от второго тела, результатом взаимодействия с которым и является сила.
Три закона Ньютона предполагают определенную природу пространственных и временных промежутков – абсолютность времени и пространства.
Концептуальные основания механики Ньютона
Первое концептуальное утверждение классической механики: законы Ньютона выполняются не во всех, а лишь в так называемых инерциальных системах отсчета.
Назначение первого закона: он утверждает, что существуют инерциальные системы отсчета. Отличительная черта ИСО: это системы, которые не подвергаются неуравновешивающим друг друга внешним воздействиям.
Второе концептуальное утверждение классической механики: в механике Ньютона все инерциальные системы отсчета равноправны, поэтому все механические явления протекают совершенно одинаково во всех инерциальных системах координат.
Третье концептуальное утверждение классической механики: при желании наблюдатель всегда может перейти к инерциальной системе отсчета, добавив силу инерции.
Четвертое концептуальное утверждение классической механики (принцип относительности Галилея; принцип инвариантности): в инерциальной системе отсчета никакими физическими опытами нельзя установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. Кроме того, F1 = F и m1 = m, то при преобразовании Галилея уравнение F = ma остается инвариантным. Вторая формулировка четвертого утверждения: законы механики Ньютона инвариантны относительно преобразований Галилея.
Концептуальное значение законов Ньютона и МКМ:
утверждение о том, что мир, в котором мы живем, построен из вещества, заключенного в абсолютное пространство, в котором все процессы протекают по единому абсолютному времени.
все явления и процессы подчиняются единым механическим закономерностям.
объекты, заполняющие абсолютное пространство, существуют независимо друг от друга.
взаимодействия между ними независимо от расстояния передаются мгновенно с бесконечно большой скоростью.
такая картина мира полностью детерминирована (лапласовский детерминизм). В ней все последующие события определены предыдущими. Это диктуется лежащими в ее основе законами Ньютона, согласно которым, если определены начальные условия состояния системы, то решение уравнений движения однозначно определяет ее состояние в любые последующие моменты времени.
В МКМ любые формы движения можно свести к механическим (редукционизм – механицизм).
Живая природа в МКМ также трактуется механистически. Все изменения носят только количественный характер. Время в МКМ обратимо.
МКМ остается применимой и в настоящее время в области механических движений макротел, где скорости намного меньше скорости света.