С. В. Сидоренко Ю. Е. Францева И. М. Швец


страница6/22
lit.na5bal.ru > Документы > Программа курса
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

Структурные уровни материи



Неорганическая природа

Субмикроэлементарный уровень

Микроэлементарный уровень

Ядерный уровень

Атомный уровень

Молекулярный уровень

Макроуровень

Мегауровень

(планеты, звездно-планетные системы, галактики)

Метауровень

Живая природа

Биологический

Клеточный

Микроорганический

Органы и ткани

Организм в целом

Популяция Биогеоценоз

Биосфера

Общество

Индивид

Семья

Коллективы

Большие соц.группы (классы, нации)

Государство (гражданское общество)

Системы государств

Человечество в целом

Ноосфера


Важнейшая концепция современного естествознания заключается в материальном единстве всех систем микро-, макро- и мегамира.

Фундаментальные физические законы описывают вполне определенные объекты вне зависимости от того, где они находятся. Например, с помощью законов сохранения энергии и импульса можно описать не только движение тел на Земле, но и взаимодействие элементарных частиц, движение планет, звезд. Атомы везде одинаковы – на Земле и в космическом пространстве. Все это означает, что фундаментальные законы универсальны – они применимы к объектам всего мира.
МИКРОМИР

Вакуум. По представлениям современной науки, вакуум – это отнюдь не пустота или «отсутствие всякого присутствия». Вакуум представляет собой физический объект, в котором непрерывно происходит рождение и уничтожение виртуальных частиц (материализованные порции энергии). Вакуум является динамической системой, обладающей какой-то энергией, которая все время перераспределяется между виртуальными (воображаемыми) частицами. Однако воспользоваться энергией вакуума мы не можем, так как это есть наинизшее энергетическое состояние полей. При наличии внешнего источника энергии можно реализовать возбужденные состояния полей – тогда будут наблюдаться обычные (не виртуальные) частицы. Вакуум способен порождать не только частицы, но и миры. (Предполагается, что из физического вакуума, находящегося в возбужденном состоянии родилась Вселенная). Самопроизвольные флуктуации вакуума рождают вселенные с разным набором фундаментальных постоянных. В одной из таких областей, видимо случайно, получился набор, годный для появления разумных существ. В ней мы и живем. О других вселенных мы пока ничего не знаем и можем лишь догадываться об их существовании.

Элементарные частицы. По современным представлениям, все элементарные частицы являются наименьшими «кирпичиками», из которых создан окружающий мир. К настоящему времени обнаружено более 400 частиц и их античастиц.

Первоначально к элементарным частицам относили электрон, протон и нейтрон. Затем появилось нейтрино. Нейтрон и протон, связанные между собой сильным взаимодействием, называются нуклоном.

В 1928 г. П. Дирак предсказал существование античастицы электрона – позитрона, который был обнаружен спустя четыре года К. Андерсоном в составе космических лучей. Электрон и позитрон – не единственная пара частиц-двойников, все элементарные частицы, кроме нейтральных, имеют свои античастицы. Частица и соответствующая ей античастица имеют одинаковые времена жизни, одинаковые массы, их электрические заряды равны, но противоположны по знаку. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция (от лат.annihilatio – превращение в ничто) с выделением большого количества энергии – превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы, число и вид которых определяются законами сохранения. Например, в результате аннигиляции пары электрон – позитрон рождаются фотоны.

В 1964 г. М. Гелл-Ман выдвинул гипотезу о том, что все элементарные частицы состоят из еще более элементарных частиц – кварков (Нобелевская премия 1969 г.). Слово «кварк» переводится с немецкого как «творог» или «особый вид простокваши». Однако к этим словам не имеет никакого отношения. Гелл-Ман заимствовал это слово из романа Дж. Джойса «Поминки по Финегану», где чайки кричат: «Три кварка для мистера Марка». Так что кварк – это просто абстракция, крик чаек.

Размеры кварков сравнимы с размером электрона (~ 10 -16 см). Протоны, нейтроны в свободном состоянии, хотя бы в эксперименте, существуют. Свободные кварки экспериментально не наблюдаются и, более того, современные теории предсказывают, что свободных кварков в принципе быть не может.

Элементарные частицы обладают большим количеством характеристик. Одна из отличительных особенностей кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Кварки могут соединяться друг с другом парами и тройками. Соединение трех кварков образует барионы (протоны и нейтроны).

В классификации элементарных частиц прослеживается некоторая иерархичность. Достигнут предел деления вещества на кварки и лептоны.

Фундаментальные частицы характеризуются такими свойствами как масса, заряд, спин (собственный момент количества движения). Массы фундаментальных частиц вещества увеличиваются от 1 к 3 поколению. Считается, что в природе встречаются только частицы 1 поколения. Частицы 2 и 3 поколений получены искусственно на специальных ускорителях элементарных частиц и обнаружены при взаимодействии космических лучей в атмосфере. Возможно, они играли очень важную роль в первые доли секунды после рождения нашей Вселенной.

Элементарные частицы могут быть составными (протон, нейтрон) и несоставными (электрон, нейтрино, фотон).

Элементарные частицы классифицируют по следующим признакам: массе частицы, электрическому заряду, типу физического взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы, времени жизни частиц, спину и др.

В зависимости от массы покоя частицы (масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона, считающегося самой легкой из всех частиц, имеющих массу) выделяют:

- фотоны (греч. Photos – частицы, которые не имеют массы покоя и движутся со скоростью света)

- лептоны (греч. Leptos – легкий) – легкие частицы (электрон и нейтрино)

- мезоны (греч. Mesos – средний) – средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона (пи-мезон, ка-мезон и др.)

- барионы (греч. Barys - тяжелый) – тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона (протоны, нейтроны и др.)

В зависимости от электрического заряда выделяют:

- частицы с отрицательным зарядом (например, электроны)

- частицы с положительным зарядом (например, протон, позитроны)

- частицы с нулевым зарядом (например, нейтрино)

Существуют частицы с дробным зарядом – кварки

С учетом типа фундаментального взаимодействия, в котором участвуют частицы, среди них выделяют:

- адроны (греч. Adros – крупный, сильный), участвующие в электромагнитном, сильном и слабом взаимодействии

- лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействии

- частицы – переносчики взаимодействий (фотоны – переносчики электромагнитного взаимодействия; гравитоны – переносчики гравитационного взаимодействия; глюоны – переносчики сильного взаимодействия; промежуточные бозоны – переносчики слабого взаимодействия).

По времени жизни частицы делятся на

- стабильные - не распадаются длительное время (электрон, протон, фотон, нейтрино)

- квазистабильные (время жизни >10-20 с)

- резонансы (время жизни составляет 10-22 – 10-24)

Атом.

Атом - это микросистема, состоящая из ядра и электронов, движущихся в поле ядра.

Ядра имеют положительный электрический заряд и окружены роем отрицательно заряженных электронов. В целом атом электронейтрален.

Ядро представляет собой сложную систему, состоящую из положительно заряженных протонов и электронейтральных нейтронов. Протон состоит из 2-х верхних кварков с зарядом q=+2/3 и одного нижнего кварка с зарядом q=-1/3. Кварки связаны глюионным полем (сильным полем). В целом заряд протона q=2(+2/3) + (-1/3)=+1. Заряд нейтрона равен 0, т.к. нейтрон состоит из 2-х нижних кварков и одного верхнего q=2(-1/3)+(+2/3)=0. Протоны и нейтроны удерживаются вместе сильным полем. Силы взаимного притяжения протонов и нейтронов глюионным полем на таких небольших расстояниях превосходят силы электромагнитного отталкивания.

В отличие от «плотной упаковки» ядерных частиц атомные электроны образуют весьма рыхлые и ажурные оболочки. Существуют жесткие правила «заселенности» электронами орбит вокруг ядра. Электроны, находящиеся на самых верхних этажах «атомного дома», определяют реакционную способность атомов, т.е. их способность вступать в соединение с другими атомами. Атом стабилен, если его внешняя оболочка заполнена определенным числом электронов (2,8 и др.). Атомы с незаполненными внешними оболочками вступают в химические реакции, образуя связи с другими атомами.

Наиболее типичными для индивидуальных свойств атомов являются следующие:

- обмениваться энергией

- обмениваться веществом (отдавать и присоединять электрон)

- изменять геометрическую конфигурацию

- вступать в химические связи с другими атомами и молекулами

Молекула.

Атомы, за исключением благородных газов, не существуют в свободном состоянии при стандартных условиях. За стандартные условия принимается атмосферное давление = 1,013.105 Па и Т=298 К.

Силы электромагнитного взаимодействия между атомами приводят к образованию более устойчивых микросистем – молекул.

Молекула – это микросистема, состоящая из 2-х или большего числа ядер и электронов, движущихся в поле ядер.

Атомы сближаются, прежде всего, отрицательно заряженными электронными орбиталями.

Молекулы «наследуют» свойства атомов, и для них (как и для атомов) типичными являются следующие свойства:

- обмениваться энергией;

- обмениваться веществом (отдавать и присоединять электроны);

- изменять геометрическую конфигурацию;

- вступать в химические реакции

Обмен энергией в результате соударений с микрочастицами (атомами, молекулами, фотонами, электронами и др.) приводит к изменению интенсивности различных видов движения молекулы, ее электронного состояния).

Молекула – не сумма атомов. С позиций квантовой механики молекула представляет собой систему, качественное и количественное состояние которой определяется совместным движением ядер и электронов, занимающих определенное положение в пространстве.

Клетка.

За 3 млрд лет существования на нашей планете живое вещество развивалось в несколько миллионов видов, но все они – от бактерий до высших животных – состоят из клеток. Клетка – это организованная часть живой материи: она усваивает пищу, способна существовать и расти, может разделиться на две, каждая из которых содержит генетический материал, идентичный исходной клетке. Клетки служат элементарными структурами на онтогенетическом уровне организации жизни. Клетка состоит из ядра и цитоплазмы. В клетках имеются органеллы, выполняющие свой набор функций. От окружающей среды клетка отделена плазматической мембраной, которая регулирует обмен между внутренней и внешней средой и служит границей клетки. В каждой клетке содержится генетический материал в форме ДНК, регулирующей жизнедеятельность и самовоспроизведение. Размеры клеток измеряются в микрометрах (мкм) – миллионных долях метра и нанометрах (нм) – миллиардных долях. Например, соматическая животная клетка средних размеров имеет 10-12 мкм в диаметре, растительная – 30-50 мкм; длина хлоропласта цветкового растения – 5-10 мкм, бактерии – 2 мкм. Клетки существуют как самостоятельные организмы (простейшие бактерии) или входят в состав многоклеточных организмов.
Используемая литература
1.Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. – Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА – М, 2009г. – 704 с.

2.Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: учеб.–М.: Проспект, 2008г.–288 с.

3.Свиридов В.В. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005г. – 349 с.

4.Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. Под ред. Л.А. Михайлова – СПб: Питер, 2009г. – 335 с.


Семинарское занятие № 3. Макромир и биоразнообразие.
Основная цель семинарского занятия: формирование и развитие у студентов представлений о макромире, о веществе и его состояниях в зависимости от условий среды; развитие у студентов представления о биоразнообразии и понимания биоразнообразия как основы устойчивости живых систем и мира в целом; развитие у студентов умения систематизировать уже известную информацию и новый материал по теме «Биоразнообразие», по таким категориям как: «Факторы, влияющие на биоразнообразие», «Эволюция биоразнообразия», «Проявление биоразнообазия на всех уровнях организации живой материи», «Сохранение биоразнообразия».
Основные методы организации занятия: продвинутая лекция; стратегия «З-Х-У» («Знаем» - «Хотим узнать» - «Узнали»).
Ход занятия:

а. Вводные слова о макромире. – 5 мин.

б. Продвинутая лекция (перед чтением лекции (см. Приложение № 9), студентам задается вопрос («Сколько известно состояний вещества?») и все их ответы записываются на доску. После этого начитывается лекция, из которой студенты узнают сколько на самом деле известно состояний вещества, по завершении лекции необходимо вернуться к первоначальным ответам студентов, записанным на доске и сравнить их с материалом лекции – 15 мин

в. Изучение темы «Биоразнообразие» с использованием стратегии «З-Х-У» - 1 ч. 10 мин.

Каждому студенту раздается табличка «З-Х-У» (см. Приложение № 10). Сначала ребятам предлагается заполнить самый первый столбик («З» - что они уже знают) по следующим категориям темы «Биоразнообразие»: понятие биоразнообразия; структурные уровни организации живой материи; закономерности видового разнообразия; факторы, влияющие на биоразнообразие, и сохранение биоразнообразия. Затем учащиеся по очереди называют то, что они бы хотели узнать по тому или иному вопросу биоразнообразия, эти ответы ребята заносят во второй столбик («Х» - хочу узнать). Одновременно ведется запись на доске. После этого студентам раздается текст «Биоразнообразие» (см. Приложение № 11), читая который они заполняют 3 столбик таблицы («У» - узнали). После заполнения 3 столбика, ребята возвращаются ко 2-му и сравнивают – все ли они узнали, что хотели. В конце приводится список источников (см. Приложение № 11), с помощью которых ребята могут углубить свои знания по данной теме и найти ответы на интересующие их вопросы.

В заключении студенты смотрят фильм «Дом» (BBC) и пишут эссе на тему «Сохрняя почву – спасаем Землю».
Литература к занятию:
1. Лебедева Н.В., Дроздов Н.Н., Криволуцкий Д.А. Биологическое разнообразие: Учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Гуманит.изд.центр ВЛАДОС, 2004. – 432 с.

2. Свиридов В.В. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2005. – 349с.

3. Примак Р. Основы сохранения биоразнообразия / Пер. с англ. О.С. Якименко, О.А. Зиновьевой. М.: Изд. Научного и учебно-методического центра, 2002. - 256 с.

4. Сохранение и восстановление биоразнообразия. Колл. авторов. М.: Изд. Научного и учебно-методического центра, 2002. – 286 с.

5. Бродский А.Н. Введение в проблемы биоразнообразия. Иллюстрированный справочник. – СПб: Изд-во С.-Петербургского университета, 2002. – 144с.

Приложение № 9
Макромир
Строение макромира полностью определяется микромиром. В этом единство Природы (законы Природы везде одинаковые, невзирая на размер предмета или события).

Совокупность молекул образуют вещество (это макросистема).

Вещество – один из видов материи, из которого состоит весь окружающий нас мир. Его образуют большие скопления различных частиц, структур. Вещество представляет собой однородный (гомогенный) вид материи, т.е. такой материи, каждая частица которой имеет одинаковые физические свойства.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

Похожие:

С. В. Сидоренко Ю. Е. Францева И. М. Швец iconПрограмма «Одаренный ребенок»
Автор составитель: Сидоренко И. В., учитель начальных классов мбоу «Адамовская сош №2»

С. В. Сидоренко Ю. Е. Францева И. М. Швец iconСидоренко Ирина Александровна Использование эор, компьютерных и сетевых технологий на уроках
Оперировать новыми методиками и технологиями и применять их в меняющихся условиях уже жизненно необходимо. Аналогию можно провести...

С. В. Сидоренко Ю. Е. Францева И. М. Швец iconПояснительная записка рабочая программа учебного курса составлена...
Государственного стандарта общего образования (утвержденного приказом Министерства образования России «Об утверждении федерального...

С. В. Сидоренко Ю. Е. Францева И. М. Швец iconПояснительная записка рабочая программа составлена на основе Федерального...
Федерального Государственного стандарта, Примерной программы основного общего образования по биологии и Программы курса "Животные"...


Литература




При копировании материала укажите ссылку © 2000-2017
контакты
lit.na5bal.ru
..На главную