Структурные уровни материи

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

по дисциплине «Концепции современного естествознания» для студентов направления подготовки 44.03.03 – Специальное (дефектологическое) образование

(осенний семестр 2016-2017 учебного года).

 

1.Развитие научных представлений о материи.

Понятие о материи и ее атрибутах. Принципы объективности и познаваемости материи.

Механистические представления о материи (17 – 18 вв.). Вещество, агрегатные состояния. Основы атомной теории строения вещества Джона Дальтона. Понятие о молекуле Амедео Авогадро и Станислао Канниццаро. Теория строения органических веществ А.М. Бутлерова, Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева как высшее достижение механистической трактовки строения вещества.

Классические представления о материи (конец 18 – 19 вв.). Работы Майкла Фарадея в области электричества и магнетизма. Понятие физического поля. Электромагнитное поле. Работы Джеймса Максвелла. Открытие электромагнитных волн Генрихом Герцем. Электромагнитная картина мира.

Неклассические представления о материи (19 – 20 вв.). Открытие естественной радиоактивности Анри Беккерелем. Утверждение идеи о делимости атома. Эксперименты Эрнеста Резерфорда. Планетарная модель атома. Квантовая теория строения атома Нильса Бора. Принцип корпускулярно-волнового дуализма Луи де Бройля. Квантово-релятивистская картина мира.

Постнеклассические представления о материи (конец 20 в.). Развитие молекулярной биологии. Открытие структуры двойной спирали ДНК Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном.

Системный подход, понятие о системах и основных свойствах систем. Два типа поддержания внутренней организованности систем. Понятие о диссипативных системах. Синергетический подход.

Естествознание конца ХХ – начала ХХI веков: постнеклассическая наука

Методологические основы современной науки. Методология как учение о научном методе познания, общая теория метода. Метод как способ познания, представляющий собой определенную последовательность действий, приемов, операций. Методика как совокупность способов и приемов при использовании того или иного метода познания.

Научный факт, гипотеза, научная теории. Научный эксперимент как ведущий метод познания в современном естествознании. Роль и место эксперимента в логике научного познания.

Методологический (общенаучный) подход как принципиальная методологическая ориентация исследования, с которой рассматривается объект изучения, понятие или принцип, руководящий общей стратегией исследования. Основные методологические подходы постнеклассической науки (системный, кибернетический, синергетический).

Дифференциация и интеграция знания как главные процессы развития предметно-организованной науки. Современные естественные науки как комплексы смежных научных дисциплин (на примере химии, биологии, геологии).

Наука и технология. Научно-теоретическое и научно-технологическое знание, сходство и различие, основные достижения ХХ века.

Структурные уровни материи.

Иерархия природных систем. Понятие о микро-, макро- и мегамире. Физическое взаимодействие как происходящий в пространстве и во времени процесс воздействия одних материальных объектов на другие путем обмена материей и движением. Четыре типа фундаментальных взаимодействий (гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое).

Микромир, элементарные частицы.

История изучения элементарных частиц. Опыты Уильяма Крукса по изучению природы катодных лучей.Опыты Джозефа Томсона по одновременному воздействию на катодные лучи электрического и магнитного полей, открытие первой элементарной частицы – электрона. Успехи физики элементарных частиц в 20-м веке.

Экспериментальные методы изучения элементарных частиц (главный физический принцип, регистрация, инструментальное оснащение – газоразрядный счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера). Получение частиц высоких энергий, понятие о циклотроне.

Современная концепция элементарных частиц. Общие свойства элементарных частиц (корпускулярно-волновой дуализм, универсальная взаимная превращаемость, наличие античастиц). Общие представления о классификации элементарных частиц. Бозоны как переносчики взаимодействий и фермионы как частицы, составляющие вещество. Примеры. Лептоны – частицы, не участвующие во внутриядерных взаимодействиях, и адроны – частицы, существующие внутри атомного ядра. Примеры. Понятие о мезонах как частицах с массой от одной до тысячи масс электрона и барионах как частицах с массой более тысячи масс электрона. Общие представления о кварковой модели М. Гелл-Манна и Дж. Цвейга.

4. Современная трактовка Периодического закона и Периодической системы химических элементов.

Историческая и современная трактовка Периодического закона Д.И. Менделеева.

Строение атомного ядра, понятие о нуклонах (протон, нейтрон), заряд (порядковый номер элемента), массовое число. Понятие об изотопах как ядрах атомов с одинаковым числом протонов и изобарах как ядрах с одинаковым полным числом нуклонов. Для предложенного преподавателем химического элемента указать заряд ядра, массовое число, количество нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре.

Квантово-механическая трактовка строения электронной оболочки. Понятие о корпускулярно-волновом дуализме. Электронная орбиталь как геометрическое место точек (часть пространства), где вероятность нахождения электрона максимальна. Квантовые числа, определяющие энергию электрона в атоме (главное n, квантовое l, магнитное m, спиновое s). Зависимость размера, формы и пространственной ориентации орбитали от значения квантовых чисел.

Правила последовательного заполнения орбиталей электронами в атоме (принцип Паули, правило Хунда). Для предложенного преподавателем химического элемента указать количество электронов в электронной оболочке. Составить схему распределения электронов по электронным орбиталям. Записать электронную формулу химического элемента.

Квантово-механическая трактовка Периодической системы элементов (периоды, группы и подгруппы, s-, p-, d- и f-элементы.

5. Концепция строения вещества: строение молекул.

Молекула как электрически нейтральная частица, образованная из двух или более связанных химическими связями атомов. Понятие об ионах. Атомные, иные и молекулярные кристаллы (примеры). Химическая связь как результат взаимопроникновения (перекрывания) электронных орбиталей.

Теория валентных связей: s- связь как результат перекрывании орбиталей по оси, вдоль которой они вытянуты, и p-связь как результат перекрывания орбиталей в плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей центры взаимодействующих атомов.

Понятие о гибридизации связей (sp³-, sp²- и sp-гибридизация), направленность в пространстве гибридных орбиталей. Геометрическая форма молекул предельных и непредельных углеводородов (на примере молекул метана, этана, этилена, ацетилена).

Понятие об изомерах как соединениях имеющих одинаковый состав, но различный порядок связей атомов. Примеры. Понятие о стереоизомерах как соединениях, имеющих одинаковый порядок связей атомов, но различное пространственное расположение. Цис- и транс-изомерия у соединений с двойными связями. Примеры. Понятие об оптической изомерии. D- и L-оптические изомеры (энантиомеры). Хиральность как несовместимость со своим отображением в плоском зеркале. Хиральность (левое и правое) в живой природе.