Слайды 34-38. Теория Большого взрыва. Критическая плотность вещества.

Появилась теория расширяющейся Вселенной, согласно которой наша Вселенная возникла из сверхплотного состояния в ходе грандиозного взрыва и её расширение продолжается и в наше время. Около 13 млрд. лет назад всё вещество Метагалактики было сосредоточено в небольшом объёме. Плотность вещества была очень высокой. Такое состояние вещества назвали “сингулярным”. Расширение в результате “взрыва” (“хлопка”) привело к уменьшению плотности вещества. Стали формироваться галактики и звёзды.

Существует критическое значение плотности вещества, от которого зависит характер его движения. Критическое значение плотности вещества _кр рассчитывается по формуле:

где H = 2,4 * 10^-18 с^-1 – постоянная Хаббла, G = 6,67 * 10^-11 (Н * м²)/кг² – гравитационная постоянная. Подставив числовые значения, получим _кр =10^-26 кг/м³. При < _кр - расширение Вселенной. При > _кр - сжатие Вселенной. Усреднённая плотность вещества во Вселенной = 3 * 10^-28 кг/м³.

Человек всегда стремится познать окружающий его мир. Изучение Вселенной только началось. Многое ещё предстоит узнать. Человечество лишь в самом начале пути изучения Вселенной и её загадок. “Представляя Вселенную как весь окружающий мир, мы сразу делаем её уникальной и единственной. И вместе с этим лишаем себя возможности описать её в терминах классической механики: из-за своей уникальности Вселенная ни с чем не может взаимодействовать, она — система систем, и поэтому в её отношении теряют свой смысл такие понятия, как масса, форма, размер. Вместо этого приходится прибегать к языку термодинамики, употребляя такие понятия как плотность, давление, температура, химический состав”. [2]

Для более подробного знакомства с этой информацией вы можете воспользоваться следующими источниками:

1). Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. Учреждений: базовый и профил. уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чагурин; под ред. В.И. Николаева, Н.А. Парфентьевой. - 19-е изд. – М.: Просвещение, 2010. – 399 с., [4] л. ил. – (Классический курс). – ISBN 978-5-09-022777-3.;

2). http://ru.wikipedia.org;

3). http://diddlybop.ru;

4). http://www.adme.ru

Адрес нашего дома во Вселенной: Вселенная, Местная группа галактик, Галактика Млечный путь, Солнечная система, Планета Земля – третья планета от Солнца.

Мы любим нашу планету и будем беречь её всегда!

V. Первичное закрепление знаний.

Фронтальный опрос

• Как называется наука, изучающая строение и эволюцию Вселенной? (Космология)
• Какие внесистемные единицы измерения используются в космологии? (Световой год, астрономическая единица, парсек, масса Солнца)
• Какое расстояние называют световым годом? (Расстояние, которое проходит свет за один год)

VI. Самостоятельная работа.

Обучающимся предлагается самостоятельно решить задачу: Усреднённая плотность вещества во Вселенной = 3 * 10^-28 кг/м³. Рассчитайте критическое значение плотности вещества и сравните его с усреднённой плотностью вещества во Вселенной. Проанализируйте полученный результат и сделайте вывод о том, расширяется или сжимается Вселенная.

VII. Рефлексия.

Обучающимся предлагается оценить работу преподавателя и свою собственную работу на уроке путём рисования позитивных или негативных смайликов на выданных преподавателем листочках.

VIII. Домашнее задание.параграфы 102-107,задание ЕГЭ стр. 391 и стр.396 и 401.

 

 

 

ОБОБЩАЮЩИЙ УРОК

на тему:

«Единая физическая картина мира».

 

 

ПЛАН

 

 

1.Вступление

 

2. Главная часть:

 

a) Вселенная и ее масштабы;

 

б)взаимодействие и законы сохранения

 

в) механическая картина. мира

 

г) электромагнитная картина мира

 

д)единство строения материи

 

e) современная физическая картина мира и ее

рамки, неисчерпаемость знаний о мире.

 

3. Заключени

 

Научное мировоззрение

 

 

Мы заканчиваем изучение школьного курса физики. Он содержит

основные законы и понятия из самых важных областей физики классе-

ческой механики, электродинамики, молекулярно-кинетической теории,

атомной физики, физики ядра и рементарных частиц, Цель физики - отыска-

ния общих законов природы, объяснения с их помощью различных процес-

сов и явлений для овладения и управления ими. По мере развития физичее

ской науки перед человечеством всё больше раскрывается величествен-

ная и сложная картина единства природы

 

Сегодня мы обобщаю изученный курс, стремясь показать, что мир

и отражающие его физические законы представляют собой не просто сумму

разрозненных и независимых объектов, явлений и отражающих их научных

положений, а части единого целого, разнообразные и многочисленные

проявления единых сущностей.

 

В физике изучается строение материи на первых структурных

уровнях и исходные простейшие формы её движения во всей Вселенной,

начиная от элементарных частиц (размеры порядка 10 -15 -18 м) и кончая огромными звездными островами - галактиками (размерами по-ридка 10 м)

 

Наглядное представление о доступной наблюдению и изучению в

настоящее время области Вселенной даёт шкала размеров объектов

см. рис. 1. Смещение по этой шкале на одно деление вправо соответствует

увеличению размеров данных в метрах) 10 раз.

 

Структура основных Физических объектов показана в таблице II,

Обратите внимание, что таблица 11 и рис. 1. Взаимосвязаны, Область пр-ва,

указанная на рис. условно разделена в таблица на 3 области: мегамир,

макромир, микромир. Для каждой области можно указать свои объекты,

т.е. структурные единицы деления материи. Мегамир включает галактики

и звезды; макромир - планетные системы звезд, планеты, окружающие нас

тела; микромир - молекулы, атомы, ядра атомов, элементарные частицы

Электромагнитное поле и гравитационное поле в состав мега- и микро-

мира. Если сравнить состав объектов всех трех областей (мегамир,

макромир, микромир), то можно сделать важный вывод: все состоит из

элементарных частиц, причем в состав вещества в стабильном состоянии

Будет всего три вида основных частиц. Это протоны, нейтроны и

электроны, а электромагнитное поле состоит из фотонов. Строение

и движение всех этих объектов-и изучает физика.

 

10²⁰

10^-8

Планетные системы зв.

Планеты и окружающие нас тела. Эл.магн. поле.Гравитацион. поле

10¹³

10⁶-10^-2

Планеты молекулы, атомы, Фотоны

Планет Малекул. Атомов.

Микромир

10^-8

10^-18

 

 

Молекулы, атомы, Ядра. атомов

Элементарные частицы

10^-8-10^-10

10^-15

0-10^-15

Ядра нуклоны

Электор. и ядер, нук- лонов Взаим прев ращен, ч-ц

 

 

Любой материальный объект, начиная от элементарной частицы и кончая

макроскопическим телом и системой тел, обладает энергией и импульсом-

это универсальные физические характеристики физических объектов,

Самое общее и основное св-во всех объектов состоит в их способности взаимодействовать между собой. Так, тела притягиваются к Земле,

Земля - к Солнцу, электрон отталкивается от другого электрона и

притягивается к ядру, вступают во Взаимодействие атомы и молекулы, образуя кристаллы, взаимодействуя, отскакивают при ударе друг от друга

стальные шарики и т.д.

 

 

Всеобщая причина изменения и движения в материальном мире

взаимодействие, Несмотря на разнообразие взаимодействий, все они

приводят к двум основным результатам:

1.В результате взаимодействия меняются энергия, импульс и др. характе-

ристики объекта. Например, парики при столкновении менарт направлени

скорости, а значит изменяется импульс; одни элементарные частицы

превращаются в другие и т.д.

2.В результате взаимодействия частицы или тела объединяются в новую

устойчивую систему. Так, например, образуя ядро из нуклонов, взаимо-

действующих между собой, атом - из ядра и электронов. Солнечная система

из Солнца и планет и т.д. В настоящее время все взаимодействия удалось понять как проявление

четырех исходных, или, как говорят, фундаментальных Взаимодействий:

гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного.

 

Хотя различные взаимодействия проявляют себя в различных физи

ческих явлениях и в разных пространственных областях (например,

сильное - в микромире, гравитационное - в макромире) и описываются

различными физическими законами (например, в частных случаях

гравитационное - законом всемирного тяготения, электромагнитное

законом Кулона), есть общее для всех взаимодействий законы - это

законы сохранения, Так, при любом взаимодействия для замкнутойсистемы (т.е. если учтены все взаимодействующие тела и частицы

сохраняется энергия, импульс, электрический заряд системы и некоторые

другие величины Поэтому законы сохранения применяются при изучении всех физических явлений, Так в механике з-н сохранения импульса приво-

дит к третьему з-ну Ньютона, в теплоте с помощью закона сохранения

энергии расчитывают кол-во теплоты, выделяющееся при совершении

работы (первое начало термодинамики)...

 

Механическая картина мира:

Многие поколения ученых поражала. и продолжает поражать ве-

личественная картина мира, которая была создана на основе механики Ньютона

Согласно Ньютону, весь мир состоит "из твердых, весомых,

непроницаемых, подвижных частиц". Эти "первычные частицы абсолютно

тверды: они неизменно более тверды, чем тела которые из них состоя настолько тверды, что они никогда не изнашиваются и не разбиваются

вдребезги". Отличаются они друг от друга главный образом количественн

своими массами. Все богатство, все качественное многообразие мира. -

это результат различий в движении частиц. Внутренняя сущность частиц

остается на втором плане.

 

Основанием для такой единой картины мира. послужил всеобъем-

общий характер открыты Ньютоном законов движения тел. Этим законом

удивительной точностью поднимаются как громадные небесные тела,

так и мельчайшие песчинки, гонимые ветром, даже ветер - движение

невидимых глазом частиц воздуха поднимается тем же законом. На

протяжении долгого времени законами грировы являются законы меха-

ники Ньютона. Так, французский ученый Лагрант считал, что "нет чело-

века счастливее Ньютона: ведь только однажды, одному человек усуждено построить картину мира".

 

Однако простая механическая картина мира оказалась несостоя-

тельной,При исследовании электромагнитных процессов выяснилось, что

они не подчиняются механике Ньютона, Максвелл открыл новый тип фундамента

ментальных законов, которые не сводятся к механике Ньютона, - это

законы поведения электромагнитного поля.

 

Электромагнитная картина мира.

В механической картине отсутствует материальный агент, пере-

дающий взаимодействие между телами. Между тем он существует в природе:

это гравитационное и электромагнитное поле, передающее действие одного

тела на другое со скоростью света.

 

Электромагнитные силы чрезвычайношироко распространены в

природе. Они действуют в атомном ядре, атоме, молекуле, между отдельны-

ми молекулами в макроскопических телах. Действие электромагнитных сил

обнаруживается и на очень малых расстояниях (адро), и на космических

(электромагнитное излучение звезду,

 

Развитие электродинамики привело к попыткам построить

единую электромагнитную картину мира. Все события в мире согласно этой

картине управляются законами электромагнитных Взаимодействий,

Кульминации электромагнитная картина мира достигла после

Создания специальной теории относительности. Было понято фундаменталь-

ное значение конечности скорости распространения электромагнитных

Взаимодействий, создано новые учениес пространстве ивремени, найдены

релятивистские уравнения движения, заменяющие уравнения Ньютона при

больших скоростях.

 

Однако свести все процессы в природе электромагнитным

не удалось...Уравнения движения частиц и з-н гравитационного Взаимодейс

твоя не могут быть выведены из теориитромагнитного поля, Кроме того, были открыты электрические нетральные частицы и новые типы

Взаимодействия Природа оказалась сложнее, чем предполагали начале;

ни единый закон движения, ни единая сила не способны охватить всего

многообразия процессов в мире.

 

Мир настолько разнообразен, что несомненно все тела не

могут состоять из частиц одного сорта. Но как это ни удивительно, вещество звезд точно такое же, как вещество из которого состоит

Земля, Атомы слагающие все тела. Вселенной, совершенно одинаковы

Живые организмы состоят из тех же атомов, что и первые.

 

Все атомы имеют одинаковую структуру и построены из

элементарных частиц трех сортов. них есть ядра из протонов и нейтро

нов, окруженные электронами. Взаимодействие между ядрами и электрона

ми осуществляется электромагнитным полем, квантами которого являются

Фотоны

 

После открытия элементарных части их превращений на

первый план единой картины мира. выступило единство в строении

материи, основе этого единства лежит материальность всех элементар-

ных частиц. Различные элементарные частицы - это различные конкрет-

Ные Формы существования материи.

 

Хотя физическая наука охватывает огромную область раз-

личных физических явлений, содержит множество законов и выводов, она не является полностью завершенной. Последняя точка в ней никогда

не будет поставлена, так как материальный мир многообразен,

знания о нем неисчерпаемы.

 

Современная физическая картина мира ограничена"снизу"

со стороны малых расстояний, по дате в этой области наши знания о

природу и строении элементарных частиц пока что далеко не полны

Сейчас с помощью самых мощных ускорителей доступны изучению струк-

турные элементы и их Взаимодействия внутри элементарных частиц на расстоянии порядка 10^-17 - 10^-18 м.В последнее время здесь достигнуты замечательные успехи: открыто сложное строение мезонов

барионов. Оказалось, что они состоят из более "простых" частиц -кварков

Кварки и лептоны сейчас следует рассматривать, как элементарные.

 

Ограничена современная физическая картина мира и "сверху"

со стороны больших расстояний, пределами "видимости" в оптические и

радиотелескопы их помощью получают сведения о строении движении материи в мегамире до расстояний порядка последнее время, несмотря на скудность информации о таких отдаленных областях Вселенной, и здесь сделаны удивительные открытия. Открыты новые, ранее неведомые человеку ответы: пульсары - нейтронные звезды

чрезвычайно высокой плотности, квазары и Ядра галактик - объекты с

непостижимо большим излучением энергии, природа которых не ясна и

другие.

 

Наконец, Вселенная развивается, Наши знания об эволюции

Вселенной, об ее образовании и дальнейшей судьбе, об изменении

важнейших Физических законов и констант с течением времени также

нельзя назвать сейчас окончательными.

 

Итак, человечество обладает большим объектом физических

знаний, знает о материальном мире уже много, но не все. Фундаментальны

законы, устанавливаемые в физике, по своей сложности и общности

намного превосходят те Факты, с которых начинается исследование любых явлений. Но они столь же достоверны столь же объективны,

как и знания о простых явлениях, наблюдаемы непосредственно

Эти законы не нарушаются никогда, ни при каких условиях. Все большее

и большое число людей осознают, что объективные законы, которым

следует природа, исключают чудеса, апознание этих законов увеличи-

вает власть человека над природой.

 

В прошлом человеческое общество преимущественно связывало свои

нормы поведения с верой в сверхъестественное, с религией. Можно

утверждать, что рост достижений науки в объясноении природы подрывает

эту систему мышления.

 

Таким образом: физическая картина мира - мировоззренческое обобще

ние курса, это часть нашего материалистического мировоззрения, помогаю-

чего правильно ориентироваться в мире, целенаправленно в нем действо-

вать, жить и работать.