ответы на билеты по КСЕ / Билеты №1,№2,№3

Билет №1

Методы и принципы естественнонаучного познания действительности.

Методы познания действий:

Эмпирические

- наблюдения (целенаправленное восприятие явлений)

- описание (фиксация сведений об объекте)

- измерение (сравнение объектов по сходным свойствам)

- эксперимент (наблюдение в контролируемых условиях)

- физическое моделирование (создание игрушечных аналогов)

Теоретические

- формализация (представление явлений условным языком)

- аксиоматизация (построение теории на основе аксиом)

- идеализация

- математическое моделирование (создание математических моделей с использованием средств вычислительной техники)

Существует 3 основных принципа научного познания действительности:

Причинность (установить причинно следственную связь).

Возникновение любых объектов или изменение их свойств имеет свои основания в предшествующем состоянии.

Принцип истинности.

Истинность научных знаний проверяется только практикой.

Принцип односистемности.

Научные знания всегда относительны то есть имеют границы, где действуют законы этого знания.

Принципы соответствия.

Всякая новая теория не отвергает старую, а включает в себя на правах частного случая.

Билет №2

Измерение – основа научного метода познания. Виды и средства измерений. Погрешности измерений.

Измерение – похождение значения физической величины опытным путем с помощью технических средств.

Существует 2 вида измерений.

Прямые измерения, когда результат определяется непосредственно по шкале прибора.

Косвенные, когда искомая величина вычисляется на основе измерений зависимых величин.

Методы изучений (средств)

Методы непосредственной оценки.

Измеряемая величина определяется по перемещению указателей по шкале приборов.

Метод сравнения.

Измеряемая величина сравнивается с эталонной мерой:

А) нулевой, когда действие измеряемой величины сводится к нулю встречным действием эталона.

Б) дифференциальный

при сравнении с мерой прибора измеряют разность между величиной и эталоном

В) замещение

Измеряемая величина в установке заменяется эталонными до такого же отключения указателя.

Ошибки измерений

Систематические ошибки – повторяются неоднократно, зависят от постоянных действующих факторов и при измерении можно учесть.

Случайные ошибки – непредсказуемые зависят от случайных факторов. Они подчиняются статистическим законам теории вероятности.

Приборные ошибки – связаны с конструированными особенностями прибора.

Промахи и грубые ошибки – когда результат далек от действительного значения. Промахи не учитываются при определении ошибки измерения.

Измерительные приборы:

аналоговые (стрелочные приборы следят за измерениями)

цифровые (диф. приборы) однократного измерения

Погрешность измерений - определяет точность проведенного измерения.

Абсолютная погрешность-разность между измеренной величиной и действительной величиной.(∆X =Xизм – Xдейств, Xдейств=Xср=Сумма ∆Xn/n, n- кол-во измерений)

Относительная погрешность: ع%=∆A/Aср *100%

A=B*C(عb=∆B/Bср, عс=∆С/Сср, عa=عd+عc)

Вопрос №3

Размеренность и единицы измерений физических величин. Основные единицы СИ. Производные, кратные единицы.

Размеренность физической величины – это выражение, показывающее связь это величины с физическими величинами, положенному в основу единицы СИ.

Основные единицы в системе СИ:

Метр L- длина

Кг M – масса MLT – основная размеренность

Сек Т – время

Размеренность физической величины записывается как произведение символов основной величины (MLT) возведенных в определенные степени.

Билет №4.

Характеристики (параметры) измерительных приборов. Цена деления, класс точности приборов.

Измерительные приборы бывают аналоговые (всегда следят за измеряемой величиной) и цифровые (“однократное” измерение).

По точности измерений приборы делятся на:

Эталонные (0,1 ; 0,2)

Лабораторные (0,5 ; 1)

Щитовые (1,5 ; 2,5)

Индикаторные (4)

Параметры приборов:

Предел измерения (номинальное значение). Определяет диапазон измерения, максимальное значение, на которое рассчитан прибор. Существуют многопредельные приборы.

Чувствительность. Численно равна отклонению указателя, соответствующему единице измерения.

Цена деления (величина, обратная чувствительности) – число единиц измеряемой величины в одном делении шкалы.

Биле №6.

Виды материи. Основные признаки вещества.

Материя – это все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека и другие объекты. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас представляет собой материю. Неотъемлемое свойство материи есть движение. Без движения нет материи и наоборот. Движение материи – любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействий. В современном естествознании различают три вида материи: вещество, физическое поле и физ. вакуум.

Вещество – основной вид материи, обладающей массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия составляющих его атомов и молекул, что и обуславливает различные агрегатные состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Переход вещества из одного состояния в другое можно рассматривать как один из видов движения материи.

Физическое поле – особый вид материи, обеспечивающий физ. взаимодействие материальных объектов и их систем. Это состояние среды, в каждой точке которой заданы опред. значения физич. величины. К физическим полям относятся электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, а также волновые (квантовые поля), соответствующие различным частицам. Источником физических полей являются частицы.

Физический вакуум – это состояние с минимальной энергией всех физических полей. Рассматривается особый вид материи, когда отсутствуют реальные частицы, но постоянно рождаются и быстро исчезают виртуальные частицы, которые могут взаимодействовать при определенных условиях с реальными.

Биле № 7.

Фундаментальные взаимодействия, их проявление и роль в природных процессах.

Все взаимодействия можно отнести к 4 видам фундаментальных взаимодействий: гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому.

Гравитационное взаимодействие проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу. Оно передается посредством гравитационного поля и определяется законом всемирного тяготения, сформулированным Ньютоном (F=G*m1*m2/r2). Законом всемирного тяготения описываются падение материальных тел в поле Земли, движение планет Солнечной системы, звезд и т.п. Переносчиками гравит. взаимодействия являются гравитоны - частицы с нулевой массой, кванты гравит. поля.

Электромагнитное взаимодействие обусловлено электрическими зарядами и передается посредством электрич-го и магнит-го полей. Благодаря э/м взаимод-ю существуют атомы и молекулы, происходят химич-е превращения вещества, возникают силы трения, упругости и т.д. Переносчиками э/м взаимодействия явл. фотоны – кванты э/м поля с нулевой массой.

Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре. Оно опред-ся ядерными силами, облад-их. зарядовой независимостью, короткодействием, насыщением и др. свойствами. Отвечает за стабильность атомных ядер. Сильное взаим-е передается глюонами.

В слабом взаимодействии участвуют все элементарные частицы, кроме фотона. Оно обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействие нейтрино с веществом и другие процессы. Благодаря слабым взаимодействиям возможны термоядерные реакции и формирование атомных ядер в недрах звезд. Переносчиками являются вионы – частицы с массой  в 100 раз большей массы протонов и нейтронов.

Билет№9

Источники электрического поля, напряженность и потенциал поля. Эл. поле -особая форма материи, посредством кот. осуществляется взаимодействие между эл. заряженными частицами. Источники-подвижные и неподвижные заряж. частицы и тела. Эл поле описывается силовыми (напряженность) и энергетическими(потенциал) хар-ками. Напряженность -силовая хар-ка поля, физ величина, равная отношению силы, действ. На помещенный в данную точку поля точечный эл заряд. E=F/q, где Е-напряж-ть эл поля, F-сила, с кот поле действует на положительный точечный заряд, q-величина заряда. Напряж-ть Эл поля численно равна силе, дейтвующей на неподвижный единичный положит точечный заряд (пробный заряд).Единица измерения напряж-ти: 1 Н/Кл или 1 В/м, т.е.1 Н/Кл=1 В/м. Напряж-ть- векторная величина. Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положит заряд, и противоположно направлению силы, действ на отриц заряд. Вектор напряж-ти в любой точке Эл поля направлен вдоль прямой, соединяющей эту точку и заряд, причем если заряд положит(q>0), то вектор Е направлен от заряда, а если отриц(q<0), то к заряду. Потенциал электростатического поля() -энергетич хар-ка эл поля; скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к этому заряду: =Wр /q, где Wp=q*E*d – потенциальная энергия заряда в однородном электрост поле, q-заряд поля, Е-напряж-ть поля,d-расстояние между точками поля. Потенциал опред потенц энергию заряда q в данной точке поля и не зависит от величины этого заряда. Потенц энергия в электрост поле: Wр=q* Величина потенциала в данной точке зависит от выбора точки с нулевым потенциалом.Точка с нулевым потенциалом может быть выбрана произвольно.U=1-2 – разность потенциалов,т.е. расстояние потенциалов начальной и конечной точек траектории заряда.

Билет№8

Концепция физического поля. Виды полей и их характеристики.

Эл. поле-особая форма материи, посредством кот. осуществляется взаимодействие между эл. заряженными частицами. Эл поле-одна из частей электромагнитного поля, особенностью кот явл то, что поде созд. эл зарядами или заряженными телами, а также действует на них с некоторой силой. Эл поле материально: оно сущ. Независимо от нас в пространстве, обладает опред св-вами, главное из кот –действие на другие эл заряды назависимо от того, подвижны они или нет. Соврем физика основывается на теории близкодействия(Фарадей и Максвелл) Согласно этой теории, электромагнитные поля распространяются с конечной скоростью, равной скорости света(с=3*10в8 м/с), и взаимодействуют на электрически заряженные частицы, нах в пространстве. Т.о., каждый Эл заряд созд в окружающем пространстве эл поле. Эл поле описывается силовыми (напряженность) и энергетическими(потенциал) хар-ками. Эл поле неподвижных заряженных частиц – электростатическое.

Магнитное поле -особая форма материи, посредством кот. осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряж частицами. Магн поле созд движ электрическими зарядами(эл током0, намагниченными телами(магнитами) и переменным во времени эл полем(в этом случае магн поле также явл переменным, т.е. его хар-ки изменяются с течением времени). Магн поле непрерывно в пространстве и обнаруживается по действию на движ эл заряды(эл ток). Оно также действует на намагниченные тела независимо от того, движутся они или нет. Для хар-ки вводится физ еличина – индукция магн поля(В). Для хар-ки магн поля в вакууме вводится еще одна величина – напряж-ть магн поля(Н), кот не зависит от свойств среды,а опред только силой тока и формой проводника. Напряж-ть магн поля-векторная величина, совпадающая в однородной среде с направлением вектора магн индукции. В=*0*Н. Графически магн поле можно изобразить линиями магн индукции.

Билет №10

Источники магнитного поля. Действие поля на движущийся в нем электрический заряд.

Магнитное поле-особая форма материи, посредством кот. осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряж частицами. Источники - движущиеся эл заряды (эл ток), намагниченные телам(магнит) и переменное во времени эл поле(в этом случае магн поле также явл переменным, т.е. его хар-ки изменяются с течением времени). Магн поле обнаруживается по его действию на движ эл заряды, т.е. эл ток. Сила, с кот магн поле действует на помещенный в него проводник с током, наз силой Ампера. Существование этой силы можно объяснить тем, что магн поле действует на движ заряды внутри проводника, а поскольку эти заряды не могут из него вырваться, то действующая на них общая сила оказывается приложенной к проводнику. Т.О., силу Ампера можно рассм как сумму сил, действующих на свободные заряды в проводнике с током. Такое объяснение выдвинул Лоренц. На эл заряд, движ в магн поле, действует сила Лоренца: Fл=q*v*sina

Билет 12

Основные положения классической механики. Роль Ньютона в разработке механистической картины мира.

Классическая механика Ньютона сыграла и играет до сих пор огромную роль в развитии естествознания. Она объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных условиях, составляет основу для многих технических достижений в течение длительного времени. На ее фундаменте формировались многие методы научных исследований в различных отраслях естествознания. Примером большого успеха механистического представления физических процессов можно считать разработку молекулярно-кинетической теории вещества, позволившей понять тепловые процессы.

В основе классической механики лежит концепция Ньютона. Сущность ее в следующем: физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени, материальной точки и силы (взаимодействия материальных точек). В ньютоновской концепции под физическими событиями следует понимать движение материальных точек в пространстве, управляемое неизменными законами.

В 1667 г. Ньютон сформулировал три закона динамики, составляющие основной раздел классической механики. Законы Ньютона играют исключительную роль в механике и являются (как и большинство физических законов) обобщением результатов огромного человеческого опыта.

Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние.

Стремление тела сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называется инертностью, или инерцией.

Для количественной формулировки второго закона динамики вводятся понятия ускорения, массы тела и силы. Масса тела (m) – физическая величина – одна из основных характеристик материи, определяющая ее инерциальные (инертная масса) и гравитационные (тяжелая или гравитационная масса) свойства. Сила (F) – это векторная величина, мера механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры. Ускорением (а) характеризуется быстрота изменения скорости движения тела.

Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе и обратно пропорционально массе материальной точки (тела): a=F/m .

Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета (ИСО). Первый закон Ньютона можно получить из второго: в случае равенства нулю равнодействующих сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно нулю. Однако первый закон Ньютона рассматривается как самостоятельный закон, а не как следствие второго закона, так как именно он утверждает существование ИСО.

Третий закон Ньютона (о взаимодействии между материальными точками (телами)): всякое действие материальных точек (тел) друг на друга носит характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки: F12=-F21,

где F12 - сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй; F21 – сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы. Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек, характеризующихся парным взаимодействием.

Билет №13

Законы сохранения, импульса, момента импульса.

Весьма важным для понимания законов природы является принцип инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени, т.е. параллельных переносов начала координат и начала отсчета времени. Он формулируется так: смещение во времени и в пространстве не влияет на протекание физических процессов.

Инвариантность непосредственно связана с симметрией, представляющей собой неизменность структуры материального объекта относительно его преобразований, т.е. изменения ряда физических условий.

В широком смысле симметрия означает инвариантность как неизменность свойств системы при некотором изменении (преобразовании) ее параметров. Наглядным примером пространственных симметрий физических систем является кристаллическая структура твердых тел.

Из сформулированного принципа инвариантности относительно сдвигов в пространстве и во времени следует симметрия пространства и времени, называемая однородностью пространства и времени.

Однородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел как целого ее физические свойства и законы движения не изменяются, иными словами, не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчета.

Из свойства симметрии пространства – его однородности следует закон сохранения импульса: импульс замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени (импульс-количество движения): p=mV. Закон сохранения импульса справедлив не только в классической физике, хотя он и получен как следствие законов Ньютона. Эксперименты доказывают, что он выполняется и для замкнутых систем микрочастиц, подчиняющихся законам квантовой механики. Импульс сохраняется и в незамкнутой системы, если геометрическая сумма всех внешних сил равна нулю. Закон сохранения импульса носит универсальный характер и является фундаментальным законом природы.

Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени.

Из однородности времени следует закон сохранения механической энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т.е. не изменяется со временем. Консервативные силы действуют только в потенциальных полях, характеризующихся тем, что работа, совершаемая действующими силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений. Если же работа, совершаемая силой, зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую, то такая сила называется диссипативной; например сила трения.

Диссипация (рассеяние энергии)– процесс уменьшение механической энергии из-за преобразования ее в другие (немеханические) формы энергии. Все реальные системы в природе диссипативные.

Закон сохранения и превращения энергии – фундаментальный закон природы; он справедлив как для систем макроскопических тел, так и для микросистем.

Таким образом, энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой. Энергия – универсальная мера различных форм движения и взаимодействия.

Изотропность пространства означает инвариантность физических законов относительно выбора направлений осей координат системы отсчета (относительно поворота замкнутой системы в пространстве на любой угол).

Из изотропности пространства следует фундаментальный закон природы – закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени: M=LmV (L – радиус-вектор).

Билет №14.

Развитие представлений о пространстве и времени. Принцип относительности Галилея, понятие инерциальных систем отсчета. Время–это то, что показывают часы. Принцип работы часов может быть основан на многих физических явлениях и процессах. В более строгом определении время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого физического процесса или явления; оно универсально. Ньютон различал абсолютное и относительное время. Абсолютное протекает равномерно и наз-ся длительностью. Относительное время есть изменчивая мера продолжительности. Абсолютное время не имеет физического смысла. Время всегда относительно. Во-первых, течение времени зависит от скорости движения системы отсчета. При большой скорости время замедляется, возникает релятивистское замедление времени. Во-вторых, поле тяготения приводит к гравитационному замедлению времени. Важная особенность времени выражена в постулате времени: одинаковые во всех отношениях явления происходят за одинаковое время. Пространство выражает порядок сосуществования физических тел.Ньютон ввел понятие абсолют. пространства, кот. может быть совершенно пустым и существует независимо от наличия в нем физич. тел, являясь как бы мировой сферой, где разыгрываются физ. процессы. Пустое пространство-идеальное пространство. Механич. движение относительно, и его характер зависит от системы отсчета. Та система, по отношению к которой выполняется I закон Ньютона, наз-ся инерциальной. Это такая система, кот. либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно относительно какой-то другой инерциальной системы. Во всех инерциальных системах отсчета законы классич. динамики имеют одинаковую форму; в этом сущность механич. принципа относительности-принципа относит. Галилея. Он означает, что уравнения динамики при переходе от одной инерциальной системы к другой не изменяются, т.е. инвариантны по отношению к преобразованию координат. Современ. формулировка: физич. процессы не зависят от равномерного от равномерного и прямолинейного движения системы отсчета. Инвариантность означает неизменность физич. величин или свойств природных объектов при переходе то одной системы отсчета к другой.

Билет №15.

Концепция специальной теории относительности Эйнштейна. С.т.о. представляет собой современную физич. теорию пространства и времени, в кот. время однородно, а пространство однородно и изотропно. В основе с.т.о. лежат постулаты Эйнштейна: 1) принцип относит.: никакие опыты, проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой; 2) принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. 1 постулат утверждает, что физич. законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета. Все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны. Согласно 2 постулату, постоянство скорости света в вакууме-фундаментальное свойство природы. С.т.о. потребовала отказа от привычных классич. представлений о пространстве и времени, т.к. они противоречили принципу постоянства скорости света. Потеряло смысл не только абсолютн. пространство, но и абсолютн. время.

Билет №16.

Пространственно-временной континуум. Спец. теория относит. объединила пространство и время в единый континуум пространство-время. Основанием для такого объединения послужил и постулат о предельной скорости передачи взаимодействий материальных тел – скорости света и принцип относительности. Из данной теории следует относительность одновременности двух событий, происшедших в разных точках пространства, а также относительность измерений длин и интервалов времени, произведенных в разных системах отсчета, движущихся относительно друг друга. Все это означает, что для реального мира пространство и время имеет не абсолютный, а относительный характер. Материя создает и формирует свойства пространства-времени. Любая масса искривляет пространство-время.

Билет №18

Двойственная природа света. Интерференция, дифракция, фотоэффект -экспериментальное подтверждение этой двойственности.

Волновые свойства света.

Основную ценность начальной стадии развития волновой теории света представляет принцип, сформулированный Гюйгенсом, а затем развитый Френелем. Принцип Гюйгенса-Френеля состоит в том, что каждая точка, до которой дошло световое возбуждение, в свою очередь становится источником вторичных волн и передает их во все стороны соседним точкам.

Наиболее наглядно волновые свойства света проявляются в явлениях интерференции и дифракции.