Федеральное агентство по образованию

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

Кафедра физики

Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б.

Концепции современного естествознания

Лабораторный практикум

для студентов всех форм обучения

специальностей:

080105(0604), 080109(0605), 080102(0606),

080507(0611), 030501(0211), 030301(0204).

070601(0524),050701(3513)

www. mgutm.ru

МОСКВА 2009

УДК 5

Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б. Лабораторный практикум по дисциплине «Концепции современного естествознания.»– М.: МГУТУ, 2009.

Данное пособие включает описание техники лабораторных работ, краткие теоретические сведения по соответствующим разделам дисциплины КСЕ, а также контрольные вопросы и тестовые задания для контроля усвоения материала.

Предназначено для студентов I курса всех форм обучения

специальностей: 080105(0604), 080109(0605), 080102(0606), 080507(0611), 030501(0211), 030301(0204). 070601(0524),050701(3513)

Авторы : Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б.

Рецензент к.т.н. Самсонов Г.А.

Редактор Свешникова Н.И.

Московский Государственный университет технологий и управления, 2008.

109004, Москва, Земляной вал, 73. Содержание

Лабораторная работа №1А…………………………………………….4

Лабораторная работа №1Б…………………………………………….10

Лабораторная работа №2.….………………………………………….13

Лабораторная работа №3..…………………………………………….21

Лабораторная работа №4..…………………………………………….30

Лабораторная работа №1 Изучение корпускулярно-волнового дуализма материи

Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств, связей, отношений и форм движения. При этом она включает в себя не только все наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те которые не даны человеку в ощущениях. Окружающий мир – это движущаяся материя в бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми свойствами, связями и отношениями. Все объекты в мире обладают внутренней упорядоченностью и системной организацией. Исходя из системного подхода к природе, материя делится на два больших класса материальных систем: живую и неживую природу.

В живой природе основными элементами выступают белки и нуклеиновые кислоты, клетка и одноклеточные организмы, многоклеточные организмы, органы и ткани, популяции, биоценоз, живое вещество планеты. В системе неживой природы структурными элементами являются элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты и планетарные системы, звезды и звездные системы, галактики, метагалактики и Вселенная в целом.

Как известно, классическая физика исходит из коренного различия между понятиями частицы и волны. Считается, что частица обладает конечным числом степеней свободы, строгой траекторией движения, отсутствием интерференции и дифракции. Волна же обладает бесконечным числом степеней свободы, отсутствием траектории, ибо каждая точка пространства, куда приходит возбуждение, сама становится источником вторичных волн. Явление интерференции и дифракции – не что иное, как наложение друг на друга когерентных волн; то есть эти явления отражают волновую природу конкретных материальных процессов.

Вся классическая физика строится исходя из представлений о непрерывной природе пространства, времени, движения, непрерывного характера изменения всех физических величин. Гениальная гипотеза, высказанная М. Планком в связи с разрешением кризисной ситуации, которая сложилась в физике в конце XIX века при исследовании законов излучения абсолютно черного тела, постулирует, что вещество не может излучать или поглощать энергию иначе как конечными порциями (квантами), пропорциональными излучаемой (или поглощаемой) частоте. Энергия одной порции (кванта)

E = h,

где  - частота излучения, а h – универсальная константа, получившая название постоянной Планка, или элементарного кванта действия. Открытие Планка не перечеркивало ряд эффектов, в которых свет проявляет свои волновые свойства. Но при этом были открыты явления, свидетельствующие о корпускулярной природе света. К таким явлениям относится фотоэффект – испускание веществом электронов под воздействием электромагнитного излучения. Таким образом, заговорили о корпускулярно-волновом дуализме света: в одних ситуациях свет ведет себя как волна; а в других ситуациях свет ведет себя как поток частиц (фотонов).

В 1924 году известный французский физик Луи де Бройль распространил идею о двойственной корпускулярно-волновой природе света на все материальные объекты. Согласно де Бройлю, любой частице материи можно поставить в соответствие волну, длина которой обратно пропорциональна импульс частицы:

 = h/p

где  - длина волны, p –импульс частицы, равный произведению ее массы на скорость: p = mv, h – постоянная Планка.

Экспериментально эта гипотеза была подтверждена в 1927 году американскими физиками К. Девиссоном и Л. Джермером, впервые обнаружившими явление дифракции электронов в кристалле никеля. Как мы уже знаем, явление дифракции свидетельствует о типично волновом характере явления. Впоследствии такая же дифракционная картина была обнаружена у протонов, нейтронов и других элементарных частиц при прохождении ими через дифракционную решетку.

Таким образом, было установлено, что материальные частицы, такие, как электрон, протон, нейтрон и другие, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Это принципиально новое явление было названо корпускулярно-волновым дуализмом.