 |
|
ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ
Задание 5.1 (выберите варианты согласно указанной последовательности).
Укажите последовательность возникновения форм движения материи в ходе эволюции Вселенной:
Варианты ответа:
3 Биологическая. 2Химическая. 1Физическая.
Обоснование ответа. После образования Вселенной в результате Большого
Взрыва единственной формой движения была физическая. В процессе этого
этапа эволюции из кварк-глюонной плазмы образовались элементарные частицы, в том числе нуклоны и электроны, затем ядра атомов и, наконец атомы водорода и гелия. В результате термоядерного синтеза в недрах звёзд, а также при их взрывах сформировались все известные в настоящее время химические элементы. Эти элементы вступали в химические реакции, образуя разнообразные неорганические и органические химические соединения. Наконец, при определенных условиях на Земле около 3,5 млрд лет назад возникли живые организмы и началась биологическая стадия эволюции материи.
Правильной является последовательность: 1) физическая; 2) химическая; 3)биологическая.
Задание 5.2 (выберите один вариант ответа).
Понятие «движение» в естествознании означает ...
Варианты ответа:
1.Только перемещение тел в пространстве.
2.Только процесс деления клеток (митоз).
3.Только процесс химических реакций.
4.Изменение состояния тел, способ существования материи.
Обоснование ответа. Перемещение тел в пространстве — это движение в механике. Деление клеток — это «движение» в биологии. Химические реакции — это «движение» в химии. Общее определение движения, которое годится для всех областей естествознания, дается четвертым вариантом ответа.
Правильным является вариант ответа: 4) изменение состояния тел, способ существования материи.
Задание 5.3 (выберите один вариант ответа).
Состояние движения, которое обеспечивает стабильность предмета, сохранение его качеств, называется ...
Варианты ответа:
1. Равновесием.
2.Статикой.
3. Статичностью.
4. Покоем.
Обоснование ответа. Вариант ответа в данном задании не является очевидным. Попробуем воспользоваться методом исключения. Равновесие — это такое состояние, когда небольшие изменения приводят к возвращению системы в это состояние. В этом случае следует говорить не о стабильности самого предмета, а о стабильности его состояния, положения. Статичность — это независимость от времени. Статичность состояния — это независимость состояния от времени, при этом тело может перемещаться в пространстве с постоянной скоростью или даже вращаться, если это электрон, находящийся в статическом (постоянном) магнитном поле. Статика — это раздел механики, изучающий тела в состоянии равновесия. Наконец, покой — это состояние, при котором ничего не изменяется со временем.
Правильным является вариант ответа: 4) покоем.
Задание 5.4 (выберите варианты ответа согласно указанной последовательности).
Расположите представления о движении в порядке их возникновения:
Варианты ответа:
1Существуют два вида движения: «естественное» и «насильственное».
2Существует один вид движения — механическое перемещение тел в пространстве и времени.
3 Существует множество форм движения материи.
Обоснование ответа. Представление о «естественном» и «насильственном» движении тел существовало в Древней Греции. Например, падение тел происходит потому, что это движение «естественное». К концу XVII в., в связи с развитием классической механики единственным видом движения, к которому могут быть сведены все природные явления, считалось механическое перемещение тел в пространстве и во времени. Наконец, начиная с середины XIX в. и до настоящего времени сложилось представление о множественности форм движения материи.
Правильной является последовательность: 1) существуют два вида движения: «естественное» и «насильственное»; 2) существует один вид движения — механическое перемещение тел в пространстве и времени; 3) существует множество форм движения материи.
Задание 5.5 (выберите один вариант ответа).
Пространственное перемещение представляет собой ... форму движения.
Варианты ответа:
1.Химическую.
2.Электромагнитную.
3.Гравитационную.
4.Механическую.
Обоснование ответа. Сразу следует исключить ответы «химическая» и «электромагнитная». Гравитационные движения являются перемещениями, однако они представляют собой частный случай механической формы движения.
Правильным является вариант ответа: 4) механическую.
Задание 5.6 (выберите один вариант ответа).
Процесс превращения одних молекул в другие относится к ... формам движения материи.
Варианты ответа:
1.Физическим.
2.Механическим.
3.Биологическим.
4.Химическим.
Обоснование ответа. Ответ на вопрос этого задания не должен вызвать затруднения.
Правильным является вариант ответа: 4) химическим.
Задание 5.7 (выберите один вариант ответа).
Совокупность последовательных положений, занимаемых телом в процессе движения, — это ...
Варианты ответа:
1. Равновесие.
2.Траектория.
3.Равноускоренное движение.
4.Идеальное движение.
Обоснование ответа. Одной из основных характеристик механического движения является траектория, представляющая непрерывную линию, которую описывает точка при своем движении в координатном пространстве.
Правильным является вариант ответа: 2) траектория.
Задание 5.8 (выберите один правильный ответ).
Согласно Аристотелю, все движения делятся на два класса:
Варианты ответа:
1. Вниз и вверх.
2.Вправо и влево.
3.Естественное и насильственное.
4.Круговое и прямолинейное.
Обоснование ответа. Аристотель ввел понятие естественных и насилъственных движений тел. Для земных тел естественным является перемещение или вниз («тяжелые» тела), или вверх («легкие» тела). Для небесных тел естественным предполагалось их круговое движение вокруг Земли как центра Космоса. Насильственное движение объяснялось действием сил на тела, и оно прекращалось, если сила переставала действовать. Представления об естественных и насильственных движениях вытекали из повседневной практики и наблюдений за движением тел в реальной жизни и были приняты в науке до эпохи Галилея и Ньютона.
Правильным является вариант ответа: 3) естественное и насильственное.
6.РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
6.1.Во времена Аристотеля взаимодействие представляли себе как одностороннее воздействие движущего на движимое, причем воздействие передается при непосредственном контакте (первоначальная, наивная форма концепции близкодействия).
6.2.В классической механике из фундаментальных взаимодействий было известно только гравитационное взаимодействие, которое описывается законом всемирного тяготения
| F=G | m1 m2 |
| r2 |
где F — сила взаимодействия, G — универсальная гравитационная постоянная, равная 6,67-Ю-11 Н*м2/кг2, т,, т2— массы взаимодействующих тел,r— расстояние между ними. Гравитационное взаимодействие передается через пустоту на любые расстояния с бесконечной скоростью (концепция дальнодействия). Физическая природа других взаимодействий, например сил трения, тепловых, в то время была неизвестной.
6.3.Движение тел в классической механике описывается уравнением
F = та,
где F — сила, т — масса, а — ускорение. Это уравнение известно как второй закон Ньютона
F = dP/dt,
где Р — импульс, Р = mv. Фактически сила, действующая на то или иное тело, определяется положением этого тела относительно других тел и скоростью изменения этого положения. В этом смысле сила является характеристикой взаимодействия. Сила является сугубо классическим понятием. В квантовой механике этого понятия нет.
6.4.В большинстве случаев сила подчиняется принципу суперпозиции, когда результирующая сила F, действующая на объект со стороны других тел, равна векторной сумме сил F;, действующих на объект со стороны каждого тела
F= ∑ Fi
6.5.В 1830-е годы великий английский физик М. Фарадей выдвинул новый подход к природе электрических взаимодействий, который стали называть концепцией близкодействия. В соответствии с этой концепцией тело А, имеющее заряд qA, создает в пространстве то, что Фарадей назвал электрическим полем. Другое тело B, имеющее заряд qB, «чувствует» это поле в том месте, где оно (тело В) находится. Это проявляется в том, что на тело В действует сила
| FB = | kqAqB | er |
| r2 |
k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц зрения, г— расстояние между телами A и В, ег— единичный вектор правлении от А к В. То же самое можно сказать и о заряженном теле А, которое со стороны электрического поля, созданного телом В, действует сила Fa = -FB. Таким образом, введенное Фарадеем поле является как бы промежуточным звеном, «переносчиком» электрического взаимодействия.
6.6.В современной научной картине мира рассматриваются четыре фунда- ментальных взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Как и в случае с гравитационным полем, существуют объекты (элементарные частицы), являющиеся источниками соответствующего взаимодействия, и частицы — переносчики взаимодействия. Источниками сильного взаимодействия являются адроны (к ним относятся и нуклоны — протоны и нейтроны), а сам процесс сильного взаимодействия рассматривается как обмен глюонами. Электромагнитное взаимодействие переносится фотонами и и осуществляется между электрически заряженными телами. Слабое взаимодействие имеет место в ядерных процессах, его участники — все из- 'ные элементарные частицы, а частицы, переносящие это взаимодействие,. называются промежуточными бозонами. Наконец, гравитационное взаимод ействие имеет место между всеми частицами (телами), а сам процесс взаи- модействия — это обмен гравитонами.
6.7.Эффективность всех этих взаимодействий определяется массой частиц-переносчиков и способностью его зарядов (не только электрических) взаимно компенсироваться. Самое эффективное («сильное») — это сильное взаимодействие, правда, оно быстро уменьшается с расстоянием и на длине -10-15 м уже равно нулю. Следующим является электромагнитное взаимодействие, его радиус действия неограничен, правда, сила уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния (закон Кулона). Слабое взаимодействие во много раз «слабее» электромагнитного и тоже, как сильное, проявляется на очень малых расстояниях (< 10-16 м). Самое слабое — это гравитационное взаимодействие.
6.8.В микромире, в первую очередь в ядрах атомов, преобладает сильное взаимодействие, хотя важную роль играют и слабое, и электромагнитное. В макро-мире (начиная с атомных масштабов и заканчивая свойствами вещества) главным становится электромагнитное взаимодействие, небольшую роль играет грави- тационное взаимодействие. В мегамире (планетные системы, звезды, галактики) определяющим становится гравитационное взаимодействие, лишь в некоторых процессах слабо проявляется электромагнитное взаимодействие.
ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ
Задание 6.1 (выберите один вариант ответа).
Фундаментальные взаимодействия по величине относительной интенсивности (от большей к меньшей) располагаются в следующем порядке:
Варианты ответа:
1.Слабое, гравитационное, сильное, электромагнитное.
2.Электромагнитное, гравитационное, сильное, слабое.
3.Гравитационное, электромагнитное, слабое, сильное.
4.Сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное.
Обоснование ответа. В настоящее время известны четыре фундаментальные взаимодействия. Самое интенсивное из них — сильное (или ядерное). Оно связывает нуклоны в ядре и действует на очень малых расстояниях (порядка размеров ядра). Примерно в сто раз слабее электромагнитное взаимодействие, которое имеет характер притяжения или отталкивания между электрическими зарядами. Имеет неограниченный радиус действия. Следующим по порядку в сторону уменьшения интенсивности идет слабое взаимодействие, которое, как и сильное, проявляется на очень малых расстояниях. Играет важную роль в термоядерных реакциях. Наконец, самым «слабым» является универсальное гравитационное взаимодействие.
Правильным является вариант ответа: 4) сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное.
Задание 6.2 (заполните пропуск).
Стабильное вращение планет Солнечной системы вокруг Солнца обеспечивается за счет ... взаимодействия.
Варианты ответа:
1.Электромагнитного.
2.Слабого.
3.Гравитационного.
4.Сильного.
Обоснование ответа. В масштабах мегамира определяющим взаимодействием становится гравитационное.
Правильным является вариант ответа: 3) гравитационного.
Задание 6.3 (выберите один вариант ответа).
Взаимодействие, которое имеет универсальный характер, выступает всегда в виде сил притяжения, является самым слабым на ядерных расстояниях, называется ...
Варианты ответа:
1.Гравитационным.
2.Электромагнитным.
3.Слабым.
4.Сильным.
Обоснование ответа. Универсальным, имеющим характер притяжения, самым слабым на ядерных расстояниях является гравитационное взаимодействие. Следует отметить, что на совсем малых расстояниях (порядка так называемой «планковской длины» 10_33см) гравитационное взаимодействие по силе «догоняет» все остальные фундаментальные взаимодействия.
Правильным является вариант ответа: 1) гравитационным.
Задание 6.4 (выберите один вариант ответа).
Квантово-полевая модель взаимодействия возникла на основе концепции ...
Варианты ответа:
1.Корпускулярно-волнового дуализма.
2.Дальнодействия.
3.Суперпозиции.
4.Дополнительности.
Обоснование ответа. Название «квантово-полевая модель взаимодействия» возникла в физике, когда стало ясно, что электромагнитные волны (свет) ведут себя в одних экспериментах как волны, а в других — как частицы, обладающие определенными порциями (квантами) энергии. Электромагнитное взаимодействие при таком подходе стали интерпретировать как обмен квантами электромагнитного поля. Этим и определяется выбор первого варианта ответа на поставленный вопрос.
Правильным является вариант ответа: 1) корпускулярно-волнового дуализма.
Задание 6.5 (выберите несколько вариантов ответа).
Фундаментальные взаимодействия характеризуются ...
Варианты ответа:
1.Направлением воздействия, энергией.
2.Степенью универсальности, единицей измерения.
3.Радиусом действия, частицей-переносчиком.
4.Константой взаимодействия, временем действия.
Обоснование ответа. Когда классифицируют фундаментальные взаимодействия, то в первую очередь интересуются их частицами-переносчиками. Сильное взаимодействие переносится глюонами, электромагнитное — фотонами, слабое — бозонами, а гравитационное — гравитонами. Важной характеристикой фундаментальных взаимодействий является радиус действия. Для сильного и слабого взаимодействия этот радиус очень мал, порядка размеров ядра (а для слабого и того меньше). Интенсивности взаимодействий сравнивают, указывая их безразмерные константы. Например, для сильного это 14,6, для электромагнитного — 1/137, для слабого — 10-10, для гравитационного — 10-18. С интенсивностью взаимодействия тесно связано время действия.
Правильными являются варианты ответов: 3) радиусом действия, частицей-переносчиком; 4) константой взаимодействия, временем действия.
Задание 6.6 (выберите один вариант ответа).
Согласно концепции ... любое взаимодействие между структурами может быть передано только между соседними точками пространства за конечный промежуток времени.
Варианты ответа:
1.Причинности.
2.Близкодействия.
3.Дальнодействия.
4.Континуальности.
Обоснование ответа. Во времена Ньютона общепринятой была концепция дальнодействия, в соответствии с которой взаимодействие передается мгновенно через пустое пространство. Нужно признать, что сам Ньютон скептически относился к этой концепции, считая ее недостаточно физичной. В начале XIX в. великий английский физик М. Фарадей реанимировал другую концепцию взаимодействия — близкодействие. В соответствии с этой концепцией взаимодействие передается от одного взаимодействующего объекта к другому с помощью «посредника» — физического поля. При этом, как стало ясно впоследствии, это взаимодействие передается с конечной скоростью, не превышающей скорости света.
Правильным является вариант ответа: 2) близкодействие.
Задание 6.7 (выберите один вариант ответа).
За процесс излучения фотонов, за связь атомных электронов с ядром и связь атомов в молекулах ответственно ... взаимодействие.
Варианты ответа:
1.Гравитационное.
2.Слабое.
3.Сильное.
4.Электромагнитное.
Обоснование ответа. Правильный ответ на этот вопрос находится в п. 6.8 основных сведений: в макромире определяющим является электромагнитное взаимодействие.
Правильным является вариант ответа: 4) электромагнитное.
Задание 6.8 (выберите несколько вариантов ответа).
Гравитационное взаимодействие ...
Варианты ответа:
1.В мегамире является определяющим.
2.Переносится фотонами.
3.Не действует в макромире.
4.Свойственно всем материальным объектам.
Обоснование ответа. Гравитационное взаимодействие является определяющим в мегамире, однако оно свойственно всем материальным объектам, поэтому проявляется и в макромире. Переносится гравитационное взаимодействие не фотонами, а гравитонами (гипотетическими элементарными частицами).
Правильными являются варианты ответа: 1) в мегамире является определяющим; 4)свойственно всем материальным объектам.
II