Тема 2. Классическая картина мира

I. Самостоятельная работа студентов (6 часов)
Задание 1 по работе с учебником
Изучить тему «3.1. Макромир: концепции классического естествознания» по основному учебнику [1], по материалам темы составить конспект, в который необходимо выписать всех физиков, внесших вклад в становление классической картины мира и кратко охарактеризовать его.
Задание 2 по работе с учебником и конспектом лекций
В словарь «Терминов и понятий» выписать все термины изучаемой темы и их определения: пространство, время, абсолютность пространства, абсолютность времени, координата, скорость, ускорение, импульс, сила, взаимодействие, кинетическая энергия, потенциальная энергия, законы Ньютона, закон Всемирного тяготения, закон сохранения импульса, закон сохранения полной механической энергии.
Задание 3 по работе с учебником и конспектом лекций
Заполните схему-конспект, вписав свойства пространства и времени в классической картине мире:
Задание 4 по работе с учебником и конспектом лекций
Заполните таблицу, вписав картину мира и физическую теорию для каждого приведенного утверждения:
Утверждение Картина мира / физическая теория Длины линейки из АТТ не зависит от ее скорости. Классическая картина мира / Классическая механика. Длина линейки из АТТ зависит от ее скорости.   Длина линейки из АТТ зависит от силы гравитационного поля.   Ход идеальных часов не зависит от их скорости.   Ход идеальных часов зависит от их скорости.   Ход идеальных часов зависит силы гравитационного поля.   Ход идеальных часов не зависит от силы гравитационного поля.
Задание 5 по работе с учебником и конспектом лекций
Заполните таблицу, вписав тип симметрии пространства-времени, соответствующий закону сохранения:   Закон сохранения Симметрия 1. Энергии   2. Импульса   3. Момента импульса
Тесты (контрольные задания для самопроверки)
1. Тесты с одним вариантом ответа (Выберите один правильный ответ)
1.1.	Состояние системы в классической механике определяется:	1. давлением 2. координатами и скоростями всех элементов системы 3. температурой. 4. функцией вероятности.
1.2.	Кинетическая энергия зависит:	1. от положения тела. 2. от химического состава тела. 3. от массы и скорости тела. 4. только от массы тела. 5. только от скорости тела.
1.3.	Потенциальная энергия зависит от:	1. кинетической энергии. 2. скорости тела. 3. положения тела по отношению к другим телам. 4. массы тела.
1.4.	Закон сохранения импульса следует из:	1. изотропности времени 2. изотропности и однородности времени 3. изотропности пространства 4. однородности времени 5. однородности пространства
1.5.	Закон сохранения энергии вытекает из:	1. изотропности пространства 2. однородности времени 3. изотропности времени 4. изотропности и однородности времени
1.6.	Пространство и время в механической картине мира существуют:	1. независимо друг от друга и абсолютны 2. как единая структура и абсолютны 3. независимо друг от друга и относительны 4. как единая структура и относительны
1.7.	Согласно механической картине мира пространственные размеры тел:	1. изменяются в зависимости от скорости движения, а время течет одинаково во всех системах отсчета 2. не зависят от скорости движения, а темп времени изменяется 3. и временные интервалы изменяются в зависимости от скорости движения 4. и временные интервалы неизменны во всех системах отсчета
1.8.	Согласно теореме Э.Нетер, трансляционная симметрия пространства соответствует закону сохранения:	1. импульса. 2. энергии. 3. момента импульса. 4. электрического заряда.
1.9.	Неизменность свойств объекта по отношению к выполненным над ним преобразованием – это:	1. симметрия. 2. асимметрия. 3. хиральность. 4. ассимиляция.
1.10.	Инерциальными называются системы отсчета, относительно которых материальная точка без внешних воздействий движется:	1. равноускоренно или покоится 2. равномерно по окружности 3. равномерно, прямолинейно или покоится 4. равномерно или равноускоренно
2. Тесты множественного выбора (Выберите несколько правильных ответов)
2.1.	Масса тела является мерой:	1. силы тяжести. 2. инертности. 3. тяготения. 4. устойчивости. 5. веса тела.
2.2.	Тело сохраняет свое состояние движения, если на тело:	1. не действуют силы. 2. действует только сила трения. 3. действует постоянная сила. 4. действуют силы, кроме силы трения.
2.3.	Действие силы на тело вызывает:	1. изменение состояния движения. 2. ускорение. 3. деформацию. 4. скорость движения.
2.4.	Потенциальная энергия изменяется при:	1. изменении взаимного расположения тел в пространстве. 2. растяжении пружины. 3. ускорении движущегося тела. 4. действии сил трения.
2.5.	Кинетическая энергия тел изменяется:	1. при движении в поле силы тяжести. 2. в состоянии статического равновесия. 3. при равномерном движении по окружности. 4. при ускоренном движении. 5. при упругом столкновении тел.
2.6.	Потенциальная и кинетическая энергии переходят друг в друга:	1. в колебательном движении тел. 2. в состоянии покоя. 3. при движении под действием силы трения. 4. при движении тел в поле силы тяжести.
2.7.	Закон сохранения импульса проявляется в:	1. явлении отдачи при выстреле. 2. движении по инерции. 3. движении планет по замкнутой траектории. 4. реактивном движении ракет. 5. вращательном движении планет вокруг оси.
2.8.	Закон сохранения механической энергии проявляется при:	1. свободном колебательном движении тел. 2. движении тел в поле силы тяжести. 3. движении под действием силы трения. 4. неупругом соударении тел. 5. упругом соударении тел.
2.9.	При колебаниях маятника без учета трения:	1. кинетическая энергия превращается в потенциальную. 3. кинетическая энергия превращается в тепловую. 4. потенциальная энергия превращается в тепловую. 5. тепловая энергия превращается в потенциальную. 2. потенциальная энергия превращается в кинетическую.
2.10.	Согласно механической картине мира:	1. во всех системах отсчета время течёт одинаково. 2. с возрастанием скорости движения тела его масса увеличивается. 3. в инерциальных системах отсчета, движущихся с большими скоростями, темп времени замедляется. 4. пространственные размеры тел в покоящихся и движущихся системах отсчета остаются одинаковыми.
3. Тесты на соответствие
3.1.	Для каждого из приведенных понятий подберите соответствующее определение: 1. Кинетическая энергия 2. Потенциальная энергия 3. Импульс 4. Сила	1. Величина, характеризующая действие одного тела на другое. 2. Часть полной механической энергии, которой обладает тело вследствие своего движения. 3. Часть полной механической энергии, которой обладает тело вследствие взаимодействия с другими телами, или с частями самого тела. 4. Произведение массы тела на его скорость.
3.2.	Для каждого из приведенных понятий найдите соответствующую формулу: 1. Кинетическая энергия 2. Импульс 3. Второй закон Ньютона 4. Закон Всемирного тяготения	1. 3.   2. 4.
3.3.	Соответствие свойств симметрии закону сохранения: 1. Однородность пространства. 2. Однородность времени. 3. Изотропность пространства. 4. Изотропность времени.	1. Закон сохранения механической энергии. 2. Закон сохранения импульса. 3. Закон сохранения момента импульса.
4. Бинарные тесты (Оцените правомерность предлагаемых утверждений словами «верно/неверно»)
4.1.	При увеличении скорости кинетическая энергия увеличивается.
4.2.	Для двух тел одинаковой массы импульс зависит от скорости.
4.3.	Потенциальная энергия может иметь любой знак.
4.4.	Кинетическая энергия может быть отрицательной.
4.5.	В замкнутой системе тел полная механическая энергия не изменяется.
6. Тесты дополнения (Впишите на месте прочерка пропущенные слова)
6.1.	Размерность физического пространства равна ___.
6.2.	Размерность времени равна ___.
6.3	В классической картине мира пространство и время считаются ___.
6.4.	Ход идеальных часов в классической картине мира ____ от их скорости.
6.5.	Ход идеальных часов в классической картине мира ___ от силы гравитационного поля.
II. Практическое занятие (2 часа)
1.	Заслушивание докладов.
2.	Разбор определений основных понятий.
3.	Опрос студентов по заданиям практикума.
Темы докладов
1.	Развитие взглядов на пространство и время в истории науки.
2.	Конечность и бесконечность пространства и времени.
3.	Энергия. Кинетическая и потенциальная энергия.
4.	Законы сохранения и их связь со свойствами пространство и времени.

После изучения Темы 2 «Классическая картина мира» студент должен:

иметь представление:

· о возникновении и развитии классической картины мира;

· о классической механике, как науке описывающей механическое движение.

знать:

· понятие пространства и времени в классической физике;

· понятие состояния (координата, скорость, энергия) в классической физике;

· закон сохранения энергии.

уметь:

· вычислять скорость, ускорение и координату теля при различных видах движения;

· применять закон сохранения энергии для простейших случаев.

Тема 3. Термодинамика

I. Самостоятельная работа студентов (6 часов)
Задание 1 по работе с учебником
Изучить тему «2.3.2. Синергетика – теория самоорганизации» по основному учебнику [1]. По материалам темы составить краткий конспект, в котором необходимо обосновать появление науки синергетики.
Задание 2 по работе с учебником и конспектом лекций
В словарь «Терминов и понятий» выписать все термины изучаемой темы и их определения: термодинамика, абсолютная температура, количество теплоты, равновесное состояние, неравновесное состояние, равновесный процесс, неравновесный процесс, первое начало термодинамики, второе начало термодинамики, энтропия, закон возрастания энтропии, хаос, синергетика, точка бифуркации.
Задание 3 по работе с учебником и конспектом лекций
Выберите верное утверждение и обоснуйте его: А) Соотношение динамических и статистических законов: 1. статистические законы более полно и глубоко отражают объективные связи в природе, так как они учитывают реально существующую в мире случайность. 2. наиболее фундаментальными являются динамические законы в силу своей строгости и однозначности. 3. статистические законы – это промежуточный этап, позволяющий описать поведение совокупности микрообъектов, но не дающий возможности точно описать поведение отдельных микрообъектов. 4. динамические законы являются основными, первичными, а статистические законы являются следствием ограниченности наших способностей познания мира.
Б) Соотношение динамических и статистических теорий: 1. сначала возникает приближенная статистическая теория, которая по мере уточнения превращается в строгую динамическую теорию. 2. все фундаментальные динамические теории содержат в качестве своего приближения соответствующие статистические теории. 3. все фундаментальные статистические теории содержат в качестве своего приближения соответствующие динамические теории при условии, что можно пренебречь случайностью 4. динамические теории – это наиболее глубокие, наиболее общие формы описания всех физических закономерностей.
Задание 4 по работе с учебником и конспектом лекций
Выберите динамические теории (статистическая механика, общая теория относительности, релятивистская механика, классическая механика, электронная теория, специальная теория относительности, электродинамика Максвелла, термодинамика неравновесных процессов, квантовая механика, кинетическая теория газов, равновесная термодинамика, классическая электродинамика, теория гравитации).
Задание 5 по работе с учебником и конспектом лекций
Заполните таблицу, вписав поведение энтропии (увеличение, уменьшение, неизменность) для каждого процесса.
Процесс Поведение энтропии 1. плавления вещества   2. конденсации паров   3. испарения жидкости   4. кристаллизации вещества из раствора   5. растворения вещества   6. нагревание физического тела   7. охлаждение физического тела   8. образование смесей   9. сублимация (переход из твердого состояния в газообразное)
Тесты (контрольные задания для самопроверки)
1. Тесты с одним вариантом ответа (Выберите один правильный ответ)
1.1.	Синергетика это:	1. теория самоорганизации. 2. теория малой гравитации. 3. теория большой гравитации. 4. раздел электродинамики.
1.2.	Абсолютная температура может быть:	1. положительной. 2. отрицательной. 3. и положительной, и отрицательной.
1.3.	Энтропия связана с:	1. координатами. 2. гравитацией. 3. беспорядком.
1.4.	Абсолютная температура это температура по шкале:	1. Цельсия. 2. Кельвина. 3. Фаренгейта. 4. времени.
1.5.	Неравновесное состояние это состояние системы, в котором:	1. давление и температура в разных частях системы одинаковы. 2. давление и температура в разных частях системы разные. 3. давление равно температуре. 4. температура равна давлению.
1.6.	Для макротел первое начало термодинамики выполняется:	1. только для равновесных процессов. 2. только для неравновесных процессов. 3. всегда. 4. никогда.
1.7.	Важность закона возрастания энтропии:	1. выделяет направление времени. 2. определяет время процесса. 3. определяет энергию процесса. 4. определяет температуры процесса.
1.8.	В равновесном состоянии энтропия:	1. увеличивается. 2. уменьшается. 3. остается постоянной. 4. может меняться любым образом.
1.9.	Прибор, который измеряет энтропию называется:	1. энтропометр. 2. термометр. 3. датчик энтропии. 4. нет такого прибора.
1.10.	«Стрела» времени связана с:	1. необратимостью времени. 2. безграничностью времени. 3. бесконечностью времени. 4. изотропностью времени. 5. относительностью времени.
2. Тесты множественного выбора (Выберите несколько правильных ответов)
2.1.	Состояние системы в термодинамике определяется:	1. давлением. 2. объемом. 3. температурой. 4. скоростями элементов системы. 5. координатами элементов системы.
2.2.	Если состояние системы равновесное, то:	1. температура во всех местах одинаковая. 2. давление во всех местах одинаковое. 3. температура может быть различной. 4. давление может быть различным.
2.3.	Если состояние системы неравновесное, то:	1. температура во всех местах одинаковая. 2. давление во всех местах одинаковое. 3. температура может быть различной. 4. давление может быть различным.
2.4.	Минимально возможная температура в природе:	1. – 273 oС. 2. – 273 oК. 3. 0 oС. 4. 0 oК. 5. любая температура возможна.
2.5.	Необходимыми условиями самоорганизации являются:	1. самоорганизующиеся системы должны быть неравновесными. 2. системы, в которых происходит самоорганизация, нелинейны. 3. системы должны быть линейными. 4. самоорганизующиеся системы должны быть изолированными.
2.6.	Определения, соответствующие понятию «самоорганизация»:	1. самопроизвольный переход от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации материи. 2. превращение хаоса в порядок. 3. переход к состоянию с более высоким значением энтропии. 4. стремление к разрушению спонтанно возникшей упорядоченности.
2.7.	Ведущими идеями современной естественнонаучной картины мира являются:	1. универсальный эволюционизм. 2. фрагментарность. 3. комплементарность. 4. самоорганизация.
2.8.	В точке бифуркации:	1. плавно осуществляется переход в новое устойчивое состояние. 2. система выбирает определенный путь развития, который требует минимальной энергии. 3. неоднозначен выбор пути дальнейшего развития. 4. система достигает критического состояния, переход из которого осуществляется скачком.
2.9.	Синергетика является:	1. междисциплинарным научным направлением 2. теорией самоорганизации. 3. прикладной наукой. 4. лженаукой.
2.10.	Самоорганизующимися системами являются:	1. популяция. 2. планета Земля. 3. равновесная система. 4. замкнутый реактор, в котором происходит процесс.
3. Тесты на соответствие (Соответствие понятия формуле)
3.1.	1. Первое начало термодинамики. 2. Второе начало термодинамики для равновесных процессов. 3. Второе начало термодинамики для неравновесных процессов. 4. Абсолютная температура.	1. 3. 2. 4.
4. Бинарные тесты (Оцените правомерность предлагаемых утверждений словами «верно/неверно»)
4.1.	При увеличении температуры энтропия возрастает.
4.2.	Энтропия – мера порядка.
4.3.	В равновесном состоянии энтропия максимальна.
4.4.	В замкнутой системе энтропия может убывать.
4.5.	Закон возрастания энтропии определяет ход времени.
6. Тесты дополнения (Впишите на месте прочерка пропущенные слова)
6.1.	Температура – одна из функций состояния в ___.
6.2.	Давление – одна из функций состояния в ___.
6.3.	Энтропия – мера ___.
6.4.	При неравновесных процессах энтропия ___.
6.5.	Закон возрастания энтропии ___ направление времени.
II. Практическое занятие (2 часа)
1.	Заслушивание докладов
2.	Разбор определений основных понятий
3.	Опрос студентов по заданиям практикума
Темы докладов
1.	Принцип локально равновесия для неравновесных процессов.
2.	Стационарные неравновесные состояния и принцип Ле Шателье.
3.	Беспорядок и хаос в больших системах.
4.	Пороговый характер самоорганизации и представление о теории катастроф.

После изучения Темы 3 «Термодинамика» студент должен:

иметь представление об:

· термодинамике, как науке описывающей макроскопические системы;

· синергетике, как науке описывающей процессы самоорганизации.

знать:

· закон сохранения энергии для макротел (первое начало термодинамики);

· закон возрастания энтропии.

уметь:

· отличать равновесный процесс от неравновесного процесса.