Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Мы поможем в написании вашей работы!  
 

Дидактическая единица № 3. Структурные уровни и система организации материи

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒


Темы:

1. Микро-, макро- и мегамиры.

2. Системные уровни организации материи.

3. Структуры микромира.

4. Химические системы.

5. Особенности биологического уровня организации материи.

Задание 1.Ниже приведены основные характеристики макро- и микромира. Используйте этот комментарий и другие источники информации для выполнения задания
Макромир и микромир - две специфические области объективной реальности, различающиеся уровнем структурной организации материи. Сфера макроявления - это обычный мир, в котором живет и действует человек (земные тела, кристаллы, большие молекулы и др.). Качественно иную область представляет микромир (атомы, ядра, элементарные частицы и др.), где размеры объектов меньше миллиардных долей сантиметра, а временные промежутки порядка миллиардных долей секунды, т. е. непосредственно недоступны наблюдению. Каждый из этих миров характеризуется своеобразием строения материи, пространственно-временных и причинных отношений, закономерностей движения. Так, в макромире материальные объекты имеют резко выраженную прерывную, корпускулярную или непрерывную, волновую природу и их движение подчиняется динамическим законам классической механики. Для явлений микромира, напротив, характерна тесная связь корпускулярных и волновых свойств, которая находит свое выражение в статистических законах квантовой механики. Своеобразная граница раздела макро- и микромира была установлена в связи с открытием так называемой постоянной Планка. Существенным аспектом этой новой константы явилась «конечность взаимодействия», означавшая, что любые взаимодействия между объектами в микромире (в т. ч. между прибором и микрочастицей) не могут быть меньше значения кванта действия. Специфика макро- и микромира находит свое отражение в познании, приводит к ограничению сферы применимости старых физических теорий и возникновению новых (теория относительности, квантовая механика, физика элементарных частиц). Современные «физические идеалисты», абсолютизируя различие макро- и микромира, особенности их познания, приходят к отрицанию объективности и познаваемости микромира. В действительности же наука показывает тесную связь между макро- и микромиром и обнаруживает, в частности, возможности появления макроскопических объектов при столкновении микрочастиц высокой энергии.
Задание: 1. По аналогии с характеристикой макро- и микромира приведите краткую характеристику мегамира.  
Мегамир – это мир объектов, которые несоизмеримо больше человека.

2. Приведите примеры объектов, которые составляют мегамир. Дайте этим объектам краткое определение.

Звезды, планеты, вселенная.

3. Ниже приведён список основных единиц, используемых для измерения расстояний в мегамире. Найдите в учебниках и справочниках значения этих единиц и выясните, какие единицы используются для измерения расстояний в Солнечной системе, в нашей Галактике (Млечный путь), в межгалактических пространствах Вселенной:

Название единицы Количественная характеристика Область применения
1. Астрономический год 365,25 дней единица измерения времени
2. Световой год 31 557 600 секунд внесистемная единица длины
3. Астрономическая единица 149 597 870 700 метров единица измерения расстояний
4. Парсек ≈ 206 264,8 а. е. = 3,0856776·1016 м = 30,8568 трлн км (петаметров) = 3,2616 светового года единица измерения расстояний
5. Километр 1000 метров единица измерения расстояний
Задание 2.Воспользуйтесь тезаурусом из УМК по дисциплине «Концепции современного естествознания» для знакомства с системными уровнями организации материи (Тема 3, раздел 2). Найдите в справочниках, энциклопедических словарях, Интернете определения для следующих понятий:
1. Целостность: внутреннее единство объекта, его относительная автономность,независимость от окружающей среды.
2. Системность: это рассмотрение каждого объекта как части более сложной системы.
3. Аддитивность: свойство величин, состоящее в том, что значение величины, соответствующее целому объекту, равно сумме значений величин, соответствующих его частям, в некотором классе возможных разбиений объекта на части.
4. Интегративность: Этот термин часто употребляют как синоним целостности. Однако им подчеркивают интерес не к внешним факторам проявления целостности, а к более глубоким причинам формирования этого свойства и, главное,— к его сохранению.
5. Иерархичность: закономерность построения всего мира и любой выделенной из него системы.
Задание 3.Пояснительный текст даёт общую характеристику элементарным частицам как реально существующим или гипотетическим объектам микромира. Используйте его для поиска ответов на приведённые в задании вопросы
Всем элементарным частицам присущи две основные черты:
  • все частицы (пока существуют) остаются неизменными. Все частицы одного сорта остаются абсолютно одинаковыми, т.е. они неразличимы;
  • все частицы могут рождаться и исчезать, эти процессы, как правило, происходят при взаимодействии частиц. При столкновении двух и более энергетических частиц могут рождаться множество новых. Теоретики при рассмотрении взаимодействия частиц исходят из закона сохранении энергии и закона сохранения импульса при прогнозировании процессов.
Появившееся столь значительное количество элементарных частиц потребовало классификации, все частицы разбиты на 2 класса:
  1. Частицы, участвующие в сильных взаимодействиях, такие частицы назвали адронами.
  2. Частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях - лептоны.
Количество адронов оказалось столь большим, что многие физики сделали предположение, что они имеют сложную структуру. На сегодняшний день можно предположить, что адроны состоят из кварков. Самое необычное свойство кварков заключается в том, что они существуют только внутри адронов и не наблюдаются как самостоятельно существующие частицы. Когда провели изменение импульса протона (адронной частицы), движущегося с высокой скоростью, обнаружили, что полный импульс кварков не равен импульсу протона. Это привело к мысли о том, что помимо кварков в ядре есть еще частицы (суммарные количество энергии кварков около 50% от протона), которые не обладают зарядом. Эти частицы названы глюоны, посчитали, что именно они осуществляют взаимодействие между кварками. Элементарными частицами называют такие частицы, которые не удается расщепить на составные части. В соответствии с этим определением атомы и молекулы не являются элементарными частицами. Термин "элементарные частицы" не следует воспринимать слишком буквально. Элементарными частицами следует считать электроны, протоны, нейтроны, фотоны и нейтрино.Нейтрино - это частица, предсказанная в 1930 г. физиком Пауэлем. Она уникальна, подвержена действию только слабых сил, ее взаимодействие с веществом ничтожно, поэтому эта частичка может легко проходить сквозь Землю. Античастицы отличаются от соответствующих им частиц только зарядом. Все остальные характеристики подобны им. Из этого следует, что в системе частиц и античастиц сумма зарядов равна нулю. Когда говорят о частицах, выделяют стабильные (указанные выше фотоны, нейтрино и т.п.) и нестабильные. В 1932 г. в составе космических лучей был открыт позитрон, имеющий такую же массу как электрон, но противоположный по знаку заряда. В 1936 г. были открыты частицы - мюоны, с положительным и отрицательным зарядом. По своим свойствам они похожи на электроны, но в 200 раз тяжелее. В 1947 г. в космических лучах обнаружены положительные и отрицательные частицы п-мезоны, они в 280 раз тяжелее электрона. С 1949-52 были открыты к-мезоны и гипероны - эти частицы получили название странных частиц, поскольку оказалось, что прямого отношения к образованию вещества эти частицы не имеют.
1. Приведите определение фундаментальных частиц. Какие из них являются базовыми структурными элементами микромира?  
Фундамента́льная части́ца — бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего времени не удалось описать как составную. В настоящее время термин применяется преимущественно для лептонов и кварков (по 6 частиц каждого рода, вместе с античастицами, составляют набор из 24 фундаментальных частиц) в совокупности с калибровочными бозонами (частицами-переносчиками фундаментальных взаимодействий).

2. Раскройте физическую сущность античастиц. Приведите их определение и примеры. Какова функция античастиц с точки зрения современного естествознания? Воспользуйтесь рисунком ниже и другими источниками информации.

 
Античасти́ца — частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от неё знаками всех других характеристик взаимодействия (зарядов, таких как электрическийи цветовой заряды, барионное и лептонное квантовые числа).  
3. Самой крупной композицией элементарных частиц является ядро атома. Приведите общие характеристики структуры и свойств ядра атома.  
А́томное ядро́ — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров, что в более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома. Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые связаны между собой при помощи сильного взаимодействия. Протон и нейтрон обладают собственным моментом количества движения (спином), равным и связанным с ним магнитным моментом. Количество протонов в ядре называется его зарядовым числом — это число равно порядковому номеру элемента, к которому относится атом, в таблице Менделеева. Количество протонов в ядре определяет структуру электронной оболочки нейтрального атома и, таким образом, химические свойства соответствующего элемента. Количество нейтронов в ядре называется его изотопическим числом . Ядра с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов называются изотопами. Ядра с одинаковым числом нейтронов, но разным числом протонов — называются изотонами. Термины изотоп и изотон используются также применительно к атомам, содержащим указанные ядра, а также для характеристики нехимических разновидностей одного химического элемента. Полное количество нуклонов в ядре называется его массовым числом () и приблизительно равно средней массе атома, указанной в таблице Менделеева. Нуклиды с одинаковым массовым числом, но разным протон-нейтронным составом принято называть изобарами.
Задание 4.С античных времён атом считается материальной основой мира. Однако представления о нём изменились в связи с достижениями физики. Воспользуйтесь учебной литературой и другими источниками информации для выполнения задания.
  Планетарная модель атома В конце 90-ых гг. 19-го века, при изучении распада радиоактивных веществ были получены данные, свидетельствующие о делимости атомов. А в 1897 г. английский физик Томсон открыл электрон, измерил заряд и массу. Далее Резерфорд (физик) и Содди (химик) представили радиоактивность как результат изменения внутренней структуры атомов и превращения одних химических элементов в другие. Проводя дальнейшие исследования, учёные вывели планетарную модель строения атомов. Согласно этой модели, атом состоит из ядра имеющего положительный заряд и вращающихся вокруг него по определенным орбитам отрицательно заряженных электронов.
Задание: 1. Приведите современное определение атома как объекта микромира:  
А́том (от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

2. Приведите определение изотопов как вариантов атомов одного элемента

 

3. Дайте характеристику электрону и понятию электронных состояний в атоме.

 

4. Приведите характеристики, которые помогают различить понятие атома и химического элемента.

 
Задание 5.Атомизм стал основой для развития химии. В этой отрасли естествознания появилось несколько концепций, которые продолжают развиваться. Ниже приведено задание, где предлагается дать формулировки и краткое содержание некоторых концепций химии.
  Модель молекулы сложного органического вещества Основу химических взаимодействий составляют электромагнитные поля и электромагнитные взаимодействия. Пояснительный текст справа даёт общую характеристику электромагнетизму с физической точки зрения и с позиций химического взаимодействия. Электромагнитные поля составляют неотъемлемую часть факторов, при воздействии которых формировалась живая природа. Электрические, электрохимические, электробиологические процессы являются необходимой частью процессов функционирования живого организма. Наша среда обитания крайне насыщена различными излучениями, космического и земного происхождения. Эти излучения были всегда, и жизнь сформировалась при их присутствии. Живые организмы сами являются источниками слабых электромагнитных излучений. Электромагнитные взаимодействия - тип фундаментальных взаимодействий (наряду с гравитационным, слабым и сильным), который характеризуется участием электромагнитного поля в процессах взаимодействия. Электромагнитное поле (в квантовой физике — фотоны) либо излучается или поглощается при взаимодействии, либо переносит взаимодействие между телами. Так, притяжение между двумя неподвижными телами, обладающими разноимёнными электрическими зарядами, осуществляется посредством электрического поля, создаваемого этими зарядами; сила притяжения пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон Кулона)  

1. Приведите основные положения концепции химического вещества и молекулы.

 

2. Концепция химической реакции является основой современной химии. Приведите её основные положения.

 

3. Для химических реакций имеют значение некоторые условия и катализаторы. Приведите разъяснения относительно приведённых ниже участников реакции и внешних условий.

1. Концентрация вещества:
2. Температура:
3. Катализатор:
4. Полимеризация:

Задание 6. Живое является одним из определяющих структурных уровней организации материи. Оно имеет особенности и в строении и в функциях. Изучите эти отличия, выполнив предложенные задания.
  Таракан   Живые организмы относятся к числу открытых систем, где многочисленные структурные элементы объединяются в единство за счёт потока вещества и энергии от входа в систему к выходу из неё. Такой принцип организации имеют и неживые системы. Отличие живых систем состоит в их неимоверной сложности, поразительном неравновесном состоянии в окружении неживой среды и очень высокой эффективности в окружении чрезвычайно неэффективных неживых систем. Благодаря этим системным особенностям, живое уже сотни миллионов лет назад образовало поразительно сложные и необычайно выносливые формы (см. пример слева).
1. Особенностью химического состава живых организмов являются химические элементы, которые в высокой концентрации встречаются только в живых системах. Дайте определение некоторым группам химических элементов и характеристику некоторых веществ.  
1. Элементы-органогены (список):
2. Углерод (особенности)
3. Вода (химические и физические свойства):

2. Особенностью структуры живого является клетка. Приведите её определение и перечислите основные структурные элементы.

 

3. Живые организмы существуют в форме видов, которые имеют исторически сложившуюся иерархию от наиболее простых по строению до самых сложных. Предложите свой ряд видов (семейств, отрядов, типов) от простых к сложным.

→ → → → →
Задание 7.К системным особенностям живого относятся некоторые функциональные свойства живого. Ниже приведены некоторые примеры, которые следует охарактеризовать на уровне определения и краткого пояснения.
1. Хиральность: отсутствие симметрии относительно правой и левой стороны. Например, если отражение объекта в идеальном плоском зеркале отличается от самого объекта, то объекту присуща хиральность.  
2. Метаболизм: набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.  
3. Самовоспроизведение (размножение): присущее всем живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни.  
4. Гомеостаз: саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия.  
Задание 8. Органические биополимеры (макромолекулы) являются особенностью живого вообще и ядерного вещества клеток – в частности. Ниже приведены задания, выполнение которых позволит вспомнить важные особенности и процессы, отличающие живое от неживого.
  Схема молекулы ДНК   Модель молекулы ДНК Нуклеиновые кислоты относятся к биополимерам по своей химической природе. Однако они отличаются рядом свойств, которые могут проявляться только в составе живого организма в присутствии биокатализаторов. К таким свойствам относится их способность к самоудвоению, передаче информации от ДНК к РНК, а также способность кодировать структуру молекул белка и строить их в результате специфического биохимического процесса.
1. Расшифруйте аббревиатуры ДНК и РНК.  
Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) Рибонуклеи́новая кислота́ (РНК)

2. Дайте краткую характеристику некоторым процессам, характерным для биополимеров в клетке:

1. Репликация: процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки.
2. Транскрипция: процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.
3. Трансляция: процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой.
4. Комплементарность: взаимное соответствие молекул биополимеров или их фрагментов, обеспечивающее образование связей между пространственно взаимодополняющими (комплементарными) фрагментами молекул или их структурных фрагментов вследствие супрамолекулярных взаимодействий (образование водородных связей, гидрофобных взаимодействий, электростатических взаимодействий заряженных функциональных групп и т. п.).

3. Нуклеотиды являются основой нуклеиновых кислот (их мономерами). Ниже приведено задание, которое можно выполнить, воспользовавшись приведённым выше принципом комплементарности.

3.1. Последовательность нуклеотидов в одной цепочке ДНК: Г А Ц Т

↓ ↓ ↓ ↓

Последовательность нуклеотидов в другой цепочке ДНК:

Последовательность нуклеотидов матричной

ДНК: Г А Ц Т

Последовательность нуклеотидов в

информационной

РНК:

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒


Дата публикования: 2015-01-14; Прочитано: 757 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!

studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.015 с)...