Номер 6, страница 44, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Физика и мир, в котором мы живём. Параграф 10. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 6, страница 44.

Условие.

• Изучение объектов микромира.

Решение.

Изучение объектов микромира — это область физики, которая занимается исследованием материи на самых малых масштабах, от молекул и атомов до элементарных частиц. Поведение объектов в микромире кардинально отличается от привычного нам макромира и описывается законами квантовой механики.

Что такое микромир и его объекты

Микромир — это мир объектов, размеры которых составляют порядка $10^{-6}$ м и меньше. К объектам микромира относятся:

Молекулы — наименьшие частицы вещества, состоящие из двух или более атомов, соединенных химическими связями.

Атомы — основные "строительные блоки" вещества, состоящие из плотного центрального ядра (содержащего протоны и нейтроны) и облака электронов, окружающего ядро.

Элементарные частицы — частицы, которые, согласно современным представлениям, не состоят из других, более мелких частиц. Они классифицируются в рамках Стандартной модели:

• Кварки: фундаментальные составляющие протонов и нейтронов (например, протон состоит из двух верхних (up) и одного нижнего (down) кварка).
• Лептоны: к ним относятся электрон, мюон, тау-лептон и соответствующие им нейтрино. Они не участвуют в сильном ядерном взаимодействии.
• Бозоны: частицы-переносчики взаимодействий. Например, фотон переносит электромагнитное взаимодействие, а глюоны — сильное ядерное взаимодействие.

Ответ: Объектами микромира являются молекулы, атомы и элементарные частицы (кварки, лептоны, бозоны), чье поведение подчиняется законам квантовой физики.

Фундаментальные законы микромира

Классическая механика Ньютона неприменима для описания микрообъектов. Их поведение описывает квантовая механика, основанная на нескольких ключевых принципах:

Корпускулярно-волновой дуализм: Любой объект микромира (например, электрон) обладает свойствами и частицы (имеет массу, может быть локализован), и волны (способен к дифракции и интерференции). Длина волны де Бройля для частицы связана с ее импульсом $\text{p}$ соотношением: $λ = h/p$, где $\text{h}$ — постоянная Планка.

Принцип неопределенности Гейзенберга: Невозможно одновременно с абсолютной точностью измерить некоторые пары физических величин, например, координату ($\text{x}$) и импульс ($\text{p}$) частицы. Математически это выражается как $Δx ⋅ Δp_x ≥ ħ/2$, где $Δx$ и $Δp_x$ — неопределенности координаты и импульса, а $ħ$ — редуцированная постоянная Планка.

Квантование: Многие физические величины в микромире могут принимать только определенные, дискретные значения. Например, энергия электрона в атоме не может быть любой — она соответствует строго определенным энергетическим уровням.

Вероятностный характер: Квантовая механика не предсказывает точный результат одного измерения, а лишь вероятности различных исходов. Состояние частицы описывается волновой функцией $Ψ$, а квадрат ее модуля $|Ψ|^2$ определяет плотность вероятности нахождения частицы в данной точке пространства.

Ответ: Основные принципы изучения микромира включают корпускулярно-волновой дуализм, принцип неопределенности, квантование физических величин и вероятностный характер описания явлений.

Методы изучения микромира

Поскольку объекты микромира невозможно увидеть напрямую, для их изучения используются косвенные методы и сложное оборудование:

Ускорители частиц: Устройства (например, Большой адронный коллайдер), в которых частицы разгоняются до околосветовых скоростей и сталкиваются друг с другом. Анализируя продукты этих столкновений с помощью детекторов, ученые получают информацию о структуре материи и фундаментальных взаимодействиях.

Детекторы частиц: Сложные приборы, регистрирующие траектории, энергию и другие характеристики частиц, рождающихся в экспериментах. Примерами могут служить искровые камеры, пузырьковые камеры и современные полупроводниковые детекторы.

Спектроскопия: Анализ спектров излучения и поглощения атомов и молекул. Каждому веществу соответствует уникальный линейчатый спектр, который является "отпечатком пальца" его атомной или молекулярной структуры и напрямую связан с квантованными уровнями энергии.

Электронная и туннельная микроскопия: Методы, позволяющие получать изображения с атомным разрешением. Электронный микроскоп использует пучок электронов вместо света, а сканирующий туннельный микроскоп регистрирует ток электронов, туннелирующих между острой иглой и исследуемой поверхностью, что позволяет "увидеть" отдельные атомы.

Ответ: Изучение микромира проводится с помощью ускорителей и детекторов элементарных частиц, методов спектроскопии, а также электронной и сканирующей туннельной микроскопии.