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自然科学概论哥白尼牛顿序论一、科学1、概念科学在这里指的自然科学，它是关于人对自然的认识，它最终要表现为关于自然的系统化、理论的知识。科学的最初成果是用概念来描述自然现象的发现，继而进行说明、解释，以至预见新的自然现象，最后形成某种概念的体系，成为一门学科。2、发展（1）科学的觉醒时期。（2）科学的空前发展时期。（3）科学的改造时期。（4）科学的发展加大了人们对科学本身的反思。二、技术1、概念所谓技术就是人们在对自然的控制、改造、和利用的过程中所积累的知识、经验、技巧、规则的总和。技术的最初成果是通过构思而得到的发明，任何发明都表明它是人对自然控制和改造的结果，最终实现人对自然利用的目的。2、发展（1）技术愿意为“木匠”。507年鲁班被称为技艺高超匠人的化身。（2）18世纪英国瓦特发明了蒸气机，使技术由量的积累实现了质的飞跃。这也是近代史上第一次技术革命和产业革命。（3）19世纪70年代，电动机、发电机的先后问世，继而在20世纪又实现了远距离传输，是近代史上第二次科技革命。（4）20世纪中叶，原子弹、电子计算机、空间技术的发展，开始了第三次科技革命，也是现代技术革命。第1章近代自然科学的初步发展1.1科学革命的突破一、天文学上的革命二、医学生理学的革命1.2经典力学的奠基一、开普勒在天空中“立法”，得出了行星运行的三大规律。（1）行星运行的轨道是椭圆的，太阳正处在椭圆的一个焦点上。（2）行星和太阳的连线扫过的面积与时间正比（3）行星公转周期与轨道半长轴的立方成正比。二、伽利略的“斜面实验”（1）小球在光滑斜面上运动时，加速度相等，距离与时间的平方正比。（2）在光滑的水平面上运动时作匀速直线运动。（3）对平抛运动作了初步的分析。1.3近代科学的第一次大综合。一、运动三定律。（1）任何物体在不受外力的情况下总保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态。（2）f=ma（3）F＝－f’二、万有引力定律F=G(m1*m2)/R2G=6.67*10(-11)1.4其他科学的发展（1）法国化学家拉瓦锡发现了燃烧原理。（2）库仑定律。（3）伏打电池。第二章第一次产业革命、技术革命和科学中心的转移一、英国产业革命和技术革命产生的背景（1）英国资产阶级通过革命取得了政权，为资本主义的发展铺平了道路。（2）生产的发展，对技术提出了迫切的需求。（3）3个世纪的圈地运动，造就了大批的无产者。（4）农业耕作技术的改革与改良为工业革命准备了粮食和原材料。（5）英国通过殖民统治，积累了大量的资本二、纺织技术―――产业革命的源头1、背景2、纺织工业改造的过程中对动力提出了特别的需求。（1）1733年英国钟表匠凯伊发明了飞梭，使织布的效率提高一倍，出现了纱荒。（2）哈格里沃斯发明了竖锭纺车―――珍妮纺车。（3）珍妮机带动的纱锭越来越多，人力作为动力越来越困难，1769年理发师阿克赖特发明了水力纺纱机。（4）1785年水力织布机问世。（5）由于水力受自然条件的制约，加之限制厂房的选址。需要寻找更方便的动力。三、钢铁、煤碳业的发展为动力机的出现提供了物质基础。四、蒸气机的发明和改进。（1）英国塞维利研制了第一台“矿工之友”的蒸气抽水机。（2）铁匠纽可门研制了“大气蒸气机”。（3）1784年修理工瓦特对蒸气机进行了改进并发明了旋转蒸气机，这样便出现了真正的原动机。2.2法国的产业革命和科学的兴衰第三章近代自然科学的全面发展3.1天地演化的研究1.1755年德国哲学家康德提出了关于太阳系起源的星云假说2.1796年法国天文学家拉普拉斯也独立的提出了星云假说，发表了＜＜宇宙系统论＞＞，使的星云假说更加完善、数学论证也更加严密，开始普遍受到人们的关注。3.威廉.史密斯提出了”化石组合“鉴定地层层位和层序的方法，为历史地质学的发展奠定了基础。4.法国的居维叶在他的＜＜论地球表面的变动＞＞中提出了“灾变论“他强调地质过程的突变和飞跃。5.英国的地质学家赖尔在他的＜＜地质学原理＞＞中提出了地球缓慢变化的“渐变论”.3.2物理学的进展1.能量守恒定律的发现和热力学及其意义2.电磁现象的研究（一）研究电池产生电流的原因。（1）伏打主张的：“接触说”。（2）法拉第主张的：“化学说”。（二）研究电流在导体中传导的规律。欧姆定律：R=U/I（三）研究电流的各种作用。A：电解作用的研究B：关于电和热的研究C：电磁关系的研究（1）奥斯特关于电流对其周围磁体作用的问题。（2）法国物理学家安培：两根导线之间的作用；电磁效应的定量定律；电动力学的概念；判断电流对磁体作用的“安培法则”；提出了电流是电荷沿导体运动的思想。（3）法拉第发现了电磁感应现象，提出了电力线的概念。（4）麦克斯维写成了电磁理论的名著＜＜认电和磁＞＞，给出了一个严谨的电动力学的体系。3.3化学上的成就。（一）原子分子论的建立。（1）英国科学家道尔顿在19世纪初提出的原子论：A：化学元素是由大量微小、不可再分、在化学变化中保持不变的原子所组成。B：同种元素的原子重量相同，性质相同，原子以其重量为基本特征。C：不同元素的原子以不同比例组合成化合物。（2）分子论的建立。（二）有机物的合成和有机结构理论。1、在1828年德国化学家维勒就成功地实现了人工合成尿素的任务，从而打破了有机物和无机物之间不能跃过的障碍。2、19世纪30年代提出有机物是由“基”组成的，并发现基可以被其他简单物所取代。还提出了c的四价。3、60年代俄国化学家布特列烙夫系统地提出了化学结构理论，指出通过物质性质可以了解物质的结构，知道了物质的结构也可以预测物质的性质。3.4生物学的飞跃（一）细胞学说（二）生物进化论的诞生。第四章第二次产业革命1.德国在产业革命前夕的科技情况1851-1900英、法、德、美在基础科学、技术科学取得的重大成果英国法国美国德国106项75项33项202项一、德国的崛起2.李比希学派二、美国的崛起1.重视农业、工业和农业的紧密联系。2.基础设施建设先行.3.组织创新.4.加强科技与经济的结合。5.引进与创新相结合。6.管理出效益。第二编现代自然科学第五章物理学革命及其影响一、相对论表述的是物质运动与时空的关系。1.狭义相对论中的“尺缩钟慢”。2.广义的相对论L=l.√1-v2/c2￣￣￣⊿T=⊿t’/√1-v2/c2￣￣￣二、量子力学1.量子假说的提出。(1)黑体的腔壁是由无数电谐振子组成的，这些谐振子不断吸收和辐射电磁波并与腔内辐射场交换能量。（2）这些谐振子具有的能量是分立的，它们只能是一个最小单位能量E的整数倍数。在吸收和辐射的过程中是以能量子的整数倍数一份一份的跳跃式的传输的。2.光的波粒二向性。3.原子结构的探索。三、现代化学理论的发展。1.元素周期理论的新发展。（1）三素说（2）八音律说（3）1869年俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈尔发现元素周期律，认为元素的性质随其原子量的变化而表现出周期性变化的规律。到20世纪原子的核式结构建立后，人们才发现性质与核外电子排布有关。2.化学键。第十五章空间技术与海洋技术一、空间技术（一）太空资源1.高位置资源2.太空的微重力资源。3.太空旅游观光资源。4.开发太阳能资源。5.开发月球、小行星的资源。（二）、进入太空必须克服的四道难关.1.克服地球甚至太阳系的万有引力。2.克服真空。3.适应剧烈变化的温度环境。4.防止有害辐射。（三）、空间技术的三大支柱。1.航天器技术。2.运载器技术。3.地面测控技术。1.航天之父：齐奥尔科夫斯基2.火箭技术的发展。1.1926年美国人达德第一位成功的发射了液体火箭。2.1927年德国成立了“德国航天协会”。3.1942年德国成功发射v-2火箭导弹。4.1945年美国成功爆炸原子弹和氢弹。5.1957年前苏联用以洲际导弹为基础改造的运载火箭发射了第一颗人造卫星。6.1969年美国用三级型火箭“土星五号”实现了登月计划。形成了现代火箭技术。3.现代运载火箭的结构。(1).箭体结构。(2).推进系统。(3).制导系统。（五）人造地球卫星。1.三个宇宙速度。V1＝7.9千米/秒v2=11.2千米/秒v3=16.6千米/秒2.三种发射方法（1）运载火箭发射（2）航天飞机发射（3）飞机发射3.人造地球卫星的轨道。圆轨道、椭圆、静止、极地、太阳同步(四）运载火箭（六）载人航天工程1.载人飞船工程的系统组成：（1）航天员系统（2）安全可靠性系统（3）陆地发射系统（4）指挥控制系统（5）返回着陆系统2.我国载人航天将奏三部曲。第一步的任务是以飞船起步、发射几艘无人飞船和一艘有人飞船，将航天员安全地送入近地轨道，进行适量的对地观测及科学试验，并使航天员安全返回地面，实现载人航天的历史突破。第二步除继续进行对地观测和空间试验外，重点完成出舱活动、交会对接试验和发射长期自主飞行、长期有人照料的空间实验室，尽早建成我国完整配套的空间工程大系统，解决我国一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。二、海洋技术1.海洋探测技术（1）.海洋科学考察（2）.海洋卫星（3）.潜水器系缆式、拖拽式、无缆遥控潜水式、海底爬行无人潜水器。2．海洋资源开发技术。（1）矿产资源的开发。（2）生物资源的开发和利用。（3）海水淡化技术。（4）海洋能源开发技术第八章地球系统科学、生态学、和环境科学一.地球系统科学地球系统科学将大气圈、水圈、岩石圈和生物作为一个相互作用的系统,研究其物理、化学、生物机制的过程,并和人类生活、生产联系起来,认识现状和过去,预见未来的一门学科.1。产生.2。研究对象（1）全球变化。（2）区域模型。（3）宏观调控信息系统。3.发展趋势(1)地球系统科学的研究需要自然科学和社会科学多学科的综合.(2)地球系统科学正在推动可持续发展的研究.(3)地球系统科学关注人类活动对地球系统的存在\运动和发展的影响.二、生态学生态学是研究生命系统和环境系统之间相互作用的机理、规律的科学,生命系统包括动物\植物和微生物.1.产生和发展(1)公元前后,产生了朴素的生态学观点.比如:贾斯勰齐民要术(2)18世纪初,出现了现代生态学的轮廓.法国博物学家林奈把物候学\生态学和地理学结合起来,综合考察了外部环境对动植物的影响.直到20世纪仍然处于描述性时期.主要是一些调查性的结论.(3)20世纪上半叶,随着现代控制论\数理统计的进一步完善,生态学进入了比较精确的定量阶段.提出了若干种群动态模型.(4)1935年坦斯勒提出:”生态系统”的概念,标志着真正进入了现代生态学.(5)50年代以后进入了现代生态学的发展时期.2.研究内容（1）生物生产力的管理（2）人工生物群落的稳定性3.趋势(1)生态学向各学科的渗透.能量生态学、数学生态学、城市生态学、化学生态学、灾害生态学.(2)生态学致力于生物圈的功能研究.(3)生态学位可持续发展提供理论基础.三、环境科学环境科学是研究人类活动和环境质量关系的科学;宏观上,研究人类和环境之间相互作用\相互促进\相互制约的统一关系,揭示了经济发展和环境保护两者协调发展的规律.微观上研究环境的各组成部分尤其是人的活动排放的污染物在有机体迁移\转化\积累中的运动规律.1.环境问题和环境科学的产生(1)远古时代的迁移(2)工业化的污染带给人的灾难.1952的伦敦烟雾事件\1961年的日本哮喘病事件(3)1962年卡尔逊的寂静的春天引起了人们对环境问题的注意.各国政府重视,民众开始走上街头\游行\示威等(4)另一方面,环境科学的理论开始深化,形成了环境科学.2.研究内容(1)探索全球范围内自然环境的演化规律.(2)揭示人类活动和自然环境的关系.(3)考察环境变化对人类生存的影响.(4)研究区域环境污染综合防治技术.(5)加强对自然系统的研究第九章生命科学与智能探索一、现代生命科学1．现代遗传学和分子生物学产生与发展（1）现代遗传学的奠基人奥地利生物学家孟德尔通过豌豆实验提出了因子假设。（2）摩尔根在假设的基础上通过著名的果蝇实验系统地论述了基因理论。A：基因作为物质的遗传单位，不是虚构的，是一个有机化学实体。B：基因以染色体