现代科学技术概论

1现代科学技术概论2教材：现代科学技术概论，林德宏，苏州大学出版社参考材料：现代科学技术概论自学辅导，林德宏，苏州大学出版社连云港师范高等专科学校，精品课程资源网，岳玉荣主持主要内容：共十二章，分为三大部分第一部分：科学技术观（第一章、第十二章）第二部分：现代自然科学（第二章~第五章）第三部分：现代高新技术（第六章~第十一章）课程名称：现代科学技术概论课程代号：28041课时：48课程简介考试组成：学校考试40%，闭卷集中笔试考试江苏省统一组织考试60%3◆第一章现代科学技术的特点和作用（5）◆第二章现代物理学（6）◆第三章现代天文学（4）◆第四章分子生物学（4）◆第五章系统科学（4）◆第六章信息技术（4）◆第七章现代生物技术（4）◆第八章新材料技术（3）◆第九章新能源技术（4）◆第十章空间技术（2）◆第十一章海洋技术（2）◆第十二章全球性问题和可持续发展（3）3节课复习与考试课程简介4第一节现代科学技术的特点第二节大科学与高技术第三节科学技术是第一生产力第四节高科技与现代社会第一章现代科学技术的特点和作用5现代科学技术分为现代科学和现代技术。（一）现代科学的结构•这里的科学一般指自然科学，现代自然科学可以划分为三大类：基础科学、技术科学和工程科学。1.基础科学：理论基础，是基石2.技术科学：是中间环节，有两个特点（中介性、应用性）3.工程科学：依靠基础科学和技术科学，转化为生产技术、工程技术和工艺流程的原则和方法。★知识点：名词概念，三类科学之间的关系（P4）一、现代科学技术的体系结构第一节现代科学技术的特点6（二）现代技术的结构•目前无公认分类，一般分为三大类：实验技术、基本技术和产业技术。1.实验技术：是基础，分为力学、物理、化学和生物实验技术四种类型2.基本技术：为实验技术提供设备，推动产业技术，也分为四类，广义机械技术、物理技术、化工技术和生物技术。3.产业技术：分类之一（第一产业、第二产业、第三产业）分类之二（劳动密集型、资本密集型、知识密集型）★知识点：名词概念，三类技术之间的关系（P7）实验技术体现一个国家的科学能力，基本技术反映技术力量，产业技术则体现经济发展水平。简答题：对于构成现代科技体系的各个方面，分析它们之间的关系（图1-1）一、现代科学技术的体系结构第一节现代科学技术的特点7可以形容为“日新月异”、“一日千里”★（一）现代科学技术发展高速化1.科学技术自身的加速发展恩格斯“科学是按几何级数发展的”，科学发展是加速度的。科学加速增长表达式（P9）（1）科研规模不断扩大（2）科学技术自身加速发展趋势，知识更新和技术更新加快（3）科技成果增长速度快，技术和技术产品老化速度快2.科学技术向现实生产力转化的周期缩短二、现代科学技术的发展趋势第一节现代科学技术的特点8（二）现代科学技术发展综合化1.科学和技术自身发展的综合2.科学的技术化和技术的科学化3.科学技术与人文社会科学的结合4.科学、技术和生产的一体化（三）现代科学技术发展社会化1.科学技术活动主体社会化2.科学技术活动过程社会化3.科学技术功能的社会化二、现代科学技术的发展趋势第一节现代科学技术的特点920世纪60年代以后，科学由“小科学”变成“大科学”。（一）大科学的诞生1.大科学概念的由来美国物理学家温伯格1961年提出。小科学的概念定义、大科学的概念定义★（P21）2.大科学形成的原因现代科技革命的推动科学技术的社会体制化和各种社会条件的作用3.标志性事件★1942年美国实施研制的“曼哈顿工程”是大科学诞生的标志；60年代，阿波罗登月计划；当代，人类基因组计划。一、大科学的发展第二节大科学与高技术10（二）大科学的基本特征★1.科研规模巨大2.创造性的集体研究3.巨额的科研投资4.科研设备庞大、复杂5.社会化高效的科研组织管理一、大科学的发展第二节现代科学技术的特点11（三）大科学时代的发展战略★1.树立大科学观念2.建立大科学体制3.实施大科学管理4.加速大科学流通5.培养大科学文化6.实施大科学教育7.营造大科学环境一、大科学的发展第二节现代科学技术的特点12（一）高技术的内涵★1942年12月2日，第一座核反应堆的运行，标志着高技术的产生。高技术与基础科学理论紧密相连，以最新科学成就作为技术理论的基础；它与产品、企业、产业紧密相连，以最快的速度实现商品化、产业化，创造最大的经济效益（二）高技术的基本特征★（“七高”）1.高智力2.高渗透3.高投入4.高风险5.高竞争6.高效益7.高战略二、高技术的崛起第二节现代科学技术的特点13（三）高技术领域（六大高技术领域）1.电子信息技术2.新材料技术3.新能源技术4.生物技术5.海洋技术6.空间技术（三）高技术的社会发展1.高技术体制2.高技术管理3.高技术产业二、高技术的崛起第二节现代科学技术的特点14（一）科学技术与经济发展结合的历程（二）世界发达国家的发展道路1.英国：17世纪世界科学技术中心2.德国：18世纪超越英国，科技与经济中心3.美国：200年的时间称霸世界，经济、科技和军事大国4.日本：20世纪70年代，世界经济强国（三）近代以来中国的历史教训一、历史的启示第三节科学技术是第一生产力第二讲15（一）当代的理论思潮（二）马克思关于科学技术与生产力关系的基本观点★1.马克思从资本主义产生的前提阐明了科学是生产力2.在对资本主义社会劳动生产力进行了深入分析基础上，阐明了科学在生产力系统中的作用3.从资本主义生产与科学技术之间的关系，阐明了科学是生产力的思想（三）邓小平关于“科学技术是第一生产力”的思想1.“科学技术是第一生产力”的思想的提出：1988.92.“科学技术是第一生产力”思想的内涵★（P48四点）二、理论的探索第三节科学技术是第一生产力16（一）科教兴国战略的提出两点：（首先……，其次……）科教兴国的概念定义★（P50）（二）科教兴国战略的主要内容1.理论基石2.基本内涵（三）实施科教兴国战略的关键科技创新、科技体制改革、科技人才的培养和社会公众科学素养的提高三、当代中国的实践第三节科学技术是第一生产力17（一）高科技对现代社会的积极作用1.促进社会生产的发展2.引起社会生活方式的进步3.提升价值观念和思维方式（二）高科技给现代社会带来的负面效应1.环境问题2.资源问题3.应用于现代战争4.引发法律和社会伦理问题一、高科技对现代社会的影响第四节高科技与现代社会181.可持续发展的意义和作用可以促进社会进步，避免高科技给社会带来的负面效应，保证高科技的健康发展。2.可持续发展的定义既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害3.如何实施可持续发展研究落后的科学技术产生的后果，同时……（P60）二、可持续发展★第四节高科技与现代社会191.人文文化与科学文化对立的根源或区别核心和价值观念不同2.如何培养高科技时代的人文精神即培养高科技时代人文精神的必要性：两个方面的内涵（P62）三、人文文化和科学文化第四节高科技与现代社会20第一节相对论第二节量子力学的基本原理第三节基本粒子理论第二章现代物理学21一、狭义相对论的提出第一节相对论（一）伽利略变换和牛顿时空观★惯性系：相互做匀速直线运动的参照系伽利略变换的基本思想：两点（P64-65）牛顿时空观（绝对时空观）：1.物质、时间和空间是绝对不变的；2.时空同物质及其运动状态无关；3.存在着绝对静止不动的坐标系。（二）观察实验否认绝对坐标系存在伽利略变换以绝对时空观的存在为前提。19世纪末人们认为绝对时空是相对于“以太”介质静止的时空，但一系列实验证明绝对静止的空间是不存在的，从而引发“以太”危机★。代表实验：迈克尔逊-莫雷实验。（三）相对性思想的酝酿22二、运动的相对性和狭义相对性原理第一节相对论1905年，爱因斯坦提出了狭义相对性原理。1.狭义相对论的两个基本假设★（P69）2.洛伦兹变换★（P70）伽利略变换和洛伦兹变换的区别和联系23三、时间空间的相对性★第一节相对论（一）同时的相对性在两个相互作高速运动的坐标系内，原来是同时的事件现在将变得不同时。同时性与参照系有关。（二）时间的延缓效应对于两个相互以速度作匀速直线运动的坐标系而言，一定的时间间隔和长短是不同的，二者之间的关系为（三）空间的收缩效应vtt21()ttvc201()vLLc24四、相对论原理的应用和影响第一节相对论（一）质量随速度的增长★在经典力学中，物体质量恒定不变。但在相对论中，运动坐标系中的物体质量存在质增效应，即：（二）相对论的质能关系★物体质量的改变对应能量的改变（三）空间-时间的四维结构光锥模型：光锥内，类时间隔（小于等于光速）；光锥外，类空间隔（大于光速）021()mmvc220EmcmcT25（一）黑体辐射问题和普朗克能量子假说★为了建立一个适合于各种波长的统一的热辐射公式，普朗克在20世纪初提出了能量子假说。在此基础上他得出了量子力学的热辐射公式这个关系式在任何波段部同实验几乎完全一致，充分说明能量子假说的正确性紫外光灾难★：当辐射波长很短，频率很大时，如紫外光，瑞利-琼斯公式发生与实验不吻合的问题，为“紫外光灾难”。短波段，只能用维恩公式；长波段，用瑞利-琼斯公式。一、量子论的诞生第二节量子力学的基本原理第三讲=h2318(,)hKThTce26（二）微观世界的波粒二象性1.光电效应与光量子假说★光电效应：物质在光的照射下发射电子的现象，有赫兹1887年发现1905年，爱因斯坦根据光电效应实验，提出了光量子假说，认为每一个光量子所具有的能量只同他的频率有关，即2.原子内部运动状态的量子化1913年，玻尔把光量子假说应用于原子结构学说，很好的解释了原子光谱线系的规律。3.德布罗意物质波假说★1923年，德布罗意提出了物质波假说，认为同任何波动都同一定能量量子相对应一样，任何物质粒子也都对应一定波长的物质波。关系为一、量子论的诞生第二节量子力学的基本原理Ehhp27（二）微观世界的波粒二象性光量子假说和物质波假说反映了微观客体所具有的两种属性——粒子性和波动性的统一，称为波粒二象性。一、量子论的诞生第二节量子力学的基本原理二、微观状态的力学规律（一）测不准关系★由于微观粒子具有波动性，当它们通过狭缝时，将会像波一样发生衍射。可以从实验总结出测不准关系为：物理含义为：当我们要准确测量粒子的位置时，要尽可能小，当时，，即粒子能量无法确定；反之亦然。这个关系式表明：主体观测活动不可避免的会影响客体运动，与主体完全无关的观测对象是不存在的。2xhxpx0xxp28第二节量子力学的基本原理二、微观状态的力学规律（二）微观状态的描述量子力学中，用波函数描述力学量的状态，表示时刻粒子在附近空间出现的概率。量子力学的波动方程称为薛定谔方程，求解关于的薛定谔方程，可求得相应的的值。(,,,)xyzt2||t,,xyz三、量子力学的应用和影响★（一）打开了微观世界认识的新领域（二）推动了人类自然观的革命（三）量子力学为丰富和发展马克思主义哲学提供了有益的启示29（一）原子结构和基本粒子的发现1.原子结构和基本粒子的研究方法通常根据实验证据，运用已有的科学理论，为未知的粒子性质和物质结构提出猜测性假说，根据假说设计可操作的实验进行验证。2.原子的结构★电子（-）原子质子（+）原子核中子质子的质量约为电子质量的1836倍，中子的质量是电子的1838.6倍，因此原子质量主要集中在原子核上。3.原子核内的结合力质子和中子之间依靠介子传递能量，呈现强相互作用。反粒子的存在。一、物质结构与物质相互作用第三节基本粒子理论30（二）物质的相互作用★自然界的四种相互作用：1.万有引力2.电磁力：光子和带电粒子的相互作用力3.强相互作用力：质子和中子之间的结合力，核子之间通过交换介子实现强相互作用4.弱相互作用力：粒子在衰变时发生的短程力一、物质结构与物质相互作用第三节基本粒子理论31（三）粒子和场的统一性★粒子和场是自然界物质的两种基本形态，