自然科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)資料(一)

1、自然科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)資料（一）主講教師：朱偉東自然科學(xué)經(jīng)歷了古代、近代、現(xiàn)代三個(gè)階段。古代自然科學(xué)從有了人類那一天起就誕生了，近代誕生于16世紀(jì)的歐洲，到19世紀(jì)，大約400年的歷史，現(xiàn)代自然科學(xué)是20世紀(jì)初期。一、古代自然科學(xué)主要出現(xiàn)在四大文明古國和歐洲的古希臘和羅馬，四大文明古國是古埃及、古巴比倫、古印度、古代中國。這其中以古代希臘和古代中國的科技成就最高。（一）、古代希臘的自然科學(xué)家和哲學(xué)家是容為一身的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)自然科學(xué)還沒有從哲學(xué)體系中分離出來。自然科學(xué)還不是一門獨(dú)立的科學(xué)。數(shù)學(xué)：1、畢達(dá)哥拉斯（勾股定理） 2、歐幾里得幾何原本物理：阿基米德（浮力原理和杠桿原理）天文學(xué)：托勒密（地球中

2、心說）醫(yī)學(xué)：蓋侖醫(yī)學(xué)體系（三靈氣血液循環(huán)和三神經(jīng)）（二）、古代中國的自然科學(xué)成就：造紙術(shù)（木簡、竹簡、絹、帛、紙）東漢宦官蔡倫改進(jìn)了造紙術(shù)。印刷術(shù)（雕版印刷在隋唐金剛經(jīng)）北宋畢升發(fā)明了活字印刷。指南針（戰(zhàn)國時(shí)叫磁石或司南）北宋用于航海?；鹚帲ü糯鸁挼ぜ野l(fā)現(xiàn)，北宋用做武器）其他文明古國的情況這里不在細(xì)說。二、近代自然科學(xué)的發(fā)展情況1、天文學(xué)：哥白尼和布魯諾的太陽中心說2、醫(yī)學(xué)：血液循環(huán)說/比利時(shí)維薩里1543年人體構(gòu)造/英國哈維論心臟與血液的運(yùn)動(dòng)大循環(huán)理論3、伽利略：望遠(yuǎn)鏡、自由落體運(yùn)動(dòng)、試驗(yàn)方法與數(shù)學(xué)方法結(jié)合4、物理學(xué)：牛頓的經(jīng)典力學(xué)三定律，（1）慣性定律（2）力與加速度的關(guān)系F=ma（3）作

3、用力與反作用力定律（4）萬有引力定律F=m1m2/r*r（5）牛頓創(chuàng)立了微積分5、化學(xué)：俄國化學(xué)家門捷列夫的化學(xué)元素周期表排列規(guī)律6、近代自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)：（1）能量守恒與轉(zhuǎn)化定律（2）英國胡克細(xì)胞學(xué)說（3）達(dá)爾文的生物進(jìn)化論三、20世紀(jì)50年代世界有了和平的環(huán)境，自然科學(xué)發(fā)展迅速。1、物理學(xué)：物理學(xué)的革命來源于古典物理學(xué)的危機(jī)，19世紀(jì)末X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)，建立了相對論和量子物理學(xué)體系，人們對物理、能量、時(shí)間、空間的認(rèn)識(shí)有了根本的變化。2、化學(xué)：分子工程學(xué)3、生物學(xué)：DNA和遺傳密碼的破譯，人工胰島素、干擾素4、信息工程：計(jì)算機(jī)的應(yīng)用5、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)：高科技的應(yīng)用，人的壽命提高自然科學(xué)基

4、礎(chǔ)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)材料（二）一、能源從18世紀(jì)以來的三次產(chǎn)業(yè)革命，都與能源的變革有關(guān)。第一次產(chǎn)業(yè)革命從英國開始，主要在紡織領(lǐng)域，瓦特改良了蒸汽機(jī)，人類社會(huì)進(jìn)入了蒸氣機(jī)時(shí)代。蒸汽機(jī)時(shí)代的主要能源是煤炭；第二次產(chǎn)業(yè)革命從美國開始，主要在電器領(lǐng)域，法拉第發(fā)現(xiàn)線圈在磁場中產(chǎn)生電流，發(fā)電機(jī)的制造和廣泛應(yīng)用，人類社會(huì)進(jìn)入了電氣時(shí)代；第三次技術(shù)革命從美國開始，核能和電子計(jì)算機(jī)的使用，標(biāo)志著人類進(jìn)入核能時(shí)代或電子時(shí)代。二、環(huán)境（1）、環(huán)境污染：包括大氣污染、水污染、有機(jī)農(nóng)藥污染、放射性污染、噪音污染；環(huán)境破壞主要是由于盲目開荒、濫伐森林、過渡放牧、捕殺野生動(dòng)物、建水壩、圍湖造田等因素影響的，導(dǎo)致森林減少、沙漠化、水土

5、流失、氣候異常、動(dòng)植物瀕臨滅絕。（2）、溫室效應(yīng)：溫室效應(yīng)，又稱“花房效應(yīng)”，是大氣保溫效應(yīng)的俗稱。大氣能使太陽短波輻射到達(dá)地面，但地表向外放出的長波熱輻射線卻被大氣吸收，這樣就使地表與低層大氣溫度增高，因其作用類似于栽培農(nóng)作物的溫室，故名溫室效應(yīng)。如果大氣不存在這種效應(yīng)，那么地表溫度將會(huì)下降約330C或更多。反之，若溫室效應(yīng)不斷加強(qiáng)，全球溫度也必將逐年持續(xù)升高。自工業(yè)革命以來，人類向大氣中排入的二氧化碳等吸熱性強(qiáng)的溫室氣體逐年增加，大氣的溫室效應(yīng)也隨之增強(qiáng)，已引起全球氣候變暖等一系列嚴(yán)重問題，引起了全世界各國的關(guān)注。注解：什么是溫室效應(yīng)？有什么危害？ 溫室有兩個(gè)特點(diǎn)：溫度較室外高，不散熱。

6、生活中我們可以見到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的溫室。使用玻璃或透明塑料薄膜來做溫室，是讓太陽光能夠直接照射進(jìn)溫室，加熱室內(nèi)空氣，而玻璃或透明塑料薄膜又可以不讓室內(nèi)的熱空氣向外散發(fā)，使室內(nèi)的溫度保持高于外界的狀態(tài)，以提供有利于植物快速生長的條件。 由環(huán)境污染引起的溫室效應(yīng)是指地球表面變熱的現(xiàn)象。 它會(huì)帶來以下列幾種嚴(yán)重惡果： 1) 地球上的病蟲害增加； 2) 海平面上升； 3) 氣候反常，海洋風(fēng)暴增多； 4) 土地干旱，沙漠化面積增大。 科學(xué)家預(yù)測：如果地球表面溫度的升高按現(xiàn)在的速度繼續(xù)發(fā)展，到2050年全球溫度將上升24攝氏度，南北極地冰山將大幅度融化，導(dǎo)致海平面大大上升，一些島嶼國家和沿

7、海城市將淹于水中，其中包括幾個(gè)著名的國際大城市：紐約，上海，東京和悉尼。 溫室效應(yīng)是怎么來的？我們能做什么？ 溫室效應(yīng)主要是由于現(xiàn)代化工業(yè)社會(huì)過多燃燒煤炭、石油和天然氣，這些燃料燃燒后放出大量的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入大氣造成的。 二氧化碳?xì)怏w具有吸熱和隔熱的功能。它在大氣中增多的結(jié)果是形成一種無形的玻璃罩，使太陽輻射到地球上的熱量無法向外層空間發(fā)散，其結(jié)果是地球表面變熱起來。因此，二氧化碳也被稱為溫室氣體。 人類活動(dòng)和大自然還排放其他溫室氣體，它們是：氯氟烴（CFC、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物氣體、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陸地上的森林，尤其是熱帶雨林。 為減少大氣中過多的二氧

8、化碳，一方面需要人們盡量節(jié)約用電（因?yàn)榘l(fā)電燒煤，少開汽車。另一方面保護(hù)好森林和海洋，比如不亂砍濫伐森林，不讓海洋受到污染以保護(hù)浮游生物的生存。我們還可以通過植樹造林，減少使用一次性方便木筷，節(jié)約紙張（造紙用木材，不踐踏草坪等等行動(dòng)來保護(hù)綠色植物，使它們多吸收二氧化碳來幫助減緩溫室效應(yīng)。（3）、厄爾尼諾現(xiàn)象 “厄爾尼諾”（EI Nino）在氣象學(xué)中使用起源于秘魯和厄瓜多爾。在秘魯和厄瓜多爾海岸，每年從圣誕節(jié)起至第二年3月份，都會(huì)發(fā)生季節(jié)性的沿岸海水水溫升高的現(xiàn)象，3月份以后，暖流消失，水溫逐漸變冷。當(dāng)?shù)胤Q這種現(xiàn)象為“厄爾尼諾”，西班牙語的意思為“圣嬰”，即圣誕節(jié)時(shí)誕生的男孩。

9、這種現(xiàn)象已有幾千年的歷史了，但是從19世紀(jì)初才開始有記載?，F(xiàn)在所說的“厄爾尼諾現(xiàn)象”是指數(shù)年發(fā)生一次的海水增溫現(xiàn)象向西擴(kuò)展，整個(gè)赤道東太平洋海面溫度增高的現(xiàn)象。 在20世紀(jì)60年代，很多科學(xué)家都認(rèn)為“厄爾尼諾”是區(qū)域性問題，它主要影響太平洋東部的南美沿海地區(qū)和太平洋中部的澳大利亞沿海地區(qū)。然而20世紀(jì)80年代以后，通過氣象衛(wèi)星的觀測發(fā)現(xiàn)，“厄爾尼諾”在世界很多地方都出現(xiàn)。由于海水表面溫度平均每升高1度，就會(huì)使海水上空的大氣溫度升高6度，造成大氣環(huán)流異常，嚴(yán)重地影響世界各地的氣候。所以每當(dāng)厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，世界上很多地方都會(huì)發(fā)生諸如冷夏、暖冬、干旱、暴雨等異常氣候。  1982198

10、3年，東太平洋赤道海域的海表面溫度持續(xù)高于正常溫度，引起了全球氣候異常。全球一部分地區(qū)發(fā)生了幾十年甚至幾百年不遇的嚴(yán)重旱災(zāi)，而另一部分地區(qū)卻遭受了多年未遇的暴雨和洪水。臺(tái)風(fēng)、冰雹、雪災(zāi)、凍害、龍卷風(fēng)等災(zāi)害也在全球各地頻頻發(fā)生，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)200億美元。這是本世紀(jì)最嚴(yán)重的“厄爾尼諾現(xiàn)象”。    “厄爾尼諾現(xiàn)象”一般每隔27年出現(xiàn)一次。但是，20世紀(jì)90年代后，這種現(xiàn)象卻出現(xiàn)得越來越頻繁了。不僅如此，隨周期縮短而來的，是“厄爾尼諾現(xiàn)象”滯留時(shí)間的延長。這一現(xiàn)象引起了科學(xué)家的注意，雖然對“厄爾尼諾現(xiàn)象”的探索還在進(jìn)行中，但科學(xué)家們普遍認(rèn)為，“厄爾尼諾

11、現(xiàn)象”的頻頻發(fā)生與地球溫暖化有關(guān)，其變化的跡象表明，“厄爾尼諾現(xiàn)象”并不僅僅是天災(zāi)。三、天體及天體運(yùn)動(dòng)1、宇宙：古代定義是四方上下曰“宇”，古往今來曰“宙”。宇宙沒有邊際，是時(shí)間和空間的統(tǒng)一體。2、天體系統(tǒng)：地月系、太陽系、銀河系、河外星系、總星系3、恒星：由熾熱氣體組成，自身發(fā)光，太陽是一顆恒星，銀河系中有1000-2000億顆像太陽一樣的恒星。恒星也是從誕生到死亡的過程，目前太陽是中年期。組成太陽的物質(zhì)中氫占71%，氦占27%，直徑139萬千米，密度是地球的1/4。恒星經(jīng)歷誕生紅巨星-白矮星-中子星-死亡的發(fā)展過程。恒星能量來源于熱核反應(yīng)，是氫核聚變?yōu)楹ず说倪^程。距離地球最近的恒星是4.3

12、光年。銀河是形如鐵餅的圓盤體，中部較厚而四周較薄，直徑10萬光年。4、行星：行星是自身不發(fā)光的，環(huán)繞著恒星的天體。一般來說行星需要具有一定的質(zhì)量，行星的質(zhì)量要足夠的大，以至于它的形狀大約是圓球狀，質(zhì)量不夠的被成為小行星。行星的名字來自于它們的位置在天空中不固定，就好像它們在行走一般。太陽系內(nèi)的肉眼可見的5顆行星水星，金星，火星，木星，土 人類經(jīng)過千百年的探索，到16世紀(jì)哥白尼建立日心說后才普遍認(rèn)識(shí)到：地球是繞太陽公轉(zhuǎn)的行星之一，而包括地球在內(nèi)的九大行星則構(gòu)成了一個(gè)圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的行星系 太陽系的主要成員。行星本身一般不發(fā)光，以表面反射太陽光而發(fā)亮。在主要由恒星組成的天空背景上，行星有明顯的相對移

13、動(dòng)。離太陽最近的行星是水星，以下依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星。從行星起源于不同形態(tài)的物質(zhì)出發(fā)，可以把九大行星分為三類：類地行星(包括水、金、地、火)、巨行星(木、土)及遠(yuǎn)日行星(天王、海王、冥王)。行星環(huán)繞太陽的運(yùn)動(dòng)稱為公轉(zhuǎn)，行星公轉(zhuǎn)的軌道具有共面性、同向性和近圓性三大特點(diǎn)。所謂共面性，是指九大行星的公轉(zhuǎn)軌道面幾乎在同一平面上；同向性，是指它們朝同一方向繞太陽公轉(zhuǎn)；而近圓性是指它們的軌道和圓相當(dāng)接近。 在一些行星的周圍，存在圍繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)的物質(zhì)環(huán)，由大量小塊物體(如巖石，冰塊等)構(gòu)成，因反射太陽光而發(fā)亮，稱為行星環(huán)。20世紀(jì)70年代之前，人們一直以為唯獨(dú)土星有光環(huán)，

14、以后相繼發(fā)現(xiàn)天王星和木星也有光環(huán)，這為研究太陽系起源和演化提供了新的信息。 衛(wèi)星是圍繞行星運(yùn)行的天體，月亮就是地球的衛(wèi)星。衛(wèi)星反射太陽光，但除了月球以外，其它衛(wèi)星的反射光都非常微弱。衛(wèi)星在大小和質(zhì)量方面相差懸殊，它們的運(yùn)動(dòng)特性也很不一致。太陽系中，除了水星和金星以外，其它的行星各自都有數(shù)目不等的衛(wèi)星。在火星與木星之間分布著數(shù)十萬顆大小不等、形狀各異的小行星，沿著橢圓軌道繞太陽運(yùn)行，這個(gè)區(qū)域稱之為小行星帶。此外，太陽系中還有數(shù)量眾多的彗星，至于飄浮在行星際空間的流星體就更是無法計(jì)數(shù)了。 插入注解：國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)24日投票決定，放棄將冥王星之外的太陽系八大行星稱為“經(jīng)典行星”的說法，從而確認(rèn)

15、太陽系只有8顆行星，冥王星遭到“降級(jí)”。 根據(jù)國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)大會(huì)24日通過的新定義，“行星”指的是圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、并且能夠清除其軌道附近其他物體的天體。按照新的定義，太陽系行星將包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，它們都是在1900年以前被發(fā)現(xiàn)的。根據(jù)新定義，同樣具有足夠質(zhì)量、呈圓球形，但不能清除其軌道附近其他物體的天體被稱為“矮行星”。冥王星是一顆矮行星。其他圍繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)但不符合上述條件的物體被統(tǒng)稱為“太陽系小天體”。此次大會(huì)決定不再考慮重新認(rèn)定被視為冥王星最大衛(wèi)星的齊娜、卡戎。5、地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)（1）、關(guān)于地球的起源問題已有相

16、當(dāng)長的探討歷史了。在古代，人們就曾探討了包括地球在內(nèi)的天地萬物的形成問題，在此期間，逐漸形成了關(guān)于天地萬物起源的"創(chuàng)世說"。其中流傳最廣的要算是圣經(jīng)中的創(chuàng)世說。在人類歷史上，創(chuàng)世說曾在相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)占據(jù)了統(tǒng)治地位。 自1543年波蘭天文學(xué)家哥白尼提出了日心說以后，天體演化的討論突破了宗教神學(xué)的桎梏，開始了對地球和太陽系起源問題的真正科學(xué)探討。1644年，笛卡兒（R.Descartes）在他的哲學(xué)原理一書中提出了第一個(gè)太陽系起源的學(xué)說，他認(rèn)為太陽、行星和衛(wèi)星是在宇宙物質(zhì)渦流式的運(yùn)動(dòng)中形成的大小不同的旋渦里形成的。一個(gè)世紀(jì)之后，布封（G.L.L. de Buffo

17、n）于1745年在一般和特殊的自然史中提出第二個(gè)學(xué)說，認(rèn)為：一個(gè)巨量的物體，假定是彗星，曾與太陽碰撞，使太陽的物質(zhì)分裂為碎塊而飛散到太空中，形成了地球和行星。事實(shí)上由于彗星的質(zhì)量一般都很小，不可能從太陽上撞出足以形成地球和行星的大量物質(zhì)的。在布封之后的200年間，人們又提出了許多學(xué)說，這些學(xué)說基本傾向于笛卡爾的"一元論"，即太陽和行星由同一原始?xì)怏w云凝縮而成；也有"二元論"觀點(diǎn)，即認(rèn)為行星物質(zhì)是從太陽中分離出來的。1755年，著名德國古典哲學(xué)創(chuàng)始人康德（I. Kant）提出"星云假說"。1796年，法國著名數(shù)學(xué)和天文學(xué)家拉普拉斯（P.

18、 S. Laplace）在他的宇宙體系論一書中，獨(dú)立地提出了另一種太陽系起源的星云假說。由于拉普拉斯和康德的學(xué)說在基本論點(diǎn)上是一致的，所以后人稱兩者的學(xué)說為"康德拉普拉斯學(xué)說"。整個(gè)十九世紀(jì)，這種學(xué)說在天文學(xué)中一直占有統(tǒng)治的地位。    到本世紀(jì)初，由于康德拉普拉斯學(xué)說不能對太陽系的越來越多的觀測事實(shí)作出令人滿意的解釋，致使"二元論"學(xué)說再度流行起來。1900年，美國地質(zhì)學(xué)家張伯倫（T. C. Chamberlain）提出了一種太陽系起源的學(xué)說，稱為"星子學(xué)說"；同年，摩耳頓（F. R. Mou

19、lton）發(fā)展了這個(gè)學(xué)說，他認(rèn)為曾經(jīng)有一顆恒星運(yùn)動(dòng)到離太陽很近的距離，使太陽的正面和背面產(chǎn)生了巨大的潮汐，從而拋出大量物質(zhì)，逐漸凝聚成了許多固體團(tuán)塊或質(zhì)點(diǎn)，稱為星子，進(jìn)一步聚合成為行星和衛(wèi)星。    現(xiàn)代的研究表明，由于宇宙中恒星之間相距甚遠(yuǎn)，相互碰撞的可能性極小，因此，摩耳頓的學(xué)說不能使人信服。由于所有災(zāi)變說的共同特點(diǎn)，就是把太陽系的起源問題歸因于某種極其偶然的事件，因此缺少充分的科學(xué)依據(jù)。著名的中國天文學(xué)家戴文賽先生于1979年提出了一種新的太陽系起源學(xué)說，他認(rèn)為整個(gè)太陽系是由同一原始星云形成的。這個(gè)星云的主要成份是氣體及少量固體塵埃。原始星云一開始

20、就有自轉(zhuǎn)，并同時(shí)因自引力而收縮，形成星云盤，中間部分演化為太陽，邊緣部分形成星云并進(jìn)一步吸積演化為行星。    總的來說，關(guān)于太陽系的起源的學(xué)說已有40多種。本世紀(jì)初期迅速流行起來的災(zāi)變說，是對康德拉普拉斯星云說的挑戰(zhàn)；本世紀(jì)中期興起的新的星云說，是在康德拉普拉斯學(xué)說基礎(chǔ)上建立起來的更加完善的解釋太陽系起源的學(xué)說。人們對地球和太陽系起源的認(rèn)識(shí)也是在這種曲折的發(fā)展過程中得以深化的。  （2）、地球自轉(zhuǎn)地球存在繞自轉(zhuǎn)軸自西向東的自轉(zhuǎn)，平均角速度為每小時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)15度。在地球赤道上，自轉(zhuǎn)的線速度是每秒465米。天空中各種天體東升西落的現(xiàn)象都是地球自轉(zhuǎn)的反映。人們最早利用地球自轉(zhuǎn)作為計(jì)量時(shí)間的基準(zhǔn)。自20世紀(jì)以來由于天文觀測技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)是不均的。1967年國際上開始