自然科學概論復習

第零章自然科學的發(fā)展的歷史軌跡古代自然科學（文明時期以后）→近代自然科學（16世紀歐洲-19世紀）→現代自然科學（20世紀開始）四大文明古國古巴比倫：（1）天文學和數學：陰歷；10進制與60進制并用（2）醫(yī)學和生物學：醫(yī)療立法；動物分類；人工授粉（3）建筑藝術：空中花園；巴比倫城古埃及（1）農業(yè)和手工業(yè)技術（2）天文學和數學：太陽歷【一年三季：淡水季，冬季，夏季】十進制記數法圓周率π=3。01605（3）解剖學和醫(yī)藥學：木乃伊外科手術（4）建筑：金字塔和神廟古印度：（1）農業(yè)生產和農業(yè)技術：畝耕人工灌溉和施肥（2）數學和醫(yī)學十進制“阿拉伯數字”藏醫(yī)煉丹術古希臘【奴隸社會科學技術發(fā)展】（1）泰勒斯：天文學【定365天為一年】數學【引入命題證明】哲學【水生萬物，萬勿復歸于水；萬物有靈】（2）畢達哥拉斯：數學天文學哲學；勾股定理；三角形內角和等于兩個直角；世界的本原是數→客觀唯心主義（3）蘇格拉底（古希臘哲學家）→學生（4）柏拉圖【數學，天文，音樂，哲學；《理想國》】→學生（5）亞里士多德【哲學家，科學家，教育家三段論，形式邏輯學】【這三人是希臘三賢且都是唯心主義】（6）歐幾里得：《幾何原本》（7）阿基米德（8）托勒密：地心說（9）蓋倫：醫(yī)學大師，著名醫(yī)生和解剖學家；“動氣”“活氣”（這人古羅馬）古代中國的四大實用科學體系天文學：完善的立法授時制度；準確的天象觀測記錄；先進的天文測量儀器“漏水轉渾天儀”“水運儀象臺”農書：南北朝《齊民要術》元代王禎《農書》徐光啟《農政全書》醫(yī)學：春秋戰(zhàn)國《黃帝內經》東漢張仲冬《傷寒雜病論》漢《神農本草經》明《本草綱目》數學：《九章算術》近代自然科學的誕生與產業(yè)革命的興起古代阿拉伯與中世紀歐洲的科學技術：7世紀：巴勒斯坦，敘利亞，伊朗和埃及——奴隸制的伍麥葉帝國一個世紀后阿拔斯帝國取而代之→全盛時期科技史上特殊貢獻（阿拉伯）：溝通東西方科學文化古代四大發(fā)明以及絲織傳到歐洲；保存古希臘學術典籍2、科學成就：代數學和編制天文表，靜力學，光學醫(yī)學：希臘印度中國波斯文藝復興：1、教會的影響力慢慢下降2、大批希臘的古典著作和優(yōu)秀思想得以進一步傳播和發(fā)揚，給近代自然科學發(fā)展提供豐富養(yǎng)料3、涌現了一大批文學家藝術家思想家→對西歐資本主義發(fā)展的影響：1、資本的原始積累2、人性的探索與發(fā)現近代自然科學的誕生波蘭自然科學家哥白尼《天體運行論》“太陽中心說”2、伽利略【意大利】首開近代科學實驗研究方法的第一位學者【科學與哲學分離，是近代科學之父】數學家天文學家哲學家物理學家【慣性】天平動：站在地球觀察月球的情況周日天平動：由于自傳所造成，一定方向，角度培根：與笛卡爾同被成為思想家，科學方法論的首創(chuàng)者《新工具》“四假相說”即：“種族假象”、“洞穴假象”、“市場假象”和“劇場假象”。笛卡爾法國哲學家科學家數學家解析幾何的創(chuàng)始人“近代科學的始祖”19時機重大意義：能量守恒與轉化定律，細胞學說，達爾文生物進化論，電磁感應，電磁場理論5、揭開物理學序幕的三大發(fā)現【X射線，放射性，電子】第一章緒論科學與技術科學的概念科學是生產知識的活動是反映客觀事實和規(guī)律的知識是反映客觀事實和規(guī)律的知識體系科學提供科學的世界觀、態(tài)度和方法科學是一項事業(yè)科學與技術的關系區(qū)別：科學的根本職能是認識世界，揭示客觀事物的本質和運動規(guī)律，著重回答“是什么”“為什么”的問題技術的根本職能是改造世界，實現對客觀世界的控制、利用和保護，著重回答“做什么”“怎么做”的問題?！究茖W成果：新現象，新規(guī)律，新法則的發(fā)現，技術成果：新工具，新設備，新方法，新工藝的發(fā)明。】聯系：對于科學來說，技術是科學的延伸，對于技術來說，科學是技術的升華?？茖W的研究目標不確定，技術確定。宇宙的起源和演化宇宙概觀天體系統(tǒng)，從小到大排列的層次：地月系，太陽系，銀河系，河外星系。銀河系和河外星系總稱為總星系。人類對宇宙的認識和探索公元2世紀，亞歷山大港的天文學家托勒玫的地心說認為宇宙是一個有限的球形體，地球靜止居于中心。他寫《天文學大成》，在1000多年，在歐洲和西亞內被奉為天文學的經典著作。波蘭天文學家哥白尼經過三四十年的觀測研究，終于斷定托勒玫的地心體系是錯誤的，地球不是宇宙中心，他只是行星之一，地球和行星都在圍繞太陽運行，天體的周日視運動是地球自轉的反應；月球是地球的衛(wèi)星；恒星都是離地球很遠的天體。哥白尼的偉大著作《天體運行論》1543年出版，從而引起人類思想上一次偉大的革命。他的日心說不僅奠定了現代天文學的基礎，甚至味現代自然科學奠定了基礎，學者布魯諾由于宣揚日心說而在1600年2.17在羅馬的繁花廣場上被活活燒死，物理學家伽利略因為贊同和宣揚而受到反動教廷的迫害。1608年發(fā)明了望遠鏡，1609年伽利略用自制的一具小望遠鏡和折反射望遠鏡的發(fā)明，電子學技術和無線電技術廣泛應用，射電望遠鏡和雷達技術的應用，自動化技術和電子計算機的應用，加深了人類對宇宙的認識和了解。尤其是空間技術的發(fā)展，1957年10月4日蘇聯第一顆人造衛(wèi)星上天，開創(chuàng)了從太空觀測，研究地球和宇宙的新時代。1969年，美國“阿波羅”宇宙飛船將人送上月球，宇宙探測器飛近水星、金星、火星。20世紀70年代“先驅者”號攜帶旨在與外星人聯系的上有地球男女人形和太陽系結構的金屬信息板飛向太空深處；“旅行者”2號攜帶地球之音：115張幻燈片（有我國雄偉的長城照）、……擦木星、土星而過，現已經飛離太陽系，向宇宙深處飛去，以對“宇宙人”是否存在進行研究。1973年“天空實驗室”上天，1981年航天飛機試飛成功，1990年發(fā)射了“哈勃”空間望遠鏡，1998年建造了國際空間站，2004-2012年四個火星探測器先后登上火星……實現了人類在沒有大氣層干擾的情況下，人對月球、大行星的逼近觀測和直接取樣觀測，以及對宇宙環(huán)境的直接觀測，發(fā)現了地球大氣磁層和宇宙中存在Z射線，伽馬射線，紅外線，紫外線，還測定了大行星表面的物理特征和化學成分，極大地充實和豐富了人類關于太陽系和宇宙的認識。宇宙起源和演化現代宇宙學的誕生1916年愛因斯坦提出了廣義相對論。這一理論主張時間和空間并不像人們一貫認為的那樣，只是一個讓物體在其中運動而本身不受影響的容器，而更像是一個形狀依賴其上所載的小球的彈性薄膜。自由粒子和光沿著這一形變薄膜上彎曲的短線運動，就像他們在小球引力作用下偏離直線運動一樣。這種關于時間空間和引力的全新理論，不僅正確地預言了日全食時掠過太陽邊緣的星光會發(fā)生1.75【角秒】的偏折而且完滿地解釋了牛頓引力理論不能說明的水星今日電每百年前移43【角秒】的現象，因而逐步得到了人們的工人。1917年愛因斯坦率先把他的廣義相對論應用于宇宙學研究，得到一個有限無界的靜態(tài)宇宙模型，盡管后來發(fā)現他不可能保持穩(wěn)定而被放棄，但畢竟是一次開創(chuàng)性的嘗試，揭開了代宇宙學研究的序幕。2、宇宙膨脹的證據1924弗里德曼在廣義相對論的框架下，從理論上論證了宇宙要么膨脹要么收縮，絕不會保持靜止狀態(tài)，就像太空中向四面拋出一把石子，要么繼續(xù)分散開去，要么在相互引力的作用下聚攏回落，不可能在某個位置保持相對靜止。1929年，天文學家哈勃觀測到大多數星系光譜具有紅移現象，其紅移量大致與星系的距離成正比。依據物理學的多普勒效應，如果有一面光源面向觀測者運動，其發(fā)射的光譜線頻率將向高頻【即光譜藍端】區(qū)移動，若背向觀測者運動，其發(fā)射的光譜線頻率將向低頻【即光譜紅端】。對星系紅移的現象，最合理的解釋是他們正在背離地球退行。而遠區(qū)星系光譜紅移量大是因為遠區(qū)星系比近區(qū)退行速度大。由于在宇宙中所有觀察者的地位都是平權的，我們有理由相信，所有的星系都在彼此遠離，宇宙正在普遍的膨脹中。來自遠近區(qū)域的光線實際上是不同年代星系所發(fā)出的，遠區(qū)光譜紅移最大，意味著早期宇宙膨脹速度大，而現在的宇宙膨脹速度正在減緩。哈勃這一發(fā)現為弗里德曼宇宙模型提供了直接的觀測依據，動搖了宇宙整個靜止的傳統(tǒng)觀念，為進一步研究宇宙的起源和演化掃清了道路，是20世紀天文學最重要的成就之一。宇宙起源的“大爆炸模型”如果星系目前正在彼此遠離，那么他們過去必定靠的更近。也就是說，較早時代的宇宙，物質密度會更高。宇宙膨脹的起點，宇宙的開端：宇宙處于物質密度極高。物質空間極小的狀態(tài)。20世紀40年代，伽莫夫等人提出了宇宙起源于原始火球的“宇宙大爆炸模型”，這一模型認為，宇宙起源于150億年前的大爆炸，大爆炸的瞬間，宇宙像突然騰起的熾熱火球，物質時空急劇暴漲一段時間后，轉為相對緩慢的膨脹和降溫過程，直到形成今天的宇宙。以后，科學家們又利用不同的物理方法，測得現存最古老的橫行物質存在的時間不超過50憶年，這對大爆炸宇宙模型是十分有力的支持。宇宙的演化20世紀70年代以來，粒子物理學家和宇宙學者聯手勾畫出的宇宙演化史:宇宙發(fā)端于距今150億年前的大爆炸。起初不僅沒有任何天體，也沒有粒子和鐳射，只有一種單純而對稱的真空狀態(tài)以指數方式膨脹著【稱為暴漲】。今天我們知道的自然界中的4種基本作用力【引力強力弱力和電磁力】那時是不可區(qū)分的。隨著宇宙膨脹和降溫，真空發(fā)生一系列相變：在大爆炸后10^-44s，發(fā)生超統(tǒng)一相變，引力分化，夸克和輕子可以互相轉變；然后大爆炸后10^-36s，大統(tǒng)一相變，是強力以及物質和反物質之間的不對稱性【質子、電子這類物質多于反質子，正電子之類的反物質的現象】出現，然后大爆炸10^-10s后弱電相變發(fā)生，是弱力和電磁力分離（四種基本相互作用力區(qū)別開來），然后10^-2s后，內部溫度雖然比起初大為下降但是仍然高達10^11K，宇宙開始進入由基本粒子生成氫原子核與原子的階段。宇宙溫度下降為10^9K，中子衰變?yōu)橘|子，剩下的中子都可直接組合到氦核中，造成氦核豐度26%，其余的質子只能成為氫核了。這是宇宙早期形成的遺跡，與如今關于宇宙中氫和氦【30%】豐度測量相近的，這是宇宙大爆炸理論的一個重要的觀測支持。宇宙中早期化學元素的形成過程大約持續(xù)了3min。在大爆炸后的1s時，宇宙溫度降到10^10K，內部只存在由質子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成的密度極高的“宇宙湯”。隨著宇宙進一步膨脹，溫度降至10^9K時，原有粒子間的平衡被打破，首先是中子失去自由存在的條件，它們與其他質子合成氘核和氦核，以后又陸續(xù)生成氚、鋰、鈹等輕元素核。此后約在3MIN時，溫度下降到了10^6K，宇宙開始進入相對緩慢的膨脹階段，從大爆炸后3min又經過了7*10^5年，宇宙溫度降到3000K，這時電子已經能夠與原子核結合成穩(wěn)定的原子了【這個過程稱為復合】，光子也不再被自由電子散射，從此，宇宙變得透明了。又經過幾十億年，原子氣體靠引力作用結團形成恒星和星系，而恒星和星系的演化，其中的核聚變過程會產生更重的原子核。脫離了熱耦合的光子氣體稱為宇宙背景輻射，溫度下降到現在的2.7K，由此天體演化開始。星系銀河和銀河系銀河不是一條河，他是由許許多多恒星組成的，由于星數太多，肉眼分辨不出單個的星，看起來便成了一條白茫茫的光帶。恒星在天球上分布很不均勻，在一些天空區(qū)域恒星分布稀稀拉拉，在有的分布很稠密，最稠密的部分就是我們所說的銀河。聚集在銀河中的恒星所構成的天體體系叫銀河系。銀河系是恒星和星際物質的巨大聚集體，它的總質量大約是太陽質量的1400億倍。在這個總質量中，恒星約占90%，星際物質占10%。銀河系約有2000億顆恒星。銀河系的星際物質主要是星際氣體，特別是氫和氦；其次是星際塵埃。部分星際氣體和星際塵埃聚集而成的星際云，即星云。銀河系的主要部分是一個又圓又扁的圓盤體，他的中部較厚，四周較薄，就像鐵餅，整個銀盤在旋轉中形成一些旋臂，太陽位于其中一個旋臂上。在圓盤體的外面，銀河系還有銀暈。銀暈大體上球形。圓盤體分為核球和銀盤兩部分。核球是中心部分。太陽在銀河系的位置和運動在銀河系中，太陽位于銀河系赤道面附近，故我們看銀河為一個環(huán)狀光帶，太陽不在銀河系的中心。各恒星在環(huán)繞銀心轉動的同時，還有相對于鄰近恒星的相對運動。星系星系是河外星系的簡稱，有時也叫河外星云。是與銀河系類似的，由大量恒星，星團，銀河星云和星際物質構成的巨大的天體系統(tǒng)。第一個被發(fā)現的河外星系是1612年發(fā)現的仙女座大星云。（1）命名：發(fā)現者：大小麥哲倫；所在星座：仙女座；某星云星團表中的號數：仙女座大星云在M表31好NGC中為224號，叫M31NGC224（2）分類①橢圓星系②旋渦星系③不規(guī)則星系總星系星系群-星系團-總星系【宇宙】：最豐富的是氫，以質量計算約占70%，其次是氦，30%，其他很少。年齡大約150億年。5、星系的形成和演化星系產生于宇宙連續(xù)膨脹過程中。當極早期的宇宙膨脹時，會出現一些物質分布不均勻的結構，隨后又因為引力作用加劇了物質的聚集，最后坍縮成為致密的原始星云。其演化的過程大致是：開始由大量氣體分子和星際塵埃形成原始星系云，隨著宇宙膨脹，他們逐漸冷卻，當彼此間引力作用超過膨脹向外的壓力，星云開始收縮，一步步分裂成更小更密的碎片，這些碎片最終產生了第一代恒星。第一代恒星內部會因收縮而產生足夠引起熱核反應的高溫，而他燃盡自己的燃料后，又會通過爆炸形式吧反應中所合成的輕重元素拋向空間，形成新的星際物質，開始新的聚集、坍縮、產生第二代恒星。如此往復循環(huán)下去，最終出現了包含大量恒星和宇宙暗物質的龐大星系。由于形成時候物質條件不同，因此有不同形態(tài)的星系。恒星運動最快：開普坦星，巴納德星恒星的發(fā)光：小恒星可見光，能自身發(fā)光的天體質量至少要達到太陽的百分之幾到百分之十。不同恒星，不同發(fā)展階段，不同的光。通過光譜分析可以知道恒星不同類型，差別在于星光的顏色，而顏色是恒星溫度的反應。藍色溫度高紅色溫度低。藍色O型是40000K，紅色M型3000K,太陽是G型，黃色，6000K恒星的亮度和光度。亮度：天體在地球上的受亮程度光度：恒星本身發(fā)光視星等：亮度等級絕對星：光度等級視星等和亮度有這樣的關系：星等值越小，亮度越大視星等等差，亮度是等比，差五級亮度相差100倍所以相差一等，亮度相差R=2.512倍。最亮的太陽：-26.74視星等最暗的25等星絕對星等是指天體在距離我們10秒差距【一秒是以天文單位的距離所張的角為1角秒時的距離】時的視星等，就是該天體的絕對星等，可以表達恒星的真正光度，10s差距距離下視星等和絕對星等是相等的。但是比這更近的恒星不多，因此對于大多數恒星來說絕對星等一般都大于視星等。在天文學中吧絕對性等即光度大的恒星叫巨星，光度小的恒星稱為矮星。光度比通常巨星大的恒星為超巨星。恒星的多樣性少數恒星在某些方面與眾不同，它們是雙星和星團，變星、新星和超新星，巨星、超巨星和白矮星，脈沖星和中子星。一般的恒星是單個存在，但是在已經認識的恒星中大約有1/3是成雙成對的，成為雙星。例如全天最明亮的天狼星就是一對雙星。有些雙星沒有相互繞轉的關系，稱為光學雙星。真正的雙星（即物理雙星）在相互擾轉的過程中。有的雙星有相互遮掩的情況，并且周期性地改變視亮度，叫做食雙星。有的雙星的一個或者兩個成員本身也是雙星。【南門二（半人馬座α星）ABC，AB雙，同C又構成雙，C比AB兩星更接近，因而叫比鄰星?！慷鄠€恒星聚集叫星團?！景盒菆F，七姐妹星團，不止七個】變星：在一定時間內會很明顯的特別是周期性的變化。叫變星：脈動變星，幾何變星，爆發(fā)變星。脈動：星體本身周期性膨脹和收縮而發(fā)生光度變化。膨脹變亮，收縮變暗。幾何：幾何位置變化：上面食雙星就是一種并且被稱為食變星爆發(fā)：因為星體本身爆發(fā)而光度變化。普通的叫新星，幾天內可以突然增加九個星等以上，由暗星變成亮星，或者由看不見的變成明亮的恒星，爆發(fā)完后仍然是恒星。爆發(fā)規(guī)模超過新星的教超新星，光變幅度超過17哥星等，亮度增加千萬倍或者萬萬倍，這是恒星世界已知的最激烈的爆發(fā)現象，爆發(fā)后留下一個高密度殘骸，不再是恒星。恒星的光度【絕對星等】和溫度【光譜型】多種多樣。恒星溫度高。他們光度大。這樣的叫主序星。恒星光度還和表面積有關，主序星光度溫度關系說明他們的表面積既不會特別大也不會特別小。1937年人們發(fā)現新型變星，脈沖星，他們發(fā)出很強烈的短周期的無線電脈沖。周期很短0.03-4.3s，但是能量大，一次脈沖能量相當于目前全球全年用電量的一億倍。具有一般恒星質量，但是體積要比一般恒星小了很多，所以他密度很高。除了密度高，他還有很強的磁場和快速的自傳。人們認為：脈沖星實際上就是中子星，即由中子組成的恒星。特點：高溫高壓。4、恒星的形成和演化：①、“康德—拉普拉斯星云說”②、超密說：超高密度物質塊從核心向四周演化③災變說：碰撞④俘獲說：從銀河系折入⑤幼年期：超新星爆發(fā)啟動的“原恒星”青壯年時期“氫閃”標志一顆恒星正式形成“主序星階段”【比太陽質量大的藍星，小的紅星，主序星多的原因，恒星在主序階段停留時間最長。】晚年期：10%氫消耗完的時候“紅巨星【太陽】&超巨星【更大的】”【比太陽一半小的直接不經過紅巨星階段變成白矮星】衰亡期出現Fe需要吸收大量熱量——“超新星爆發(fā)現象”恒星末態(tài)：白矮星中子星【大】黑洞【大】星云→原恒星【幼年】→主序星【青壯年】→紅巨星【晚年】→行星狀星云→白矮星→黑矮星→小質量恒星星云→原恒星【幼年】→主序星【青壯年】→超巨星【晚年】→超新星爆發(fā)→中子星或者黑洞【大質量】決定恒星壽命因素——質量質量越大時間越短十五倍太陽質量一千萬年一倍一百億年0.2倍一萬億年太陽和太陽系太陽太陽上進行著熱核反應太陽能來源是輕核聚變來的整個太陽可以分為一些同心圈層，最中心的是溫度極高的核反應區(qū)，依次向外的是輻射區(qū)和對流區(qū)。太陽大氣可以分為3層：①光球密度很高，人們看到的光亮圓面就是光球層，即太陽視表面【太陽黑子：溫度比光球表面稍低就顯得暗了，黑子最多的年份是太陽活動極大年，平均周期約為11年】②色球【日珥：一種紅色火焰；耀斑：短時間內突然增亮，耀斑周期也是11年，常隨黑子增多而增多；色球層只有在日全食或者用特殊望遠鏡才可以看到】③日冕【日冕膨脹：一部分粒子擺脫太陽的重力奔向行星際空間；日冕高速膨脹有太陽風【高速粒子流，90%氫核】，這是輕核聚變，背向太陽一面的磁場被太陽風帶向遙遠的行星空間，形成磁尾；也只有日全食或者特制日冕儀才可以看到，】太陽光球層色球層日冕層從下到上溫度越來越高亮度越來越低密度越來越小厚度越來越厚太陽活動：寧靜太陽【太陽活動處于低潮時】擾動太陽【太陽活動處于高潮時】下面說的主要是擾動太陽的活動①光斑：光球上更加明亮的斑點，在光球層②日珥，色球層噴發(fā)出來然后又降回色球層的稠密物質，呈紅色火焰狀。大體和黑子變化同步③耀斑【在擾動太陽各種表現中最強烈、對地球影響最大的要算耀斑】④譜斑：色球層有大塊增量區(qū)域，和黑子有聯系，比黑子壽命長，比黑子晚消失⑤日冕凝聚區(qū)【發(fā)出的X射線十分強】太陽活動對地求的影響：地球氣候【世界許多地區(qū)降水量與黑子11年周期有關】，地球電離層【耀斑爆發(fā)，發(fā)射的電磁波會進入地球電離層引起電離層擾動。在電離層傳播的無線電信號會部分或全部被吸收，導致通信衰減或者中斷】。地球磁場【太陽活動強，帶電粒子流會讓磁場擾動，產生磁爆，使磁針劇烈顫動不能正確指示方向】。極光【太陽發(fā)出的電子質子進入地球附近，地球磁場迫使他們沿著地球磁力線方向運動，這樣粒子便集中到地球兩個磁極和地球大氣中的分子、原子進行碰撞產生了極光】太陽系（1）太陽在太陽系總質量中占了99.9%，所以太陽是中心天體，這樣，太陽有足夠大的引力，使太陽系一切天體環(huán)繞他。太陽系的成員首先是行星和衛(wèi)星，其次是彗星和流星體。此外還有行星際微小天體和人造天體。行星。有大小之別。八大，水金【地】火木土人們看著明亮“五星”，天王海王只能望遠鏡才看清。有光環(huán)的：土木天王海王。以地球為界限，地內和地外。按物理性質：類地和類木【就是地內和地外】前者溫度高后者低前者有固體表面。水星沒大氣，火星有但是少，金星有大氣壓是地球的九十倍，木星土星沒有固體表面是流體球，產生能量，天王海王輕物質，溫度太低氣體物質變成水物質。小行星很多，體積最大質量最大發(fā)現最早的：谷神星。大多數小行星存在于火星木星之間形成完整的小行星帶說明小行星大概是一個瓦解的大行星的碎片。也可分為帶外和帶內行星繞日公轉的具體規(guī)律同城開普勒三定律第一定律【軌道定律】行星軌道橢圓的所以行星繞的時候離太陽有時候進有時候遠第二定律【面積定律】行星到太陽的連線在同樣時間掃過同樣面積。行星靠近太陽的時候距離小，速度快，遠離的時候距離大，速度慢第三定律【周期定律】行星繞太陽公轉一周時間【周期】的平方和軌道長軸半徑立方成正比。所以離太陽越遠的公轉周期越長除了水星金星外其他行星都有衛(wèi)星，有的小行星也會有（5）彗星彗星質量主要集中在一個由冰凍物質組成的核心教彗核。外面有一個云霧狀的包層教慧發(fā)，有些慧發(fā)周圍有一個及其巨大的氫原子組成的慧暈。這三個合稱為慧頭有彗尾藍色的離子平直黃色的塵粒彎曲【由于太陽風和太陽光壓的作用】哈雷彗星1986.2-2062周期76年（6）流星體行星際空間的塵粒和固體小塊，數量眾多。流星群：沿同一軌道繞太陽運行的大群流星體。流星現象：流星體同大氣分子院子摩擦燃燒產生光跡劃過長空。偶發(fā)流星：單個出現的火流星：亮度超過-5等太陽系的起源1755年，德國康德根據牛頓的萬有引力定律，提出了太陽系起源問題的星云假說——康德星云假說，基本觀點可以歸結味三條：第一、太陽系是有時間上的歷史的，是“某種在時間的進程中逐漸生成的東西”，第二、形成太陽系的物質基礎是彌漫星云，即大團的氣體和塵埃。第三、形成太陽系的動力是引力，即星云各部分相互吸引的力?！菊f明了行星運動的近圓性，共面性和同向性】【天體在吸引最強的地方開始形成】1796年法國的拉普拉斯【數學物理家】【天體力學主要奠基人】提出另一個星云假說【巨大的，灼熱的，轉動的氣體大致成球狀，形成太陽系的云，星云中心部分凝聚成太陽，分出氣體物質環(huán)來形成衛(wèi)星系統(tǒng)】現代星云學說康德認為形成太陽系的是銀河星云的整體。現在看來只是一個很小的碎片。拉普拉斯認為形成太陽系的星云物質是熾熱的，現在看來是低溫的。又冷變熱的歷史。今天的理解：星云到太陽，起初是銀河星云中產生太陽星云【銀河星云分裂產生的碎片之一】然后變星云盤，然后在里面產生太陽【持續(xù)收縮不斷升溫因為高溫高壓變成一個能夠熱核反應，就是能夠自己發(fā)光的恒星】和行星【聚集然后吸積，塵粒-星子-星胚【八大行星的前身】】。小行星帶：木星火星的星子一開始就比小行星區(qū)的大，拉走了一部分星子，小行星的星子生長受影響。地球：溫度大氣層陽光臭氧層適宜的原因縱波P都可以，橫波S只可以過固體地殼——地面至莫霍界面之間上部分硅鋁層下部分硅鎂層地?！艉凸诺潜ぶg【固體】，主要是鐵鎂的硅酸鹽。也教中間層。莫霍界面到1000km深處教上地幔，上地幔上部存在一個軟流層，是巖漿主要發(fā)源地之一。地下1000-2900km叫下地慢，可能是固體。地幔和上地幔頂部【軟六層以上】由巖石組成叫巖石圈。地核——古登堡到地球核心，2900-5000外盒，接近液體。5000一下內核，固體，內外核分界線的不連續(xù)面——利曼面。地球上曾經有特別多變化，影響深遠的是整個地球分化成同心圈層的變化。地內溫度升高，內部熱量積累，地內物質具有越來越高的可塑性，較重的下沉，較輕的上升。行星形成初期組成地球胎的是塵埃，地球胎質量增大，引力增長最后變成地球，可以吸積氣體。這是原始大氣，第一代大氣。地球質量進一步增長，以及地球內部溫度的升高，地球內部就會不斷有氣體產生，并且隨著地球內部物質圈層分化的持續(xù)進行而跑到地球外，隨著這一過程進行，來自地球內部的氣體就在地球大氣中占有優(yōu)勢。這是地球第二代大氣。第二代大氣中沒有多少氧氣，主要是二氧化碳，一氧化碳，甲烷和氨，是還原大氣。綠色植物讓還原大氣變成氧化大氣。地球上出現藍綠藻。是地球大氣由還原到氧化的關鍵性事件。之后綠色植物陸續(xù)出現，第三代大氣（以氧氣氮氣為主要成分的大氣）出現，現代大氣。地球圈層：地球外圈和地球內圈，外圈：大氣圈水圈生物圈巖石圈；內圈：地幔圈外核液體圈固體內核圈；軟流圈：地外底內的圈層一共八個巖石圈+軟流圈地球內圈一起構成固體地球大氣：一百公里以內幾乎集中所有氣體水圈：主要由海水組成海水直接來源是大氣，是大氣中水汽的凝結物地內溫度升高，地球內部產生越來越多水汽，而這些水汽又通過火山的活動跑到地球外部，出現在大氣中，并且以雨滴的形式降落地面，形成原始的水圈。海水的量有一個逐漸積累的過程。原始海水不是真正的淡水但是鹽度較低。海水變小咸是和河水的注入有關。河水含有一定鹽分。海水唯一的去路是蒸發(fā)，而蒸發(fā)出去的總是淡水，因此河水不斷注入讓海水鹽分增加，生物圈：生存植被40萬動物110微生物10曾生存過約5-10億現存生物生活在巖石圈上層大氣下層水圈全部巖石圈軟流圈液體固體內核圈：最靠近地心的G層巧克力豆生物基本特征：一、完整復雜的結構二新陳代謝三生長和發(fā)育四應激性和適應性五遺傳和變異第三節(jié)生命的起源1，神創(chuàng)論2，自然發(fā)生論（非生命物質中突然產生出來的）3，生源論（生物只能由同類生物產生）4，宇宙生命論（生命永恒論）（生命在整個宇宙中是永恒的，原來就有）5，原始發(fā)生論（由無機物自然發(fā)生而來的）由此提出了新的探索生命起源的科學之路現代高新技術生物技術生物技術概述1.生物技術的含義：生物工程或者生物工藝學1917年匈牙利工程師埃賴基提出：利用生物將材料轉變?yōu)楫a品1982重新定義：應用自然科學以及工程學的原理，依靠微生物動物植物作為反應器，將物料進行加工以提供產品來為社會服務。2.傳統(tǒng)生物技術：發(fā)酵工程，細胞工程，酶工程以及遺傳育種等技術被視為傳統(tǒng)的生物技術3.現代生物技術以DNA重組技術的建立為標志基因工程：他是現代生物技術的核心，主要研究基因的分離、合成、切割、重組、轉移、表達等把dna或者基因分離提取，體外經過切割與載體重組形成重組dna分子并導入受體細胞，使外援dna在受體細胞表達。DNA復制：DNA分子特點：穩(wěn)定性、多樣性【4種100哥有4^100種】、特異性①解旋酶，合成酶，復旋酶②能量：ATP是直接能源物質③原料：四種游離的脫氧核苷酸④原則：堿基互補配對原則⑤時間：細胞周期的間期⑥場所：細胞核內⑦模板：DNA解開的兩條單鏈方向相反的兩條脫氧核苷酸長鏈外側是磷酸，脫氧核糖構成的基本骨架，內側氫鍵鏈接成的堿基對。DNA雙螺旋結構的誕生和遺傳信息傳遞方式的確立發(fā)現：核素-堿基-核酸分類-肺炎雙球菌轉化實驗-10年確定dna-噬菌體侵染：dna是遺傳物質，蛋白質不是-DNA雙螺旋結構結構：DNA主要存在于細胞核中由多個范圍脫氧核苷酸組成，每個脫氧核苷酸由脫氧核糖，含氮堿基，磷酸基團組成。DNA的功能：dna可以通過復制傳遞遺傳信息。可以通過控制蛋白質合成表達遺傳信息2、基因概念的不斷發(fā)展基因概念的不斷發(fā)展基因從功能上分為結構基因，調節(jié)基因，操縱基因。結構基因是編碼蛋白質的一段dna。1%~5%是結構基因。調節(jié)和操作都是調節(jié)操縱結構基因工作的。斷裂基因：可以表達外顯子被不能表達的內含子隔開的基因。重疊基因：同一部分dna能編碼兩種不同的蛋白質。跳躍基因：基因不是穩(wěn)定靜止的。假基因：結構基因順序相似但是不表達。基因工程的操作流程（1）獲取目的基因和載體①獲取目的基因的方法。目的基因可以用化學方法合成。近年出現一種最有效的——PCR第一步變性【模板dna升溫到95度使雙鏈解開，變成單鏈】第二步是退火【將反應體系降到55左右使得一對引物能分別和變性后的兩條模板鏈相配對】，第三步延伸【調溫度到聚合酶作用的最適合溫度72，然后以目的基因為模板合成新的DNA鏈】②基因載體【送目的基因到受體細胞中，讓他增殖和表達】必須具備條件：1、在受體細胞中可以獨立進行復制并且復制率比較高且相對獨立2、載體上要有合適的限制酶切點，便于外源DNA整合到載體DNA的一定位置上3、易于堅定篩選，容易將外源DNA的重組載體與不帶外援DNA的載體區(qū)別開來4、易于引入受體細胞（2）切割、連接形成重組DNA分子①限制性內切酶（專一性強能夠識別dna一定數目序列，切割一般交錯切割，有時平整切割）②DNA連接酶（黏性末端通過堿基互補就可以鏈接，會留下幾個堿基大小的缺口，這個酶可以修復缺口。平整末端用t4噬菌體產生的酶來鏈接，可以讓齊頭的dna雙鏈末端直接鏈接，用同一種限制性內切酶切割會有相同的黏性末端，于是兩種帶走互補的黏性末端異源dna分子鏈接）（3）重組DNA分子導入受體細胞受體細胞是可以攝取外源dna并使其穩(wěn)定的細胞。原核生物細胞很好，比如最常用的大腸桿菌。真核酵母和某些動植物的（生殖細胞，受精卵，胚體細胞來自動物，可以進一步培養(yǎng)轉基因動物，植物因為有全能性所以比動物更適合）也不錯。將外源重組DNA分子導入受體細胞的途徑根據不同的受體細胞而方式不同主要方式有：轉化、轉導、顯微注射、微粒轟擊和電穿孔等方式對吸收了重組DNA的受體細胞進行篩選和鑒定①遺傳學方法②免疫化學方法③核酸分子雜交法（5）對含有重組DNA的細胞大量培養(yǎng)，使外源基因得到表達三個條件一是基因編碼區(qū)不能被插入序列所中斷二要有啟動子，必須能被寄主細胞rna多聚酶有效識別三，mrna必需相當穩(wěn)定并有效地被翻譯，產生的外來蛋白不會被寄主細胞蛋白酶降解?；蚬こ痰淖罱K目的是獲得目的基因表達產物——蛋白質（酶）目前DNA分子廣泛應用于刑事案件偵破等方面1、把案犯留在現場的毛發(fā)血等分析2DNA分子是親子鑒定的主要證據之一基因工程的應用（1）轉基因植物①獲得各種抗性抗蟲的棉花抗病毒煙草抗真菌的水稻抗軟化的番茄抗寒的煙草水稻甜椒玫瑰抗旱抗?jié)晨果}②改良農作物品質增加幼交油料作物中脂肪酸的含量增加農作物可食部分氨基酸的種類個數量改變農作物的淀粉質量和含量，開發(fā)新的糖類等③讓植物成為綠色生物反應器煙草生產神經肽，植物生產塑料，凝血因子，多種抗體。研究植物生產疫苗④讓花卉多姿多彩（2）轉基因動物外援dna或者mrna通過逆轉錄病毒法顯微注射法胚干細胞法等轉入受精卵。三個方面發(fā)展：讓動物獲得優(yōu)良性狀，把動物作為生物反應器，增強動物免疫力轉基因鼠研究細胞功能研究基因結構和功能。轉基因家畜增加抗病性，藥物生產，器官移植，血液供應。轉基因家蠶，讓蛛絲蛋白在家蠶中表達。人類疾病的基因診斷和基因治療①基因診斷：dna診斷或者分子診斷②基因治療：向靶細胞或組織中引入外源基因，以糾正或者補償基因的缺陷，關閉或抑制異常表達的基因，從而達到治療的目的。Er四種治療方式：體外原位基因治療（缺陷的細胞取出修正后轉入體內），體內基因治療（基因直接轉入病人特定組織中，對局部治療效果特別好），反義基因治療（抑制或者降低目的基因的表達而治療），核酶進行治療（具有催化裂解活性的rna分子可以特異性地切割某基因組，目前再利用核酶進行基因治療方面做了大量工作）。基因治療用于人體的基因工程，最初治療遺傳病，現在推廣到治療癌癥和艾滋?、廴祟惢蚪M計劃和曼哈頓原子彈計劃，阿波羅登月計劃并成為自然科學史上三計劃千人基因組計劃目的在繪制迄今為止最詳盡最有醫(yī)學價值的人類基因組遺傳多態(tài)性圖譜（4）基因工程藥物美國第一個重組基因胰島素投放市場，標志世界上第一個基因工程藥物的誕生研制疫苗，環(huán)境保護，能源的開發(fā)發(fā)酵工程1,發(fā)酵工程概念：通過研究，改造發(fā)酵所用的菌以及應用技術手段控制發(fā)酵過程來大規(guī)模生產發(fā)酵產品。發(fā)酵工程的步驟（1）上游處理過程：對粗材料進行加工，以作為微生物營養(yǎng)的來源和能量的來源（2）發(fā)酵和轉化：篩選出能夠產生生物活性物質的菌株，讓其大量生長，連續(xù)地生產某一目的產品。優(yōu)良菌種的獲得可以從自然突變的群體中尋找，也可以物理或者化學方法去人工誘變。現在更多的是用基因工程的方法改造菌種，甚至創(chuàng)造新品種。（3）下游處理過程：產品的分離純化，可以從細胞的培養(yǎng)液中純化，可以從細胞中直接純化現代發(fā)酵工程的應用：醫(yī)藥工業(yè)，食品工業(yè)，開發(fā)新能源細胞工程植物細胞組織培養(yǎng)和快速繁殖組織培養(yǎng)人為控制外因條件下培養(yǎng)研究植物組織器官甚至進而從中分化發(fā)育出整體植株。植物體細胞組織培養(yǎng)是在試管里進行的，所以也叫試管育苗。這方法大大加快植物繁殖速度，能在比較短的時間空間用比普通方法快得多的速度培育出大量種苗。利用體細胞組織培養(yǎng)還可以培育扦插難以成活的林木苗比如泡桐。體細胞組織培養(yǎng)還可以消除病毒。細胞融合和單克隆抗體細胞融合，體細胞雜交。動物可以直接融合；植物融合要先用纖維素酶去掉細胞壁，然后才可以。方法：病毒介導融合，化學物質介導融合，電融合。病毒要用滅活的，仙臺病毒是最早應用于實驗的，蛋白質外模上有許多糖蛋白以及多種酶。這些糖蛋白和酶能和細胞膜上糖蛋白發(fā)生作用導致細胞融合?；瘜W最常用聚乙二醇。電融合用低壓交流電場然后在加高壓電脈沖促使細胞融合。凡是親緣關系很近的的融合以后核型都比較穩(wěn)定。單克隆抗體把短命的b淋巴細胞和無線增值的腫瘤細胞融合，可以獲得大量只對某一特定抗原決定簇的抗體分子——單克隆抗體，用這種方法產生的抗體不但專一性強，而且便于大規(guī)模生產。核移植與克隆動物核移植。簡單地說，核移植就是將一個細胞中的核經過顯微手術和細胞融合的方法移植到去核的另一個細胞中，重組胚胎發(fā)育致產仔的過程。過程首先分離得到受體細胞和供體細胞。供體細胞是提供細胞核的，受體細胞接受細胞?？寺游餆o性繁殖核移植和克隆動物：克隆廣義的說法就是不經過受精作用而獲得新個體的方法，即無性繁殖酶工程酶及酶工程酶是活細胞產生的具有催化能力的蛋白質，具有高效性、專一性、多樣性。酶工程是研究酶的生產和應用的一門技術性學科。酶制劑酶制劑泛指具有催化功能的生物制品。酶制劑的用途可以分為以下幾類：（1）藥物酶，用于治療酶的先天缺失或功能異常的疾病。（2）工業(yè)用酶（3）診斷檢測用酶固定化酶將酶用物理或者化學的方法固定在不溶于水的載體上，形成一種可以重復使用的酶，叫固定化酶。固定化酶既保持了酶的催化特性，又克服了游離酶的不穩(wěn)定性，具有可以反復或連續(xù)使用、易于和反應產物分離的優(yōu)點。制備固定化酶的方法有很多：有包埋法，吸附法，共價偶聯法和交聯法。酶的修飾和改造酶的性質和催化功能由酶分子特定結構決定。如果酶分子結構變化，可以引起酶的性質和催化功能改變，為了更好發(fā)揮酶催化作用，根本方法進行酶分子修飾。蛋白質工程：中心內容：改造現有的蛋白質，生產新的自然界并不存在的蛋白質來滿足人們的要求其基本步驟：第一、分離純化需改造的目的蛋白第二、對分離純化的蛋白質進行氨基酸序列測定，第三、獲取該蛋白的基因序列第四設計改造方案第五對基因序列進行改造第六將經過改造的基因片段插入適當的表達載體加以表達第七分離純化表達產物進行功能檢測蛋白質工程不僅要對那些生物工程的產品進行再加工，還要對一些天然的蛋白質進行模擬和改造。現代生物技術的發(fā)展趨勢隨著人類基因組計劃【美英法德日中，還有登月計劃，攻克腫瘤計劃人類基因組計劃的目標是整體上破譯人類遺傳信息】的完成，【HGP對四張圖進行研究：遺傳，物理，序列，轉錄】各種模式生物的基因組計劃和蛋白組計劃是生物技術發(fā)展的一個主流方向。特別是蛋白組計劃將成為后基因組時代生物技術的主旋律。、新材料技術金屬材料金屬材料概述：一般分為黑色金屬材料和有色金屬材料黑色：鐵錳鉻以及他們的合金鋼鐵：鐵和碳合金是由兩種或者以上的金屬元素，或者金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬性質的物質。鋼鐵材料仍占據主導。原因：鋼鐵具有多種良好的物理機械性能，資源豐富，價格低廉，并且工藝性能好，便于加工制造。除了黑色以外是有色，其中鋁的用途最廣泛而且與人們的日常生活息息相關。鋁合金強度高重量輕，可以制造飛機，貨幣的硬幣。鋁在廚房常用。新型金屬材料鋰【天體的理想結構材料】形狀記憶合金有金鎘合金鎳鈦合金鎳鋅合金鋁銅合金銅鋁鎳合金銅金鋅合金重要特性：①有確定的轉變溫度。溫度一道，就會還原到本來面目。單程記憶效應：形狀記憶合金在較低的溫度下變形,加熱后可恢復變形前的形狀,這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現象稱為單程記憶效應.雙程記憶效應：某些合金加熱時恢復高溫相形狀,冷卻時又能恢復低溫相形狀,稱為雙程記憶效應.②另一個重要特性：超彈性。外力作用下，發(fā)生很大形變，溫度達到轉變溫度時候，會突然狠狠彈回原來的形狀。③抗疲勞性：回憶變形本領可反復使用500萬次。④耐腐蝕性。應用：飛機上液壓管路連接，鉚接，輸油管道連接處，衛(wèi)星用自展天線。在工業(yè)主要用途：形狀記憶合金發(fā)動機。耐腐蝕性和耐磨損性，還有生物相容性，可以廣泛用做人體修復材料。生活中，自動開啟門窗裝置。貯氫合金利用金屬或者合金與氫形成氫化物而把氫貯存起來。金屬都是密堆積的結構，結構中存在著很多空隙，可以容納半徑較小的氫原子。在貯氫合金中一個金屬原子可以和2-3或者更多氫原子結合，貯氫能力很強生成的金屬氫化物結合力很弱，稍稍加熱就會分解放出氫氣非晶態(tài)合金陶瓷材料2、幾種新型陶瓷材料（3）、光導纖維簡稱光纖效率高容量大抗干擾能力很強常用的光導纖維有石英氟化物等玻璃光纖，還有晶體光纖和塑料光纖掉了一顆牙要三顆牙的錢高分子材料1高分子材料的概述【它包括常見的塑料、合成橡膠、合成纖維（三者被成為三大合成材料）也包括人們經常食用的涂料、粘合劑以及一些新型高分子材料】高性能工程材料：塑料；功能高分子材料【尿不濕】：高吸水性樹脂，高分子粘合劑；新型復合材料：玻璃鋼碳纖維；復合材料：陶瓷復合材料。共同特點是人工合成五復合材料3、超導材料應用：1、無損耗遠距離輸電超導輸電線路2、強電流產生的強磁場制造高速磁懸浮磁懸浮列車3、無電阻不發(fā)熱制造高性能電動機超導發(fā)電機六、光子與光電子及納米材料3、納米材料（2）納米金屬金的熔點1063而納米金只有330使低溫燒結制備和金成為現實而且可以使不互溶的金屬冶煉成合金激光技術一激光的產生和性質1、激光的特性：能量集中，定向發(fā)光，亮度極高，單色性好，相干性強激光器2、激光器的結構（1）工作物質（2）泵浦源【激勵源】（3）諧振腔激光技術以及它的應用1、激光存儲技術（1）光盤儲存（2）全息儲存2、工業(yè)中的應用（1）激光加工，激光切割，激光焊接，激光打孔5、激光在醫(yī)療衛(wèi)生領域的應用6、激光在農業(yè)以及其他領域中的應用、航天技術航天技術20實際發(fā)展起來的一項高技術，也是一項新興的系統(tǒng)工程技術，20世紀初，俄國科學家齊奧爾科夫斯基創(chuàng)立宇航理論，隨后美國科學家戈達德和德國科學家奧伯特開始將宇航理論用于實踐，逐