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现代科学技术及其发展北京教育学院叶禹卿20 世纪科学技术的迅猛发展，目不暇接的新发现、新发明，电报、电话、汽车、飞机、火箭等的陆续登场，使人类在一百年的成就，超过了过去几千年创造的文明总和。计算机和网络的出现，把人类从工业经济社会引入信息经济社会。在21 世纪，人类可以到太空天庭漫游、可以到深海龙宫探秘、可以分解微小的原子、可以基因重组克隆动物、可以造成人间从未有过的新材料一、自然科学的基本问题及其发展趋势 二、高新技术 三、核能 四、工程嫦娥一、自然科学的基本问题及其发展趋势 1自然科学的基本问题2 现代自然科学的发展趋势1自然科学的基本问题（1）揭示物质的本质（2）天体与整体宇宙形成与演化的奥秘（3）解读基因结构，探究生命和物种起源进化之谜（4）探索各种复杂系统，创立普遍适用的非线性理论2现代自然科学的发展趋势（2）在基本规律已经清楚的领域内，科学家正在努力扩大研究的范围，向各种条件的极限进军。目前科学研究逐渐深入的领域包括：时空尺度。同时向宇观与微观的极限延伸温度极限。观察到温度处于-2730C 、早期宇宙形成的高温状态(亿亿度)。提高压力，模拟地心的压力状态。提高超导体的转变温度，希望能最终达到室温超导。（3）研究复杂系统与复杂现象。复杂系统与复杂现象普遍存在于自然界，过去由于认识的偏差与手段上不足，曾被忽略。现在随着混沌现象的发现与非平衡态热力学的建立，人们认识复杂系统并不必然等同于杂乱无章的无序，大多数是有规律可循的，可以通过分形、耗散结构等观念和数学手段，建立起针对复杂系统内在规律与演化的科学理论，这一理论通常被称作“非线性科学”。（4）当代科学的体系结构与17 世纪19 世纪的传统科学体系相比，也有显著的变化。当代科学在高度分化的基础上产生了高度的综合，综合表现为多层次、多维度的学科交叉与渗透，更表现为横断学科和综合性的学科群不断涌现。这个整体化趋势的具体表现是数学化。越来越多的学科，如生物学、心理学、经济学和社会学等，广泛应用数学的模型和方法进行定量研究。二、高新技术（一）我国的高技术研究发展计划（“863”计划）80 年代以来，许多国家都把发展高技术列为国家发展战略的重要组成部分。1986 年3月3日，王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允四位老科学家给中共中央写信，提出要跟踪世界先进水平，发展我国高技术的建议。这封信得到了小平同志的高度重视，小平同志亲自批示：此事宜速决断，不可拖延。1生物技术高产优质抗逆的动植物新品种新型药物、疫苗和基因治疗蛋白质工程2 航天技术大型运载火箭载人空间站3电子信息技术智能计算机系统光电子器件与光电子系统集成技术信息获取与处理技术4 激光技术高性能、高质量的激光器激光器加工应用技术5自动化技术计算机综合自动化制造系统智能机器人6 、新能源技术燃煤磁流体发电技术先进核反应堆技术7 新材料技术光电信息材料高性能结构材料特种功能材料二、世界公认的高新技术1信息技术2 生物技术3 新能源技术4 新材料技术5 航天技术6 海洋技术1信息技术现代信息技术是一门综合性很强的技术，它包含微电子技术、计算机技术、数字通信技术、多媒体技术、网络技术、光纤通信技术，卫星通信技术、遥感、遥测技术、遥控技术以及人工智能等各种高技术。现代信息技术的主要特征是：各种信息的数字化和信息传递、信息处理的计算机化和网络化。2生物技术应用于有生命物质的技术。可以划分为传统生物技术和现代生物技术两种。现代生物技术一般包括基因工程、细胞工程、微生物工程与酶工程四大领域。3新能源技术能源指能够提供出能量的自然资源。能源是人类生存的物质基础，社会经济发展的原动力。人类利用能源大致经历柴草、煤炭、石油三个时期，现在人类面临能源短缺问题。4新材料技术材料指人类能用来制造有用器物的物质。材料是人类生存和发展的物质基础，是人类社会文明的重要支柱。新材料，主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。材料、能源和信息技术已成为现代文明的三大支柱。5航天技术探索、开发和利用空间以及地球以外天体资源的一项工程技术，又称空间技术。1957 年10 月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，标志人类已经进入了空间时代，开始认识、研究、利用和开发空间。经过近40 年的努力，航天技术有了飞速的发展，为人类带来了巨大的经济效益和社会效益。6海洋技术通过海洋资源的开发，解决人类面临的各种问题。海洋是一个名符其实的“聚宝盆”。海洋蕴藏着极其丰富的生物资源、矿物资源、化学资源、能源和其他许多资源。这些资源的种类和数量，远远超过了大陆，多的令人难以置信。三、核1基本理论（1）质能关系爱因斯坦的著名质能关系式回答了这个问题。爱因斯坦在狭义相对论中划时代的提出，物质的质量（m）和能量（E）的关系为E0 = m0c 2 （2）原子核结合能原子核的结合能与核的质量数（即核子数）的比值称为“核子的平均结合能”。（3）质量亏损2 个质子与2个中子的质量与氦的质量不相等，其差值为：M （2M 中2M 质)- M 氦21.007825u 21.008665u 4.002603u 4.032980u 4.002603u 0.030377u 2核裂变反应堆与核电站秦山核电站3核聚变与可控热核反应环流器环流器2号利用磁场约束实现核聚变。利用等离子体带电的性质，用强磁场将其约束在一定的区域内，并保持一段时间。此类装置中以“环流磁真空室”即托卡马克最有成效，在技术上有望突破。它的中央是一个半径23米的不锈钢环形真空室。惯性约束核聚变。制成直径几毫米的“靶丸”，利用强激光从许多方向上对其同时照射，靶丸具有惯性，再加上激光的光压力，使内层氘和氚混合物的密度急速增加，直径急剧缩小，温度可达数千万度，高温高压最终可使聚变反应发生。1991 年11 月9日，欧洲JET ，温度3亿开，约束时间1.8 秒，脉冲功率1.7 兆瓦。轨道舱3其他新能源太阳能干净、清洁能源氢能氢的化学变化释放的能量燃料电池直接把燃料的化学能转化为电能磁流体发电又称等离子体发电地热能源地球内部核能等海洋能潮汐能、海浪能、温差能等二、嫦娥工程1 太空环境和资源太空这中蕴藏着大量资源，大致分为高远位置资源（航天器观察的区域大）；微重力资源（微重力、高真空、温差大、高辐射）；物质资源（太阳能资源、月球及其他行星资源）。2人类对月球的探索（1）用探测器了解月球1959 年9月，前苏联发射“月球2号”，命中月球上名为“澄海”的东方地区。同年10 月，“月球3号”成功地绕到月球的背面，拍摄了平时无法看到的月球另一面照片。美国从1961 年起先后执行了“徘徊者”计划、“勘探者”计划和“月球轨道环行器”计划。使一些无人探测器环绕月球飞行，并把一些探测器送上月球，对月球进行了详细、周密的探测。（2）登上月球的阿波罗时代宇航员登上阿波罗飞船阿波罗飞船外形月球车3中国的嫦娥奔月计划（1）嫦娥奔月计划一期绕月工程在最近的到年发射月球探测器“嫦娥一号”，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。二期工程2007 年至2010 年，目标是研制和发射航天器，以软着陆的方式降落在月球上。三期工程2011 至2020 年，目标是月面巡视勘察与采样返回。（2）神舟号飞船“神舟五号”载人飞船剖视结构图在天空中翱翔的神舟号（3）长征系列运载火箭火箭的发射（4）航天飞机世界各国的月球探测日本：将于2025 年在月球建立基地，让机器人做月球的“拓荒者”。印度：计划在2008 年发射第一艘无人登月飞船“月球飞船号”。俄罗斯：新式登月飞船将在今年夏天首次试飞。美国：再度登月的时间定在2015 年，最迟不超过2020 年，并且要在月球建设“多国太空站”。环流器1号推进舱附加舱通讯舱“神舟五号”载人飞船剖视结构图太阳能电池我国卫星绕月探测线路图附加舱舱轨道