科学技术概论

1、科学·文化·宗教 一、科学与伪科学1、伪科学：伪科学又称疑似科学或类科学，是指任何宣称为科学的，或描述方式看起来像科学，但实际上并不依照科学方法，缺少证据支持或似真性，或者缺少科学形式。2、巴纳姆效应：心理学家Bertram R. Forer于1948年对学生进行一项人格测验，并根据测验结果分析。试后学生对测验结果与本身特质的契合度评分，（0分最低，5分最高），平均4.26。事实上，所有学生得到的“个人分析”都是相同的。3、eg：你企求受到他人喜爱却对自己吹毛求疵。虽然人格有些缺陷，大体而言你都有办法弥补。你拥有可观的未开发潜能，尚未就你的长处发挥。你看似强硬、严格自律的外

2、表掩盖着内心的不安与忧虑。许多时候，你严重怀疑自己是否做了对的事情或正确的决定。你喜欢一定程度的变动并在受限时感到不满。你为自己是独立思想家自豪并且不会接受没有充分证据的言论。但你认为对他人过度坦率是不明智的。有些时候你外向、亲和、充满社会性，有些时候你却内向、谨慎而沉默。你的一些抱负是不切实际的。4、解释：人们会对于他们认为是为自己度身订造的一些人格描述给予高度准确的评价，而这些描述往往十分模糊及普遍，以致能够放诸四海皆准适用于很多人身上。（1）提出模棱两可的命题，缺乏具体的测量标准。（2） 没有操作流程的明确定义，来说明测量数据是如何取得的。 （3）没有依照节俭性原则。（4）没有适当的控制

3、对照组。（5） 没有适当的限定条件。二、证实（testability）与证伪（falsifiability） 1、在面对某一种假设或规则时，人们更倾向于去证实它，而很少去证伪。三、what is not science? 1、过度依赖正面支持而拒绝质疑或挑战（1）无法容忍可能被证伪的情况；（2）不承担反向举证责任 2、缺乏开放性，不便其他专家验证（1）在发表结果前逃避同行评议、共享数据；（2）“新闻发布会式科学研究” 3、科研过程的缺失（1）缺少得出证据过程的描述；（2）缺乏自我纠正 4、科学问题个人化（1）学霸作风，压制不同看法，把批评者看作敌人；（2）声称批评者有某种阴谋或故意压制其看法。

4、攻击批评者的动机或人格。 5、使用误导性的语言（1）使用表面上科学性的语言而让非专业人士相信其科学性；（2）使用非常规的术语描述常规现象或事物。 四、不是科学，但也不是伪科学1、科学是人类的知识体系之一，但不是唯一的知识体系。在科学之外，还有很多有用的知识，它们并不属于伪科学。（1）没有经过完整归纳、验证的知识，无法纳入科学体系，但并不是伪科学。例如日常生活的经验和直觉。（2）科学之外的其他知识体系，不能以伪科学来评判。例如文学、艺术体系，不适合用科学、伪科学来评价。空间技术一、空间：人类的第四环境 1、人类逐步扩展的活动范围：陆地、海洋、大气层(稠密空间)、外层空间 2、“天” (外层空间简

5、称外空) 的两种理解：（1）地球大气层以外的无限遥远空间称之为“天”；（2）地球大气层外、太阳系以内的有限空间叫做“天” 3、进入第四环境需要克服的难关：（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。 4、第四环境中蕴藏着的空间资源，仅就近地的外空领域来看，可利用的空间资源就有：（1）相对地面的高位置资源；（2）微重力环境资源；（3）高真空、高洁净环境资源；（4）超低温资源；（5）太阳能资源；（6）月球及其行星资源等。2、 空间技术：铺向通天路 1、空间技术：探索、开发和利用太空以及地球以外天体的综合性工程技术高度综合的技术。 2、航天：

6、地球大气层以外、太阳系以内的空间活动 3、航宇：超出太阳系以外的空间活动 4、空间技术：涵盖航天技术和航宇技术 5、目的：利用空间飞行器作为手段来研究发生在空间的物理、化学和生物等自然现象。 6、空间技术的主要特点：（1） 空间技术是一门高度综合性的科学技术，是很多现代科学和技术成就的综合集成。它主要依赖于电子技术、自动化技术、遥感技术和计算机技术等众多先进技术的发展。因此，一个国家空间技术的成就，最能体现其科学技术的水平，是衡量其科技实力的重要标志。（2）空间技术是一门快速的、大范围的、在宏观尺度上最能发挥作用的科学技术。比如，通信卫星可以大面积覆盖地面以至全球；气象卫星可以进行全球天气预报

7、；侦察卫星可以及时监视广大地区的军事活动等等。 7、空间技术的作用：（1）全波段天文观测 (摆脱了大气层阻碍，可以接收到来自宇宙天体的全部电磁辐射信息)；（2）实现对空间环境的直接探测以及对月球和太阳系大行星的逼近观测和直接取样观测；（3）迅速而大量地收集有关地球大气、海洋和陆地的各种各样的电磁辐射信息，直接服务于气象观测、军事侦察和资源考察等方面；（4）实现全球卫星通信、广播、导航和大地测量(卫星作为空间无线电中继站)；（5）在航天器上进行各种重要的科学实验研究(利用空间高真空、强辐射和失重等特殊环境) 8、空间技术的意义：（1）空间技术使人类进入第四环境：在月球、火星和小行星等天体上，有丰

8、富的行星际空间，有真空资源、辐射资源、大温差资源，那里的太阳能利用效率也比在地球上高得多。利用航天器的飞行，还可派生出轨道资源和微重力资源等。（2）使现代通信技术跃入崭新时代：解决了地面远距离、短波和地面微波通信易受干扰成本高的问题。目前2/3以上的洲际通信由通信卫星承担。（3）为经济发展带来美好前景：利用空间技术的遥感遥测可以广泛地开展对土地、森林、水、矿产、海洋等资源的普查。利用气象卫星国土资源卫星可以预报自然灾害。利用空间技术进行“航天育种”使经过太空“处理”回到地上种植的农作物种子不仅变异频率高幅度大、变异性状可以遗传、而且变异稳定。三、空间技术的原理 1、万有引力和宇宙速度（1）万有

9、引力定律： （2）第一宇宙速度(7.9km/s)： 使物体绕地球作圆周运动 （3）第二宇宙速度(11.2km/s): 摆脱地球引力束缚，飞离地球（4）第三宇宙速度(16.7km/s): 摆脱太阳引力束缚，飞离太阳系 2、反作用推力和运载火箭 >1500km高空， r空气分子=3.2×1010/3, 浮力太小。1903年齐奥尔科夫斯基提出火箭公式 v为终速, vP喷气速度, M0为原始质量, M为所剩质量 3、多级火箭接力办法:在火箭垂直发射时，让最下面一级先工作，完成任务后脱离，接着启动上面一级，进一步提高速度。 4、太空轨道和航天器的运行：低轨道卫星一般直接入轨，即火箭连续工

10、作，当最后一级火箭发动机关机时，卫星就可进入预定轨道。中、高轨道卫星常常滑行入轨。其发射轨道由火箭发动机工作时的主动段、发动机关机后靠惯性飞行的滑行段和发动机两次工作时的加速段组成。地球静止轨道卫星常常采用过渡转移轨道入轨。四、 空间技术的三大组成部分（航天器、运载器、地面测控系统） 1、航天系统：运载器、航天器、发射场和回收设施、航天测控、数据采集网和用户台站(网)等互相配合, 协调工作，共同组成的系统。 2、航天器(亦称空间飞行器、太空飞行器)：飞向宇宙空间或在宇宙空间飞行的所有装置的统称。按应用分：无人航天器载人航天器卫星式，登月式人造卫星(绕地运行) 空间探测器 人造飞船空间站航天飞机

11、 科学卫星应用卫星技术试验卫星探月球探行星 3、航天器分类：（1）按原理分：近地轨道宇宙飞行器；行星际宇宙飞行器（2）按应用分： 4、航天器分成两个舱:（1）标准化公用舱（2）专用设备舱 5、航天器现阶段采用的三种电源(带动所携带的各种设备)（1）太阳能电池(多用于不载人的航天器)（2）化学能电池(载人航天器上通常用燃料电池,有时则为燃料电池与太阳电池的组合)（3）核能电池 (美国的深空探测器“先驱者”号和“旅行者”号用了小型的核反应堆提供电源) 6、人造卫星 7、探测器：（1）研制和发射行星际探测器的主要目的: 对月球及太阳系内各行星进行系统考察与研究（2）行星际探测器主要采用三种飞行方法：

12、从目的星旁飞过；绕目的星运转, 成为目的星的卫星；穿过目的星周围大气层，在目的星上着陆（分硬着陆和软着陆）。 8、载人研究经过三个阶段：第一，把人送入地球轨道并安全返回；第二，发展载人空间基本技术，如轨道机动飞行、交汇、对接以及考察宇航员出舱活动能力等；第三，发展小型实验性空间站，进一步考察人在长期空间条件下的生活和工作能力。 9、人造飞船 10、空间站：（1）空间站的主要任务：研究人对空间环境的适应能力；控测天体、观察地球、试制新材料和进行生物学试验等（2）空间站的主体结构：生活舱；工作舱(仪器设备舱)；服务舱；对接舱 11、航天飞机：航天飞机是一种多用途航天器。它能满足发射、修理和回收卫星

13、以及运送人员、物资等需要，可多次重复使用，显著降低了运载成本。它的出现是航天技术发展的一次飞跃，代表了载人航天器的发展方向。 12、运载器：人造天体或宇宙飞船运送到预定轨道上去的火箭 13、按不同飞行任务，运载火箭分三类：(1) 探空火箭: 携带仪器射向高空进行大气测量 (2) 弹道式导弹: 携带各种弹头打击敌方目标 (3) 卫星(飞船)运载器: 把卫星或飞船送上轨道 14、地面测控系统：地面对航天器进行跟踪、遥控和保持通信联系 。精确测量飞行器的姿态和轨道参数，并随时调整它的姿态偏差。5、 航天工程的主要发展方面 1、开发月球：（1）地球上已有的各种元素月球上都有，而地球上没有氦-3的储量相

14、当丰富，可用作核聚变的原料。（2）研究从近地空间扩展到远地空间，从内行星扩展到外行星，对太阳系所有行星进行跟踪观测。（3）进一步掌握有关行星大气、行星上火山和地质学方面的知识，为认识太阳系演化理论、生命起源等基本问题增添新内容。（4）研究高能天体，有可能找到新能源。 2、建立太空城：在地球和月球引力平衡的空间建造巨大的转轮，本身自转，以使在其内产生惯性力场，即人造重力效果。（1）材料：主要来自小行星（2）电力：来自太阳 3、 建立空间发电站：若用空间太阳能发电，可获得相当于目前世界发电总量5万倍以上的电力。空间发电站组成：太空部分 太阳能发电卫星(在比地面上高4-5倍的空间地球同步轨道上建立太

15、阳能电站。)地面部分 接收电站。 4、建立空间工厂：利用外层空间特殊的环境和条件(如高真空、强辐射和航天器产生的零重力)加工生产某些性能优异的新材料、新产品的大型航天器。太空工厂生产任务两种类型: (1) 利用零重力、高真空的空间环境，生产地球上急需的优质大型单晶体、火箭和航天用器的高强度复合材料、光学仪器用高级玻璃、原子反应堆用的耐高温金属材料及高纯度药品等。(2) 开发月球或其他行星上的原材料，生产空间用的大型结构，如光学与射电天文观测仪器、远空间研究实验室、太阳能发电站和永久性空间住宅等。 5、建立太空农场：（1）美、日、欧21世纪太空计划重点研究项目：植物在密封太空舱内进行长期实验。（

16、2）太空农场可能建成球冠状，利用其外面可以转动的反射镜调节室内温度，从而使植物处于像地球上的生长环境一样。（3）太空农场种植庄稼，无需除草和喷洒农药，所以没有污染，生产出的蔬菜和水果非常洁净。 6、寻找地外文明：宇航专家们预测，未来的某一天，帆飞船将踏上飞往另一颗恒星的旅程。这将需要边长1000米、密度每平米0.1克的帆。此外，还需要建造一个强力激光器或微波源，为飞船提供辅助能量。飞船将依靠绕地球轨道运行的、比太阳光强6倍的强力激光器和一个置于土星和海王星间的面积为得克萨斯州大小的巨型聚焦透镜提供能量。这样飞船即可在太空以1/10光速的速度飞行，在40年时间内即可到达距我们最近的阿尔法半人马座

17、恒星。材料科学一、材料的发展过程 1、天然材料（natural materials）：（1）生物材料（Biotic materials）；（2）无机材料（Inorganic materials）；（3）其他天然材料（ Other natural materials. ） 2、烧炼材料（Firing and puddling materials）：（1）陶瓷（china）；（2）青铜器（bronze ware）；（3）铁器（ironware） 3、合成材料（synthetic material）：（1）合成塑料（synthetic plastics）；（2）合成纤维（synthetic fibe

18、r）；（3）合成橡胶（synthetic rubber） 4、可设计材料（materials for design）：（1）复合材料(composite materials)：将多种材料进行有效复合得到的材料，可提供单一材料难以拥有的性能纤维增强型复合材料颗粒弥散复合材料梯度功能复合材料；（2）复合材料的性能特点比强度和比模量高抗疲劳和破断安全性好高温性能优良减振性能好（3）常见复合材料：玻璃纤维复合材料-玻璃钢（用途：玻璃纤维/尼龙轴承，轴承架，齿轮；玻璃纤维/聚苯乙烯汽车内装饰制品，机壳。）碳纤维复合材料（用途：航天材料-飞行器，火箭外层材料，天线支架，壳体，机架 ,齿轮，轴承，活塞，密封

19、圈，化工容器）硼纤维复合材料（应用：航空和宇航材料，如：翼面，仪表盘，转子，叶片，直升机螺旋桨叶的传动轴、火箭）芳纶纤维颗粒增强材料 5、智能材料：智能材料：随环境、时间的变化改变自己的性能或形状的材料。智能材料三维结构：块状、微球状二维结构：薄膜状一维结构：纤维状准零维结构：纳米粒子状2、 材料的分类 1、 金属材料（metal materials）（1）近30年来发展十分迅速.（2）准晶、定向共晶合金、微晶、纳米晶体、薄膜、新型合金等。（3）在电性、强度、耐腐蚀性方面取得很大的进展。（4）分类非晶态金属 合金材料超导金属材料 减振隐声金属 2、非金属材料（nonmetal material

20、s）：（1）陶瓷材料（2）玻璃（3）水泥 3、高分子合成材料：（1）化学纤维（2）橡胶（3）树脂 4、复合材料：（1）树脂基复合材料 （2）金属基复合材料 （3）陶瓷基复合材料 （4）碳/碳基复合材料 5、功能材料：（1）功能材料的特点多功能化材料与元件一体化制造和应用的高技术性材料形态多样性（2）电子信息材料（3）磁性材料（4）液晶（5）导电塑料和电子陶瓷（6）超导材料（7）纳米材料 6、纳米材料：（1） 纳米科学技术(Nano-ST):20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，是研究在千万分之一米(107)到十亿分之一米(109米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时

21、在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术，又称为纳米技术。（2）纳米科技的主要研究内容:创造和制备优异性能的纳米材料、制备各种纳米器件和装置、探测和分析纳米区域的性质和现象。（基础，目标，前提） 7、纳米材料与传统材料的主要差别：第一、这种材料至少有一个方向是在纳米的数量级上。比如说纳米尺度的颗粒，或者是分子膜的厚度在纳米尺度范围内。第二、由于量子效应、界面效应、表面效应等，使材料在物理和化学上表现出奇异现象。比如物体的强度、韧性、比热、导电率、扩散率等完全不同于或大大优于常规的体相材料。 8、纳米材料大致可分为五类：（1）纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉

22、末。用于：高密度磁记录材料；吸波隐身材料；磁流体材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高韧性陶瓷材料；人体修复材料；抗癌制剂等等；（2）纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于：微导线、微光纤材料、发光二极管材料等；（3）纳米膜纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；平面显示器材料；超导材料等。（4）纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。用途：超高强度材料；智能金属材料等。（5）纳米相分离液体磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活