自然科学基础学习辅导资料(一)

1、自然科学基础学习辅导资料（一）主讲教师：朱伟东自然科学经历了古代、近代、现代三个阶段。古代自然科学从有了人类那一天起就诞生了，近代诞生于16世纪的欧洲，到19世纪，大约400年的历史，现代自然科学是20世纪初期。一、古代自然科学主要出现在四大文明古国和欧洲的古希腊和罗马，四大文明古国是古埃及、古巴比伦、古印度、古代中国。这其中以古代希腊和古代中国的科技成就最高。（一）、古代希腊的自然科学家和哲学家是容为一身的，因为当时自然科学还没有从哲学体系中分离出来。自然科学还不是一门独立的科学。数学：1、毕达哥拉斯（勾股定理） 2、欧几里得几何原本物理：阿基米德（浮力原理和杠杆原理）天文学：托勒密（地球中

2、心说）医学：盖仑医学体系（三灵气血液循环和三神经）（二）、古代中国的自然科学成就：造纸术（木简、竹简、绢、帛、纸）东汉宦官蔡伦改进了造纸术。印刷术（雕版印刷在隋唐金刚经）北宋毕升发明了活字印刷。指南针（战国时叫磁石或司南）北宋用于航海。火药（古代炼丹家发现，北宋用做武器）其他文明古国的情况这里不在细说。二、近代自然科学的发展情况1、天文学：哥白尼和布鲁诺的太阳中心说2、医学：血液循环说/比利时维萨里1543年人体构造/英国哈维论心脏与血液的运动大循环理论3、伽利略：望远镜、自由落体运动、试验方法与数学方法结合4、物理学：牛顿的经典力学三定律，（1）惯性定律（2）力与加速度的关系F=ma（3）作

3、用力与反作用力定律（4）万有引力定律F=m1m2/r*r（5）牛顿创立了微积分5、化学：俄国化学家门捷列夫的化学元素周期表排列规律6、近代自然科学三大发现：（1）能量守恒与转化定律（2）英国胡克细胞学说（3）达尔文的生物进化论三、20世纪50年代世界有了和平的环境，自然科学发展迅速。1、物理学：物理学的革命来源于古典物理学的危机，19世纪末X射线、放射性和电子的发现，建立了相对论和量子物理学体系，人们对物理、能量、时间、空间的认识有了根本的变化。2、化学：分子工程学3、生物学：DNA和遗传密码的破译，人工胰岛素、干扰素4、信息工程：计算机的应用5、现代医学：高科技的应用，人的寿命提高自然科学基

4、础学习辅导材料（二）一、能源从18世纪以来的三次产业革命，都与能源的变革有关。第一次产业革命从英国开始，主要在纺织领域，瓦特改良了蒸汽机，人类社会进入了蒸气机时代。蒸汽机时代的主要能源是煤炭；第二次产业革命从美国开始，主要在电器领域，法拉第发现线圈在磁场中产生电流，发电机的制造和广泛应用，人类社会进入了电气时代；第三次技术革命从美国开始，核能和电子计算机的使用，标志着人类进入核能时代或电子时代。二、环境（1）、环境污染：包括大气污染、水污染、有机农药污染、放射性污染、噪音污染；环境破坏主要是由于盲目开荒、滥伐森林、过渡放牧、捕杀野生动物、建水坝、围湖造田等因素影响的，导致森林减少、沙漠化、水土

5、流失、气候异常、动植物濒临灭绝。（2）、温室效应：温室效应，又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。如果大气不存在这种效应，那么地表温度将会下降约330C或更多。反之，若温室效应不断加强，全球温度也必将逐年持续升高。自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，已引起全球气候变暖等一系列严重问题，引起了全世界各国的关注。注解：什么是温室效应？有什么危害？ 温室有两个特点：温度较室外高，不散热。

6、生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室，是让太阳光能够直接照射进温室，加热室内空气，而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发，使室内的温度保持高于外界的状态，以提供有利于植物快速生长的条件。 由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。 它会带来以下列几种严重恶果： 1) 地球上的病虫害增加； 2) 海平面上升； 3) 气候反常，海洋风暴增多； 4) 土地干旱，沙漠化面积增大。 科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升24摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿

7、海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。 温室效应是怎么来的？我们能做什么？ 温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。 二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。 人类活动和大自然还排放其他温室气体，它们是：氯氟烃（CFC、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。 为减少大气中过多的二氧

8、化碳，一方面需要人们尽量节约用电（因为发电烧煤，少开汽车。另一方面保护好森林和海洋，比如不乱砍滥伐森林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。我们还可以通过植树造林，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材，不践踏草坪等等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。（3）、厄尔尼诺现象 “厄尔尼诺”（EI Nino）在气象学中使用起源于秘鲁和厄瓜多尔。在秘鲁和厄瓜多尔海岸，每年从圣诞节起至第二年3月份，都会发生季节性的沿岸海水水温升高的现象，3月份以后，暖流消失，水温逐渐变冷。当地称这种现象为“厄尔尼诺”，西班牙语的意思为“圣婴”，即圣诞节时诞生的男孩。

9、这种现象已有几千年的历史了，但是从19世纪初才开始有记载。现在所说的“厄尔尼诺现象”是指数年发生一次的海水增温现象向西扩展，整个赤道东太平洋海面温度增高的现象。 在20世纪60年代，很多科学家都认为“厄尔尼诺”是区域性问题，它主要影响太平洋东部的南美沿海地区和太平洋中部的澳大利亚沿海地区。然而20世纪80年代以后，通过气象卫星的观测发现，“厄尔尼诺”在世界很多地方都出现。由于海水表面温度平均每升高1度，就会使海水上空的大气温度升高6度，造成大气环流异常，严重地影响世界各地的气候。所以每当厄尔尼诺现象发生时，世界上很多地方都会发生诸如冷夏、暖冬、干旱、暴雨等异常气候。  1982198

10、3年，东太平洋赤道海域的海表面温度持续高于正常温度，引起了全球气候异常。全球一部分地区发生了几十年甚至几百年不遇的严重旱灾，而另一部分地区却遭受了多年未遇的暴雨和洪水。台风、冰雹、雪灾、冻害、龙卷风等灾害也在全球各地频频发生，造成的直接经济损失达200亿美元。这是本世纪最严重的“厄尔尼诺现象”。    “厄尔尼诺现象”一般每隔27年出现一次。但是，20世纪90年代后，这种现象却出现得越来越频繁了。不仅如此，随周期缩短而来的，是“厄尔尼诺现象”滞留时间的延长。这一现象引起了科学家的注意，虽然对“厄尔尼诺现象”的探索还在进行中，但科学家们普遍认为，“厄尔尼诺

11、现象”的频频发生与地球温暖化有关，其变化的迹象表明，“厄尔尼诺现象”并不仅仅是天灾。三、天体及天体运动1、宇宙：古代定义是四方上下曰“宇”，古往今来曰“宙”。宇宙没有边际，是时间和空间的统一体。2、天体系统：地月系、太阳系、银河系、河外星系、总星系3、恒星：由炽热气体组成，自身发光，太阳是一颗恒星，银河系中有1000-2000亿颗像太阳一样的恒星。恒星也是从诞生到死亡的过程，目前太阳是中年期。组成太阳的物质中氢占71%，氦占27%，直径139万千米，密度是地球的1/4。恒星经历诞生红巨星-白矮星-中子星-死亡的发展过程。恒星能量来源于热核反应，是氢核聚变为氦核的过程。距离地球最近的恒星是4.3

12、光年。银河是形如铁饼的圆盘体，中部较厚而四周较薄，直径10万光年。4、行星：行星是自身不发光的，环绕着恒星的天体。一般来说行星需要具有一定的质量，行星的质量要足够的大，以至于它的形状大约是圆球状，质量不够的被成为小行星。行星的名字来自于它们的位置在天空中不固定，就好像它们在行走一般。太阳系内的肉眼可见的5颗行星水星，金星，火星，木星，土 人类经过千百年的探索，到16世纪哥白尼建立日心说后才普遍认识到：地球是绕太阳公转的行星之一，而包括地球在内的九大行星则构成了一个围绕太阳旋转的行星系 太阳系的主要成员。行星本身一般不发光，以表面反射太阳光而发亮。在主要由恒星组成的天空背景上，行星有明显的相对移

13、动。离太阳最近的行星是水星，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。从行星起源于不同形态的物质出发，可以把九大行星分为三类：类地行星(包括水、金、地、火)、巨行星(木、土)及远日行星(天王、海王、冥王)。行星环绕太阳的运动称为公转，行星公转的轨道具有共面性、同向性和近圆性三大特点。所谓共面性，是指九大行星的公转轨道面几乎在同一平面上；同向性，是指它们朝同一方向绕太阳公转；而近圆性是指它们的轨道和圆相当接近。 在一些行星的周围，存在围绕行星运转的物质环，由大量小块物体(如岩石，冰块等)构成，因反射太阳光而发亮，称为行星环。20世纪70年代之前，人们一直以为唯独土星有光环，

14、以后相继发现天王星和木星也有光环，这为研究太阳系起源和演化提供了新的信息。 卫星是围绕行星运行的天体，月亮就是地球的卫星。卫星反射太阳光，但除了月球以外，其它卫星的反射光都非常微弱。卫星在大小和质量方面相差悬殊，它们的运动特性也很不一致。太阳系中，除了水星和金星以外，其它的行星各自都有数目不等的卫星。在火星与木星之间分布着数十万颗大小不等、形状各异的小行星，沿着椭圆轨道绕太阳运行，这个区域称之为小行星带。此外，太阳系中还有数量众多的彗星，至于飘浮在行星际空间的流星体就更是无法计数了。 插入注解：国际天文学联合会大会24日投票决定，放弃将冥王星之外的太阳系八大行星称为“经典行星”的说法，从而确认

15、太阳系只有8颗行星，冥王星遭到“降级”。 根据国际天文学联合会大会24日通过的新定义，“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、并且能够清除其轨道附近其他物体的天体。按照新的定义，太阳系行星将包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，它们都是在1900年以前被发现的。根据新定义，同样具有足够质量、呈圆球形，但不能清除其轨道附近其他物体的天体被称为“矮行星”。冥王星是一颗矮行星。其他围绕太阳运转但不符合上述条件的物体被统称为“太阳系小天体”。此次大会决定不再考虑重新认定被视为冥王星最大卫星的齐娜、卡戎。5、地球的自转和公转（1）、关于地球的起源问题已有相

16、当长的探讨历史了。在古代，人们就曾探讨了包括地球在内的天地万物的形成问题，在此期间，逐渐形成了关于天地万物起源的"创世说"。其中流传最广的要算是圣经中的创世说。在人类历史上，创世说曾在相当长的一段时期内占据了统治地位。 自1543年波兰天文学家哥白尼提出了日心说以后，天体演化的讨论突破了宗教神学的桎梏，开始了对地球和太阳系起源问题的真正科学探讨。1644年，笛卡儿（R.Descartes）在他的哲学原理一书中提出了第一个太阳系起源的学说，他认为太阳、行星和卫星是在宇宙物质涡流式的运动中形成的大小不同的旋涡里形成的。一个世纪之后，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个学说，认为：一个巨量的物体，假定是彗星，曾与太阳碰撞，使太阳的物质分裂为碎块而飞散到太空中，形成了地球和行星。事实上由于彗星的质量一般都很小，不可能从太阳上撞出足以形成地球和行星的大量物质的。在布封之后的200年间，人们又提出了许多学说，这些学说基本倾向于笛卡尔的"一元论"，即太阳和行星由同一原始气体云凝缩而成；也有"二元论"观点，即认为行星物质是从太阳中分离出来的。1755年，著名德国古典哲学创始人康德（I. Kant）提出"星云假说"。1796年，法国著名数学和天文学家拉普拉斯（P.

18、 S. Laplace）在他的宇宙体系论一书中，独立地提出了另一种太阳系起源的星云假说。由于拉普拉斯和康德的学说在基本论点上是一致的，所以后人称两者的学说为"康德拉普拉斯学说"。整个十九世纪，这种学说在天文学中一直占有统治的地位。    到本世纪初，由于康德拉普拉斯学说不能对太阳系的越来越多的观测事实作出令人满意的解释，致使"二元论"学说再度流行起来。1900年，美国地质学家张伯伦（T. C. Chamberlain）提出了一种太阳系起源的学说，称为"星子学说"；同年，摩耳顿（F. R. Mou

19、lton）发展了这个学说，他认为曾经有一颗恒星运动到离太阳很近的距离，使太阳的正面和背面产生了巨大的潮汐，从而抛出大量物质，逐渐凝聚成了许多固体团块或质点，称为星子，进一步聚合成为行星和卫星。    现代的研究表明，由于宇宙中恒星之间相距甚远，相互碰撞的可能性极小，因此，摩耳顿的学说不能使人信服。由于所有灾变说的共同特点，就是把太阳系的起源问题归因于某种极其偶然的事件，因此缺少充分的科学依据。著名的中国天文学家戴文赛先生于1979年提出了一种新的太阳系起源学说，他认为整个太阳系是由同一原始星云形成的。这个星云的主要成份是气体及少量固体尘埃。原始星云一开始

20、就有自转，并同时因自引力而收缩，形成星云盘，中间部分演化为太阳，边缘部分形成星云并进一步吸积演化为行星。    总的来说，关于太阳系的起源的学说已有40多种。本世纪初期迅速流行起来的灾变说，是对康德拉普拉斯星云说的挑战；本世纪中期兴起的新的星云说，是在康德拉普拉斯学说基础上建立起来的更加完善的解释太阳系起源的学说。人们对地球和太阳系起源的认识也是在这种曲折的发展过程中得以深化的。  （2）、地球自转地球存在绕自转轴自西向东的自转，平均角速度为每小时转动15度。在地球赤道上，自转的线速度是每秒465米。天空中各种天体东升西落的现象都是地球自转的反映。人们最早利用地球自转作为计量时间的基准。自20世纪以来由于天文观测技术的发展，人们发现地球自转是不均的。1967年国际上开始