现代自然科学导论
自然科学导论
生活的自然，自然的生活——美丽的气象科学春有百花秋有月，夏有凉风冬有雪。
——古人充满禅意的诗句，简单自然地揭示了四季气象。
是的，在自然科学中，恐怕气象科学是最亲近生活的了。
气象科学离我们是那么近。
它是屋外淅淅沥沥的雨，它是冬日冰凌的雾凇；它是自西伯利亚呼啸而下的寒潮，它是墨西哥湾肆无忌惮的飓风；它是江南绿了池塘的梅雨，它是华北渴了庄稼的春旱……作为一名文科生，可能是高中三年学习地理知识的原因，虽然其他的自然科学知识离我已经很远了，但气象科学却让我颇有亲切感。
原以为在大学里没有机会再学习地理了，但在自然科学导论课上上到这一课时，让我仿佛又回到了高中时光。
一直以来，气象科学都给我一种文科的感觉。
没有高深的公式，不是为了便利或者盈利而改进技术，它一直都那么亲民，是为了人们更好地生活，更好地与自然相处而不断发展。
首先，概括地说，气象科学是研究大气中各种物理现象和物理过程的科学。
它是一门既古老又年轻的科学。
说古老，早在五千年前的甲骨文上就有天气的记载，劳动人民在长期的生产实践中积累了丰富的看天经验。
这些经验有的记载在史书、地主志中，有的以天气谚语形式流传民间。
例如《吕氏春秋》一书中记载了8个节气--立春、春分、立夏、夏至、立秋、秋分、立冬、冬至，西汉《淮南子》一书中有完整的24个节气。
许多天气谚语，如“清明断雪、谷雨断霜”、“冷在三九、热在三伏”、“东北风、雨祖宗”、“朝霞不出门、晚霞行千里”等很有科学价值，至今仍被应用。
说年轻，20世纪80年代以来，随着计算技术、通信、遥感和气象卫星、天气雷达的快速发展，天气预报已从主观、定性走向客观、定量，预报时效大大延长，准确率明显提高。
20世纪80年代以来，随着遥感、计算技术和气象卫星资料的广泛应用，世界天气预报出现了新的飞跃，传统的天气图已被数值天气预报取代。
所谓数值天气预报应用7个流体力学、热力学微分议程来描述大气运动规律，7个议程中含有7个未知数--最高气温、最低气温、降水量、湿度、气压、风向、风速，通过大型高速计算机求解方程组，获得未来7个未知数的时空分析，即未来天气分布。
自然科学导论
11、朱大奎《海洋技术》江苏科学技术出 版社，1993
12、许国志《系统科学》上海科技教育出 版社，2000
13、余谋昌《创造美好的生态环境》中国 社会科学出版社，1997
14、王军《可持续发展》中国发展出版社， 1997
教学内容简介
❖ 在上个世纪的100年中，科学技术进入了有史以来发展最 快的历史时期，在相对论，量子论、DNA双螺旋结构和板块 学说（大陆漂移、海底扩张）的提出为标志的科学革命的推 动下，科学理论无论在深度上和广度上都得到迅猛发展，特 别是在20世纪中叶以后，原子能技术、空间技术、微电子与 信息技术、现代生物技术、新材料技术、新能源技术、海洋 技术的发展与运用迅速的改变了世界的面貌。
第四篇 科学技术与社会
❖ 第二十章 系统科学和社会科学 ❖ 第二十一章 科学技术与人类健康 ❖ 第二十二章 科学技术与经济发展 ❖ 第二十三章 环境与可持续发展
教材及参考书目
❖ 教材：袁运开著《现代自然科学概论》华东 师大出版社。2002
❖ 参考书目：
1、冯敬阳 《现代自然科学与哲学 》 广东科技 出版社。 1987 2、袁运开、周瀚光《中国科学思想史》（上中下） 安徽科学技术出版社。1998、2000、2001 3、R.S.韦斯特福尔《近代科学的构建》复旦大学 出版社。2000 4、宋健《现代科学技术基础知识》科学出版社。 1995
遇难者总数到2004年12月27日已超过2.4万
印尼再发现5000多尸体 海啸遇难人数升至16.2万 又有上万具尸体被发现 海啸遇难者总数接近17万
……
海啸
......由海平面矗起的水墙，地球上最强大的 自然力，排山倒海，展现惊人的破坏力， 地球的终极毁灭者，死亡之浪......
自然科学导论论文1500字
自然科学导论论文1500字篇一：自然科学概论期末论文学院：马克思主义学院专业：思想政治教育（学号：姓名：袁琼科目：自然科学概论（期末）2021级）222021*********量子力学的发展史研究（西南大学马克思主义学院 400715）【摘要】：量子理论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的，爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。
玻尔、德布罗意、薛定谔、波恩、狄拉克等人为解读量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作：先后提出电子自旋概念，创立矩阵力学、波动力学，波函数的物理诠释以及提出测不准原理和互补原理等等。
终于在1925年到1928年形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成了现代物理学的两大理论支柱。
【关键词】：量子论早期建立与发展诠释与完善【正文】：量子论是现代物理学的两大基石之一，给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。
量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。
旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。
一、量子论的早期早在十九世纪末，经典的物理学基础已经被物理学家所建立。
当时的力学方面有包含牛顿力学的分析力学，电磁方面有麦克斯韦方程组，热学方面热力学三大定律。
物理学家们普遍保持着乐观的感觉，认为对于物理现象已经有了基本甚至是全面的认识。
然而在新世纪之初，开尔文爵士在一次“十九世纪的乌云笼罩这热和光的动力学理论” 的报告却引起了整个物理理论的变革。
1. 普朗克的能量子假说1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。
普朗克在黑体辐射的维恩公式和瑞利公式之间寻求协调统一，找到了与实际结果符合极好的内插公式，迫使他致力于与理论上推导这一新定律。
自然科学概论导论 PPT课件
里根总统时期推出的《美国2061计划》 它是由美国促进科学协会制定的，全称为《普及 科学──美国2061计划》。其主旨是普遍提高美 国基础教育阶段的数学、科学、技术等核心课程 的教育质量。其期限是从1985年至2061年。
我国的2049计划
中国科协于1999年提出了一项为期50年的 国民科学素质行动计划——《全民科学素质 行动计划》，即“2049计划”。目标是到 2049年使18岁以上全体公民达到一定的科 学素质标准，使全体公民了解必要的科学知 识，并学会用科学态度和科学方法判断及处 理各种事务。
3、了解科学研究的类型
4、了解公众科学素养的内涵
本课主要教学内容
一、科学、技术的概念及二者关系
二、科学研究的类型
三、关于公众科学素养的内涵及测定
第一节、科学、技术的概念
1、什么是科学
2、什么是技术
3、科学与技术的关系
一、什么是科学
讨论:你所理解的科学是什么?
科学——“ science”，本义是“知 识”，什么是科学古今中外有各种各样 的回答： 在梵语中，“科学”指“特 殊的智慧”; 在拉丁语中， “科学” 指“知识”; 在法文中，指一切的学习形式;
了解自然科学的基本特性及其发展规律，为今后的
学习及工作实践打下宽厚的基础。
课程学习方式与要求
学习形式：讲授、讨论、研究性学习；注重理 清学科体系，学会利用网络资源；学会获取信 息资料的方法及信息处理的方法；
本课程强调学生对自然科学基本理论、基本概 念、科学研究方法的掌握与运用，鼓励学生在 教学过程中对教学的积极参与和平时学习的积 累，不主张期末突击复习、考试的投机学习行 为。
作业与思考
1、请谈谈你是怎样理解什么是科学的。
自然科学导论复习题20226
自然科学导论复习题20226一、名词解释1.堰塞湖：由火山熔岩流或由地震活动等原因引起山崩滑坡体等堵截河谷或河床后贮水而形成的湖泊2.人类基因组计划:由美国科学家于1985年首先倡议，全世界的科学家联合起来，从整体上研究人类的基因组，分析人类基因组的全部序列以获得人类基因所携带的全部遗传信息。
使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。
3.纳米技术：是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。
4.抗生素:微生物的次生代谢产物或合成的类似物，在体外能抑制微生物的生长和存活，而对宿主不会产生严重的毒副作用。
5.光热转换技术:是将太阳辐射的能量通过各种集热部件转变成热能后被直接利用。
6.赤潮:是在特定的环境条件下，海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象。
7.优生学:在社会的控制下，运用人类遗传学和医学的原理和方法，研究如何改善人类遗传素质，防止出生缺陷，提高人口质量的科学。
8.酸雨：pH小于5.6的雨雪或其他形式的大气降水。
9.纳米材料:又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成，纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。
10.细胞凋亡：细胞凋亡：是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。
11.减毒疫苗：是指病原体经过各种处理后，发生变异，毒性减弱，但仍保留其免疫原性。
将其接种到身体内，不会引起疾病的发生，但病原体可在机体内生长繁殖，引发机体免疫反应，起到获得长期或终生保护的作用。
12.染色体病：染色体数目和结构畸变所导致的疾病。
13.厄尔尼诺现象：厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物，它原是指赤道海面的一种异常增温，现在其定义为在全球范围内，海气相互作用下造成的气候异常。
主要指太平洋东部和中部的热带海洋的海水温度异常地持续变暖，使整个世界气候模式发生变化，造成一些地区干旱而另一些地区又降雨量过多。
现代自然科学导论
现代自然科学导论第一章自然科学基本概念的形成与基本测量1O、人类的进化与自然科学基本概念的形成作为今天高级智慧生物的人类，在远古时期也与别的动物一样，对自然界的感受没什么不同。
那时的人类和一般动物一样，都能感受到饥饿、疼痛、疲倦、危险、光亮、黑暗等等。
后来人类和高级一点的哺乳动物一样，也能感受到食物、敌人、恐惧、花草、树木、别的若干动物等等。
或许这些感受从某个时期已经能上升到意识的地步，但还远远达不到形成概念的程度。
人类能与普通的动物区分开来，或许是由于生存环境的变化，或许是由于人类生存发展的需求，自然地迫使人类大脑的进化达到其功能可以把对环境的感受提高到意识的地步，并进而能形成相应的一些粗略概念。
在原始人类头脑中的众多原始而又粗略的概念中，有三个发展出了数学和物理学。
这就是物品的多少、物品的远近和诸如日月星辰的升落及等待过程的长短。
显然，物品的多少首先就是一个数量的概念，数量的概念就是数学发展起点。
但物品的多少这个概念还可以发展出另一个极有价值的概念，那就是质量。
同样，我们可以看出，物品的远近无疑可以发展出距离的概念，而日月星辰的升落及等待过程的长短，可以发展出时间的概念。
或许某些动物的头脑中也形成了物品的多少、物品的远近和诸如日月星辰的升落及等待过程的长短等概念。
但为什么它们没有象人类一样发展出数量、质量、距离和时间这些计量的概念呢？这个问题用于人类发展的历程又过于久远而太过于复杂，因此是很难完全搞清楚的。
但有几个要素可以提供一点线索。
首先，在人类还未从灵长类动物分化出来的1700万年以前，和灵长类动物一样，有一个特殊的生理结构，那就是它们的前肢可以方便地抓拿物品。
其次，自然气候和环境的变化，有可能使得某些灵长类种群的栖息地的森林逐步消亡。
这就迫使这些灵长类种群逐步地从树上下来，到地面上寻找食物。
这时，这些灵长类种群的前肢就不再是平时要抓住树枝，以维持身体的平衡，而是用它们的前肢来搜寻抓拿食物和其他物品。
自然科学导论课后练习答案
绪论1.自然科学的研究对象？自然界的物质形态、结构、性质和运动规律等。
2.自然科学分为哪几个层次，各层次特点和功能？基础科学、技术科学、生产科学三个层次。
特点功能：P3的最下面到P4。
3.现代自然科学的特点？1科学理论有新的革命性突破。
2科学形态上形成了大量综合科学。
3科学认识上走立了新的思维方式4.自然科学对人类思想文明的进步的作用？P8上面的（四）第一讲行星轨道的力学1.科学中也常讲究美学，你认为、、、符合美学吗答：有，符合。
自开普勒发现行星运动规律，给古希腊人原始的信念以莫大的冲击，人们开始理智地审视椭圆，它的美也逐渐被人们发觉。
椭圆像是具有伟大的母性气息，它把诸如圆，抛物线，双曲线等圆锥曲线囊括于内，所以更完美。
地球的形状符合美学。
2 开普勒定律能说明行星运动快慢吗？能，近日点速度快于远日点3 估算地球到土星的最大距离和最小距离。
T^2/R^3,所以29.5^2/R^3=1，R=9.55.（9.56？）距离最远为R+r=10.55，最近R-r=8.554 “杞人忧天”的故事如何评价杞人忧天指担心天会掉下来，指不必要的忧虑或者困扰，但实际上自然科学社会需要想象力并且离不开想象力，倘若一味制止想象，对假设进行批判，就会使社会过于功利化，缺少许多诱发科学新兴因素的产生，从一定程度上会使科学停滞不前。
5 开普勒定律对牛顿力学的意义？在P10的最后一段以下是百度的【首先，开普勒定律在科学思想上表现出无比勇敢的创造精神。
其次，开普勒定律彻底摧毁了托勒密的本轮系，把哥白尼体系从本轮的桎梏下解放出来，为它带来充分的完整和严谨。
第三，开普勒定律使人们对行星运动的认识得到明晰概念。
它证明行星世界是一个匀称的（即开普勒所说的“和谐”）系统。
可以说开普勒定律是天体力学的基石，继哥白尼之后及一步解放了人们的思想，同时也引发了人们对力的宏观思考，为牛顿力学的建立打下了坚实的基础。
】第二章1滚动的球一会停下来。
亚里士多德和伽利略的看法亚里士多德：外部作用是维持物体运动的原因，失去力的维持，球就会停下伽利略：力是改变问题运动状态的原因，球受阻力作用而停下2 为什么称伽利略是近代科学之父？斜面试验的意义因为他定义了“科学”+P11的惯性定律的第二段意义：把实验理想化，即运用了理性思维的威力3 科学哲学家波普：“没有思想自由，就没有科学”谈谈看法1．同意这个观点。
现代自然科学
粒子的新发现促使人们开始了粒子之间相互作用方式的探讨。粒子之间的相互作用的基本形式有四种，即四 种基本力。四种基本力的主要特征见下表：
四种基本力的主要特征
现代自然科学
早在20世纪40年代就有人在探讨弱相互作用和电磁相互作用的统一。1961年美国的格拉肖发表了第一篇有实 际进展的论文，奠定了弱—电位—理论的基础。 1967年美国的温伯格(公元1933一)和巴基斯坦的萨拉姆(公元 1926一)分别提出了弱电相互作用统一模型理论。这一理论已得到一系列实验的支持。在这个理论的启发下，人 们又在探讨强、弱、电三种相互作用的理论，即大统一理论，这种探索还在继续。
到1947年，人们一共认识到14种基本粒子，如果按照质量递增的次序来排列，就是光子、轻子(包括上正负 电子、正负μ子和预言中的微子和反中微子)、3种π介子、重子(包括中子、质子和预言巾的反中子、反质子)。
在1947年，基本粒子研究十出现了理论上无法解释的事情，这就是在宇宙线中找到了大约为电子质量1000倍 的K介子和大约为电子质虽2200倍的超子。这些粒子有着奇异的特性，即都产生得快，而衰变得慢，故称奇异粒 子。使已认识的基本粒子达到30种。这批奇异粒子被称为第二代基本粒子。
粒子世界的新发现
原子核 α粒子散射实验
宇宙射线 宇宙射线的发现
第一代粒子的发现 第二代粒子的发现
第三代粒子的发现
粒子之间相互作用力 的探索
原子核（英语：Atomicnucleus）是原子的核心部分，位于原子的中央，占有原子的大部分质量。原时，构成的是原子。原子核极其渺小。
极低温状态下的物性研究是固体物理学的重要分支。人们较早就知道，气体液化时的吸热反应会导致低温出 现。1881年荷兰的范德瓦尔斯（公元1837-1923）就开展了低温下气态和液态相互关系的研究。
现代自然科学导论
现代自然科学导论第一章自然科学基本概念的形成与基本测量1O、人类的进化与自然科学基本概念的形成作为今天高级智慧生物的人类，在远古时期也与别的动物一样，对自然界的感受没什么不同。
那时的人类和一般动物一样，都能感受到饥饿、疼痛、疲倦、危险、光亮、黑暗等等。
后来人类和高级一点的哺乳动物一样，也能感受到食物、敌人、恐惧、花草、树木、别的若干动物等等。
或许这些感受从某个时期已经能上升到意识的地步，但还远远达不到形成概念的程度。
人类能与普通的动物区分开来，或许是由于生存环境的变化，或许是由于人类生存发展的需求，自然地迫使人类大脑的进化达到其功能可以把对环境的感受提高到意识的地步，并进而能形成相应的一些粗略概念。
在原始人类头脑中的众多原始而又粗略的概念中，有三个发展出了数学和物理学。
这就是物品的多少、物品的远近和诸如日月星辰的升落及等待过程的长短。
显然，物品的多少首先就是一个数量的概念，数量的概念就是数学发展起点。
但物品的多少这个概念还可以发展出另一个极有价值的概念，那就是质量。
同样，我们可以看出，物品的远近无疑可以发展出距离的概念，而日月星辰的升落及等待过程的长短，可以发展出时间的概念。
或许某些动物的头脑中也形成了物品的多少、物品的远近和诸如日月星辰的升落及等待过程的长短等概念。
但为什么它们没有象人类一样发展出数量、质量、距离和时间这些计量的概念呢？这个问题用于人类发展的历程又过于久远而太过于复杂，因此是很难完全搞清楚的。
但有几个要素可以提供一点线索。
首先，在人类还未从灵长类动物分化出来的1700万年以前，和灵长类动物一样，有一个特殊的生理结构，那就是它们的前肢可以方便地抓拿物品。
其次，自然气候和环境的变化，有可能使得某些灵长类种群的栖息地的森林逐步消亡。
这就迫使这些灵长类种群逐步地从树上下来，到地面上寻找食物。
这时，这些灵长类种群的前肢就不再是平时要抓住树枝，以维持身体的平衡，而是用它们的前肢来搜寻抓拿食物和其他物品。
自然科学导论
化学
高分子化学 分析化学 物理化学
生物学 生物学：研究生命运动形式的本质特征和规律的学科。 生物学 研究生命运动形式的本质特征和规律的学科。
植物学、动物学、 植物学、动物学、微生物学 生物分类学、形态学、解剖学 生物分类学、形态学、
生物学
生理学、组织学、 生理学、组织学、细胞学 分子生物学、遗传学、 分子生物学、遗传学、生态学 古生物学、进化论、 古生物学、进化论、胚胎
技术的概念：技术的原意是技艺、手艺。狄德罗： 技术的概念：技术的原意是技艺、手艺。狄德罗：“技
术是为某一目的而共同协作组成的各种工具和规则体系。” 术是为某一目的而共同协作组成的各种工具和规则体系 这一定义中包括了5个要点 个要点： 这一定义中包括了 个要点： 技术与科学不同，技术有目的性。 技术与科学不同，技术有目的性。 技术的实现要通过广泛的“社会协作”来完成。 技术的实现要通过广泛的“社会协作”来完成。 技术的首要表现是生产“工具” 是设备， 技术的首要表现是生产“工具”，是设备，是硬 件。 技术的另一重要表现形式是“规则” 技术的另一重要表现形式是“规则”，是生产使 用的工艺、方法、制度等。 用的工艺、方法、制度等。 技术是也是成套的知识体系。 技术是也是成套的知识体系。
工 程 科 学
现代技术的分类
实验技术 基本技术 产业技术
1、实验技术 、
为了科学认识而探索自然客体所采用的技术 。
实 验 技 术
力学实验技术 物理实验技术 化学实验技术 生物实验技术
2、物技术
植物技术 动物技术 无生物技术 采掘技术 原料精制技术 能源生产技术 机械生产技术
20世纪中，对社会生产、生活至关重要的技术主要有： 世纪中，对社会生产、生活至关重要的技术主要有： 世纪中
自然科学概论导论
（二）技术
科学与技术的关系
相同点：科学与技术都是人类的理性创造活动及其成果，都反映了人对于自然的对象性关 系，都属于历史的、发展的范畴。
不同点：具有不同的知识结构和行为特征。
科学更多地体现着人对于自然的认知和理解，更侧重于认识自然，技术更多地反映着 人对于自然的改造和控制，更侧重于为了特殊的目的而改造自然。
近代科学革命的序幕是以哥白尼革命开始的。哥白尼的《天体运行论》提出了日心 说，从而使天文学逐渐抛弃了地心学说和繁琐的天球概念体系，引领人类将目光从 有限封闭的世界投向无限广袤的宇宙。在宇宙研究方面，布鲁诺提出了宇宙无限的 思想；开普勒确立了太阳系的概念，并提出了开普勒运动三定律，被誉为“天空立 法者”。
大约在公元8世纪和9世纪，阿拉伯大量翻译了包括欧几里得的《几何原本》、托勒密 的《至大论》在内的希腊科学著作。这使得阿拉伯人不仅很快掌握了当时最先进的科 学知识，而且继承和保存了希腊的学术遗产并把它传递给近代的欧洲。
11世纪之后，欧洲人从阿拉伯人那里带回了中国的四大发明和希腊的学术，通过翻译 希腊古典文献，欧洲学术得以复苏。而发源于意大利的文艺复兴运动使得理性和科学 打破了神学的奴役，重新焕发出生机。加上这一时期航海罗盘、钟表、枪炮、印刷术 的使用以及环球远航所导致的地理大发现，近代科学革命所需要的社会文化和技术条 件基本成熟，近代科学革命的契机已经来临。
有西方医学之父之称的希波克拉底（Hippocrates,公元前460-375），将医学从原始巫术中拯 救了出来。他所提出的人身上由血液、黄胆汁、黑胆汁和黏液四种体液组成的体液理论， 成为西医学的理论基础；他首创的希波克拉底誓词至今仍是医生职业的职业道德宣言。
希腊世界百科全书式的思想家和科学家亚里士多德（Aristotle,公元前384-322）重视经验观 察，他发展了物理学、逻辑学、生物学以及政治、哲学理论。他提出的以太概念、物体越 重下落速度越快的思想以及目的论的思维方式支配了西方一千多年。他通过观察、实验总 结而成的生物学著作《动物志》对各种各样的动物进行了详尽描述，很有科学价值。
自然科学导论
自然科学导论
自然科学导论是一门学科，旨在介绍自然科学的基本概念和原理，以及科学研究的方法和思维方式。
该领域包括物理学、化学、生物学、地球科学等学科，其目的是使学生了解自然现象的本质和规律，从而使其能够开展科学研究和解决实际问题。
在自然科学导论中，有一些重要的概念需要了解。
例如，科学是基于经验和证据的知识体系，通过实验和观察来验证理论的正确性。
科学的目标是发现物理世界的规律，从而进一步理解世界的本质。
在科学中，理论是由实验和经验数据推导而来的，可以被证实或证伪。
另外，自然科学导论还介绍了科学研究的方法和思维方式。
科学研究的方法包括观察、实验、比较、归纳、演绎等，科学家们通过这些方法来发现规律和证明理论。
而科学思维方式则强调对事实的客观分析和逻辑推理，避免主观偏见和随意臆断。
此外，自然科学导论还介绍了一些科学的原理和理论。
例如，牛顿力学讲述的是物体的运动规律，化学反应原理解释了物质的转化和变化，达尔文进化论则揭示了物种的演变过程等。
总之，自然科学导论是一门重要的学科，其目的在于介绍自然科学的基本概念和
原理，以及科学研究的方法和思维方式。
希望通过学习自然科学导论，能够更好地理解自然现象和科学研究的本质，并在实际工作和生活中运用科学的思维方式解决问题。
自然科学导论
开普勒对行星运动定律的发现2009年是开普勒的《新天文学》问世400周年。
就是在这部书中，开普勒首次阐释了行星运动第一、第二定律，促成了天文学的大进步，也为科学发展的带头学科从天文学转变为力学做了准备。
开普勒(Johannes Kepler，1571-1630)，德国天文学家，行星运动规律的发现者。
他在大学期间就对天文学感兴趣，25岁那年完成了一部天文学著作《宇宙的奥秘》，公开出版发行。
在开普勒生活的年代，哥白尼学说早已问世。
该学说主张太阳是宇宙中心，地球与其他行星一道围绕太阳运动。
哥白尼学说挑战了教会支持的托勒密地心说，当时虽未得到普遍认可，但在其影响下，研究宇宙结构在学界已经蔚然成风。
开普勒在其《宇宙的奥秘》中也对之做了探讨，并设计了一个独特的宇宙模型。
他认为，宇宙有5颗行星，而自然界存在的正多面体也是5个，它们正好结合起来，一个套一个，形成稳定的结构。
开普勒坚信，上帝是依照完美的数学原则创造世界的，行星和正多面体数字上的吻合并非偶然，他相信自己的构思。
尽管开普勒的构思非常巧妙，但该模型本身是错误的，不过开普勒在构造这个模型时所表现出的高超的数学才能和创见性的思想，却引起了第谷的重视。
第谷(Tycho Brahe,1546-1601)，伟大的观测天文学家。
他的观测资料丰富，正需要一位精通数学的学者来帮助自己处理这些资料。
在他的邀请下，开普勒于1600年来到布拉格，给第谷当了助手。
第谷的才能首先表现在观测方面，其观测精度之高，世所罕见。
他对行星位置的测定，误差不大于0.067度，大致相当于钟表的秒针在0.01秒的时间内转过的度数。
同时，第谷也构造了一个宇宙模型。
第谷不接受日心说，因为他在观测中未发现支持日心说的直接证据——恒星视差现象，但也不赞成地心说。
他设计了一个折衷方案：地球是宇宙中心，行星绕着太阳转，而太阳、月亮与恒星天球则围绕地球转。
开普勒与第谷没有共事多长时间，1601年10月，第谷得急病突然去世。
自然科学导论
P33第一题纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。
纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。
这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。
纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，STM扫描隧道显微镜的工作原理是电子的隧道贯穿，电子云占据在样品和探针尖之间（图2.2.1）电子云是电子位置具有不确定性的结果，这是其波动性质决定的。
导体的电子是”弥散”的，故有一定的几率位于表面边界之外，电子云的密度随距离的增加而指数式地衰减。
这样，通过电子云的电子流就会对表面和探针间的距离变化极为灵敏。
探针在表面上扫描时，有一套反馈装置去感受到这一电子流（叫做隧道电流），并据此使探针尖保持在表面原子的恒定高度上（图2.2.1）。
探针尖即以这种方式扫描表面的轮廓。
读出的针尖运动情况经计算机处理后，或在银幕上显示出来，或由绘图机表示出来。
使针尖以一系列平行线段的方式扫描，可获得高分辨率的三维表面图像。
与其它表面分析技术相比，STM所具有的独特优点是：1. 具有原子级高分辨率。
STM在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm和0.01nm，即可分辨出单个原子。
2. 可实时得到在实空间中物体的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究。
这种可实时观测的性能可用于表面扩散等动态过程的研究。
3. 可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是整个表面的平均性质。
因而可以直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。
下面的两个图(图5和图6)分别是用STM观察到的硅表面7×7重构图和吸附在铂表面的碘原子3×3阵列图，其上的一个缺陷也看得非常清楚。
现代科学技术导论题目
DNA 分子结构的是沃 森和克里克。
71、组成核糖核酸的 核苷酸有 4 种，腺嘌 呤核苷酸、 鸟嘌呤核苷 酸、胸腺嘧啶核苷酸和 胞嘧 啶核苷酸；组成
脱氧核糖核酸有 4 种， 腺嘌呤脱氧核苷氧核苷酸。
72、 一个核酸分子是 由许多核苷酸通过核 苷酸的戊糖与另一个
28、星系是宇宙 的基 本单元， 恒星是星系的
基本单元， 恒星是将宇 宙原始物质合成各种 重 元素的熔炉。星系
中恒星间的区域不是 真空， 而是充有星际物 质， 主要是气体云、尘 埃云组 成的巨大分子 云。
29、恒星的形成 30、恒星形成研 两个发展方向：
究的 单体
恒星的形成的具体过 程； 揭示恒星形成的 统计规律。 31、恒星的演化过程： 分 4 个阶段，初始阶 段、亚稳阶段、 周期性 收缩膨胀阶段、 引力塌 缩 阶段。 32、恒星的三种结局。 33、太阳大气分三层， 由内向外依次是光球、 色球和日冕。 34、光球是肉眼 所见 到德尔太阳表面层， 厚 300-500km ，其中包括 太阳黑子、 光斑、 白光 耀 斑，黑子活动周期 为 11 年，磁场极性变 化周期为 22 年。色球 是太阳大气中间一层， 是一个 充满磁场的等 离子层， 常有耀斑、 日 珥、冲浪、喷焰的爆发； 日冕是太阳大气最外 层，延伸 几个太阳半 径至更远， 由质子、 高 度电离的离子和高速 的自由电子组成， 日冕 气体向外扩散 形成太 阳风， 向空间辐射出高 温匀速低密度等离子 体流。 第二章 地球的起源和 演化
自然科学导论题型
一、填空题1.近代自然科学诞生阶段的三件大事是太阳中心说向神学的挑战、血液循环学说对神学的打击和伽利略为近代自然科学开辟道路。
2．提出燃烧作用的氧化学说和确定质量守恒定律的是法国化学家___拉瓦锡_________。
3、1912年，德国科学家魏格纳根据大洋岸弯曲形状的某些相似性，提出了大陆漂移的假说。
4.英国的史密斯常被誉为“地层学之父”，提出“ 化石层序律”后，就把时间与生物演化阶段联系起来，编篡地球的历史。
二、单项选择题1．被称为近代科学之父的是（B）A．牛顿B．伽利略C．哥白尼D．道尔顿2．最早提出原子论的科学家是( B )A．门捷列夫B．道尔顿C．拉瓦锡D．德谟克利特3．应用实验方法进行观察有三个特点，下面各项中不在其内的是（B）A．可以纯化研究对象B．可以使用实验仪器C．可以强化实验对象D．可以模拟自然过程4．地球的形状确切的是说是（C）A．球形B．椭球体C．梨状体D．苹果形5．一壶水烧开时，水蒸气会将壶盖冲开，这现象中水蒸气（B）A．对壶盖做功，使壶盖热能增加B．对壶盖做功，使壶盖机械能增加C．对壶盖热传递，使壶盖热能增加D．对壶盖热传递，使壶盖机械能增加三、多项选择题1.现代量子理论的创立者( BD )A．普朗克B．海森堡C．爱因斯坦D．薛定谔2、狭义相对论的结论（ACD）A．时间膨胀B．时空弯曲C．尺缩效应D．同时的相对性3、现代技术的三大技术体系( BCD)A．网络技术B．能量转换技术C.物质变化技术D．信息控制技术四、判断并改错1、海森堡建立的矩阵力学与薛定谔建立的波动力学【在数学上是等价的】。
（对）2、中子是由【费米】于1932年发现的。
（错中子是由剑桥大学卡文迪许实验室的英国物理学家查德威克于1932年发现的）3.多莉羊的培育主要采用了【细胞融合技术】。
（错多莉的诞生采用的是细胞核移植技术）.4.被称为人类的第四环境的是【外层空间】。
（对）五、名词解释牛顿：艾萨克·牛顿（1643年1月4日—1727年3月31日）爵士，英国皇家学会会长，英国著名的物理学家，百科全书式的“全才”，著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。
现代科学导论
现代科学导论导论是一篇文章或者一本书的开头部分，用来介绍该文章或书籍的主题、目的和结构。
现代科学导论则是指对于现代科学的引导和说明。
科学作为一种具有自身规律的知识体系，经过了几百年的发展，形成了现代科学的体系和方法论。
现代科学导论的目的在于向读者介绍现代科学的基本原理、思维方式和研究方法，帮助读者理解科学的本质和科学研究的过程。
现代科学导论的核心思想是实证主义。
实证主义认为只有通过观察和实验才能获取真实的知识，强调科学研究应该建立在实证的基础上。
科学家通过观察自然现象，提出假设，设计实验，收集和分析数据，从而验证或者修正自己的假设。
这种通过实证来验证假设的方式成为科学方法论的核心。
科学的本质是对自然界现象的客观认识和解释。
科学家通过对事实的观察和实验的验证，寻求事物背后的规律和本质。
科学的研究对象包括物质世界和生命世界，涉及物理、化学、生物、地球、天文等各个领域。
科学研究的目标是揭示自然界的规律，探索事物的内在联系。
现代科学导论强调科学的客观性和可重复性。
科学研究必须具有客观性，即研究结果不受主观因素的影响，能够被其他科学家所接受和验证。
科学研究还必须具有可重复性，即研究结果能够被其他科学家通过重复实验所得到。
只有具备客观性和可重复性的研究结果才能被认为是科学的。
科学的发展离不开科学家的创新和探索精神。
科学家需要具备批判性思维和创造性思维，能够质疑现有的理论和观点，提出新的假设和理论，并通过实验证明其有效性。
科学家还需要具备严谨的逻辑思维和系统的知识结构，以便能够从复杂的现象中发现规律和本质。
现代科学导论还强调科学的社会性和伦理性。
科学研究不仅仅是为了追求知识的增长，更是为了解决实际问题和促进社会进步。
科学研究必须符合伦理原则，尊重研究对象的权益，保护环境和生物多样性。
科学家应该具备责任感和使命感，将科学的成果应用于社会实践，造福人类。
现代科学导论是对于现代科学的引导和说明。
通过现代科学导论，读者可以了解科学研究的基本原理、思维方式和研究方法，理解科学的本质和科学研究的过程。
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现代自然科学导论第一章自然科学基本概念的形成与基本测量1O、人类的进化与自然科学基本概念的形成作为今天高级智慧生物的人类，在远古时期也与别的动物一样，对自然界的感受没什么不同。
那时的人类和一般动物一样，都能感受到饥饿、疼痛、疲倦、危险、光亮、黑暗等等。
后来人类和高级一点的哺乳动物一样，也能感受到食物、敌人、恐惧、花草、树木、别的若干动物等等。
或许这些感受从某个时期已经能上升到意识的地步，但还远远达不到形成概念的程度。
人类能与普通的动物区分开来，或许是由于生存环境的变化，或许是由于人类生存发展的需求，自然地迫使人类大脑的进化达到其功能可以把对环境的感受提高到意识的地步，并进而能形成相应的一些粗略概念。
在原始人类头脑中的众多原始而又粗略的概念中，有三个发展出了数学和物理学。
这就是物品的多少、物品的远近和诸如日月星辰的升落及等待过程的长短。
显然，物品的多少首先就是一个数量的概念，数量的概念就是数学发展起点。
但物品的多少这个概念还可以发展出另一个极有价值的概念，那就是质量。
同样，我们可以看出，物品的远近无疑可以发展出距离的概念，而日月星辰的升落及等待过程的长短，可以发展出时间的概念。
或许某些动物的头脑中也形成了物品的多少、物品的远近和诸如日月星辰的升落及等待过程的长短等概念。
但为什么它们没有象人类一样发展出数量、质量、距离和时间这些计量的概念呢？这个问题用于人类发展的历程又过于久远而太过于复杂，因此是很难完全搞清楚的。
但有几个要素可以提供一点线索。
首先，在人类还未从灵长类动物分化出来的1700万年以前，和灵长类动物一样，有一个特殊的生理结构，那就是它们的前肢可以方便地抓拿物品。
其次，自然气候和环境的变化，有可能使得某些灵长类种群的栖息地的森林逐步消亡。
这就迫使这些灵长类种群逐步地从树上下来，到地面上寻找食物。
这时，这些灵长类种群的前肢就不再是平时要抓住树枝，以维持身体的平衡，而是用它们的前肢来搜寻抓拿食物和其他物品。
这样，这些灵长类种群的前肢就解放了，可以做更多不同的事，而前肢的功能就可能得到更大的发展。
伴随着搜寻食物和拨弄抓拿物品的过程，使得这些灵长类种群的大脑功能发展得更大、更快、更强。
无疑，前肢使用得越多，躯体就越依赖于后肢的支撑而使整个身体移动。
终于有一天，这些灵长类种群完全地直立行走奔跑了，人类诞生了！而这一时间大约是在700万年前。
最初的人类其前肢即手的功能已发展到很强大的地步。
他们可以用手来使用木棍、木棒和石头作为工具进行捕猎、捕鱼。
后来可以用手来制造简单的工具，如刮削用的石刀、砍砸用的石斧等等。
而手使用的越多、使用方式的越复杂，就越能促使大脑功能的发展。
大脑功能发展的越强大，就越能感受和意识到越复杂过程越长的事物，并进而形成相应的概念。
而要把各种概念能加以描述，语言是不可或缺的。
人类发展出语言的时间已无从可考了。
但语言使得人类能对各种自然概念加以描述并进行交流是人类与别的包括灵长类动物的动物之间最大的不一样之处，也是人类超越别的动物的最明显表征，这也是人类能发展出数量、质量、距离和时间这些计量的较准确概念而别的动物却不能的原因。
而人类在总体功能发展的同时，也就从最初的捕猎寻求食物的生存方式，发展出了游牧和农耕的生产形态，并进而发展出了贸易、商业，同时也促进了各种概念的形成。
进行捕猎的原始人类，有的族群有时可能一次捕获的猎物多了一点，其中有活的、幼小的动物，不能全都吃完。
这时，他们有可能把那些活的和幼小的动物圈养起来，以备以后食用。
如果圈养的时间长了，某些动物如牛、羊等就有可能被驯化，并能进行放牧。
这样，游牧生产方式就开始形成了。
但某些原始人类族群有可能总是捕获不到足够动物食用，他们就有可能搜寻植物的种子食用，以维持生存。
有的族群可能其大脑的功能已发展得足够强大，能对较复杂和过程较长的事物加以感知，进而能较好地理解这类较复杂的事物，以为生存所需。
如随着对植物发芽生长、开花、结果整个较复杂过程的理解，有的原始人类族群就有可能选择一些其果实可以食用的植物，进行种植，如玉米、小麦、稻谷。
这样，农耕生产方式就形成了。
而这种生产方式只有群体协同，才会有效率，这就必然要导致了社会的产生。
华夏民族的祖先神农氏(族)，就是世界上最早发展出农耕生产方式的原始人类族群之一。
不过，这些原始人类族群距离现代人类已不太远了，只不过是大约7000～1万年前的事了。
传说神农氏名叫石年，他尝了成百种植物及其种子，并一一试种，最后挑出了麦、麻、黍、稷、菽五谷进行耕种。
石年的氏族在他带领下进行了农业种植，在很大的程度上，解决了生存的问题。
为此，神农氏的族群把他尊奉为炎帝。
后来，另一个氏族的首领轩辕氏，领导着他那有点庞大的族群，打败了另一个称之为蚩尤较庞大的族群，甚至连神农氏族群的部落也归顺了，解决了轩辕氏族群的周边安全问题和发展空间问题，他的族群和各归顺的部落也就奉他为黄帝，而这也正是后来华夏大地上生活着的人们自称炎黄子孙的缘由。
今天，华夏大地上生活着的人们，有的或许就是远古时这些氏族和部落的后裔，有的或许不是。
但无论如何，这些氏族部落发展起来的文明传承到了今天，这就是华夏文明。
虽然人类的各种活动如贸易、战争等等，都能促进或阻碍自然科学的发展。
但游牧业、畜牧业和农业社会的发展，却是促进自然科学基本概念发展的主要因素之一。
对畜牧业和农业所生产出来的剩余物品要进行交换，一方面发展出了商业贸易，一方面又促进了对物品的计数和称量的技术和工具的发展。
而随着农作物种植生产的发展，相应的农业社会就需要对不同种植者所拥有的土地进行丈量，这就发展了对距离的测量工具和技术。
如生活在尼罗河畔古埃及人，每年雨季的尼罗河水，都要泛滥冲毁河畔的大片农田。
水退之后，各农家的农田都要重新丈量。
如果丈量的偏差太大，就会引起农家的冲突。
因此，丈量的工具和技术都需要提高。
另一方面，农作物的种植和人类群聚的社会，也对时间的计量和测量提出了需求。
农作物的种植是与气候相关的，而气候又与地球绕太阳的公转轨道周期一年相关－即便那时的人们还不知道地球绕着太阳公转。
再者，人们的起居生活节律是以一天为周期的。
这种生物节律在人类社会形成以后被社会强化了。
社会要求人们某天某时集结，以准备抗击入侵；会要求人们某天某时集结公布某项集体活动的处理等等。
这样，对时间的计量和测量就提出了明确的多的需求。
而这时整个人类的发展也就形成了计数(数学)和距离、质量、时间等基本的自然概念。
20、长度距离的测量对计数方法和技术的需求，是发展出数学的前提，这是不言而喻的。
但这里并不准备讨论数学的产生和问题，这里首先要讨论的是长度距离的测量问题。
最初对距离的测量可能以步长或臂长来计，百步穿杨的成语想来汉语系统的人们都很熟悉。
但不同的人其步长或臂长是不一样的，于是就可能以一根固定长度的木棍来计。
这种固定长度的木棍后来发展成了有等分刻度的尺。
4千多年前的古埃及和中国古代都有这种测量长度距离的尺的记载，考古上这种古老的工具实物也有发现。
古代不同时期不同地区测量长度距离的工具是不一样的，作为测量长度距离的基本单位也不同。
中国古代就以丈、尺、寸作为测量长度距离的单位。
但不同的朝代，丈、尺、寸的长度也不一样。
近代中国使用的丈、尺、寸长度距离单位现在都还能见到，其换算关系是：1丈＝10尺1尺＝10寸长度单位的不统一，会引起测量上的差异和混乱，在土地丈量时还可能引起纠纷。
中国秦朝时代的秦始皇一统战国七国后，就废除了其它六国的度量衡制，将度量衡制也统一在秦国的体系下，以免引起混乱。
当然，另一个目的就是从度量体制上，消除其他六国的存在。
古代英国国王亨利一世为了统一其国家的长度距离测量单位，有一天对大臣们平伸出自己的手臂说：“就以我的鼻尖到手指尖的距离为一尺吧。
”这样他就统一了当时英国长度距离的测量单位。
现在的英尺是以两百年前荷兰一个鞋匠制作的一种鞋的长度为标准的，因为他做的鞋极其规整，故英语中的一英尺也就是一脚(a foot)。
我们今天常使用的米这个长度距离单位，最初是法国1791年提出来的。
1791年，法国规定从赤道到北极经过巴黎子午线其长度的一千万分之一为1米，并以1米作为测量长度距离的基本单位。
后来根据实际测量的结果，用纯铂制成了一个标准米原器，保存在法国国家档案局。
1889年，第一届国际计量大会上，又用90%的铂和10%的铱的合金制作了一个X 型的国际米原器。
在它的凹槽两端分别刻着三条细线。
规定在0℃时，两端细线中间的各一条之间的直线距离为1米。
毫无疑问，用直尺进行长度距离的测量时，首先确定的只是尺子两端顶点间的直线距离，然后再对所要测量的直线段或曲线段长度一段一段地去量。
如果你用一把固定长度的尺子测量某个长度时，刚好不是这尺子的整数倍怎么办？看来你得用更短的尺子。
但有一个更好的办法，那就是把你原来的尺子等分成更短的线段刻度，再进行测量。
如一尺分为十等分，每一等分的线段为一寸。
或者1米分成100等分，每一等分的线段为1厘米。
但你如何保证你能够对一尺进行等分呢？古希腊人利用不知是谁发明的圆规就可以做到这一点，这你可以从两千多年前古希腊人欧几里德所写的《几何原本》中发现这种方法。
当然，他所写的书中的主要内容，你在初中的平面几何课程中都学过。
古代中国也发明了圆规这种工具，否则“没有规矩，不能成方圆”这句成语从何而来。
但把尺等分到寸是否也是用欧几里德的方法，就不得而知了。
今天，我们所使用的米这个长度距离单位用于测量时，有时会觉得太长。
于是就将其十等分或百等分，如：1米＝10分米＝100厘米＝103毫米＝106微米＝109纳米表1.1 数量级名称表既便长度单位的统一能消除测量上可能引起的差异和混乱，但不同的领域为了不同要点的突出，还是有使用不同长度单位的情况。
如对于天文测量，为了突出太阳系内不同行星与太阳距离的相对数量级，就使用天文单位这样的长度单位。
一个天文单位就是地球与太阳的平均距离。
地球绕太阳的运行轨道不是一个标准的圆，而是一个椭圆，距太阳的平均距离是81049597892.1⨯公里，即大约14,960万公里。
所以1天文单位(AU)111049597892.1⨯=米有了天文单位这个长度距离的单位后，我们就可以比较突出地表出太阳系内各行星到太阳的距离。
如各行星到太阳的距离可如下表所示表1.2 各行星到太阳的平均距离作为天文观测，在很多情况下以天文单位来衡量天体之间的距离就显得太小了。
这时，通常会用光年这个长度距离单位(light year, 单位符号是l. y.)。
1光年就是光在真空中一年所走过的距离，也就是大约121046053238.9⨯公里。
即1光年151046053238.9⨯=米实际上，天文学家们在实际作天文观测时更常用到的一个长度距离单位是所谓的秒差距(parsec ，单位符号是pc)。