自然科学基础

自然科学基础复习要点

一、自然科学概述

1、自然科学：人类在探索自然的实践活动中总结出来的、反

映自然界的现象、物质形态、结枸、性质和运动规律的知识体系。

2、技术：人类在改造自然的实践活动中总结出来的经验和科

学知识相结合的改造自然的各种技能、工具和规则体糸。

3、自然科学的性质

（1）、自然科学是全人类共同的财富；它没有国界、没有阶级性。

（2）、自然科学是知识形态的生产力；

（3）、自然科学知识具有历史继承性。

4、自然科学的作用：

（1）、自然科学转化为直接生产力，能推动杜会生产力的发展；

（2）、自然科学能促进生产关系的变革。

5、自然科学的来源：

（1）、生产实践是自然科学的最基本来源；

（2）、科学实验是自然科学的重要来源。

6、自然科学发展的动力：

（1）、客观事实和理论间的对立统一是自然科学发展的内在动力；

（2）、社会需要是自然科学发展的强大动力。

二、历史上主要科学家及其主要成就：

1、公元前384—322年，希腊：亚里士多德“集古希腊哲学、逻辑学、物理学、地理学、天文学、生理学和生物学等知识大成的博学家，古代最伟大的科学家”。其中，形式逻辑学和物理学对后世自然科学的发展影响较大。

2、公元前90—168年，希腊：托勒密：集地球中心论之大成，建立完整的“地心说”。

3、公元前300年，希腊：欧几里德：著《几何原本》与公理法。

4、公元前287—212年，希腊：阿基米德：著《论平面的平衡》及“浮体定律”，称物理学之父。

5、公元129—200年，希腊：盖伦著《人体各部分的功用》，并提出“灵气说”。

6、中国东汉：蔡伦发明“造纸术”。促进了世界文明。

7、中国唐代：孙思邈等发明“火药”。变冷兵器为热兵器和促进采矿及金属制造业。

8、中国北宋：毕升发明“活字印刷术”。推动社会进步。

9、中国北魏：贾思勰著《齐民要术》。中国现存第一部完整农书。

10、中国明代：徐光启著《农政全书》。集古今农学大成，达传播农业科之顶峰。

11、中国明代：李时珍著《本草纲目》。称为东方医药巨典。

12、中国东汉：张仲景著《伤寒杂病论》。集中医大成之专著。称为万世宝典。

13、公元520年中国：班固著《汉书．地理志》。资料之丰富堪称世界之首。

14、公元1543年，波兰：哥白尼建立“日心说”。挑战托勒密“地心说”。

15、公元1571—1630年，德国：开普勒著《行星运动三定律》，称天空立法者。

16、公元1609年，意大利：伽利略提出“力学相对性原理”、“自由落体定律”、“惯性定律”，称近代科学之父。

17、公元1687年，英国：牛顿提出“牛顿三定律”及“万有引力定律”。建立经典力学体系。实现物理学第一次理论大综合。

18、公元1661年，波义耳提出“微粒理论”。实现物质组成上的革命。

19、1847年焦耳等人发现“能量守恒与能量转换定律”。实现物理学第二次理论大综合。

20、公元1628年，英国：哈维建立“血液循环学说”。挑战盖伦的“灵气说”。科学地解释人体生理过程。21、公元1864年，英国：麦克斯韦建立“电磁学说”。实现物理学第三次理论大综合。

22、公元1777年，法国：拉瓦锡建立“氧化学说”。

23、公元1869年，俄国：门捷列夫发现“元素周期律”。

24、公元1838—1839年，德国：施莱登和施旺建立“细胞学说”。是19世纪三项重大发现之一。

25、公元1859年，英国：达尔文著《物种起源》提出“生物进化论学说”。

26、公元1905—1916年：德国：爱因斯坦提出“狭义相

对论”和“广义相对论”。改造了牛顿经典力学休系，开创了原子能时代和现代宇宙学阶段。实现物理学第四次理论大综合。

27、公元1927年，英国：狄拉克建立“量子力学体系”。实现物理学第五次理论大综合。

28、公元1953年，美国的沃森和英国的克里克提出

《ＤＮＡ》分子双螺旋结构模型，建立“分子生物学说”。是生物学一次深刻革命。

三、中国古代科学发达的社会原因：

1、科学技术社会建制的形成—官办科学；

2、“科举制”选拔人才和征募民间能人；

3、中国古代六艺教育制度的支持。

四、近代科学革命的社会文化动因：

(一)、科学研究活动的社会制度化

1、探究自然的兴趣在民族精英中形成；

2、专职科学家这种社会角色的出现；

3、科学社会建制的初步形成；

(二)、若干新的文化价值取向的形成

1、主张批判地审视古希腊的科学成就；

2、提倡重视观察和实验的经验主义探究程序；

3、重视数学和定量研究方法的应用；

4、关注对技术活动的渗透。

五、近代自然科学的特点：

1、自然科学巳从自然哲学中分离出来，形成自然科学的各门学科；

2、科学实验巳成为人类的一种独立的重要实践活动；

3、自然科学巳从经验科学变成了理论科学。

六、现代自然科学的特点：

1、整个自然科学巳形成为一个有机的统一体；

2、各门学科广泛应用数学方法，并日趋数学化；

3、科学、技术、生产三者结合成为一个统一体。

七、现代自然科学的三大前沿阵地：

1、粒子世界—“夸克幽禁”；

2、天体演化—宇宙大爆炸；

3、生命起源。

八、历史上三大技术革命：

1、公元1765年英国的瓦特发明蒸汽机并广泛应用，标志着第一次技术革命；

2、公元1831年英国的法拉第电磁感应定律打开了进入电力时代的大门，标志着第二次技术革命；

3、20世纪初原子能推进器的发明(根据爱因斯坦的质能关系)，标志着第三次技术革命；

九、世界科技发展中心的转移：

1、公元前16世纪至公元8世纪，古希腊是奴隶制社会欧洲科学文化中心。

2、公元3世纪至公元14世纪，在封建制社会中国有100项科学技术超过了同时代的欧洲，处于领先世界地位。

3、近代以来，公元1540—1610年意大利成为世界第一个科学技术中心。

4、公元1661—1730年英国成为世界科学技术中心。

5、公元1770—1830年法国成为世界科学技术中心。

6、公元1810—1920年德国成为世界科学技术中心。

7、公元1920年后美国成为世界科学技术中心。

美苏争霸世界科学技术中心和太空霸权。

十、古代近代与现代科学之间的区别：古代科学：(1)属“经验科学”形态；

(2)未曾独立，混杂于哲学、巫术之中；

近代科学：(1)属“理论科学”形态；

(2)以实验为基础，以分析为核心，以数学为手段；

(3)获得独立发展，逐渐建制化。

现代科学：(1)属“理论科学”高级形态；

(2)“大科学”——综合性和辨证性；

(3)成为最重要的社会建制。

十一、我们认识的宇宙：

(一)、支持宇宙热大爆炸理论的四项

观察证据：

1、目前宇宙仍处在不断膨胀壮态，且在80亿光年以外范围是加速膨胀。

公元1929年美国的哈勃观测18个星系的光谱发现：恒星彼此都在退行远离，表明宇宙在不断的膨胀，膨胀是哈勃定律的必然结果。追索宇宙膨胀的反方向———宇宙在过去某一时刻必然存在一个高温高密的极小“奇点”，由于“奇点”的“真空能”发生相变产生斥力，发生一次热大爆炸创生的物质向外四散飞溅，经演化成为今天的广阔宇宙；表明宇宙有个开端，起源于一次热大爆炸。

2、观测的目前宇宙背景辐射值与预言值极为相符合。

1965年美国“彭齐亚斯和威尔了逊”观测目前宇宙中存在的各向同性的宇宙背景辐射为3Ｋ左右，与伽莫夫预言：宇宙大爆炸后残留下来的宇宙背景辐射目前应为5Ｋ左右的黑体谱形相吻合；

3、目前宇宙中氦丰度的观测值与预言值相符合为25％；

观测发现目前宇宙中氦的丰度为25％左右，恒星内热核反应氦的生成率为3～5％，与伽莫夫预言：宇宙大爆炸后氢的含量为75％，氦的含量为25％，而且大部分的氦是在宇宙大爆炸后高温条件下产生的预言相符合；

4、观测发现目前宇宙中宇宙背景辐射完全符合黑体谱形与伽莫夫预言：宇宙大爆炸后残留下来的宇宙背景辐射应为黑体谱形的预言相吻合。

1989年美国的COBE卫星观测发现的宇宙中宇宙背景

辐射完全符合黑体谱形，其对应的温度在空间不同方向具有微小变化。与伽莫夫预言：宇宙大爆炸后残留下来的宇宙背景辐射目前应为5Ｋ左右的黑体谱形，其对应的

温度在空间分布是不均匀的预言相吻合。

(二)、宇宙的模样：

1、宇宙有个开端，宇宙是在大约140亿年(或150亿年)前———由“无”中生有产生的一个高温高密的极小“奇点”发生一次热大爆炸中产生的，其可观测宇宙的视野范围为130亿光年；宇宙由1500亿个星系、10000

个星系团及星际物质组成。

2、1998年用南极氦气球和WNAP卫星观测证明宇宙空间是平直空间，宇宙的总密度接近临界密度；与暴涨理论予言的宇宙空间是平直空间，宇宙的总密度接近临界密度相符合。

3、1998年美国的ＷＭＡＰ卫星观测发现宇宙的成份27％是物质，而且其中23％是不发光的暗物质；73％是具有斥力性质的暗能量，暗能量使宇宙不断加速膨胀；

4、目前宇宙仍处于不断膨胀的状态，在80亿光年以外范围是加速膨胀，很可能永远地膨胀下去。

5、由宇宙大爆炸后创造的物质在太阳系第三颗行星地球上演化为智能生命人类。

十二、宇宙的结构

（一）、宇宙的结构

宇宙由星系、星系团、总星系和星际物质组成。

1.星系：由恒星、星际气体和宇宙尘埃组成的庞大天体。

1999年1月哈勃太空望远镜观察发现共有1500亿个星系。银河系是其中一个星系，银河系以外的星系称为河外星系。大的星系有10000亿颗恒星。凡能自行、能发光、其相对位置固定不变的星体称为恒星。太阳是银河系中一颗普通恒星。

2. 星系团：星系具有成团性，在可观测宇宙中共发现有10000个星系团。一个星系团的质量大于1000000亿个太阳质量。

3. 总星系：由银河系和河外星系(星系团)组成的庞大天体系统，即宇宙。其可观察范围为130亿光年视野。

4. 星际物质：主要有：星际尘埃、各种电磁波、各种粒子流、气态物质和有机分子。其质量相当于几百亿个太阳质量。

宇宙在大尺度上以星系(星系团)为基本构件，是均匀分布的，但在可观测到的典型区域内，其分布是不均匀的，而且呈星系墙结构。

(二)、银河系：

以银河命名的星系。银河系总质量为1400亿个太阳质量，共有2000亿颗恒星，90%的物质集中在恒星内。银河系中大多数恒星集中分布在一个偏球状空间内，侧看像个铁饼，正看像个圆盘，其范围为10万光年。共有四条旋臂，

太阳系位于其中的猎户臂内。

(三)、河外星系：

1923年哈勃观测证明仙女座大星云确实是一个银河系以外的星系，称为河外星系。仙女座大星云距地球220万光年，有两条旋臂，呈旋涡状星系。距地球最近的河外星系是：大麦哲伦星云和小麦哲伦星云，分别距银河系17万光年和21万光年远。它们与银河系组成三重星系。

（四）、星空图：

可观察到的全天有88个星座，100万亿颗恒星，每一颗恒星都从属于一定的星座。

星座的名称多半是以希腊神话中的人物和兽类，如仙女、仙后、御夫、大熊、金牛、狮子和天鹅、天鹰等。每个星座中的恒星，按其亮度顺序标上小写希腊字母：α、β、γ、δ、ε、δ、ε、.......。希腊字母用完后，就编号：如天鹅座61。

全天划分为：仙后、御夫、大熊、天琴四大星区。各选一等星座和一等星。如天琴区：天琴座α星即为织女星；天鹰座α星即为牛郎星。牛郎星与织女星相距16光年。

（五）、太阳系

太阳系由八大行星、小行星及行星际物质组成，其质量

为地球质量的33万倍，直径为120亿KM，占银河系空间的亿分之一，位于距银河系中心2.3万光年的猎户旋臂内。太阳表面温度为5770K，核心处温度为150万K，每秒钟将6亿吨氢转变为5.96亿吨氦，并放出相当400万吨物质的能量，向外辐射经200万年才到太阳表面。太阳的物质成份由92%的氢原子；7.8%的氦原子和0.2%重元素组成。太阳的寿命可达100亿年，目前处于中年，还有50亿年的寿命。其中氢可燃烧90亿年，氦可燃烧10亿年，其内核会使太阳膨胀到现在半径的260倍，变为一颗红巨星，表面温度下降，光度变暗。最后其外层被抛离，露出内核变为一颗白矮星，只有地球大小但其质量为原来的一半。

太阳系与智能生命人类关系最密切。宇宙大爆炸创生的物质在太阳系第三颗行星地球上演化为智能生命人类。

公元年数与干支年数的换算

序号：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

天干：甲乙丙丁戊己庚辛壬癸

地支：子丑寅卯辰巳午未申酉戍亥

生肖：鼠牛虎兔龙蛇马羊猴鸡犬猪

⑴：公元年换算为干支年：

天干顺序号＝（公元年数－3）÷10 的佘数

地支顺序号＝（公元年数－3）÷12 的佘数

如果佘数为零，则天干顺序号为10

地支顺序号为12

将干支顺序号所代表的干支名称合起来，就是所求公元年数对应的干支年。

⑵：公元前年数换算为干支年：

天干顺序号＝10－（公元前年数＋2）÷10 的佘数

地支顺序号＝12－（公元前年数＋2）÷12 的佘数

将干支顺序号所代表的干支名称合起来，就是所求公元年数对应的干支年。

⑶：将干支年换算为公元年：

公元年数＝60的适当倍数＋干支配序号＋3

公元前年数＝60的适当倍数－干支配序号－2

干支配序号为六十花甲子，它是1至60的两位数

个位数＝天干顺序号

十位数＝（天干顺序号－地支顺序号）÷2

如天干顺序号＜地支顺序号，则应加12 ．

宇宙全景

欧洲航天局5日宣布，该机构的宇宙探测卫星“普朗克”根据此前收集的数据，绘出了首幅宇宙全景。它将有助于科学家了解宇宙大爆炸后各种天体的形成过程。

欧航局当天发表公报说，这幅图的珍贵之处在于捕捉到宇宙微波背景辐射，它形成于宇宙大爆炸时期，经过137亿年的漫长旅行才到达地球，对研究人员而言，它就是研究星系起源的活化石。

图像正中是地球所在的银河系，其周围布满了冷尘埃形成的纤维状物质，研究人员分析说，这片区域正是恒星形成的地方，而“普朗克”卫星拍下正在诞生的星体以及尚处在萌芽状的恒星。

欧航局科学和自动探测负责人戴维·索思伍德认为，“普朗克”卫星为人们开启了一扇“宝库之门”，天文学家根据它提供的数据，可以更好地了解宇宙的

西南大学育才学院2011～2012学年第1学期

《自然科学基础》课程期末考查题

文新学院姓名：学号：

一

判断以下科学家与其“成就”配对的正确性：（每小题2分，共20分）

1.托勒密与“地心说” （）；

2.哥白尼与“日心说”（）；

3.李时珍与“本草纲目”（）；

4.开普勒与《行星运动三定律》（）；

5.伽利略与“相对性原理”（）；

6.牛顿与“万有引力定律”（）；

7.麦克斯韦与“电磁学说”（）；

8.达尔文与“生物进化论”（）；

9.狄拉克与“量子力学”（）；

10.爱因斯坦与“相对论”（）；

二、填空题（每空2分，共20分）

1.欧几里德的主要著作有（）；

2.中国东汉蔡伦发明（）；

3.中国唐代孙思邈发明（）；

4.中国北魏贾思勰的主要著作有（）；

5.中国明代徐光启的主要著作有（）；

6.中国东汉张仲景的主要著作有（）；

7.英国的波义耳提出（）理论；

8.英国的哈维建立了（）学说；

9.法国的拉瓦锡建立了（）学说；

10.德国的施莱登和施旺建立了（）学说；

三、简述支持宇宙大爆炸理论的四项观测证据：（30分）

四、简述宇宙的模样：（30分）