物理学与现代自然科学ppt课件

对物质的构成，物理学起码在更深层次点明以下 几个问题：
（1）原子还有更深层次的结构。 （2）组成原子的粒子起源于宇宙爆炸的最初阶段。 （3）量子力学从理论上说明稳定的原子只有九十 几种，而在此之前只能用化学实验的方法发现新原子。
（4）原子的核外电子的分布决定了原子的化学性 质，元素在周期表上的序号与原子的核外电子数同。 最外围电子分布相同的原子有相似的化学性质，构成 一族元素。而当时，门捷列耶夫是从实验事实中总结 出元素周期表。
§6-1 物理学与化学
一. 化学研究的基本课题 从物理的角度, 化学的研究课题是: 各原子的化学 性质; 原子结合为分子的规律;各种分子的性能和生成 方法。 二. 物理学在化学发展中的的作用 1. 物理学在认识原子、分子和化学基本规律方面 的作用
化学家用实验证实原子是组成物质的基本单元。 分割单质得到保持该物质性质的最小单元原子。
本章运用物理知识去理解： 生物的结构、运动方式、生命的物质基础、生物 进化的机理、 遗传和生命的本质。
一. 生物体 1. 生物体 从生物学角度看, 生物体是由核酸和蛋白质等组成
的, 能通过自组织，实现自我复制、自我更新的多分子 体系，可以参与物理、化学、生命三个层次的运动。
生命活动主要通过蛋白质体现。的基本单元是氨
② 骨骼机械性能与其内部状况的关系。这时既要 考虑骨骼中基本颗粒排列情况这一物理问题，更要考 虑骨骼的化学组成。这个层次的研究，使我们进一步 认识到，骨骼随物种、年龄、经历、营养状况而变。 骨的主要成分是无机盐（钙、磷等）和骨胶原纤维， 骨骼要能支承人体从事各项活动，必须要有一定的抗 拉和抗压强度，这就要求无机盐与骨胶原之间有一定 的比例，这一比例随物种而变。对人而言，通常的比 例是7：3。
现代新技术中，最具基础性的有新能源技术、新 材料、激光、生物技术等。科学技术是推动生产力发 展、创造更多更好的产品、提高人类物质文化生活的 第一要素。
物理学研究的对象是自然界的普遍现象，因此物 理学得到的认识是其它学科的基础。本章将介绍物理 学在与之最贴近的科技领域中起的作用，介绍二十世 纪的最新成果都建立在相对论和量子力学之上。
（5）原子间的结合力——化学键 原子与原子的 结合称为化合，结合的破裂称为分 解。 化合和分解是最基本的化学现象，如果把结合的 本质搞清楚了，各种化学现象的本质也就清楚了。那 为什么原子可相互结合？靠原子外围电子的结合力。 结合力的形式称为化学键。
破译电子的运动秘密的是由薛定谔、海森堡等人 建立的量子力学完成的。试着用量子力学解决化学问 题，一门新学科量子化学应运而生。
基酸。蛋白质由20多种氨基酸排列而成。体内的化学 反应离不开具有催化作用的蛋白质-----酶。
核酸的基本结构单位是核苷酸，由碱基、糖、磷
酸三部分组成。
核酸 核糖核酸（RNA）
脱氧核糖核酸（DNA）
遗传特征是由DNA中特定的核苷酸排列顺序决定。 个体发育时，DNA的密码指令将氨基酸连接起来合成蛋 白质，进而形成不同的器官，。另一方面，DNA能自我 复制，由亲代复制一份DNA传给子代。遗传基因是控制 生物性状的功能单位和结构单位，是DNA分子中具有遗 传效应的某个脱氧核苷酸片段，含有成百上千个脱氧核 苷酸。人类46条染色体的DNA，包含人类基因组中的约 10万个基因。
① 可不涉及自组织作用，也不涉及化学变化的问
题，这是纯粹的物理问题。
②可不涉及自组织作用，但涉及到化学变化的问
题，处理这类问题还需要用到化学知识。 ③ 必需考虑在自组织作用下实现自我复制，自我更
新的问题。这类问题还受到生物体中自组织作用特殊规
律的制约。 例如对骨骼的研究。
①骨是物质，满足质量守恒、能量守恒定律。骨骼 的机械性能，骨架的形态、结构起的支撑作用及其对生 物体大小、形态、运动方式的影响，这类问题只需利用 力学规律即可解决。
量子力学的发展使人们的预见性也加强了，进入 到“分子设计”阶段。期待通过理论计算，像设计房 屋那样，按需求设计新材料、新药物。理论表明：
电学性能：半导性、超导电性等
热学性能：热传导等

物 性
磁学性能：磁性转变温度等
光学性能：吸收光谱等
药物的疗效
与原子的外 层电子运动 有关
于是有了高温超导材料的设计，性能优异的半导体、 激光物质，设计新药物、新农药。
1965年，量子化学出现了分子轨道对称守恒原理， 使量子化学进入研究化学反应的新阶段。该理论在解 释和预示一系列化学反应方向上是有力工具。70 年代 量子化学又用于研究催化剂、生物酶问题。
§6-2 物理学与生命科学
生物学是研究生命现象的科学。多少年来, 生物 学一直是描述性学科, 以观察和认识生物世界的多样 性为主要内容, 以描述和分类为主要工作。
2. 物理学在认识外部条件对化学反应的影响所起 的作用
从物理学角度看, 影响化学反应的外部条件可分 为两类① 主要用经典物理理论就可其作用机理的条 件（如光、热、电流等），在运用经典物理知识处理 这类问题的基础上，发展出了化学热力学、电化学、 化学动力学、光化学、胶体化学等化学分支学科。通 常把应用热力学方法讨论化学反应和化学平衡的物理 化学。
第六章 物理学与现代自然科学
各门自然科学学科是从不同角度，针对不同的自 然现象，概括着正确认识的知识体系。当代人们最关 心的重大自然科学课题有宇宙的起源、演化、结构层 次，各种元素的起源和它们构成各种物质材料的规律、 生命的本质等等。
科学揭示自然规律，为发明新技术指明方向。 技术是人们在实践的基础上创造出来的，能指导 人们制作工具、组合工具、按照给定的行为规范运用 工具，从而实现各种实际需求的知识体系。
基因中碱基的不同排列构成不同的基因。现正设 法测定人体10万个基因的碱基排序。一旦完成，就可 建立起完整的基因库，从而大推进基因工程即重组 DNA技术。该技术是按人类意愿，从生物体内分离出 目的DNA片段实施重组，再将重组后的DNA转移到操 作生命体中。
2. 生物体的研究层次 在研究生物体的结构和运动变化时，可以分解为 以下三个层次问题: