自然科学概论复习

第零章自然科学的发展的历史轨迹古代自然科学（文明时期以后）→近代自然科学（16世纪欧洲-19世纪）→现代自然科学（20世纪开始）四大文明古国古巴比伦：（1）天文学和数学：阴历；10进制与60进制并用（2）医学和生物学：医疗立法；动物分类；人工授粉（3）建筑艺术：空中花园；巴比伦城古埃及（1）农业和手工业技术（2）天文学和数学：太阳历【一年三季：淡水季，冬季，夏季】十进制记数法圆周率π=3。01605（3）解剖学和医药学：木乃伊外科手术（4）建筑：金字塔和神庙古印度：（1）农业生产和农业技术：亩耕人工灌溉和施肥（2）数学和医学十进制“阿拉伯数字”藏医炼丹术古希腊【奴隶社会科学技术发展】（1）泰勒斯：天文学【定365天为一年】数学【引入命题证明】哲学【水生万物，万勿复归于水；万物有灵】（2）毕达哥拉斯：数学天文学哲学；勾股定理；三角形内角和等于两个直角；世界的本原是数→客观唯心主义（3）苏格拉底（古希腊哲学家）→学生（4）柏拉图【数学，天文，音乐，哲学；《理想国》】→学生（5）亚里士多德【哲学家，科学家，教育家三段论，形式逻辑学】【这三人是希腊三贤且都是唯心主义】（6）欧几里得：《几何原本》（7）阿基米德（8）托勒密：地心说（9）盖伦：医学大师，著名医生和解剖学家；“动气”“活气”（这人古罗马）古代中国的四大实用科学体系天文学：完善的立法授时制度；准确的天象观测记录；先进的天文测量仪器“漏水转浑天仪”“水运仪象台”农书：南北朝《齐民要术》元代王祯《农书》徐光启《农政全书》医学：春秋战国《黄帝内经》东汉张仲冬《伤寒杂病论》汉《神农本草经》明《本草纲目》数学：《九章算术》近代自然科学的诞生与产业革命的兴起古代阿拉伯与中世纪欧洲的科学技术：7世纪：巴勒斯坦，叙利亚，伊朗和埃及——奴隶制的伍麦叶帝国一个世纪后阿拔斯帝国取而代之→全盛时期科技史上特殊贡献（阿拉伯）：沟通东西方科学文化古代四大发明以及丝织传到欧洲；保存古希腊学术典籍2、科学成就：代数学和编制天文表，静力学，光学医学：希腊印度中国波斯文艺复兴：1、教会的影响力慢慢下降2、大批希腊的古典著作和优秀思想得以进一步传播和发扬，给近代自然科学发展提供丰富养料3、涌现了一大批文学家艺术家思想家→对西欧资本主义发展的影响：1、资本的原始积累2、人性的探索与发现近代自然科学的诞生波兰自然科学家哥白尼《天体运行论》“太阳中心说”2、伽利略【意大利】首开近代科学实验研究方法的第一位学者【科学与哲学分离，是近代科学之父】数学家天文学家哲学家物理学家【惯性】天平动：站在地球观察月球的情况周日天平动：由于自传所造成，一定方向，角度培根：与笛卡尔同被成为思想家，科学方法论的首创者《新工具》“四假相说”即：“种族假象”、“洞穴假象”、“市场假象”和“剧场假象”。笛卡尔法国哲学家科学家数学家解析几何的创始人“近代科学的始祖”19时机重大意义：能量守恒与转化定律，细胞学说，达尔文生物进化论，电磁感应，电磁场理论5、揭开物理学序幕的三大发现【X射线，放射性，电子】第一章绪论科学与技术科学的概念科学是生产知识的活动是反映客观事实和规律的知识是反映客观事实和规律的知识体系科学提供科学的世界观、态度和方法科学是一项事业科学与技术的关系区别：科学的根本职能是认识世界，揭示客观事物的本质和运动规律，着重回答“是什么”“为什么”的问题技术的根本职能是改造世界，实现对客观世界的控制、利用和保护，着重回答“做什么”“怎么做”的问题。【科学成果：新现象，新规律，新法则的发现，技术成果：新工具，新设备，新方法，新工艺的发明。】联系：对于科学来说，技术是科学的延伸，对于技术来说，科学是技术的升华。科学的研究目标不确定，技术确定。宇宙的起源和演化宇宙概观天体系统，从小到大排列的层次：地月系，太阳系，银河系，河外星系。银河系和河外星系总称为总星系。人类对宇宙的认识和探索公元2世纪，亚历山大港的天文学家托勒玫的地心说认为宇宙是一个有限的球形体，地球静止居于中心。他写《天文学大成》，在1000多年，在欧洲和西亚内被奉为天文学的经典著作。波兰天文学家哥白尼经过三四十年的观测研究，终于断定托勒玫的地心体系是错误的，地球不是宇宙中心，他只是行星之一，地球和行星都在围绕太阳运行，天体的周日视运动是地球自转的反应；月球是地球的卫星；恒星都是离地球很远的天体。哥白尼的伟大著作《天体运行论》1543年出版，从而引起人类思想上一次伟大的革命。他的日心说不仅奠定了现代天文学的基础，甚至味现代自然科学奠定了基础，学者布鲁诺由于宣扬日心说而在1600年2.17在罗马的繁花广场上被活活烧死，物理学家伽利略因为赞同和宣扬而受到反动教廷的迫害。1608年发明了望远镜，1609年伽利略用自制的一具小望远镜和折反射望远镜的发明，电子学技术和无线电技术广泛应用，射电望远镜和雷达技术的应用，自动化技术和电子计算机的应用，加深了人类对宇宙的认识和了解。尤其是空间技术的发展，1957年10月4日苏联第一颗人造卫星上天，开创了从太空观测，研究地球和宇宙的新时代。1969年，美国“阿波罗”宇宙飞船将人送上月球，宇宙探测器飞近水星、金星、火星。20世纪70年代“先驱者”号携带旨在与外星人联系的上有地球男女人形和太阳系结构的金属信息板飞向太空深处；“旅行者”2号携带地球之音：115张幻灯片（有我国雄伟的长城照）、……擦木星、土星而过，现已经飞离太阳系，向宇宙深处飞去，以对“宇宙人”是否存在进行研究。1973年“天空实验室”上天，1981年航天飞机试飞成功，1990年发射了“哈勃”空间望远镜，1998年建造了国际空间站，2004-2012年四个火星探测器先后登上火星……实现了人类在没有大气层干扰的情况下，人对月球、大行星的逼近观测和直接取样观测，以及对宇宙环境的直接观测，发现了地球大气磁层和宇宙中存在Z射线，伽马射线，红外线，紫外线，还测定了大行星表面的物理特征和化学成分，极大地充实和丰富了人类关于太阳系和宇宙的认识。宇宙起源和演化现代宇宙学的诞生1916年爱因斯坦提出了广义相对论。这一理论主张时间和空间并不像人们一贯认为的那样，只是一个让物体在其中运动而本身不受影响的容器，而更像是一个形状依赖其上所载的小球的弹性薄膜。自由粒子和光沿着这一形变薄膜上弯曲的短线运动，就像他们在小球引力作用下偏离直线运动一样。这种关于时间空间和引力的全新理论，不仅正确地预言了日全食时掠过太阳边缘的星光会发生1.75【角秒】的偏折而且完满地解释了牛顿引力理论不能说明的水星今日电每百年前移43【角秒】的现象，因而逐步得到了人们的工人。1917年爱因斯坦率先把他的广义相对论应用于宇宙学研究，得到一个有限无界的静态宇宙模型，尽管后来发现他不可能保持稳定而被放弃，但毕竟是一次开创性的尝试，揭开了代宇宙学研究的序幕。2、宇宙膨胀的证据1924弗里德曼在广义相对论的框架下，从理论上论证了宇宙要么膨胀要么收缩，绝不会保持静止状态，就像太空中向四面抛出一把石子，要么继续分散开去，要么在相互引力的作用下聚拢回落，不可能在某个位置保持相对静止。1929年，天文学家哈勃观测到大多数星系光谱具有红移现象，其红移量大致与星系的距离成正比。依据物理学的多普勒效应，如果有一面光源面向观测者运动，其发射的光谱线频率将向高频【即光谱蓝端】区移动，若背向观测者运动，其发射的光谱线频率将向低频【即光谱红端】。对星系红移的现象，最合理的解释是他们正在背离地球退行。而远区星系光谱红移量大是因为远区星系比近区退行速度大。由于在宇宙中所有观察者的地位都是平权的，我们有理由相信，所有的星系都在彼此远离，宇宙正在普遍的膨胀中。来自远近区域的光线实际上是不同年代星系所发出的，远区光谱红移最大，意味着早期宇宙膨胀速度大，而现在的宇宙膨胀速度正在减缓。哈勃这一发现为弗里德曼宇宙模型提供了直接的观测依据，动摇了宇宙整个静止的传统观念，为进一步研究宇宙的起源和演化扫清了道路，是20世纪天文学最重要的成就之一。宇宙起源的“大爆炸模型”如果星系目前正在彼此远离，那么他们过去必定靠的更近。也就是说，较早时代的宇宙，物质密度会更高。宇宙膨胀的起点，宇宙的开端：宇宙处于物质密度极高。物质空间极小的状态。20世纪40年代，伽莫夫等人提出了宇宙起源于原始火球的“宇宙大爆炸模型”，这一模型认为，宇宙起源于150亿年前的大爆炸，大爆炸的瞬间，宇宙像突然腾起的炽热火球，物质时空急剧暴涨一段时间后，转为相对缓慢的膨胀和降温过程，直到形成今天的宇宙。以后，科学家们又利用不同的物理方法，测得现存最古老的横行物质存在的时间不超过50忆年，这对大爆炸宇宙模型是十分有力的支持。宇宙的演化20世纪70年代以来，粒子物理学家和宇宙学者联手勾画出的宇宙演化史:宇宙发端于距今150亿年前的大爆炸。起初不仅没有任何天体，也没有粒子和镭射，只有一种单纯而对称的真空状态以指数方式膨胀着【称为暴涨】。今天我们知道的自然界中的4种基本作用力【引力强力弱力和电磁力】那时是不可区分的。随着宇宙膨胀和降温，真空发生一系列相变：在大爆炸后10^-44s，发生超统一相变，引力分化，夸克和轻子可以互相转变；然后大爆炸后10^-36s，大统一相变，是强力以及物质和反物质之间的不对称性【质子、电子这类物质多于反质子，正电子之类的反物质的现象】出现，然后大爆炸10^-10s后弱电相变发生，是弱力和电磁力分离（四种基本相互作用力区别开来），然后10^-2s后，内部温度虽然比起初大为下降但是仍然高达10^11K，宇宙开始进入由基本粒子生成氢原子核与原子的阶段。宇宙温度下降为10^9K，中子衰变为质子，剩下的中子都可直接组合到氦核中，造成氦核丰度26%，其余的质子只能成为氢核了。这是宇宙早期形成的遗迹，与如今关于宇宙中氢和氦【30%】丰度测量相近的，这是宇宙大爆炸理论的一个重要的观测支持。宇宙中早期化学元素的形成过程大约持续了3min。在大爆炸后的1s时，宇宙温度降到10^10K，内部只存在由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成的密度极高的“宇宙汤”。随着宇宙进一步膨胀，温度降至10^9K时，原有粒子间的平衡被打破，首先是中子失去自由存在的条件，它们与其他质子合成氘核和氦核，以后又陆续生成氚、锂、铍等轻元素核。此后约在3MIN时，温度下降到了10^6K，宇宙开始进入相对缓慢的膨胀阶段，从大爆炸后3min又经过了7*10^5年，宇宙温度降到3000K，这时电子已经能够与原子核结合成稳定的原子了【这个过程称为复合】，光子也不再被自由电子散射，从此，宇宙变得透明了。又经过几十亿年，原子气体靠引力作用结团形成恒星和星系，而恒星和星系的演化，其中的核聚变过程会产生更重的原子核。脱离了热耦合的光子气体称为宇宙背景辐射，温度下降到现在的2.7K，由此天体演化开始。星系银河和银河系银河不是一条河，他是由许许多多恒星组成的，由于星数太多，肉眼分辨不出单个的星，看起来便成了一条白茫茫的光带。恒星在天球上分布很不均匀，在一些天空区域恒星分布稀稀拉拉，在有的分布很稠密，最稠密的部分就是我们所说的银河。聚集在银河中的恒星所构成的天体体系叫银河系。银河系是恒星和星际物质的巨大聚集体，它的总质量大约是太阳质量的1400亿倍。在这个总质量中，恒星约占90%，星际物质占10%。银河系约有2000亿颗恒星。银河系的星际物质主要是星际气体，特别是氢和氦；其次是星际尘埃。部分星际气体和星际尘埃聚集而成的星际云，即星云。银河系的主要部分是一个又圆又扁的圆盘体，他的中部较厚，四周较薄，就像铁饼，整个银盘在旋转中形成一些旋臂，太阳位于其中一个旋臂上。在圆盘体的外面，银河系还有银晕。银晕大体上球形。圆盘体分为核球和银盘两部分。核球是中心部分。太阳在银河系的位置和运动在银河系中，太阳位于银河系赤道面附近，故我们看银河为一个环状光带，太阳不在银河系的中心。各恒星在环绕银心转动的同时，还有相对于邻近恒星的相对运动。星系星系是河外星系的简称，有时也叫河外星云。是与银河系类似的，由大量恒星，星团，银河星云和星际物质构成的巨大的天体系统。第一个被发现的河外星系是1612年发现的仙女座大星云。（1）命名：发现者：大小麦哲伦；所在星座：仙女座；某星云星团表中的号数：仙女座大星云在M表31好NGC中为224号，叫M31NGC224（2）分类①椭圆星系②旋涡星系③不规则星系总星系星系群-星系团-总星系【宇宙】：最丰富的是氢，以质量计算约占70%，其次是氦，30%，其他很少。年龄大约150亿年。5、星系的形成和演化星系产生于宇宙连续膨胀过程中。当极早期的宇宙膨胀时，会出现一些物质分布不均匀的结构，随后又因为引力作用加剧了物质的聚集，最后坍缩成为致密的原始星云。其演化的过程大致是：开始由大量气体分子和星际尘埃形成原始星系云，随着宇宙膨胀，他们逐渐冷却，当彼此间引力作用超过膨胀向外的压力，星云开始收缩，一步步分裂成更小更密的碎片，这些碎片最终产生了第一代恒星。第一代恒星内部会因收缩而产生足够引起热核反应的高温，而他燃尽自己的燃料后，又会通过爆炸形式吧反应中所合成的轻重元素抛向空间，形成新的星际物质，开始新的聚集、坍缩、产生第二代恒星。如此往复循环下去，最终出现了包含大量恒星和宇宙暗物质的庞大星系。由于形成时候物质条件不同，因此有不同形态的星系。恒星运动最快：开普坦星，巴纳德星恒星的发光：小恒星可见光，能自身发光的天体质量至少要达到太阳的百分之几到百分之十。不同恒星，不同发展阶段，不同的光。通过光谱分析可以知道恒星不同类型，差别在于星光的颜色，而颜色是恒星温度的反应。蓝色温度高红色温度低。蓝色O型是40000K，红色M型3000K,太阳是G型，黄色，6000K恒星的亮度和光度。亮度：天体在地球上的受亮程度光度：恒星本身发光视星等：亮度等级绝对星：光度等级视星等和亮度有这样的关系：星等值越小，亮度越大视星等等差，亮度是等比，差五级亮度相差100倍所以相差一等，亮度相差R=2.512倍。最亮的太阳：-26.74视星等最暗的25等星绝对星等是指天体在距离我们10秒差距【一秒是以天文单位的距离所张的角为1角秒时的距离】时的视星等，就是该天体的绝对星等，可以表达恒星的真正光度，10s差距距离下视星等和绝对星等是相等的。但是比这更近的恒星不多，因此对于大多数恒星来说绝对星等一般都大于视星等。在天文学中吧绝对性等即光度大的恒星叫巨星，光度小的恒星称为矮星。光度比通常巨星大的恒星为超巨星。恒星的多样性少数恒星在某些方面与众不同，它们是双星和星团，变星、新星和超新星，巨星、超巨星和白矮星，脉冲星和中子星。一般的恒星是单个存在，但是在已经认识的恒星中大约有1/3是成双成对的，成为双星。例如全天最明亮的天狼星就是一对双星。有些双星没有相互绕转的关系，称为光学双星。真正的双星（即物理双星）在相互扰转的过程中。有的双星有相互遮掩的情况，并且周期性地改变视亮度，叫做食双星。有的双星的一个或者两个成员本身也是双星。【南门二（半人马座α星）ABC，AB双，同C又构成双，C比AB两星更接近，因而叫比邻星。】多个恒星聚集叫星团。【昂星团，七姐妹星团，不止七个】变星：在一定时间内会很明显的特别是周期性的变化。叫变星：脉动变星，几何变星，爆发变星。脉动：星体本身周期性膨胀和收缩而发生光度变化。膨胀变亮，收缩变暗。几何：几何位置变化：上面食双星就是一种并且被称为食变星爆发：因为星体本身爆发而光度变化。普通的叫新星，几天内可以突然增加九个星等以上，由暗星变成亮星，或者由看不见的变成明亮的恒星，爆发完后仍然是恒星。爆发规模超过新星的教超新星，光变幅度超过17哥星等，亮度增加千万倍或者万万倍，这是恒星世界已知的最激烈的爆发现象，爆发后留下一个高密度残骸，不再是恒星。恒星的光度【绝对星等】和温度【光谱型】多种多样。恒星温度高。他们光度大。这样的叫主序星。恒星光度还和表面积有关，主序星光度温度关系说明他们的表面积既不会特别大也不会特别小。1937年人们发现新型变星，脉冲星，他们发出很强烈的短周期的无线电脉冲。周期很短0.03-4.3s，但是能量大，一次脉冲能量相当于目前全球全年用电量的一亿倍。具有一般恒星质量，但是体积要比一般恒星小了很多，所以他密度很高。除了密度高，他还有很强的磁场和快速的自传。人们认为：脉冲星实际上就是中子星，即由中子组成的恒星。特点：高温高压。4、恒星的形成和演化：①、“康德—拉普拉斯星云说”②、超密说：超高密度物质块从核心向四周演化③灾变说：碰撞④俘获说：从银河系折入⑤幼年期：超新星爆发启动的“原恒星”青壮年时期“氢闪”标志一颗恒星正式形成“主序星阶段”【比太阳质量大的蓝星，小的红星，主序星多的原因，恒星在主序阶段停留时间最长。】晚年期：10%氢消耗完的时候“红巨星【太阳】&超巨星【更大的】”【比太阳一半小的直接不经过红巨星阶段变成白矮星】衰亡期出现Fe需要吸收大量热量——“超新星爆发现象”恒星末态：白矮星中子星【大】黑洞【大】星云→原恒星【幼年】→主序星【青壮年】→红巨星【晚年】→行星状星云→白矮星→黑矮星→小质量恒星星云→原恒星【幼年】→主序星【青壮年】→超巨星【晚年】→超新星爆发→中子星或者黑洞【大质量】决定恒星寿命因素——质量质量越大时间越短十五倍太阳质量一千万年一倍一百亿年0.2倍一万亿年太阳和太阳系太阳太阳上进行着热核反应太阳能来源是轻核聚变来的整个太阳可以分为一些同心圈层，最中心的是温度极高的核反应区，依次向外的是辐射区和对流区。太阳大气可以分为3层：①光球密度很高，人们看到的光亮圆面就是光球层，即太阳视表面【太阳黑子：温度比光球表面稍低就显得暗了，黑子最多的年份是太阳活动极大年，平均周期约为11年】②色球【日珥：一种红色火焰；耀斑：短时间内突然增亮，耀斑周期也是11年，常随黑子增多而增多；色球层只有在日全食或者用特殊望远镜才可以看到】③日冕【日冕膨胀：一部分粒子摆脱太阳的重力奔向行星际空间；日冕高速膨胀有太阳风【高速粒子流，90%氢核】，这是轻核聚变，背向太阳一面的磁场被太阳风带向遥远的行星空间，形成磁尾；也只有日全食或者特制日冕仪才可以看到，】太阳光球层色球层日冕层从下到上温度越来越高亮度越来越低密度越来越小厚度越来越厚太阳活动：宁静太阳【太阳活动处于低潮时】扰动太阳【太阳活动处于高潮时】下面说的主要是扰动太阳的活动①光斑：光球上更加明亮的斑点，在光球层②日珥，色球层喷发出来然后又降回色球层的稠密物质，呈红色火焰状。大体和黑子变化同步③耀斑【在扰动太阳各种表现中最强烈、对地球影响最大的要算耀斑】④谱斑：色球层有大块增量区域，和黑子有联系，比黑子寿命长，比黑子晚消失⑤日冕凝聚区【发出的X射线十分强】太阳活动对地求的影响：地球气候【世界许多地区降水量与黑子11年周期有关】，地球电离层【耀斑爆发，发射的电磁波会进入地球电离层引起电离层扰动。在电离层传播的无线电信号会部分或全部被吸收，导致通信衰减或者中断】。地球磁场【太阳活动强，带电粒子流会让磁场扰动，产生磁爆，使磁针剧烈颤动不能正确指示方向】。极光【太阳发出的电子质子进入地球附近，地球磁场迫使他们沿着地球磁力线方向运动，这样粒子便集中到地球两个磁极和地球大气中的分子、原子进行碰撞产生了极光】太阳系（1）太阳在太阳系总质量中占了99.9%，所以太阳是中心天体，这样，太阳有足够大的引力，使太阳系一切天体环绕他。太阳系的成员首先是行星和卫星，其次是彗星和流星体。此外还有行星际微小天体和人造天体。行星。有大小之别。八大，水金【地】火木土人们看着明亮“五星”，天王海王只能望远镜才看清。有光环的：土木天王海王。以地球为界限，地内和地外。按物理性质：类地和类木【就是地内和地外】前者温度高后者低前者有固体表面。水星没大气，火星有但是少，金星有大气压是地球的九十倍，木星土星没有固体表面是流体球，产生能量，天王海王轻物质，温度太低气体物质变成水物质。小行星很多，体积最大质量最大发现最早的：谷神星。大多数小行星存在于火星木星之间形成完整的小行星带说明小行星大概是一个瓦解的大行星的碎片。也可分为带外和带内行星绕日公转的具体规律同城开普勒三定律第一定律【轨道定律】行星轨道椭圆的所以行星绕的时候离太阳有时候进有时候远第二定律【面积定律】行星到太阳的连线在同样时间扫过同样面积。行星靠近太阳的时候距离小，速度快，远离的时候距离大，速度慢第三定律【周期定律】行星绕太阳公转一周时间【周期】的平方和轨道长轴半径立方成正比。所以离太阳越远的公转周期越长除了水星金星外其他行星都有卫星，有的小行星也会有（5）彗星彗星质量主要集中在一个由冰冻物质组成的核心教彗核。外面有一个云雾状的包层教慧发，有些慧发周围有一个及其巨大的氢原子组成的慧晕。这三个合称为慧头有彗尾蓝色的离子平直黄色的尘粒弯曲【由于太阳风和太阳光压的作用】哈雷彗星1986.2-2062周期76年（6）流星体行星际空间的尘粒和固体小块，数量众多。流星群：沿同一轨道绕太阳运行的大群流星体。流星现象：流星体同大气分子院子摩擦燃烧产生光迹划过长空。偶发流星：单个出现的火流星：亮度超过-5等太阳系的起源1755年，德国康德根据牛顿的万有引力定律，提出了太阳系起源问题的星云假说——康德星云假说，基本观点可以归结味三条：第一、太阳系是有时间上的历史的，是“某种在时间的进程中逐渐生成的东西”，第二、形成太阳系的物质基础是弥漫星云，即大团的气体和尘埃。第三、形成太阳系的动力是引力，即星云各部分相互吸引的力。【说明了行星运动的近圆性，共面性和同向性】【天体在吸引最强的地方开始形成】1796年法国的拉普拉斯【数学物理家】【天体力学主要奠基人】提出另一个星云假说【巨大的，灼热的，转动的气体大致成球状，形成太阳系的云，星云中心部分凝聚成太阳，分出气体物质环来形成卫星系统】现代星云学说康德认为形成太阳系的是银河星云的整体。现在看来只是一个很小的碎片。拉普拉斯认为形成太阳系的星云物质是炽热的，现在看来是低温的。又冷变热的历史。今天的理解：星云到太阳，起初是银河星云中产生太阳星云【银河星云分裂产生的碎片之一】然后变星云盘，然后在里面产生太阳【持续收缩不断升温因为高温高压变成一个能够热核反应，就是能够自己发光的恒星】和行星【聚集然后吸积，尘粒-星子-星胚【八大行星的前身】】。小行星带：木星火星的星子一开始就比小行星区的大，拉走了一部分星子，小行星的星子生长受影响。地球：温度大气层阳光臭氧层适宜的原因纵波P都可以，横波S只可以过固体地壳——地面至莫霍界面之间上部分硅铝层下部分硅镁层地幔——莫霍和古登堡之间【固体】，主要是铁镁的硅酸盐。也教中间层。莫霍界面到1000km深处教上地幔，上地幔上部存在一个软流层，是岩浆主要发源地之一。地下1000-2900km叫下地慢，可能是固体。地幔和上地幔顶部【软六层以上】由岩石组成叫岩石圈。地核——古登堡到地球核心，2900-5000外盒，接近液体。5000一下内核，固体，内外核分界线的不连续面——利曼面。地球上曾经有特别多变化，影响深远的是整个地球分化成同心圈层的变化。地内温度升高，内部热量积累，地内物质具有越来越高的可塑性，较重的下沉，较轻的上升。行星形成初期组成地球胎的是尘埃，地球胎质量增大，引力增长最后变成地球，可以吸积气体。这是原始大气，第一代大气。地球质量进一步增长，以及地球内部温度的升高，地球内部就会不断有气体产生，并且随着地球内部物质圈层分化的持续进行而跑到地球外，随着这一过程进行，来自地球内部的气体就在地球大气中占有优势。这是地球第二代大气。第二代大气中没有多少氧气，主要是二氧化碳，一氧化碳，甲烷和氨，是还原大气。绿色植物让还原大气变成氧化大气。地球上出现蓝绿藻。是地球大气由还原到氧化的关键性事件。之后绿色植物陆续出现，第三代大气（以氧气氮气为主要成分的大气）出现，现代大气。地球圈层：地球外圈和地球内圈，外圈：大气圈水圈生物圈岩石圈；内圈：地幔圈外核液体圈固体内核圈；软流圈：地外底内的圈层一共八个岩石圈+软流圈地球内圈一起构成固体地球大气：一百公里以内几乎集中所有气体水圈：主要由海水组成海水直接来源是大气，是大气中水汽的凝结物地内温度升高，地球内部产生越来越多水汽，而这些水汽又通过火山的活动跑到地球外部，出现在大气中，并且以雨滴的形式降落地面，形成原始的水圈。海水的量有一个逐渐积累的过程。原始海水不是真正的淡水但是盐度较低。海水变小咸是和河水的注入有关。河水含有一定盐分。海水唯一的去路是蒸发，而蒸发出去的总是淡水，因此河水不断注入让海水盐分增加，生物圈：生存植被40万动物110微生物10曾生存过约5-10亿现存生物生活在岩石圈上层大气下层水圈全部岩石圈软流圈液体固体内核圈：最靠近地心的G层巧克力豆生物基本特征：一、完整复杂的结构二新陈代谢三生长和发育四应激性和适应性五遗传和变异第三节生命的起源1，神创论2，自然发生论（非生命物质中突然产生出来的）3，生源论（生物只能由同类生物产生）4，宇宙生命论（生命永恒论）（生命在整个宇宙中是永恒的，原来就有）5，原始发生论（由无机物自然发生而来的）由此提出了新的探索生命起源的科学之路现代高新技术生物技术生物技术概述1.生物技术的含义：生物工程或者生物工艺学1917年匈牙利工程师埃赖基提出：利用生物将材料转变为产品1982重新定义：应用自然科学以及工程学的原理，依靠微生物动物植物作为反应器，将物料进行加工以提供产品来为社会服务。2.传统生物技术：发酵工程，细胞工程，酶工程以及遗传育种等技术被视为传统的生物技术3.现代生物技术以DNA重组技术的建立为标志基因工程：他是现代生物技术的核心，主要研究基因的分离、合成、切割、重组、转移、表达等把dna或者基因分离提取，体外经过切割与载体重组形成重组dna分子并导入受体细胞，使外援dna在受体细胞表达。DNA复制：DNA分子特点：稳定性、多样性【4种100哥有4^100种】、特异性①解旋酶，合成酶，复旋酶②能量：ATP是直接能源物质③原料：四种游离的脱氧核苷酸④原则：碱基互补配对原则⑤时间：细胞周期的间期⑥场所：细胞核内⑦模板：DNA解开的两条单链方向相反的两条脱氧核苷酸长链外侧是磷酸，脱氧核糖构成的基本骨架，内侧氢键链接成的碱基对。DNA双螺旋结构的诞生和遗传信息传递方式的确立发现：核素-碱基-核酸分类-肺炎双球菌转化实验-10年确定dna-噬菌体侵染：dna是遗传物质，蛋白质不是-DNA双螺旋结构结构：DNA主要存在于细胞核中由多个范围脱氧核苷酸组成，每个脱氧核苷酸由脱氧核糖，含氮碱基，磷酸基团组成。DNA的功能：dna可以通过复制传递遗传信息。可以通过控制蛋白质合成表达遗传信息2、基因概念的不断发展基因概念的不断发展基因从功能上分为结构基因，调节基因，操纵基因。结构基因是编码蛋白质的一段dna。1%~5%是结构基因。调节和操作都是调节操纵结构基因工作的。断裂基因：可以表达外显子被不能表达的内含子隔开的基因。重叠基因：同一部分dna能编码两种不同的蛋白质。跳跃基因：基因不是稳定静止的。假基因：结构基因顺序相似但是不表达。基因工程的操作流程（1）获取目的基因和载体①获取目的基因的方法。目的基因可以用化学方法合成。近年出现一种最有效的——PCR第一步变性【模板dna升温到95度使双链解开，变成单链】第二步是退火【将反应体系降到55左右使得一对引物能分别和变性后的两条模板链相配对】，第三步延伸【调温度到聚合酶作用的最适合温度72，然后以目的基因为模板合成新的DNA链】②基因载体【送目的基因到受体细胞中，让他增殖和表达】必须具备条件：1、在受体细胞中可以独立进行复制并且复制率比较高且相对独立2、载体上要有合适的限制酶切点，便于外源DNA整合到载体DNA的一定位置上3、易于坚定筛选，容易将外源DNA的重组载体与不带外援DNA的载体区别开来4、易于引入受体细胞（2）切割、连接形成重组DNA分子①限制性内切酶（专一性强能够识别dna一定数目序列，切割一般交错切割，有时平整切割）②DNA连接酶（黏性末端通过碱基互补就可以链接，会留下几个碱基大小的缺口，这个酶可以修复缺口。平整末端用t4噬菌体产生的酶来链接，可以让齐头的dna双链末端直接链接，用同一种限制性内切酶切割会有相同的黏性末端，于是两种带走互补的黏性末端异源dna分子链接）（3）重组DNA分子导入受体细胞受体细胞是可以摄取外源dna并使其稳定的细胞。原核生物细胞很好，比如最常用的大肠杆菌。真核酵母和某些动植物的（生殖细胞，受精卵，胚体细胞来自动物，可以进一步培养转基因动物，植物因为有全能性所以比动物更适合）也不错。将外源重组DNA分子导入受体细胞的途径根据不同的受体细胞而方式不同主要方式有：转化、转导、显微注射、微粒轰击和电穿孔等方式对吸收了重组DNA的受体细胞进行筛选和鉴定①遗传学方法②免疫化学方法③核酸分子杂交法（5）对含有重组DNA的细胞大量培养，使外源基因得到表达三个条件一是基因编码区不能被插入序列所中断二要有启动子，必须能被寄主细胞rna多聚酶有效识别三，mrna必需相当稳定并有效地被翻译，产生的外来蛋白不会被寄主细胞蛋白酶降解。基因工程的最终目的是获得目的基因表达产物——蛋白质（酶）目前DNA分子广泛应用于刑事案件侦破等方面1、把案犯留在现场的毛发血等分析2DNA分子是亲子鉴定的主要证据之一基因工程的应用（1）转基因植物①获得各种抗性抗虫的棉花抗病毒烟草抗真菌的水稻抗软化的番茄抗寒的烟草水稻甜椒玫瑰抗旱抗涝抗盐②改良农作物品质增加幼交油料作物中脂肪酸的含量增加农作物可食部分氨基酸的种类个数量改变农作物的淀粉质量和含量，开发新的糖类等③让植物成为绿色生物反应器烟草生产神经肽，植物生产塑料，凝血因子，多种抗体。研究植物生产疫苗④让花卉多姿多彩（2）转基因动物外援dna或者mrna通过逆转录病毒法显微注射法胚干细胞法等转入受精卵。三个方面发展：让动物获得优良性状，把动物作为生物反应器，增强动物免疫力转基因鼠研究细胞功能研究基因结构和功能。转基因家畜增加抗病性，药物生产，器官移植，血液供应。转基因家蚕，让蛛丝蛋白在家蚕中表达。人类疾病的基因诊断和基因治疗①基因诊断：dna诊断或者分子诊断②基因治疗：向靶细胞或组织中引入外源基因，以纠正或者补偿基因的缺陷，关闭或抑制异常表达的基因，从而达到治疗的目的。Er四种治疗方式：体外原位基因治疗（缺陷的细胞取出修正后转入体内），体内基因治疗（基因直接转入病人特定组织中，对局部治疗效果特别好），反义基因治疗（抑制或者降低目的基因的表达而治疗），核酶进行治疗（具有催化裂解活性的rna分子可以特异性地切割某基因组，目前再利用核酶进行基因治疗方面做了大量工作）。基因治疗用于人体的基因工程，最初治疗遗传病，现在推广到治疗癌症和艾滋病③人类基因组计划和曼哈顿原子弹计划，阿波罗登月计划并成为自然科学史上三计划千人基因组计划目的在绘制迄今为止最详尽最有医学价值的人类基因组遗传多态性图谱（4）基因工程药物美国第一个重组基因胰岛素投放市场，标志世界上第一个基因工程药物的诞生研制疫苗，环境保护，能源的开发发酵工程1,发酵工程概念：通过研究，改造发酵所用的菌以及应用技术手段控制发酵过程来大规模生产发酵产品。发酵工程的步骤（1）上游处理过程：对粗材料进行加工，以作为微生物营养的来源和能量的来源（2）发酵和转化：筛选出能够产生生物活性物质的菌株，让其大量生长，连续地生产某一目的产品。优良菌种的获得可以从自然突变的群体中寻找，也可以物理或者化学方法去人工诱变。现在更多的是用基因工程的方法改造菌种，甚至创造新品种。（3）下游处理过程：产品的分离纯化，可以从细胞的培养液中纯化，可以从细胞中直接纯化现代发酵工程的应用：医药工业，食品工业，开发新能源细胞工程植物细胞组织培养和快速繁殖组织培养人为控制外因条件下培养研究植物组织器官甚至进而从中分化发育出整体植株。植物体细胞组织培养是在试管里进行的，所以也叫试管育苗。这方法大大加快植物繁殖速度，能在比较短的时间空间用比普通方法快得多的速度培育出大量种苗。利用体细胞组织培养还可以培育扦插难以成活的林木苗比如泡桐。体细胞组织培养还可以消除病毒。细胞融合和单克隆抗体细胞融合，体细胞杂交。动物可以直接融合；植物融合要先用纤维素酶去掉细胞壁，然后才可以。方法：病毒介导融合，化学物质介导融合，电融合。病毒要用灭活的，仙台病毒是最早应用于实验的，蛋白质外模上有许多糖蛋白以及多种酶。这些糖蛋白和酶能和细胞膜上糖蛋白发生作用导致细胞融合。化学最常用聚乙二醇。电融合用低压交流电场然后在加高压电脉冲促使细胞融合。凡是亲缘关系很近的的融合以后核型都比较稳定。单克隆抗体把短命的b淋巴细胞和无线增值的肿瘤细胞融合，可以获得大量只对某一特定抗原决定簇的抗体分子——单克隆抗体，用这种方法产生的抗体不但专一性强，而且便于大规模生产。核移植与克隆动物核移植。简单地说，核移植就是将一个细胞中的核经过显微手术和细胞融合的方法移植到去核的另一个细胞中，重组胚胎发育致产仔的过程。过程首先分离得到受体细胞和供体细胞。供体细胞是提供细胞核的，受体细胞接受细胞。克隆动物无性繁殖核移植和克隆动物：克隆广义的说法就是不经过受精作用而获得新个体的方法，即无性繁殖酶工程酶及酶工程酶是活细胞产生的具有催化能力的蛋白质，具有高效性、专一性、多样性。酶工程是研究酶的生产和应用的一门技术性学科。酶制剂酶制剂泛指具有催化功能的生物制品。酶制剂的用途可以分为以下几类：（1）药物酶，用于治疗酶的先天缺失或功能异常的疾病。（2）工业用酶（3）诊断检测用酶固定化酶将酶用物理或者化学的方法固定在不溶于水的载体上，形成一种可以重复使用的酶，叫固定化酶。固定化酶既保持了酶的催化特性，又克服了游离酶的不稳定性，具有可以反复或连续使用、易于和反应产物分离的优点。制备固定化酶的方法有很多：有包埋法，吸附法，共价偶联法和交联法。酶的修饰和改造酶的性质和催化功能由酶分子特定结构决定。如果酶分子结构变化，可以引起酶的性质和催化功能改变，为了更好发挥酶催化作用，根本方法进行酶分子修饰。蛋白质工程：中心内容：改造现有的蛋白质，生产新的自然界并不存在的蛋白质来满足人们的要求其基本步骤：第一、分离纯化需改造的目的蛋白第二、对分离纯化的蛋白质进行氨基酸序列测定，第三、获取该蛋白的基因序列第四设计改造方案第五对基因序列进行改造第六将经过改造的基因片段插入适当的表达载体加以表达第七分离纯化表达产物进行功能检测蛋白质工程不仅要对那些生物工程的产品进行再加工，还要对一些天然的蛋白质进行模拟和改造。现代生物技术的发展趋势随着人类基因组计划【美英法德日中，还有登月计划，攻克肿瘤计划人类基因组计划的目标是整体上破译人类遗传信息】的完成，【HGP对四张图进行研究：遗传，物理，序列，转录】各种模式生物的基因组计划和蛋白组计划是生物技术发展的一个主流方向。特别是蛋白组计划将成为后基因组时代生物技术的主旋律。、新材料技术金属材料金属材料概述：一般分为黑色金属材料和有色金属材料黑色：铁锰铬以及他们的合金钢铁：铁和碳合金是由两种或者以上的金属元素，或者金属元素与非金属元素组成的具有金属性质的物质。钢铁材料仍占据主导。原因：钢铁具有多种良好的物理机械性能，资源丰富，价格低廉，并且工艺性能好，便于加工制造。除了黑色以外是有色，其中铝的用途最广泛而且与人们的日常生活息息相关。铝合金强度高重量轻，可以制造飞机，货币的硬币。铝在厨房常用。新型金属材料锂【天体的理想结构材料】形状记忆合金有金镉合金镍钛合金镍锌合金铝铜合金铜铝镍合金铜金锌合金重要特性：①有确定的转变温度。温度一道，就会还原到本来面目。单程记忆效应：形状记忆合金在较低的温度下变形,加热后可恢复变形前的形状,这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应.双程记忆效应：某些合金加热时恢复高温相形状,冷却时又能恢复低温相形状,称为双程记忆效应.②另一个重要特性：超弹性。外力作用下，发生很大形变，温度达到转变温度时候，会突然狠狠弹回原来的形状。③抗疲劳性：回忆变形本领可反复使用500万次。④耐腐蚀性。应用：飞机上液压管路连接，铆接，输油管道连接处，卫星用自展天线。在工业主要用途：形状记忆合金发动机。耐腐蚀性和耐磨损性，还有生物相容性，可以广泛用做人体修复材料。生活中，自动开启门窗装置。贮氢合金利用金属或者合金与氢形成氢化物而把氢贮存起来。金属都是密堆积的结构，结构中存在着很多空隙，可以容纳半径较小的氢原子。在贮氢合金中一个金属原子可以和2-3或者更多氢原子结合，贮氢能力很强生成的金属氢化物结合力很弱，稍稍加热就会分解放出氢气非晶态合金陶瓷材料2、几种新型陶瓷材料（3）、光导纤维简称光纤效率高容量大抗干扰能力很强常用的光导纤维有石英氟化物等玻璃光纤，还有晶体光纤和塑料光纤掉了一颗牙要三颗牙的钱高分子材料1高分子材料的概述【它包括常见的塑料、合成橡胶、合成纤维（三者被成为三大合成材料）也包括人们经常食用的涂料、粘合剂以及一些新型高分子材料】高性能工程材料：塑料；功能高分子材料【尿不湿】：高吸水性树脂，高分子粘合剂；新型复合材料：玻璃钢碳纤维；复合材料：陶瓷复合材料。共同特点是人工合成五复合材料3、超导材料应用：1、无损耗远距离输电超导输电线路2、强电流产生的强磁场制造高速磁悬浮磁悬浮列车3、无电阻不发热制造高性能电动机超导发电机六、光子与光电子及纳米材料3、纳米材料（2）纳米金属金的熔点1063而纳米金只有330使低温烧结制备和金成为现实而且可以使不互溶的金属冶炼成合金激光技术一激光的产生和性质1、激光的特性：能量集中，定向发光，亮度极高，单色性好，相干性强激光器2、激光器的结构（1）工作物质（2）泵浦源【激励源】（3）谐振腔激光技术以及它的应用1、激光存储技术（1）光盘储存（2）全息储存2、工业中的应用（1）激光加工，激光切割，激光焊接，激光打孔5、激光在医疗卫生领域的应用6、激光在农业以及其他领域中的应用、航天技术航天技术20实际发展起来的一项高技术，也是一项新兴的系统工程技术，20世纪初，俄国科学家齐奥尔科夫斯基创立宇航理论，随后美国科学家戈达德和德国科学家奥伯特开始将宇航理论用于实践，逐