现代科技概论第一课 2

•Whythefuturedoesn'tneedus.•Ourmostpowerful21st-centurytechnologies-robotics,geneticengineering,andnanotech-arethreateningtomakehumansanendangeredspecies.•ByBillJoy课程介绍学科历史“现代科学技术概论”是适应当代世界新科技革命浪潮与我国社会主义建设新时期的需要，为了加速提高全国人民、特别是领导干部、管理人员和知识分子的科技意识，全面推进党中央国务院的“科教兴国”与“可持续发展”两大社会发展战略，而于80年代中期新增设的一门综合性科技教育课程（国外称之为“公众理解科学教育”），也是引导高校文科大学生联系当代科技－经济－社会发展的现实问题，深入研讨哲学、社会科学各学科基本理论的一种重要形式。课程介绍“现代科学技术概论”课程通过系统介绍现代自然科学与工程技术的重大进展，以及在科学技术的影响下，当代社会各领域已经或正在发生的巨大变革，使学生概括了解20世纪科学─技术─社会的同步发展过程和相互作用机制，深刻认识21世纪即将到来的全球性综合国力竞争的严峻态势，和党中央国务院决意“大规模实施科教兴国战略”与“全面推进可持续发展战略”的必要性与迫切性，增强每一个学生身为一代“跨世纪建设者”的光荣感和使命感，提高他们刻苦学习专业知识，立志发展科学技术，为实现我国现代化建设宏伟蓝图而奋斗终身的自觉性和积极性。课程内容本课程主要讲授现代自然科学和技术各主要学科的概念、原理和方法，以及与各学科相关的重大技术成就。进而要求学生了解自然科学的方法、原理和风格，领会科学的思想方法，体会科学精神对自然科学自身的发展乃至整个人类社会的发展所具有的重要意义。全部内容分五大板块：20世纪理论自然科学的主要成就；20世纪应用工程技术的主要成就；20世纪科学技术的特点与趋势；现代科技对当代社会的影响；新世纪的挑战与我国的对策。教学大纲•一、课程基本信息•课程名称：现代科学技术概论•学时/学分：54/3•预修课程：（无要求）•面向对象：政治，思政，哲学专业本科生•开课院（系）、教研室：政法学院政治系教学大纲二、课程性质和任务现代科学概论是一门文理交叉型课程，适合各专业学生修读。该课程主要讲授自然科学各主要学科的概念、原理和方法的基本内容，以及与各学科相关的重大科学成就。通过该课程的学习，可使学生对科学技术的发展状况有一个清楚而全面的了解；使学生在掌握一定的现代科学技术的基础上，对科学技术发展和应用前景有一个总体把握。在了解科学技术自身的发生、发展规律的同时，进而要求学生了解自然科学的方法、原理和风格，领会科学的思想方法，体会科学精神对自然科学自身的发展乃至整个人类社会的发展所具有的重要意义。同时树立依靠现代科学技术进行创业的雄心。教学大纲•三、基本教学内容•现代科技概论教学进度安排•一,物质结构基本理论•二,生命科学基本理论•三,宇宙的起源与演化•四,系统科学•五,微电子技术和电子计算机技术教学大纲•六,现代生物技术的应用及发展•七,现代信息技术•八,新材料技术•九,激光科学技术•十,空间科学技术教学大纲•十一,新能源技术•十二,海洋科学技术•十三,环境科学技术•十四,现代科技革命对策研究•十五,现代科技的过去,现在与未来教学大纲四、教学进度安排•教学内容讲授实践课习题课讨论课其它一,物质结构基本理论3课堂二,生命科学基本理论3三,宇宙的起源与演化3四,系统科学3课堂五,微电子技术和电子计算机技术3六,现代生物技术的应用及发展3课堂七,现代信息技术3八,新材料技术3九,激光科学技术2十,空间科学技术2十一,新能源技术3十二,海洋科学技术2十三,环境科学技术3课堂十四,现代科技革命对策研究2十五,现代科技的过去,现在与未来2机动总计40•Grading:•Readingworksheetsandquizzes(about3total)5%•MidtermExam15%•Termproject15%•FinalExam60%(Termproject)•ClassroomParticipation5%•教材•宗占国主编：现代科学技术导论•李以章等主编：现代科技革命与对策第一课物质结构基本理论•知识点：•原子论•分子论•有机物结构理论•基本粒子•物质的形态现代科技概论第一课物质结构基本理论•物质最小的单元？物质由什么组成？物质怎么组成？第一节自然哲学物质观•一，中国：五行，太极，元气。。。•德谟克利特(Democritus,公元前460~370)•古希腊原子论：万物均由大量的不可分割的粒子－原子构成的，不同的原子具有不同的大小和形状•二，蹇拿陀Kanada－古印度微粒说：anu是不灭的、球形的、比日光中最小的尘埃还小第二节，化学物质观•一，道尔顿(JohnDalton,1766~1844)•以化学分析为基础提出原子论(1803)道尔顿原子论第二节，化学物质观•二，分子论•阿佛伽德罗(AmedeoAvogadro,1776~1856)•以盖－吕萨克的气体化合体积定律为基础提出分子学说(1811)。分子一词首先出现在马凯的法文版《化学辞典》中；布朗运动(1827)；康尼查罗发表论证分子学说的著作(1860)•贝采里乌斯(Berzelius)发现同分异构现象(1830)•维勒(Wohler)和李比希(Liebig)提出基团概念(1832)第二节，化学物质观•三，有机物结构理论•1，杜马(Dumas)提出有机化合物结构类型说和取代学说(1834)•2，巴斯德(Pasteur)分离左右对称的酒石酸钠铵-旋光异构(1848)•3，弗兰克兰(Frankland)提出原子价概念(1852)第二节，化学物质观三，有机物结构理论•4，凯库勒(kekule)提出碳原子四价学说(1857)，苯的环状学说(1865)，并与柯尔柏(Kolbe)提出原子价及碳原子可成链状的学说(1858)；范霍夫(van’sHoff)与勒•贝尔(LeBel)的碳四面体结构和立体化学概念(1874)；拜尔的碳环化合物张力学说(1885)第二节，化学物质观三，有机物结构理论•5，布特列洛夫(Butlerov)提出有机化学结构学说(1864)•6，门捷列夫(Mendeleev)和迈耶尔(Meyer)提出元素周期率(1869)•7，维尔纳(Werner)提出络合物的配位理论(1893)第二节，化学物质观三，有机物结构理论•费歇尔(H.Fischer)提出蛋白多肽结构并合成分子量1000的多肽(1906)•柯塞尔(W.Kossel)的电价键理论和路易斯(G.N.Lewis)的共价键理论(1916)•施陶丁格(H.Staudinger)创立高分子链学说，导致塑料、纤维、橡胶诞生(1920第四节，基本粒子理论一，基本粒子发现•1，J.J.汤姆生(Thomson)确定阴极射线为电子构成并测定质荷比(1897)•提出“葡萄干布丁”的原子结构模型；斯托内Stoney于1874年提出电子概念•2，贝克勒(A.Becquerel)发现铀(1896)、居里夫妇(Pierre/MarieCurie)发现钋和镭(1898)的放射性，于1903和1911年获奖第四节，基本粒子理论一，基本粒子发现•3，卢瑟福(E.Rutherford)提出放射性元素衰变理论•(1903,1908年诺贝尔奖)及原子有核模型(1911)第四节，基本粒子理论一，基本粒子发现4，1895年德国物理学家Röntgen在研究阴极射线引起的荧光现象时，意外的发现了X射线。由此于1901年获得第一个诺贝尔物理学奖。第四节，基本粒子理论二，基本粒子整体•理论•19世纪末，“完美”经典：力学、热力学、电磁学、统计物理•两朵乌云：光的波动理论与能量均分定则•Klevin预言：孕育飞跃•20世纪初，旧量子论诞生•普朗克突破经典：能量量子化•爱因斯坦重组“历史”：光电效应•玻尔披荆斩棘：原子模型•20世纪20年代：量子力学诞生•德布罗意《关于量子理论的研究》：波粒二象性•海森堡：矩阵力学，原子核结构•薛定谔，波动力学•物质基本单元•JJThomson:电子•E。Rutherford：质子•J。Chadwick：中子•C。D。Anderson：正电子•汤川秀树：∏介子•第一代基本粒子P.132•超子的发现∧超子,第四节，基本粒子理论二，基本粒子整体•理论发展：夸克模型•物质基本粒子的性质•1）四种基本相互作用2）大小3）质量4）寿命5）对称6）自旋7）电荷8）波粒二相性9）宇称守恒与不守恒第五节，物质的形态•物质的两种基本存在形态•实物质量集中在某一空间，一般有比较确定的界面。•场“场”是实物之间进行相互作用的物质形态。它是看不见摸不着的物质，可以充满全部空间，具有“可入性”。十种物质聚集状态1.固态solid2.液态liquid3.气态gas4.非晶态5.液晶态liquid-crystal6.等离子态plasma7.超固态supersolid8.中子态neutronium9.超导态super-conduct10.超流态super-fluid1、固态•物理上的固态应当指“结晶态”，也就是各种各样晶体所具有的状态。物质在固态时的突出特征是有一定的体积和几何形状，在不同方向上物理性质不同（各向异性），且具有一定的熔点。•在固体中，分子或原子有规则地周期性排列着。晶体的这种结构称为“空间点阵”结构。NaCl晶体2、液态•液体没有一定形状，并具有流动性，具有一定的体积，不易压缩。•液体还有“各向同性”特点（不同方向上物理性质相同）•类晶区液体内部许多小的区域仍存在类似晶体的结构。•液体表面现象由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，当液体与气体、固体接触时，交界处由于分子力作用而产生一系列特殊现象水滴·海水3、气态•有流动性，没有固定的形状和体积，能自动地充满任何容器；容易压缩；物理性质各向同性。•气态物质分子或原子运动更剧烈，“类晶区”不存在了。由于分子或原子间的距离增大，它们之间的引力可以忽略，因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则运动。热气球·液化气体4、非晶态•没有一个固定的熔点。•物理性质“各向同性”。•内部结构没有“空间点阵”，与液态的结构类似。•“类晶区”彼此不能移动，没有流动性。玻璃·石蜡·橡胶树脂·塑料5、液晶态•结晶态和液态之间的一种形态•液晶材料属于有机化合物。•这种材料在一定温度范围内可以处于“液晶态”，既具有液体的流动性，又具有晶体在光学性质上的“各向异性”。它对外界因素（如热、电、光、压力等）的微小变化很敏感。液晶显示原理6、等离子态•是气体在约几百万度的极高温或在其它粒子强烈碰撞下所呈现出的物态，这时，电子从原子中游离出来而成为自由电子。•等离子体就是一种被高度电离的气体，但是它又处于与“气态”不同的“物态”极光、闪电与太阳7、超固态•在140万大气压下，物质的原子就可能被“压碎”。电子全部被“挤出”原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态。•一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在1000吨以上。白矮星8、中子态•在更高的温度和压力下，原子核也能被“压碎”。•原子核由中子和质子组成，在更高的温度和压力下质子吸收电子转化为中子，物质呈现出中子紧密排列的状态，称为“中子态”。中子星9、超导态•超导态是一些物质在超低温下出现的特殊物态。•最先发现超导现象的，是荷兰物理学家卡麦林·昂纳斯（1853～1926年）。•某些物质在低温条件下表现出电阻等于零的现象称为超导。超导体所处的物态就是“超导态”。超导抗磁性10、超流态•据目前所知，超流态只发生在超低温下的个别物质上。我们将具有超流动性的物态称为“超流态”。•最先发现超流现象是1937年前苏联物理学家彼得·列奥尼多维奇·卡皮察（1894~1984）。液氦（2.17K）•超流动性可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小的孔或狭缝，还可以沿着杯壁“爬”出杯口外。SUPERFLUIDHELIUM•上面