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1、丽水学院理学院留庆 博士,自然科学基础,第一节 自然科学发展的历史轨迹,自然科学发展的三个阶段：古代：人类有历史记载以后近代：16世纪19世纪现代：20世纪至今,一、古代自然科学,四大文明古国：古希腊、中国、印度和巴比伦,古希腊的科学自然科学与哲学融合为自然哲学科学家：苏格拉底、柏拉图、亚里士多德,古代中国的科学四大发明产生了世界性的影响,火药,印刷术,造纸术,指南针,古印度的科学神话之邦，宗教、哲学异常发达,古巴比伦（阿拉伯）的科学底格里斯河与幼发拉底河流域的美索不达米亚（希腊语：两河之间的地方）是世界最早的文明主要发明：太阳历、象形文字、数学计算,伽利略的贡献力学：伽利略是第一个把实验引进
2、力学的科学家 天文学：他是利用望远镜观测天体取得大量成果的第一位科学家 哲学：他一生坚持与唯心论和教会的经院哲学作斗争,2、近代自然科学的发展 19世纪的三大发现：细胞学说、生物进化论、能量守恒和转化定律,经典力学：牛顿的三条基本运动规律和万有引力定律万有引力定律：自然界中一切具有质量的物体之间都存在着相互吸引的作用力，这一引力的大小与两物体质量的乘积成正比，与它们之间的距离平方成反比。F=G（M/R2）其中G=6.6710-11m3/(Kgs2)称引力常数。意义：这一定律的发现，把天体和地面上物体的运动描述统一了起来，并深刻揭示了其运动规律。,第一定律：惯性 一切物体总保持匀速直线运动状态或
3、静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。第二定律：质量 物体的加速度跟物体所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。即：F=a(其中=dv/dt)。第三定律：作用力与反作用力定律 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。即：F=F,运动三定律,生物进化论的确立 1859年，达尔文出版物种的起源，提出相似的物种都是相互联系的，起源于一个共同的祖先；自然界中存在着优胜劣汰的竞争，旧种被消灭，新种不断产生，呈现物种的连续变化。,核心思想：自然选择学说（适者生存，不适者淘汰）重要意义：细胞学说和达尔文进化论是19世纪生物科学史上的
4、大事件，揭示了生物界的统一性及其发展的规律。这是生物科学发展史上的一次空前的综合，是生物科学的里程碑。恩格斯把它们与能量守恒和转化定律一起誉为19世纪三大发现。,1、十九世纪的三大发现是：、。2、被尊称为近代科学之父的是（）A.牛顿 B.伽利略 C.哥白尼D.道尔顿3、不属于实验的一个阶段是：（）A.准备阶段B.实施阶段 C.结果处理阶段D.提出假说阶段,能量守恒与转化定律 细胞学说 生物进化论,B,D,八大行星的运动规律：,近圆性共面性同向性,：指所有行星轨道的偏心率都很小，几乎 近于圆形,：所有行星的公转轨道面都是比较接近的，大体在一个平面上，与地球轨道面的交角都不大,：指行星绕日公转的方
5、向是相同的，也 同太阳自转的方面一致,1、地球的外部圈层,大气圈、水圈和生物圈既是相互区别和相互独立的，又是相互渗透和相互作用的,与人类生活密切相关的圈层,特点：越向外密度越小，大气总质量的70%75%集中在对流层对流层与人的生活有关，如天气现象作用：对生物圈的形成、发育和保护有很大的作用,（1）大气圈,（2）水圈包括液态水、固态水和气态水,（3）生物圈 是地球特有的圈层，和大气圈、水圈甚至地壳交织在一起,结构：外核由铁、硅、镍等构成，呈熔融态或近于液态内核由铁和镍构成，可能为固态,作用：由于外核流体的运动，根据磁流体力学的规律而形成地球磁场,（3）地核,（4）地球表层,是一个独特的物质体系，
6、大气圈、水圈、生物圈和岩石圈互相渗透、交错重叠的复杂综合体，是人类生活的场所,十九世纪末，汤姆逊发现了电子，并知道电子是原子的组成部分由于电子是带负电的，而原子又是中性的，因此推断出原子中还有带正电的物质那么这两种物质是怎样构成原子的呢？,汤姆逊,在汤姆逊的原子模型中，原子是一个球体；正电核均匀分布在整个球内，而电子都象枣核那样镶嵌在原子里面,电子,正电荷,这个模型不久就被实验事实否定了,著名的 粒子散射实验,卢瑟福,根据汤姆逊模型计算的结果：电子质量很小，对粒子的运动方向不会发生明显影响；由于正电荷均匀分布，粒子所受库仑力也很小，故粒子偏转角度不会很大,1、绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向
7、前进,2、少数粒子发生了较大的偏转,3、极少数粒子的偏转超过90,4、有的甚至几乎达到180,第一条现象说明，原子中绝大部分是空的,第二、三现象可看出，粒子受到较大的库仑力作用,第四条现象可看出，粒子在原子中碰到了比它质量大的多的东西,在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里带负电的电子在核外空间绕着核旋转,卢瑟福提出的原子核式结构,1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，得到了质子，进而猜想原子核内存在不带电的中子，这一猜想被他的学生查德威克用实验证实，并得到公认,质子,中子,核子,质子数,电荷数,原子是由带正电荷的原子核(质子+中子)和带负电荷的核外电
8、子组成的。,原子本身没有电性，由于质子和电子中和作用,成人体内约含1.2 kg钙，其中99%存在于骨骼和牙齿中，它使得骨骼和牙齿具有坚硬的结构支架。幼儿及青少年缺钙会得佝偻病和发育不良，老年人缺钙会发生骨质疏松，容易骨折。因此，人体每日必须摄入足够量的钙。幼儿正处于生长发育阶段，需要摄入比成人更多的钙。,佝偻病,缺碘患者,1931年起，日本富山县神通川流域出现了一种怪病，使许多妇女自杀。论经济、家庭、人缘，她们都无可挑剔。为何自杀呢？是由于得了骨痛病，表明痛得厉害，用一个痛字还不足以形容。这种病一开始是在劳动过后腰、手、脚等关节疼痛，在洗澡和休息后则感到轻快；延续一段时间后，全身各部位都神经痛
9、、骨痛尤烈，进而骨骼软化萎缩（如图所示），以致呼吸、咳嗽都带来难忍之苦，因而自杀。“痛痛病”是镉中毒引起的，患者手足疼痛，全身各处都很易发生骨折。得这种病的人都一直喊着“痛啊！痛啊！”，直到死去，所以被叫做“痛痛病”。,痛痛病患者,镉是一种重毒元素，主要引起强烈的骨痛和骨骼严重畸形。,水俣病实际为有机水银灯中毒。患者手足协调失常，甚至步行困难、运动障碍、弱智、听力及言语障碍；重者例如神经错乱、思觉失调、痉挛，最后死亡。,水俣病患者,铊中毒脱发,1、沿海陆地向海的自然延伸部分称为（）A、沿海平原 B、大陆架 C、大陆坡 D、大洋盆地,B,2、银河系形态为圆盘体，中部称为，核球四周叫。,核球,银盘
10、,3、细胞膜具有 和 的特性。,选择透过性,半流动性,机械运动物体之间或物体内部各部分之间，相对位置发生改变的过程。,辩证唯物主义观点运动是绝对的：自然界中没有不运动的物体（运动是物质的属性）运动是相对的：相对于参照系来说的，不存在“绝对”静止的物体,例：一位学生在作文中写到：“红日从东方冉冉升起，我坐在奔驰的火车里，静靠在椅背上，欣赏着窗外的景物，只见路旁的树木急速地向后退去”试指出“升起”、“奔驰”、“静靠”、“后退”这几种运动形式所对应的参照物。,运动都是相对于参照物来说的,（1）作用力与反作用力总是同时产生，同时消失，同时改变，分别作用在两个不同的物体上。（2）作用力与反作用力是一对性
11、质相同的力。（3）作用力与反作用力的大小和方向与物体的运动状态无关。,牛顿第三定律,两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。,（二）运动和力的关系,惯性牛顿第一定律平衡力作用下的运动牛顿第二定律,惯性,一切物体都具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。,惯性的作用,牛顿第一定律,一切物体总是保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。,毛巾,棉布,木板,1、“小小竹排江中游，巍巍群山两岸走”这一歌词中所描述的参照物是 和。2、关于作用力与反作用力下面说法正确的（）A 作用力与反作用力名称是不能互换的B 两个物体只有接触才能产生作用力与反
12、作用力C 作用力与反作用力有时可作用在同一物体上D 作用力变大其反作用力也一定变大,练习,山 竹排,D,练习,1、地球上（）的线速度最大 A、回归线 B、北极 C、南极 D、赤道2、因地球自转而产生的自然现象是（）A、昼夜长短变化 B、昼夜交替C、四季的划分 D、各地热量的差异,D,B,类型自然要素分类：土地资源、水资源、生物资源、矿产资源再生性质分类：不可更新的资源（矿产）可更新的资源（水、森林、土壤）永可更新的资源（太阳能、风能）,基本特征：具有生产能力数量有限具有时间性（季节性）有固定的空间和地域,我国土地资源的特点土地类型多样可利用土地相对数量少各类土地资源分布极不均衡,水土流失,我国
13、是世界上最早开始农业耕种的国家，水土流失已经使一部分地区几乎变成不毛之地。据估计，我国水土流失面积达150万平方千米，每年流失土壤约50亿吨。仅黄河水系每年流失土壤就达16亿吨之多。如果将这些流失的泥土堆成高宽各1米的堤坝，就可以绕地球20圈以上。,土地荒漠化,目前，我国沙漠、戈壁及沙漠化土地面积已达149.6万平方千米，占我国国土面积的15.5。也就是说我国960万平方千米的土地上，超过1/7的土地已沙化。另外，尚有15.8万平方千米的土地正在沙化，其中包括393万公顷农田和493万公顷草场。据专家估计，目前我国的沙漠正以每年1560平方千米的速度继续扩大。,草场退化,我国的草场过渡放牧问题
14、十分严重，草场的退化也因而十分严重。据我国北方和青藏高原等10个牧业省区统计，建国后，牧场放养牧畜头数增加了23倍，而草场面积却在减少。严重地过度放牧，使我国的草场退化问题十分严重。,砍伐森林,我国的森林资源日益减少，从1952年至1985年人口由5.7亿增加到了10.59亿，几乎增加了1倍，而同期我国的森林实际消耗量大约为6080亿立方米，相当于现有森林都已采伐了一遍。例如，新中国成立初期，东北地区有成熟的原始森林资源约3.1亿立方米，目前已减少2/3，有些地区已到了无林开采的地步。,基本特征：淡水资源所占比例小水资源是可再生的自然资源水资源与人类关系最密切,我国目前水资源情况,按水资源量大
15、小排列,中国水资源蕴涵量占全球第四位,若按人均占有量来算,中国人均水资源量相当于世界人均量的1/4。,中国水的焦点问题,中国水的焦点问题,主要集中在以下三方面：1、洪水灾害损失日趋严重。1993年-1998年全国洪灾的直接经济损失为9000亿元，相当于同期财政收入的1/5，1998年洪灾直接经济损失2551亿元。,2、缺水问题十分突出。3、水环境日趋恶化。从全球来说,水资源的污染问题十分突出。目前,全世界约有1/10的河流都受到了不同程度的污染,全世界有29亿人喝不上干净的水。经水传染的疾病每年使1500万人丧生，其中大部分是儿童。在我国农村，目前有3000多万人和几千万头牲畜吃水困难。全国1
16、/4人口的饮水不卫生，影响健康。,我国国内的水污染情况,我国水环境恶化的问题也十分突出,主要表现在以下几个方面：一、江河湖泊等水体受到污染二、北方河流断流的现象加剧,特别是像黄河这样的大河，也连续断流，加重了淤积，排洪能力下降，居民饮水困难，工农业生产受损。三、大量超采地下水，使局部地区形成降落漏斗，造成地面下沉，沿海地区海水入侵。北京地区地面最大下沉达0.6米，天津城区最大下沉2.6米。另外,我国对于水土流失的治理缓慢，草原退化、沙漠化面积仍不断扩展。,我国666个城市中，有400多个供水不足，每日缺水1600万立方米，严重缺水的城市有111个，每年因缺水影响工业产值就达到2000多亿元。或
17、许不久的将来，祈求一碗水将会成为人们的愿望。所以我们应该从我做起，自觉加入到保护水资源的行列。,练习,1、水资源有三个基本特征，即：淡水资源所占比例小、和水资源与人类关系最密切。2、把“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护耕地”作为基本国策的原因之一是（）A.山地少，平地多 B.土地利用类型结构合理C.后备土地资源不足 D.人均土地资源占有量大,是可再生的自然资源,C,1、能源问题一方面：面临着能源的日益短缺另一方面：对能源的需要不断增长，且要解决污染问题,解决方法：开源：用再生资源和原子核能代替矿产能源节流：节约能源，特别重视节约矿物燃料提高利用率控制人口增长,能源问题及其分类,3、核能,
18、裂变：重原子核分裂成两个中等质量的原子核聚变：两个氢原子核聚合成一个较重的原子核,4、太阳能（来自地球以外的能源）,是再生资源优点:能量很大没有污染缺点：受昼夜和天气影响目前利用成本高,太阳能利用将太阳能转化为内能：太阳能热水器等将太阳能直接转化为电能：太阳能电池将太阳能转化为生物能：光合作用,练习,1、下列物质属于非可再生资源的是（）A.石油 B.水和水能 C.土地 D.森林 2、解决能源问题的出路，归纳为四个字，就是开源节流。开源是；节流就是节约使用能源，特别重视节约矿物燃料。,用再生资源和原子核能代替矿产能源,A,解:第一步求出某人1分钟放出的能量0.62.0 104 焦耳第二步求代谢率
19、N=W/t=0.62.0 104/60=200 瓦特,例：人体一般每消耗 1 升氧平均释放 2.0 104 焦耳能量，如果某人步行上班，每分钟呼出全部气体中耗氧量为0.6升，试计算某人步行时的代谢率。,例：一台提升重物用的电动机，其线圈电阻r 为 2欧姆，如果电动机输入电流为10安培，问 电动机的发热功率为多少？3分钟内产生多 少热量？,解：第一步求线圈发热功率 PP=I 2 r=10 22=200 瓦特 第二步求热量Q=I 2 r t=10 2 2 3 60=36000 焦耳,练习,1、做功和热传递都可以使物体的 发生变化，所以就此来说，和 是等效的。2、自由摆动的秋千，摆动的幅度越来越小。
20、下列说法中正确的是（）。A.机械能守恒B.能量正在消失C.总能量守恒，正在减少的机械能转化为内能D.只有动能和势能相互转化,内能,功,热量,C,3、生活中到处可见能量转化的事例，以下事例中只有机械能转化的是（）。A.正在运转中的电风扇B.火柴在空气中燃烧C.电路中的蓄电池D.机械表的指针不停地转动,D,化学能转化为内能,电能转化成风扇叶片的动能和风（气流）的动能,发条的弹性势能转化成运转的机件及指针的动能,电能转化为内能,二、光的反射、折射现象：把吸管放入水中，看上去吸管好象折断了 光在真空和同一种均匀的媒质中是直线传播 一部分沿着某一方向反射出去（光的反射）光射到两种媒质的分界面上 一部分
21、折入另一媒质（光的折射）,三、全反射,折射率小 折射率大折射角小于入射角，朝向法线折射折射率大 折射率小折射角大于入射角，远离法线折射,入射角小于900，折射光与界面平行临界角入射角大于临界角，折射光全部返回折射 率较大的媒质全反射,发生全反射的条件是：1、光线从折射率比较大的媒质射入折射率比较小 的媒质2、入射角大于临界角,全反射现象是自然界里常见的现象，我们常听到的“光纤通信”就是利用了全反射的原理。,光纤,内窥镜以及内窥镜在医学上的应用,四、光学仪器及眼睛,1、眼睛,2、光学仪器照相机：利用凸透镜形成缩小的实像的原理幻灯机：利用凸透镜形成放大的实像的原理显微镜：由两组凸透镜物镜：焦距很短，得到一个放大的倒立实像目镜：焦距很长，得到放大的倒立虚像望远镜：由两组凸透镜，物镜焦距长，目镜焦距短，开普勒望远镜：得到倒立的实像（加上全反射倒转棱镜）伽利略望远镜：得到正立虚像,1、观察显微镜，我们眼睛从镜筒中所能观察到的像是()。A、倒立放大的实像 B、放大倒立的虚像 C、正立放大的虚像 D、倒立缩小的实像2、光射到两种媒质的分界面时，一部分进入另一种媒质继续传播的现象称为。,练习,B,折射,
