现代科技知识刘子林
2008.9
,嫦娥一号,探月卫星北京奥运鸟巢夜景
课程要求：
1,适当做一些课堂笔记；
2.认真按要求提交课下作业；
3.随机抽查上课情况,旷课超过 1/3的同学,不记总成绩；
4.平时成绩（ 包括考勤、作业、课上发言 ）占总成绩的
50 ％，最后考试占总成绩的 50％ ；
5.考试以客观题为主，主观题为辅；
6.本课程不要求死记硬背，只要理解讲述内容即可，但需要有完整的课堂笔记备查和考试用。
科学技术发展到今天，世界高技术的竞争已成为人类有史以来影响最深刻的一场竞争。哪一个国家要想在 21世纪争得强国地位，就必须加强发展高新技术，拥有高新技术领域的优势地位。
现代科学技术给人类提供的知识和方法，正在迅速改变着人们的生产方式、生活方式和思维方式。因此，深刻了解和认识科学、
技术及它们之间的区别与联系，科学技术是第一生产力的理论，
现代科学技术的发展趋势具有十分重要的意义。
绕月探测规划示意图 探月卫星嫦娥一号卫星 嫦娥一号卫星传回的月面 图象第一章 科学技术是第一生产力第一节 科学、技术及其相互关系
一、科学的概念
1543年哥白尼发表,天体运行论,,以此为标志，人类开始进入科学的时代。
以英国著名科学家 J D〃 贝尔纳为代表的科学家们认为：科学在不同的时期，不同的场合有不同的意义。
科学本身在发展，人们对它的认识也在不断深化，要给科学下一个永远不变的定义是相当困难的。科学家们的若干种解释，
都从不同的侧面对科学的本质加以揭示和描述。
对科学的几种共同的基本认识：
1、科学就是事实和规律在人们头脑中的反映首创进化论学说的著名生物学家达尔文在 1888年曾给科学下了定义：,科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”
人们进行科学判断的依据，一是事实，二是规律，经过认识的事实和规律在人们头脑中的反映构成人类认识的总合。
达尔文的定义指出了科学的内涵，即事实与规律。科学要发现人所未知的事实，并以此为依据，实事求是，而不是脱离现实的纯思维的空想。至于规律，则是指客观事物之间内在的本质的必然联系。
科学是建立在实践基础上，经过实践检验和严密逻辑论证的，关于客观世界各种事物的本质及运动规律的知识体系。
科学是人们对客观世界的过去、现在和未来的一种正确认识。
2、科学是反映客观事实和规律的知识体系人们的认识可以是点点滴滴的，甚至是互不联系的，但它们不能称为科学。只有这些知识单元的内在逻辑特征和知识单元间的本质联系清楚了，建立起一个完整的知识体系时，才可以称为科学。因此，科学不只是事实或规律的知识单元，而是由这些知识单元组成学科，学科又组成学科群，形成一个多层次的组成体系。
“科学是关于自然、社会和思维的知识体系。”
科学包括自然科学、社会科学和思维科学等。自然科学是研究自然界不同对象的运动、变化和发展规律的科学。社会科学是研究人类社会不同领域的运动、变化和发展规律的科学。哲学也是一门科学，它是关于世界观的学说；是自然科学和社会科学知识的概括和总结；也是自然界、社会和思维的最一般的规律。
3、科学是一种方法，也是人类认识自然与社会从而利用自然、改造社会的武器和工具。
从科学与自然、科学与社会的关系来说，科学更重要的本质含义是他告诉人们怎样去做那些想做的事情。
自然科学是人们在自然界争取自由的武器；社会科学是人们在社会活动中得到自由的武器。
人们要在自然界得到自由，就要运用自然科学了解自然和改造自然 (如 2008年初的南方雨雪灾害,2008年 5月 12日的汶川地震 ）；
为了人类社会的进步，就要以社会科学为武器了解社会、改造社会，进行社会革命（ 中国的民主革命 —— 推翻三座大山，建立新中国。邓小平理论 —— 改革开放，建设具有中国特色的社会主义 ）。
科学无止境的发展和不完全重复的变化，使科学总是处于不断补充与修改之中。如质量的认识 —— 惯性质量、引力质量、相对论质量。
科学是处于不断完善和发展中，能够反映客观现实与规律的知识体系的创造过程。
二、技术的概念人类为了生存就要生产，任何生产都离不开技术。人类制造的第一片石刀，就已经有了技术的萌芽。今天，技术已经深深扎根于社会之中，影响着人类的全部生活。技术不仅作为直接影响生产力的 要素存在于生产劳动过程中，而且作为整个人类文明的重要标志载入史册。
我国古代把有经验、有 技巧 的人称之为,工,。
欧洲文艺复兴时代，人们主要把技术理解为 经验、
技巧和技能 。
１８世纪末，法国科学家 狄德罗主编的,百科全书,给技术下了一个简明的定义：,技术是为某一目的的共同协作组成的各种工具和规则体系。,
科学家狄德罗广义地讲，技术是人类为实现社会需要而创造和发展起来的手段、方法和技能的总和。作为社会生产力的社会总体技术力量，包括工艺技巧、劳动经验、信息知识和实体工具装备，也就是整个社会的 技术人才、技术设备和技术资料。
技术的基本要素 是手段和方法。手段是指一定的生产工具和其它物质设备（硬件）等；方法是指一定的知识、经验和技能以及组织形式（软件）等。 这些客观的物质手段和主观的思维、操作能力相互结合，形成一个技术系统。
例如，在电工技术、焊接技术、耕作技术中，一定的生产工具和设备还必须辅之以一定的作业程序、方法和工艺要求。提高技术水平，就是要提高由硬件和软件构成的技术系统的整体功能。
三、科学与技术的区别与联系科学和技术之间的相互关系非常复杂，既有区别，又有联系。
科学与技术有相对独立性，它们之间存在着多方面的区别：
１,从 目的任务 看,科学 在于认识世界，揭示自然界的客观规律，着重回答自然现象,是什么,,,为什么,的问题； 技术在于改造世界，实现对自然界的控制和利用，着重回答社会实践中,做什么,,怎么做,的问题。
科学 的任务是有所发现，从而增加人类的知识财富； 技术 的任务是要利用自然、改造自然，有所发明，从而增加人类的物质财富并使人类生活的更美好。
２,从 研究过程 看,科学 研究的目标是相对不确定的；
技术 可以有相对确定的目标。
科学 的选题主要来自科学自身发展中的矛盾，来自人们对自然现象及本质认识的需要。在开始进行探索时，难以预见在何时会作出何种发现，也难以估测作出某种新发现所必须的劳动时间和成本。要求科学探索必定成功或指日可待是不切实际的。
技术 的选题则来自生产实践中迫切需要解决的问题，因而技术必然要面向生产，面向实际，面向社会，更直接的则是它的经济价值、社会价值、军事价值。 深圳大亚湾核电站
３,从 成果的形式 看,科学 成就表现为新气象、新规律、
新法则的发现；而 技术 成就表现为工具、设备、工艺、
方法的发明。
科学 的答案在世界各国都是唯一的，它的评价标准只有一个，用实践验证其是否合乎客观实际。科学知识只有正确与谬误之分。
技术 活动的结果在不同地域则有多样性，技术结果
（技术产物）只能从实用或不实用、有效或无效来划分，
而不能从正确与否来评价。
科学 ——相对论、牛顿运动定律、热力学定律、黑洞理论、
原子能理论、物质结构理论、
量子力学、液晶、分子结构、
遗传与变异、基因理论、细胞结构,DNA、生物进化 ……
技术 ——电机、电视、卫星发射、汽车、火箭、飞机、
雷达、激光器、淬火、克隆
、发酵、杂交水稻、转基因
、饲养、种植、化工工艺、
催化、化学合成、化肥生产
、试剂提纯 ……
４,从 社会功能 看,科学 往往具有认识的、文化的、教育的、哲学的价值，它的经济价值则是难以确定的、间接的、远期的； 技术 则直接追求实用性和它所带来的宏大的、直接的经济利益。
５,从 管理方法 看,科学 探索具有难以预见性、需要有更多的自由度和选择余地，以弹性管理为佳； 技术则有明确的目的性和严格的计划性，应以计划管理为宜。
科学和技术不是彼此孤立的，二者存在着深刻的有机联系：
科学 的根本职能在于 认识 世界,技术 的根本职能在于 改造 世界，而认识世界的最终目的，完全是为了改造世界。 正是在认识世界和改造世界的共同基础上，科学和技术统一起来了。
科学和技术是互为前提，互相依靠的。基础理论为技术研究提供科学理论依据，开辟新的技术研究领域，为技术创新作各种知识准备；同时，技术的发展又为基础理论研究准备新的探索手段和物质基础。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。科学和技术的统一是现代科学技术的显著特征。
一个国家的科学水平与技术水平有着密切的联系，但不都是成正比发展的。古希腊的科学技术水平高于古罗马，阿基米德、
亚里士多德等都是古希腊人，但古希腊的生产技术水平却不如古罗马。最早发现和研究液晶现象的是奥地利植物学家赖尼泽尔和德国物理学家勒曼,但液晶的应用技术却是日本领先。
阿基米德第二节 科学技术是第一生产力一、对科学技术认识的三次飞跃
1,英国的费兰西斯 ·培根提出：,知识就是力量,的著名论断，是我们对科学技术认识的 一次飞跃 。
在 17世纪初叶，培根极力主张学者要深入实际，实现“学者与工匠的结合”、“知识与力量的统一”，在他的名著,新工具,
一书中地提出“知识就是力量”的著名口号。培根思想的广泛传播，使科学技术在英国受到普遍的重视。蒸汽机、和新工具的相继使用，把传统的手工业作坊变成专门化的工厂，为资本主义社会创造了巨大的物质财富，从而奠定了英国的世界强国的地位。
现在全世界都在学习英语，其霸主地位谁也无法改变，这就是创新的好处。
2．马克思 提出：“科学技术是生产力”的科学论断，
是我们对科学技术认识的 又一次飞跃 。
马克思认为：“机器生产的发展要求自觉地应用自然科学，
科学技术就是生产力。” 科学技术虽然不是社会生产力的独立要素，但是它通过一定的途径作用于物质生产系统，并入生产过程，
凝结、物化在劳动者、劳动资料和劳动对象这些生产力要素中，
就转化为直接的、现实的生产力，推动社会生产的发展。科学的发展带动了技术的发展；技术的应用，又使生产快速增长。资产阶级在不到 100年（ 17世纪 60年代至 18世纪中叶）的统治中创造的生产力，比过去所有年代创造的生产力还要多，这就是科学和技术广泛应用的结果。
3,邓小平提出：“科学技术是第一生产力”的科学论断，是我们对科学技术认识的 再一次新的飞跃 。
邓小平同志在 1978年的全国科学大会开幕式上指出：社会生产力的巨大发展，劳动生产率的大幅提高，最主要的是靠科学的力量、技术的力量。 1988年，他又概括出“科学技术是第一生产力”的科学论断，继承了马克思的论点又发展了马克思的论点，
反映了科学技术在当代发展的新形势和对我国现代化建设的新要求。 1992年在南方谈话中又说,,我们自己这几年,离开科学技术能增长得这么快吗？要提倡科学，靠科学才有希望。”
二、深刻理解“科学技术是第一生产力”的含义
1．在现代生产力系统中，科学技术起着第一位的变革作用生产力最简单的、最基本的要素是 劳动者，劳动资料和劳动对象 。自近代实验科学产生以来，科学获得了相对独立的地位，
并且进入了生产过程，作为生产过程的独立要素。因此，生产力系统中的要素都随着科学技术的进步而发展。
（ 1） 从劳动者的素质来看，劳动者随着科学技术的进步，
由“体力型”劳动者，转化为“文化型”劳动者，再转化为
“科技型”劳动者；
（ 2） 从生产工具的变革来看，生产工具伴随着科学的进步，
由手工工具到普通机器，再到智能机；
（ 3） 从人类利用劳动对象来看，由利用天然材料到经过劳动过滤的材料，再到人工合成材料；
（ 4） 从生产过程的管理来看，从“经验管理”过度到“科学管理”，再过度到“现代化管理”和“人本管理” 。
2．现代科学日益成为生产的先导
19世纪以前,科学、技术和生产的关系，表现为,生产 — 技术 — 科学” 的循环过程。那时，自然科学主要来自生产，人们通过生产实践观察自然界取得感性材料，在将由生产实践积累的技术经验上升为科学。
在 近代,科学实验从生产中分离了出来，成为人类社会的一种基本的实践方式。随着现代工业的发展，许多科学上的重大发现，直接从实验室中产生出来，然后应用于生产过程，因此就出现了,科学 — 技术 — 生产,的新的循环过程。这表明科学日益成为生产的先导。
上述两个公式可形成一个连续的整体：,生产 — 技术 — 科学 — 技术 — 生产,,这表明，生产是基础，科学是先导，生产既是出发点又是归宿。
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3．科技进步是推动国民经济增长的决定性因素自然科学从知识形态的生产力转化为物质生产力的周期日益缩短，科学技术的成果转化为直接生产力的速度越来越快。例如：
蒸汽机用了 100年、电动机用了 65年、电话用了 56年、无线通讯用了 35年、汽车用了 27年、飞机用了 14年、电视机用了 12年、
原子弹用了 6年、晶体管用了 5年、集成电路用了 3年、激光器只用了 1年。
在现代，科技进步对经济增长的贡献已明显超过资本和劳动力的作用。国外学者由道格拉斯函数计算得到一些发达国家科学技术因素在劳动生产率和经济增长所占比率为：
20世纪初叶为 5～ 20％,20世纪中叶为 50％,20世纪末上升到 60％ ～ 80％，,
邓小平 指出,社会生产力有这样的巨大发展，劳动生产率有这样大幅度的提高，靠的是什么？最主要的是靠科学的力量、技术的力量,。
4．努力增强全社会的科技意识科学技术是第一生产力的思想，只有成为全社会的共识，
被广大人民群众所掌握，才能转化为巨大的物质力量，因此要努力提高全社会的科技意识。
例如：画一条线要价 10001美元的故事。
21世纪是创新和竞争的世纪，我们国家无论是经济的进步，
还是社会的发展，都面临着巨大的机遇和挑战。在这种形势下，
全社会都在呼唤现代科技意识。科技意识可以说是一种意识形态的生产力，有了科技意识，才有创造、有发明、有技术进步。
科技素质和科技意识的提高，对国家富强、民族振兴，对于在
21世纪的国际激烈竞争取主动，都将具有深远的影响。
农村科技大集 良种培育第三节 现代科学技术的发展趋势一,科学技术加速发展
1,科学知识更新周期缩短
⑴ 18世纪时,80～ 90年；
⑵ 19世纪到 20世纪初 30～ 40年；
⑶ 二战以后 5～ 15年；
⑷ 70年代 8— 9年。
20世纪以来，技术的进化带来知识的急剧增长。美国科学家普赖斯采用定量方法，把科学知识的增长事态描绘为指数增长曲线。这种知识量的激增，是和知识的更新周期缩短相联系的。据日本电器学会对三菱、松下、日立等几家公司的技术人员调查表明,70年代知识废旧的速度比 40年代快 3倍。美国 1976年大学毕业生在学校里学到的知识到 1980年就有 50%陈旧了。
2．新学科不断涌现现在全球社会科技信息化的浪潮正在席卷全球。当代科学技术发展正处于一个非常重要的历史时期，大量的交叉、横向、
边缘、综合科学技术新学科如雨后春笋不断出现。
3．科学发现到技术应用周期日益缩短当代异彩纷呈的科学技术对于社会经济的推动作用已经呈现出越来越强的加速作用。有统计表明，从科学发现到技术应用的周期，在 19世纪至 20世纪初大约是３０年,例如从发现电机原理（１８３１）到发明发电机（１８７２），从发现电磁波原理
（１８９５）到公众广播电台的出现（１９２１）；在 20世纪中叶,这个速度大约为 １０年,例如从发现雷达原理（１９２５）
到成功制造出雷达（１９３５），从发现核裂变（１９３８）到原子弹爆炸（１９４５）；到了 20世纪末,这一周期已经缩短到了５年以内，比如当今最热门的移动通信、多媒体电脑和信息高速公路等等，从创意到实现都只有４年左右。
4．对科技事业的投资越来越大当今世界各国都非常重视科学技术的发展，不断调整科技政策和发展战略，促进科技事业的发展。据统计，美国的研究与开发总投资居世界首位,1996年为 1843亿美元，其投资额超过日、
德、法、英科技投入之和。
我国 1996年人均 GDP达 650美元,人口为 122389万，总国内生产总值（ GDP）约为 7955亿元。美国 1996年的科技投入相当于我国当年总国内生产总值的 23％。
美国的,阿波罗,登月计划投资了约 256亿美元，中国嫦娥探月工程一期计划经费 20亿人民币。
二、科学技术发展的综合化在 l9世纪中叶以前，科学与技术是分离的，它们各自独立发挥社会作用，它们都有自己独特的文化传统，它们的发展往往是脱节的。技术的进步往往依靠传统技艺的提高和改进，只凭经验摸索前进。科学理论也经常是跟在实践之后来概括和总结人们在生产技术活动过程中积累起来的经验材料。因此，常常出现这种情况，在科学理论上还没有搞得十分清楚的东西，在技术上却可以实现它，而科学上已发现了的东西，在技术上却很久不能实现。
现代的技术发明越来越依靠科学，科学与技术的关系已密不可分。现代的技术完全是建立在科学理论的基础之上，现代科学也装备了复杂的技术设施。 科学校术化和技术科学化就是现代科学技术的鲜明特征。 今天，从形成一种新知识到把这种知识运用到产品和工艺中占的时间正在非常迅速地缩短，有的用不了几年，有的只有几个月。越是新技术，包含的科学知识越密集。
高新技术就是包含密集科学知识的技术 。 现代科学的进步已经依赖最新的复杂技术装备的支持。现代科学与技术二者之间的界限变得越来越模糊不清。
特别是 在高科技领域,各门科学的研究需要紧密配合。如计算机科学技术的研究，离不开材料科学的配合。人工智能的研究，
必然要向认知科学、心理学、脑科学等领域延伸。
现在、科学与技术的关系已密不可分。科学技术化和技术科学化。成为现代科学技术的鲜明特征。
在高科技领域，研究的对象和课题大都具有多学科的特点，
各门科学的研究需要紧密配合。
技术一体化，是当代技术发展最有广阔前景的领域。
科学技术知识的综合化发展，实质上就是科学研究的集约化发展，这是把更合理地使用科学研究力量，作为在科技领域内以及在社会实践中更有成效地发挥科学研究成果的作用的途径，从理论上深入研究自然科学、技术和社会科学结合的机制和途径，
对我们在科学实践活动中组织自然科学家、工程技术专家和社会科学家们攻关协作，加强科技工作者和社会科学家的联盟具有现实的意义。
举例：光机电一体化技术 ——是当代技术发展最有广阔前景的领域，它由机械技术与激光、微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。它与传统的机械产品比较，主要有以下特征：
1,综合性与系统性光机电一体化是一门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。这种多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分如机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就需要取长补短，不断向理想化方向发展。其结果使原来各种技术扬长避短，更趋于合理。
2,多层次，覆盖面广光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之中，而且贯穿于工程系统设计之中。
从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔性加工系统；
从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件连续自动热处理生产线，到各种现代高速重型机械自动化生产线等，光机电一体化技术都有不同层次、覆盖面很广的应用领域。
对于工程系统，需成套地进行开发和制造。对于光机电一体化单机产品 (设备 )，应采用简繁并举、高低级并存的多层次发展途径。
可发展功能附加型的低级产品；也可发展功能替代型的中级产品；
还可发展机电融合型的高级产品，成为前所未有的新一代产品。
3,结构简化，方便操作光机电一体化技术可将过去靠机械传动链连接的各个相关动作部分，改用几台电机分别驱动，或用电力电子器件，或用电子电控装置进行相关动作控制来实现。因此，使机械结构大大简化，
甚至使有些机械结构,脱胎换骨,,产生了质的变化。光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节拍频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，能以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序。任何一台光机电一体化装置或系统各个相关传动机构的动作及功能协调关系，可由预设的程序一步一步地由电子控制系统指挥，如数控机床、柔性加工系统 (FMS)等。
有些光机电一体化装置，可实现操作全自动化，如工业机器人、
印制电路板数控高速钻床等。有些更高级的光机电一体化系统，
还可通过被控对象的数学模型以及根据任何时刻外界各种参数的变化情况，随机自寻最佳工作程序、动作程度和快慢以及协调关系，以实现最优化工作及最佳操作，例如微机控制的热连轧机钢板测厚自控系统、电梯群控系统、
智能机械人 等。
4,精度提高，功能增加光机电一体化技术使机械传动部件减少，因而使机械磨损及配合间隙等所引起的动作误差大大减小，同时由于采用了电子技术，反馈控制水平的提高并能进行高速处理，可通过电子自动控制系统精确地按预设量使相应机构动作，因各种干扰因素造成的误差，又可通过自控系统自行诊断、校正、补偿去达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。因而光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。电子技术的引入，
使产品面貌发生巨大变化，电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、
补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序、指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋于软件化和智能化。
5,高可靠性，高稳定性和高使用寿命传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，而发出由于可动摩擦、撞击、振动等引起的声响 (噪声 )，这显然影响装置的寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，
故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。有些光机电一体化产品甚至做到不需维修或者具有自诊断功能。
UT-2000c型变电站微机操作系统
6,开发上的知识密集性研制开发光机电一体化产品往往要涉及许多学 -科和专业知识，如数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、
电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等多门学科以及各门类的专业知识。比如人们很熟悉的静电复印机、
彩色印像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。设计这类产品的工程技术人员对自身的知识结构提出更新更高的要求。
在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益，从而造福于人民，有利于国家。
三、自然科学与社会科学的结合
自然科学、技术科学和社会科学之间相互渗透、相互交叉，
并通过这种交叉和渗透形成一批边缘学科或综合性学科。如控制论、信息论、系统论、技术经济学、技术美学、数理语言学、行为科学等。
过去一项技术的突破，带动整个生产建设的发展；而现在多项重大技术的突破，会同时作用于社会、政治、经济、文化、教育和科学。过去的技术只是通过生产劳动的变革来影响社会，而现在的技术是直接通过政治、文化、军事等多种渠道进入社会，
进一步控制社会和影响社会。过去的技术变革在很大程度上是扩展人的四肢功能，即体力的解放；而现在的技术则是扩展人的大脑功能，即脑力劳动的解放。
微机高速分析仪小麦联合收割机第二章 二十世纪物理学的三大成就
第一节 十九世纪物理学的巨大成就：
牛顿力学 概括了宏观低速物体的运动规律；
麦克斯韦电磁方程组 以简洁、优美的形式揭示了电磁、光现象的本质统一性； 热力学四定律 能够较完满地解释物质的宏观热现象和热运动规律。
1．牛顿力学 是以牛顿运动定律为出发点来研究质点系统的运动规律的科学。它以质点为对象，着眼于力的概念，在处理质点系统问题时，须分别考虑各个质点所受的力，然后来推断整个质点系统的运动。牛顿力学认为质量和能量各自独立存在，且各自守恒，它只适用于物体运动速度远小于光速的范围。
牛顿第一定律 ——一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律 —— F = ma
牛顿第三定律 —— F = - F 牛顿
2.麦克斯韦方程组 是描述电场与磁场的四个方程，其微分形式通常称为麦克斯韦方程。 在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。
麦克斯韦方程组的积分形式：
麦克斯韦方程组的微分形式：
麦克斯韦热力学第零定律,
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡 (温度相同 )，则它们彼此也必定处于热平衡。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。这个定律反映出：处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。
热力学第一定律：
物体内能的增加量等于外界对物体所做的功 W和物体从外界吸收的热量 Q之和，即△ U=W+Q。
表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，系统与外界交换 能量,使内能有所变化。
另一种表述是,第一类永动机 是不可能造成的。
许多人幻想制造能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，
能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背能量守恒定律。
热力学第二定律：
① 克劳修斯 说法 ——不可能使热量由低温物体传递到高温物体,
而不引起其他变化,。
② 开尔文 说法 ——不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响。
人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种热机叫 第二类永动机 。
热力学第三定律：
不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。
热力学第三定律是对 熵 的论述，一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加的。
有序态的墒值最小,无序态的墒值最大,人的生命就是由有序态向无序态发展变化的过程，吃饭、看病就是向人的体内引入负熵流。
开尔文开尔文克劳修斯
第二节 揭开物理学革命序幕的三大发现
1,X射线的发现
1895年 11月 8日，德国著名物理学家威廉 ·康拉德 ·伦琴 在维尔茨堡首次发现 X射线。 X射线的发现揭开了 20世纪物理学革命的序幕。 x射线发现后，很快就在医学界得到应用。它为疾病的治疗提供准确的依据，使医学诊断水平大大提高。因此,x射线的发现，被誉为 19世纪末物理学的“三大发现”之一，伦琴也因此在 1901年成为诺贝尔物理学奖第一个获得者。
2．放射性的发现
1896年，法国物理学家 贝克勒尔 发现了铀盐具有放射性。
其后 居里夫妇 也投入了寻找其他放射性元素的工作，发现钍、
钋、镭等比铀更强的放射性元素。
人们把物质能够自发放出射线的性质叫做 放射性,把具有放射性的物质称为 放射性物质。
贝克勒尔 居里夫人 居里夫妇
α射线 是一种带电粒子流，由于带电，它所到之处很容易引起电离。 α射线有很强的电离本领，这种性质既可利用，也带来一定坏处，对人体内组织破坏能力较大，
由于其质量较大，穿透能力差，在空气中的射程只有几厘米。只要一张纸或健康的皮肤就能挡住。
β射线 是指当放射性物质发生 β衰变，所释出的高能量电子，其速度可达至光速的 90%。在 β衰变过程当中，放射性原子核通过发射电子和中微子转变为另一种核，产物中的电子就被称为 β粒子。在正 β衰变中，原子核内一个质子转变为一个中子，同时释放一个正电子；在“负
β衰变”中，原子核内一个中子转变为一个质子，同时释放一个电子，即 β粒子。
γ 射线,又称 γ 粒子流是一种。
波长短于 0.2埃的电磁波。首先由法国科学家 P.V.维拉德发现，是继 α,β 射线后发现的第三种原子核射线。 γ 射线是因核能级间的跃迁而产生，原子核衰变和核反应均可产生 γ 射线 。
γ 射线具有比 X射线还要强的穿透能力，当 γ 射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。
原子核释放出的 γ 光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即 光电效应 。由于核外电子壳层出现空位，将产生内层电子的跃迁并发射 X射线标识谱。
当 γ 光子的能量较高时，除上述光电效应外，还可能与核外电子发生弹性碰撞,γ 光子的能量和运动方向均有改变，从而产生 康普顿效应 。
当 γ 光子的能量大于电子静质量的两倍时，由于受原子核的作用而转变成正负电子对，此效应随 γ 光子能量的增高而增强。
γ 光子不带电，故不能用磁偏转法测出其能量，通常利用
γ 光子造成的上述次级效应间接求出，例如通过测量光电子或正负电子对的能量推算出来。此外还可用 γ 谱仪（利用晶体对
γ 射线的衍射）直接测量 γ 光子的能量。由荧光晶体、光电倍增管和电子仪器组成的闪烁计数器是探测 γ 射线强度的常用仪器。
3．电子的发现
1891年，爱尔兰物理学家 斯道尼 提出用“电子”命名电荷的最小单位。 1897年，英国物理学家 汤姆逊 指出，
电子的电荷与氢离子的电荷相等。它的质量为氢原子质量的 1/1770。 1912年，美国物理学家 密立根 设计了著名的油滴实验，精确地测定了 电子的电量
e=1.6021x10-19库仑 质量电子 m = 9.11x10-31千克。
密立根第二节 原子核物理学的建立
1．原子结构模型
1909年,卢瑟福 提出原子有核模型：原子中央是一个几乎占有全部原子质量的带正电的核，电子在核的周围绕核转动，核的半径较原子的半径较小得多。
卢瑟福
2．原子结构与基本粒子
1932年，德国物理学家 海森伯 提出由 质子 和 中子 构成原子核的理论。 1964年,盖尔曼 提出,夸克” 模型，我国则命名为,层子,。近代物理研究的最新成果表明，物质的最小构成单元不再是分子、原子，而是组成质子、中子的 夸克和轻子 。夸克共有 6种,
分别称为上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克。
通常把比原子核更小的下一个层次的微小颗粒（如光子、电子、
μ子,π介子、中子、质子、超子等）统称为 基本粒子 。
盖尔曼海森伯物质 —分子 —原子 —原子核 +电子质子 +中子夸克 夸克
3．以太漂移问题与相对论的创立狭义相对论 的两条基本原理：
（ 1） 相对性原理 —— 物理规律在任何惯性参照系中都是一样的，不存在一种特殊的惯性系。
（ 2） 光速不变原理 —— 对任何惯性系，真空中的光速都相同。 C=2.99792458X10-8m/s
由狭义相对论的两条基本原理，可以得出四点推论：
① 一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大。如果它相对于观察者运动，则沿相对于运动方向上的长度要缩短，速度越大，缩短越多。
一句话,运动的尺子要缩短。该现象称为洛伦兹收缩 。
② 一只时钟相对于观察者静止时，它走的最快。如果它相对于观察者运动，它就走的慢，运动速度越大，
慢得越多。
一句话,运动的时钟变慢。
③ 在任何惯性系中，物体的速度都不能超过光速，
光速是物体运动的极限速度。
④ 如果物体运动速度比光速小得多，相对论力学就还原为牛顿力学。
2
2
0
1
c
v
m
m
m 运动质量
m0 静止质量
4．黑体辐射问题与量子论的创立若一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射，而毫无反射和透射，这种物体就成为,黑体,。
黑体辐射 是指黑体上发出的电磁辐射。
1900年，德国物理学家 普朗克 提出能 量子假说,
物体在发射和吸收辐射，能量是不连续变化的，这种分立变化不是随意的，它有最小的能量单元，该单元称为,能量子,，物体辐射和吸收的能量只能是“能量子”数值的 整数倍 。这种所取能量值是分立的现象称为能量的 量子化 。
普朗克黑洞模型
1905年,爱因斯坦 在普朗克假说的基础上提出了光子具有波粒二象性 的光量子假说。
其大意是,光子在传播过程中具有波动性，遵守波动规律；而在与物质相互作用时，又具有粒子性，遵守力学运动规律。
1923—— 1924年间，法国物理学家 德布罗意 又提出实物粒子也具有波粒二象性 。实物粒子的波动性称为 物质波。
1925年，德国物理学家 海森堡 创立了描述电子运动规律的矩阵力学。
1926年，奥地利物理学家 薛定谔 建立了物质波所满足的波动力学方程 —— 薛定谔方程。
矩阵力学和薛定谔方程统称为 量子力学 。
原子核物理学和粒子物理学的建立、狭义相对论、
量子力学是 20世纪物理学的 三大成就 。
第一章 科学技术是第一生产力 思考题
1．对科学的基本认识有几种，其内容是什么？
2．自然科学和社会科学有区别吗？有何区别？
3．什么是技术？什么是高新技术？
4．如何理解技术的基本要素？
5．科学与技术的区别与联系有哪些？
6．科学与技术的职能各是什么？
7．什么是对科学技术认识的三次飞跃？
8．如何增强全社会的科技意识？
9．如何理解“科学技术是第一生产力”？
10．现代科学技术的鲜明特征是什么？
第二章二十世纪物理学的三大成就 思考题
1．揭开物理学革命序幕的三大发现是什么？
2．谁发现了放射性元素？
3．谁设计了油滴实验，并精确地测定了电子的电量？
4．简述“卢瑟福的原子模型”内容。
5．生命体中的熵流是如何变化的？
6．狭义相对论的两条基本原理是什么？
7．狭义相对论中“时钟变慢” 是怎么回事？
8．何谓黑体？什么是黑体辐射？
9．谁提出了“光子的波粒二象性”，其内容是什么？
10.简述“普朗克能量子假说”的内容？
2008.9
,嫦娥一号,探月卫星北京奥运鸟巢夜景
课程要求：
1,适当做一些课堂笔记；
2.认真按要求提交课下作业；
3.随机抽查上课情况,旷课超过 1/3的同学,不记总成绩；
4.平时成绩（ 包括考勤、作业、课上发言 ）占总成绩的
50 ％，最后考试占总成绩的 50％ ；
5.考试以客观题为主，主观题为辅；
6.本课程不要求死记硬背，只要理解讲述内容即可，但需要有完整的课堂笔记备查和考试用。
科学技术发展到今天，世界高技术的竞争已成为人类有史以来影响最深刻的一场竞争。哪一个国家要想在 21世纪争得强国地位，就必须加强发展高新技术，拥有高新技术领域的优势地位。
现代科学技术给人类提供的知识和方法，正在迅速改变着人们的生产方式、生活方式和思维方式。因此，深刻了解和认识科学、
技术及它们之间的区别与联系，科学技术是第一生产力的理论，
现代科学技术的发展趋势具有十分重要的意义。
绕月探测规划示意图 探月卫星嫦娥一号卫星 嫦娥一号卫星传回的月面 图象第一章 科学技术是第一生产力第一节 科学、技术及其相互关系
一、科学的概念
1543年哥白尼发表,天体运行论,,以此为标志，人类开始进入科学的时代。
以英国著名科学家 J D〃 贝尔纳为代表的科学家们认为：科学在不同的时期，不同的场合有不同的意义。
科学本身在发展，人们对它的认识也在不断深化，要给科学下一个永远不变的定义是相当困难的。科学家们的若干种解释，
都从不同的侧面对科学的本质加以揭示和描述。
对科学的几种共同的基本认识：
1、科学就是事实和规律在人们头脑中的反映首创进化论学说的著名生物学家达尔文在 1888年曾给科学下了定义：,科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”
人们进行科学判断的依据，一是事实，二是规律，经过认识的事实和规律在人们头脑中的反映构成人类认识的总合。
达尔文的定义指出了科学的内涵，即事实与规律。科学要发现人所未知的事实，并以此为依据，实事求是，而不是脱离现实的纯思维的空想。至于规律，则是指客观事物之间内在的本质的必然联系。
科学是建立在实践基础上，经过实践检验和严密逻辑论证的，关于客观世界各种事物的本质及运动规律的知识体系。
科学是人们对客观世界的过去、现在和未来的一种正确认识。
2、科学是反映客观事实和规律的知识体系人们的认识可以是点点滴滴的，甚至是互不联系的，但它们不能称为科学。只有这些知识单元的内在逻辑特征和知识单元间的本质联系清楚了，建立起一个完整的知识体系时，才可以称为科学。因此，科学不只是事实或规律的知识单元，而是由这些知识单元组成学科，学科又组成学科群，形成一个多层次的组成体系。
“科学是关于自然、社会和思维的知识体系。”
科学包括自然科学、社会科学和思维科学等。自然科学是研究自然界不同对象的运动、变化和发展规律的科学。社会科学是研究人类社会不同领域的运动、变化和发展规律的科学。哲学也是一门科学，它是关于世界观的学说；是自然科学和社会科学知识的概括和总结；也是自然界、社会和思维的最一般的规律。
3、科学是一种方法，也是人类认识自然与社会从而利用自然、改造社会的武器和工具。
从科学与自然、科学与社会的关系来说，科学更重要的本质含义是他告诉人们怎样去做那些想做的事情。
自然科学是人们在自然界争取自由的武器；社会科学是人们在社会活动中得到自由的武器。
人们要在自然界得到自由，就要运用自然科学了解自然和改造自然 (如 2008年初的南方雨雪灾害,2008年 5月 12日的汶川地震 ）；
为了人类社会的进步，就要以社会科学为武器了解社会、改造社会，进行社会革命（ 中国的民主革命 —— 推翻三座大山，建立新中国。邓小平理论 —— 改革开放，建设具有中国特色的社会主义 ）。
科学无止境的发展和不完全重复的变化，使科学总是处于不断补充与修改之中。如质量的认识 —— 惯性质量、引力质量、相对论质量。
科学是处于不断完善和发展中，能够反映客观现实与规律的知识体系的创造过程。
二、技术的概念人类为了生存就要生产，任何生产都离不开技术。人类制造的第一片石刀，就已经有了技术的萌芽。今天，技术已经深深扎根于社会之中，影响着人类的全部生活。技术不仅作为直接影响生产力的 要素存在于生产劳动过程中，而且作为整个人类文明的重要标志载入史册。
我国古代把有经验、有 技巧 的人称之为,工,。
欧洲文艺复兴时代，人们主要把技术理解为 经验、
技巧和技能 。
１８世纪末，法国科学家 狄德罗主编的,百科全书,给技术下了一个简明的定义：,技术是为某一目的的共同协作组成的各种工具和规则体系。,
科学家狄德罗广义地讲，技术是人类为实现社会需要而创造和发展起来的手段、方法和技能的总和。作为社会生产力的社会总体技术力量，包括工艺技巧、劳动经验、信息知识和实体工具装备，也就是整个社会的 技术人才、技术设备和技术资料。
技术的基本要素 是手段和方法。手段是指一定的生产工具和其它物质设备（硬件）等；方法是指一定的知识、经验和技能以及组织形式（软件）等。 这些客观的物质手段和主观的思维、操作能力相互结合，形成一个技术系统。
例如，在电工技术、焊接技术、耕作技术中，一定的生产工具和设备还必须辅之以一定的作业程序、方法和工艺要求。提高技术水平，就是要提高由硬件和软件构成的技术系统的整体功能。
三、科学与技术的区别与联系科学和技术之间的相互关系非常复杂，既有区别，又有联系。
科学与技术有相对独立性，它们之间存在着多方面的区别：
１,从 目的任务 看,科学 在于认识世界，揭示自然界的客观规律，着重回答自然现象,是什么,,,为什么,的问题； 技术在于改造世界，实现对自然界的控制和利用，着重回答社会实践中,做什么,,怎么做,的问题。
科学 的任务是有所发现，从而增加人类的知识财富； 技术 的任务是要利用自然、改造自然，有所发明，从而增加人类的物质财富并使人类生活的更美好。
２,从 研究过程 看,科学 研究的目标是相对不确定的；
技术 可以有相对确定的目标。
科学 的选题主要来自科学自身发展中的矛盾，来自人们对自然现象及本质认识的需要。在开始进行探索时，难以预见在何时会作出何种发现，也难以估测作出某种新发现所必须的劳动时间和成本。要求科学探索必定成功或指日可待是不切实际的。
技术 的选题则来自生产实践中迫切需要解决的问题，因而技术必然要面向生产，面向实际，面向社会，更直接的则是它的经济价值、社会价值、军事价值。 深圳大亚湾核电站
３,从 成果的形式 看,科学 成就表现为新气象、新规律、
新法则的发现；而 技术 成就表现为工具、设备、工艺、
方法的发明。
科学 的答案在世界各国都是唯一的，它的评价标准只有一个，用实践验证其是否合乎客观实际。科学知识只有正确与谬误之分。
技术 活动的结果在不同地域则有多样性，技术结果
（技术产物）只能从实用或不实用、有效或无效来划分，
而不能从正确与否来评价。
科学 ——相对论、牛顿运动定律、热力学定律、黑洞理论、
原子能理论、物质结构理论、
量子力学、液晶、分子结构、
遗传与变异、基因理论、细胞结构,DNA、生物进化 ……
技术 ——电机、电视、卫星发射、汽车、火箭、飞机、
雷达、激光器、淬火、克隆
、发酵、杂交水稻、转基因
、饲养、种植、化工工艺、
催化、化学合成、化肥生产
、试剂提纯 ……
４,从 社会功能 看,科学 往往具有认识的、文化的、教育的、哲学的价值，它的经济价值则是难以确定的、间接的、远期的； 技术 则直接追求实用性和它所带来的宏大的、直接的经济利益。
５,从 管理方法 看,科学 探索具有难以预见性、需要有更多的自由度和选择余地，以弹性管理为佳； 技术则有明确的目的性和严格的计划性，应以计划管理为宜。
科学和技术不是彼此孤立的，二者存在着深刻的有机联系：
科学 的根本职能在于 认识 世界,技术 的根本职能在于 改造 世界，而认识世界的最终目的，完全是为了改造世界。 正是在认识世界和改造世界的共同基础上，科学和技术统一起来了。
科学和技术是互为前提，互相依靠的。基础理论为技术研究提供科学理论依据，开辟新的技术研究领域，为技术创新作各种知识准备；同时，技术的发展又为基础理论研究准备新的探索手段和物质基础。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。科学和技术的统一是现代科学技术的显著特征。
一个国家的科学水平与技术水平有着密切的联系，但不都是成正比发展的。古希腊的科学技术水平高于古罗马，阿基米德、
亚里士多德等都是古希腊人，但古希腊的生产技术水平却不如古罗马。最早发现和研究液晶现象的是奥地利植物学家赖尼泽尔和德国物理学家勒曼,但液晶的应用技术却是日本领先。
阿基米德第二节 科学技术是第一生产力一、对科学技术认识的三次飞跃
1,英国的费兰西斯 ·培根提出：,知识就是力量,的著名论断，是我们对科学技术认识的 一次飞跃 。
在 17世纪初叶，培根极力主张学者要深入实际，实现“学者与工匠的结合”、“知识与力量的统一”，在他的名著,新工具,
一书中地提出“知识就是力量”的著名口号。培根思想的广泛传播，使科学技术在英国受到普遍的重视。蒸汽机、和新工具的相继使用，把传统的手工业作坊变成专门化的工厂，为资本主义社会创造了巨大的物质财富，从而奠定了英国的世界强国的地位。
现在全世界都在学习英语，其霸主地位谁也无法改变，这就是创新的好处。
2．马克思 提出：“科学技术是生产力”的科学论断，
是我们对科学技术认识的 又一次飞跃 。
马克思认为：“机器生产的发展要求自觉地应用自然科学，
科学技术就是生产力。” 科学技术虽然不是社会生产力的独立要素，但是它通过一定的途径作用于物质生产系统，并入生产过程，
凝结、物化在劳动者、劳动资料和劳动对象这些生产力要素中，
就转化为直接的、现实的生产力，推动社会生产的发展。科学的发展带动了技术的发展；技术的应用，又使生产快速增长。资产阶级在不到 100年（ 17世纪 60年代至 18世纪中叶）的统治中创造的生产力，比过去所有年代创造的生产力还要多，这就是科学和技术广泛应用的结果。
3,邓小平提出：“科学技术是第一生产力”的科学论断，是我们对科学技术认识的 再一次新的飞跃 。
邓小平同志在 1978年的全国科学大会开幕式上指出：社会生产力的巨大发展，劳动生产率的大幅提高，最主要的是靠科学的力量、技术的力量。 1988年，他又概括出“科学技术是第一生产力”的科学论断，继承了马克思的论点又发展了马克思的论点，
反映了科学技术在当代发展的新形势和对我国现代化建设的新要求。 1992年在南方谈话中又说,,我们自己这几年,离开科学技术能增长得这么快吗？要提倡科学，靠科学才有希望。”
二、深刻理解“科学技术是第一生产力”的含义
1．在现代生产力系统中，科学技术起着第一位的变革作用生产力最简单的、最基本的要素是 劳动者，劳动资料和劳动对象 。自近代实验科学产生以来，科学获得了相对独立的地位，
并且进入了生产过程，作为生产过程的独立要素。因此，生产力系统中的要素都随着科学技术的进步而发展。
（ 1） 从劳动者的素质来看，劳动者随着科学技术的进步，
由“体力型”劳动者，转化为“文化型”劳动者，再转化为
“科技型”劳动者；
（ 2） 从生产工具的变革来看，生产工具伴随着科学的进步，
由手工工具到普通机器，再到智能机；
（ 3） 从人类利用劳动对象来看，由利用天然材料到经过劳动过滤的材料，再到人工合成材料；
（ 4） 从生产过程的管理来看，从“经验管理”过度到“科学管理”，再过度到“现代化管理”和“人本管理” 。
2．现代科学日益成为生产的先导
19世纪以前,科学、技术和生产的关系，表现为,生产 — 技术 — 科学” 的循环过程。那时，自然科学主要来自生产，人们通过生产实践观察自然界取得感性材料，在将由生产实践积累的技术经验上升为科学。
在 近代,科学实验从生产中分离了出来，成为人类社会的一种基本的实践方式。随着现代工业的发展，许多科学上的重大发现，直接从实验室中产生出来，然后应用于生产过程，因此就出现了,科学 — 技术 — 生产,的新的循环过程。这表明科学日益成为生产的先导。
上述两个公式可形成一个连续的整体：,生产 — 技术 — 科学 — 技术 — 生产,,这表明，生产是基础，科学是先导，生产既是出发点又是归宿。
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3．科技进步是推动国民经济增长的决定性因素自然科学从知识形态的生产力转化为物质生产力的周期日益缩短，科学技术的成果转化为直接生产力的速度越来越快。例如：
蒸汽机用了 100年、电动机用了 65年、电话用了 56年、无线通讯用了 35年、汽车用了 27年、飞机用了 14年、电视机用了 12年、
原子弹用了 6年、晶体管用了 5年、集成电路用了 3年、激光器只用了 1年。
在现代，科技进步对经济增长的贡献已明显超过资本和劳动力的作用。国外学者由道格拉斯函数计算得到一些发达国家科学技术因素在劳动生产率和经济增长所占比率为：
20世纪初叶为 5～ 20％,20世纪中叶为 50％,20世纪末上升到 60％ ～ 80％，,
邓小平 指出,社会生产力有这样的巨大发展，劳动生产率有这样大幅度的提高，靠的是什么？最主要的是靠科学的力量、技术的力量,。
4．努力增强全社会的科技意识科学技术是第一生产力的思想，只有成为全社会的共识，
被广大人民群众所掌握，才能转化为巨大的物质力量，因此要努力提高全社会的科技意识。
例如：画一条线要价 10001美元的故事。
21世纪是创新和竞争的世纪，我们国家无论是经济的进步，
还是社会的发展，都面临着巨大的机遇和挑战。在这种形势下，
全社会都在呼唤现代科技意识。科技意识可以说是一种意识形态的生产力，有了科技意识，才有创造、有发明、有技术进步。
科技素质和科技意识的提高，对国家富强、民族振兴，对于在
21世纪的国际激烈竞争取主动，都将具有深远的影响。
农村科技大集 良种培育第三节 现代科学技术的发展趋势一,科学技术加速发展
1,科学知识更新周期缩短
⑴ 18世纪时,80～ 90年；
⑵ 19世纪到 20世纪初 30～ 40年；
⑶ 二战以后 5～ 15年；
⑷ 70年代 8— 9年。
20世纪以来，技术的进化带来知识的急剧增长。美国科学家普赖斯采用定量方法，把科学知识的增长事态描绘为指数增长曲线。这种知识量的激增，是和知识的更新周期缩短相联系的。据日本电器学会对三菱、松下、日立等几家公司的技术人员调查表明,70年代知识废旧的速度比 40年代快 3倍。美国 1976年大学毕业生在学校里学到的知识到 1980年就有 50%陈旧了。
2．新学科不断涌现现在全球社会科技信息化的浪潮正在席卷全球。当代科学技术发展正处于一个非常重要的历史时期，大量的交叉、横向、
边缘、综合科学技术新学科如雨后春笋不断出现。
3．科学发现到技术应用周期日益缩短当代异彩纷呈的科学技术对于社会经济的推动作用已经呈现出越来越强的加速作用。有统计表明，从科学发现到技术应用的周期，在 19世纪至 20世纪初大约是３０年,例如从发现电机原理（１８３１）到发明发电机（１８７２），从发现电磁波原理
（１８９５）到公众广播电台的出现（１９２１）；在 20世纪中叶,这个速度大约为 １０年,例如从发现雷达原理（１９２５）
到成功制造出雷达（１９３５），从发现核裂变（１９３８）到原子弹爆炸（１９４５）；到了 20世纪末,这一周期已经缩短到了５年以内，比如当今最热门的移动通信、多媒体电脑和信息高速公路等等，从创意到实现都只有４年左右。
4．对科技事业的投资越来越大当今世界各国都非常重视科学技术的发展，不断调整科技政策和发展战略，促进科技事业的发展。据统计，美国的研究与开发总投资居世界首位,1996年为 1843亿美元，其投资额超过日、
德、法、英科技投入之和。
我国 1996年人均 GDP达 650美元,人口为 122389万，总国内生产总值（ GDP）约为 7955亿元。美国 1996年的科技投入相当于我国当年总国内生产总值的 23％。
美国的,阿波罗,登月计划投资了约 256亿美元，中国嫦娥探月工程一期计划经费 20亿人民币。
二、科学技术发展的综合化在 l9世纪中叶以前，科学与技术是分离的，它们各自独立发挥社会作用，它们都有自己独特的文化传统，它们的发展往往是脱节的。技术的进步往往依靠传统技艺的提高和改进，只凭经验摸索前进。科学理论也经常是跟在实践之后来概括和总结人们在生产技术活动过程中积累起来的经验材料。因此，常常出现这种情况，在科学理论上还没有搞得十分清楚的东西，在技术上却可以实现它，而科学上已发现了的东西，在技术上却很久不能实现。
现代的技术发明越来越依靠科学，科学与技术的关系已密不可分。现代的技术完全是建立在科学理论的基础之上，现代科学也装备了复杂的技术设施。 科学校术化和技术科学化就是现代科学技术的鲜明特征。 今天，从形成一种新知识到把这种知识运用到产品和工艺中占的时间正在非常迅速地缩短，有的用不了几年，有的只有几个月。越是新技术，包含的科学知识越密集。
高新技术就是包含密集科学知识的技术 。 现代科学的进步已经依赖最新的复杂技术装备的支持。现代科学与技术二者之间的界限变得越来越模糊不清。
特别是 在高科技领域,各门科学的研究需要紧密配合。如计算机科学技术的研究，离不开材料科学的配合。人工智能的研究，
必然要向认知科学、心理学、脑科学等领域延伸。
现在、科学与技术的关系已密不可分。科学技术化和技术科学化。成为现代科学技术的鲜明特征。
在高科技领域，研究的对象和课题大都具有多学科的特点，
各门科学的研究需要紧密配合。
技术一体化，是当代技术发展最有广阔前景的领域。
科学技术知识的综合化发展，实质上就是科学研究的集约化发展，这是把更合理地使用科学研究力量，作为在科技领域内以及在社会实践中更有成效地发挥科学研究成果的作用的途径，从理论上深入研究自然科学、技术和社会科学结合的机制和途径，
对我们在科学实践活动中组织自然科学家、工程技术专家和社会科学家们攻关协作，加强科技工作者和社会科学家的联盟具有现实的意义。
举例：光机电一体化技术 ——是当代技术发展最有广阔前景的领域，它由机械技术与激光、微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。它与传统的机械产品比较，主要有以下特征：
1,综合性与系统性光机电一体化是一门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。这种多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分如机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就需要取长补短，不断向理想化方向发展。其结果使原来各种技术扬长避短，更趋于合理。
2,多层次，覆盖面广光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之中，而且贯穿于工程系统设计之中。
从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔性加工系统；
从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件连续自动热处理生产线，到各种现代高速重型机械自动化生产线等，光机电一体化技术都有不同层次、覆盖面很广的应用领域。
对于工程系统，需成套地进行开发和制造。对于光机电一体化单机产品 (设备 )，应采用简繁并举、高低级并存的多层次发展途径。
可发展功能附加型的低级产品；也可发展功能替代型的中级产品；
还可发展机电融合型的高级产品，成为前所未有的新一代产品。
3,结构简化，方便操作光机电一体化技术可将过去靠机械传动链连接的各个相关动作部分，改用几台电机分别驱动，或用电力电子器件，或用电子电控装置进行相关动作控制来实现。因此，使机械结构大大简化，
甚至使有些机械结构,脱胎换骨,,产生了质的变化。光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节拍频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，能以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序。任何一台光机电一体化装置或系统各个相关传动机构的动作及功能协调关系，可由预设的程序一步一步地由电子控制系统指挥，如数控机床、柔性加工系统 (FMS)等。
有些光机电一体化装置，可实现操作全自动化，如工业机器人、
印制电路板数控高速钻床等。有些更高级的光机电一体化系统，
还可通过被控对象的数学模型以及根据任何时刻外界各种参数的变化情况，随机自寻最佳工作程序、动作程度和快慢以及协调关系，以实现最优化工作及最佳操作，例如微机控制的热连轧机钢板测厚自控系统、电梯群控系统、
智能机械人 等。
4,精度提高，功能增加光机电一体化技术使机械传动部件减少，因而使机械磨损及配合间隙等所引起的动作误差大大减小，同时由于采用了电子技术，反馈控制水平的提高并能进行高速处理，可通过电子自动控制系统精确地按预设量使相应机构动作，因各种干扰因素造成的误差，又可通过自控系统自行诊断、校正、补偿去达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。因而光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。电子技术的引入，
使产品面貌发生巨大变化，电子装置能按照人的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、
补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序、指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋于软件化和智能化。
5,高可靠性，高稳定性和高使用寿命传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，而发出由于可动摩擦、撞击、振动等引起的声响 (噪声 )，这显然影响装置的寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，
故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。有些光机电一体化产品甚至做到不需维修或者具有自诊断功能。
UT-2000c型变电站微机操作系统
6,开发上的知识密集性研制开发光机电一体化产品往往要涉及许多学 -科和专业知识，如数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、
电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等多门学科以及各门类的专业知识。比如人们很熟悉的静电复印机、
彩色印像机等，就是一种由机、电、光、磁、化学等多种学科和技术复合创新的新型产品。设计这类产品的工程技术人员对自身的知识结构提出更新更高的要求。
在机械技术中恰当地引入电子技术，产品的面貌和行业的面貌就可以迅速发生巨大变化。产品一旦实现光机电一体化，便具有很高的功能水平和附加价值，将给开发生产者和用户带来巨大的社会经济效益，从而造福于人民，有利于国家。
三、自然科学与社会科学的结合
自然科学、技术科学和社会科学之间相互渗透、相互交叉，
并通过这种交叉和渗透形成一批边缘学科或综合性学科。如控制论、信息论、系统论、技术经济学、技术美学、数理语言学、行为科学等。
过去一项技术的突破，带动整个生产建设的发展；而现在多项重大技术的突破，会同时作用于社会、政治、经济、文化、教育和科学。过去的技术只是通过生产劳动的变革来影响社会，而现在的技术是直接通过政治、文化、军事等多种渠道进入社会，
进一步控制社会和影响社会。过去的技术变革在很大程度上是扩展人的四肢功能，即体力的解放；而现在的技术则是扩展人的大脑功能，即脑力劳动的解放。
微机高速分析仪小麦联合收割机第二章 二十世纪物理学的三大成就
第一节 十九世纪物理学的巨大成就：
牛顿力学 概括了宏观低速物体的运动规律；
麦克斯韦电磁方程组 以简洁、优美的形式揭示了电磁、光现象的本质统一性； 热力学四定律 能够较完满地解释物质的宏观热现象和热运动规律。
1．牛顿力学 是以牛顿运动定律为出发点来研究质点系统的运动规律的科学。它以质点为对象，着眼于力的概念，在处理质点系统问题时，须分别考虑各个质点所受的力，然后来推断整个质点系统的运动。牛顿力学认为质量和能量各自独立存在，且各自守恒，它只适用于物体运动速度远小于光速的范围。
牛顿第一定律 ——一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律 —— F = ma
牛顿第三定律 —— F = - F 牛顿
2.麦克斯韦方程组 是描述电场与磁场的四个方程，其微分形式通常称为麦克斯韦方程。 在麦克斯韦方程组中，电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。
麦克斯韦方程组的积分形式：
麦克斯韦方程组的微分形式：
麦克斯韦热力学第零定律,
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡 (温度相同 )，则它们彼此也必定处于热平衡。
热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。这个定律反映出：处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。
热力学第一定律：
物体内能的增加量等于外界对物体所做的功 W和物体从外界吸收的热量 Q之和，即△ U=W+Q。
表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，系统与外界交换 能量,使内能有所变化。
另一种表述是,第一类永动机 是不可能造成的。
许多人幻想制造能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，
能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背能量守恒定律。
热力学第二定律：
① 克劳修斯 说法 ——不可能使热量由低温物体传递到高温物体,
而不引起其他变化,。
② 开尔文 说法 ——不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响。
人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种热机叫 第二类永动机 。
热力学第三定律：
不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。
热力学第三定律是对 熵 的论述，一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加的。
有序态的墒值最小,无序态的墒值最大,人的生命就是由有序态向无序态发展变化的过程，吃饭、看病就是向人的体内引入负熵流。
开尔文开尔文克劳修斯
第二节 揭开物理学革命序幕的三大发现
1,X射线的发现
1895年 11月 8日，德国著名物理学家威廉 ·康拉德 ·伦琴 在维尔茨堡首次发现 X射线。 X射线的发现揭开了 20世纪物理学革命的序幕。 x射线发现后，很快就在医学界得到应用。它为疾病的治疗提供准确的依据，使医学诊断水平大大提高。因此,x射线的发现，被誉为 19世纪末物理学的“三大发现”之一，伦琴也因此在 1901年成为诺贝尔物理学奖第一个获得者。
2．放射性的发现
1896年，法国物理学家 贝克勒尔 发现了铀盐具有放射性。
其后 居里夫妇 也投入了寻找其他放射性元素的工作，发现钍、
钋、镭等比铀更强的放射性元素。
人们把物质能够自发放出射线的性质叫做 放射性,把具有放射性的物质称为 放射性物质。
贝克勒尔 居里夫人 居里夫妇
α射线 是一种带电粒子流，由于带电，它所到之处很容易引起电离。 α射线有很强的电离本领，这种性质既可利用，也带来一定坏处，对人体内组织破坏能力较大，
由于其质量较大，穿透能力差，在空气中的射程只有几厘米。只要一张纸或健康的皮肤就能挡住。
β射线 是指当放射性物质发生 β衰变，所释出的高能量电子，其速度可达至光速的 90%。在 β衰变过程当中，放射性原子核通过发射电子和中微子转变为另一种核，产物中的电子就被称为 β粒子。在正 β衰变中，原子核内一个质子转变为一个中子，同时释放一个正电子；在“负
β衰变”中，原子核内一个中子转变为一个质子，同时释放一个电子，即 β粒子。
γ 射线,又称 γ 粒子流是一种。
波长短于 0.2埃的电磁波。首先由法国科学家 P.V.维拉德发现，是继 α,β 射线后发现的第三种原子核射线。 γ 射线是因核能级间的跃迁而产生，原子核衰变和核反应均可产生 γ 射线 。
γ 射线具有比 X射线还要强的穿透能力，当 γ 射线通过物质并与原子相互作用时会产生光电效应、康普顿效应和正负电子对三种效应。
原子核释放出的 γ 光子与核外电子相碰时，会把全部能量交给电子，使电子电离成为光电子，此即 光电效应 。由于核外电子壳层出现空位，将产生内层电子的跃迁并发射 X射线标识谱。
当 γ 光子的能量较高时，除上述光电效应外，还可能与核外电子发生弹性碰撞,γ 光子的能量和运动方向均有改变，从而产生 康普顿效应 。
当 γ 光子的能量大于电子静质量的两倍时，由于受原子核的作用而转变成正负电子对，此效应随 γ 光子能量的增高而增强。
γ 光子不带电，故不能用磁偏转法测出其能量，通常利用
γ 光子造成的上述次级效应间接求出，例如通过测量光电子或正负电子对的能量推算出来。此外还可用 γ 谱仪（利用晶体对
γ 射线的衍射）直接测量 γ 光子的能量。由荧光晶体、光电倍增管和电子仪器组成的闪烁计数器是探测 γ 射线强度的常用仪器。
3．电子的发现
1891年，爱尔兰物理学家 斯道尼 提出用“电子”命名电荷的最小单位。 1897年，英国物理学家 汤姆逊 指出，
电子的电荷与氢离子的电荷相等。它的质量为氢原子质量的 1/1770。 1912年，美国物理学家 密立根 设计了著名的油滴实验，精确地测定了 电子的电量
e=1.6021x10-19库仑 质量电子 m = 9.11x10-31千克。
密立根第二节 原子核物理学的建立
1．原子结构模型
1909年,卢瑟福 提出原子有核模型：原子中央是一个几乎占有全部原子质量的带正电的核，电子在核的周围绕核转动，核的半径较原子的半径较小得多。
卢瑟福
2．原子结构与基本粒子
1932年，德国物理学家 海森伯 提出由 质子 和 中子 构成原子核的理论。 1964年,盖尔曼 提出,夸克” 模型，我国则命名为,层子,。近代物理研究的最新成果表明，物质的最小构成单元不再是分子、原子，而是组成质子、中子的 夸克和轻子 。夸克共有 6种,
分别称为上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克、底夸克。
通常把比原子核更小的下一个层次的微小颗粒（如光子、电子、
μ子,π介子、中子、质子、超子等）统称为 基本粒子 。
盖尔曼海森伯物质 —分子 —原子 —原子核 +电子质子 +中子夸克 夸克
3．以太漂移问题与相对论的创立狭义相对论 的两条基本原理：
（ 1） 相对性原理 —— 物理规律在任何惯性参照系中都是一样的，不存在一种特殊的惯性系。
（ 2） 光速不变原理 —— 对任何惯性系，真空中的光速都相同。 C=2.99792458X10-8m/s
由狭义相对论的两条基本原理，可以得出四点推论：
① 一个物体相对于观察者静止时，它的长度测量值最大。如果它相对于观察者运动，则沿相对于运动方向上的长度要缩短，速度越大，缩短越多。
一句话,运动的尺子要缩短。该现象称为洛伦兹收缩 。
② 一只时钟相对于观察者静止时，它走的最快。如果它相对于观察者运动，它就走的慢，运动速度越大，
慢得越多。
一句话,运动的时钟变慢。
③ 在任何惯性系中，物体的速度都不能超过光速，
光速是物体运动的极限速度。
④ 如果物体运动速度比光速小得多，相对论力学就还原为牛顿力学。
2
2
0
1
c
v
m
m
m 运动质量
m0 静止质量
4．黑体辐射问题与量子论的创立若一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射，而毫无反射和透射，这种物体就成为,黑体,。
黑体辐射 是指黑体上发出的电磁辐射。
1900年，德国物理学家 普朗克 提出能 量子假说,
物体在发射和吸收辐射，能量是不连续变化的，这种分立变化不是随意的，它有最小的能量单元，该单元称为,能量子,，物体辐射和吸收的能量只能是“能量子”数值的 整数倍 。这种所取能量值是分立的现象称为能量的 量子化 。
普朗克黑洞模型
1905年,爱因斯坦 在普朗克假说的基础上提出了光子具有波粒二象性 的光量子假说。
其大意是,光子在传播过程中具有波动性，遵守波动规律；而在与物质相互作用时，又具有粒子性，遵守力学运动规律。
1923—— 1924年间，法国物理学家 德布罗意 又提出实物粒子也具有波粒二象性 。实物粒子的波动性称为 物质波。
1925年，德国物理学家 海森堡 创立了描述电子运动规律的矩阵力学。
1926年，奥地利物理学家 薛定谔 建立了物质波所满足的波动力学方程 —— 薛定谔方程。
矩阵力学和薛定谔方程统称为 量子力学 。
原子核物理学和粒子物理学的建立、狭义相对论、
量子力学是 20世纪物理学的 三大成就 。
第一章 科学技术是第一生产力 思考题
1．对科学的基本认识有几种，其内容是什么？
2．自然科学和社会科学有区别吗？有何区别？
3．什么是技术？什么是高新技术？
4．如何理解技术的基本要素？
5．科学与技术的区别与联系有哪些？
6．科学与技术的职能各是什么？
7．什么是对科学技术认识的三次飞跃？
8．如何增强全社会的科技意识？
9．如何理解“科学技术是第一生产力”？
10．现代科学技术的鲜明特征是什么？
第二章二十世纪物理学的三大成就 思考题
1．揭开物理学革命序幕的三大发现是什么？
2．谁发现了放射性元素？
3．谁设计了油滴实验，并精确地测定了电子的电量？
4．简述“卢瑟福的原子模型”内容。
5．生命体中的熵流是如何变化的？
6．狭义相对论的两条基本原理是什么？
7．狭义相对论中“时钟变慢” 是怎么回事？
8．何谓黑体？什么是黑体辐射？
9．谁提出了“光子的波粒二象性”，其内容是什么？
10.简述“普朗克能量子假说”的内容？
