科學技術(shù)概論

1、科學·文化·宗教 一、科學與偽科學1、偽科學：偽科學又稱疑似科學或類科學，是指任何宣稱為科學的，或描述方式看起來像科學，但實際上并不依照科學方法，缺少證據(jù)支持或似真性，或者缺少科學形式。2、巴納姆效應：心理學家Bertram R. Forer于1948年對學生進行一項人格測驗，并根據(jù)測驗結(jié)果分析。試后學生對測驗結(jié)果與本身特質(zhì)的契合度評分，（0分最低，5分最高），平均4.26。事實上，所有學生得到的“個人分析”都是相同的。3、eg：你企求受到他人喜愛卻對自己吹毛求疵。雖然人格有些缺陷，大體而言你都有辦法彌補。你擁有可觀的未開發(fā)潛能，尚未就你的長處發(fā)揮。你看似強硬、嚴格自律的外

2、表掩蓋著內(nèi)心的不安與憂慮。許多時候，你嚴重懷疑自己是否做了對的事情或正確的決定。你喜歡一定程度的變動并在受限時感到不滿。你為自己是獨立思想家自豪并且不會接受沒有充分證據(jù)的言論。但你認為對他人過度坦率是不明智的。有些時候你外向、親和、充滿社會性，有些時候你卻內(nèi)向、謹慎而沉默。你的一些抱負是不切實際的。4、解釋：人們會對于他們認為是為自己度身訂造的一些人格描述給予高度準確的評價，而這些描述往往十分模糊及普遍，以致能夠放諸四海皆準適用于很多人身上。（1）提出模棱兩可的命題，缺乏具體的測量標準。（2） 沒有操作流程的明確定義，來說明測量數(shù)據(jù)是如何取得的。 （3）沒有依照節(jié)儉性原則。（4）沒有適當?shù)目刂?/p>

3、對照組。（5） 沒有適當?shù)南薅l件。二、證實（testability）與證偽（falsifiability） 1、在面對某一種假設或規(guī)則時，人們更傾向于去證實它，而很少去證偽。三、what is not science? 1、過度依賴正面支持而拒絕質(zhì)疑或挑戰(zhàn)（1）無法容忍可能被證偽的情況；（2）不承擔反向舉證責任 2、缺乏開放性，不便其他專家驗證（1）在發(fā)表結(jié)果前逃避同行評議、共享數(shù)據(jù)；（2）“新聞發(fā)布會式科學研究” 3、科研過程的缺失（1）缺少得出證據(jù)過程的描述；（2）缺乏自我糾正 4、科學問題個人化（1）學霸作風，壓制不同看法，把批評者看作敵人；（2）聲稱批評者有某種陰謀或故意壓制其看法。

4、攻擊批評者的動機或人格。 5、使用誤導性的語言（1）使用表面上科學性的語言而讓非專業(yè)人士相信其科學性；（2）使用非常規(guī)的術(shù)語描述常規(guī)現(xiàn)象或事物。 四、不是科學，但也不是偽科學1、科學是人類的知識體系之一，但不是唯一的知識體系。在科學之外，還有很多有用的知識，它們并不屬于偽科學。（1）沒有經(jīng)過完整歸納、驗證的知識，無法納入科學體系，但并不是偽科學。例如日常生活的經(jīng)驗和直覺。（2）科學之外的其他知識體系，不能以偽科學來評判。例如文學、藝術(shù)體系，不適合用科學、偽科學來評價?？臻g技術(shù)一、空間：人類的第四環(huán)境 1、人類逐步擴展的活動范圍：陸地、海洋、大氣層(稠密空間)、外層空間 2、“天” (外層空間簡

5、稱外空) 的兩種理解：（1）地球大氣層以外的無限遙遠空間稱之為“天”；（2）地球大氣層外、太陽系以內(nèi)的有限空間叫做“天” 3、進入第四環(huán)境需要克服的難關(guān)：（1）克服地球甚至太陽系的萬有引力；（2）克服真空；（3）適應劇烈變化的溫度環(huán)境；（4）防止有害輻射。 4、第四環(huán)境中蘊藏著的空間資源，僅就近地的外空領(lǐng)域來看，可利用的空間資源就有：（1）相對地面的高位置資源；（2）微重力環(huán)境資源；（3）高真空、高潔凈環(huán)境資源；（4）超低溫資源；（5）太陽能資源；（6）月球及其行星資源等。2、 空間技術(shù)：鋪向通天路 1、空間技術(shù)：探索、開發(fā)和利用太空以及地球以外天體的綜合性工程技術(shù)高度綜合的技術(shù)。 2、航天：

6、地球大氣層以外、太陽系以內(nèi)的空間活動 3、航宇：超出太陽系以外的空間活動 4、空間技術(shù)：涵蓋航天技術(shù)和航宇技術(shù) 5、目的：利用空間飛行器作為手段來研究發(fā)生在空間的物理、化學和生物等自然現(xiàn)象。 6、空間技術(shù)的主要特點：（1） 空間技術(shù)是一門高度綜合性的科學技術(shù)，是很多現(xiàn)代科學和技術(shù)成就的綜合集成。它主要依賴于電子技術(shù)、自動化技術(shù)、遙感技術(shù)和計算機技術(shù)等眾多先進技術(shù)的發(fā)展。因此，一個國家空間技術(shù)的成就，最能體現(xiàn)其科學技術(shù)的水平，是衡量其科技實力的重要標志。（2）空間技術(shù)是一門快速的、大范圍的、在宏觀尺度上最能發(fā)揮作用的科學技術(shù)。比如，通信衛(wèi)星可以大面積覆蓋地面以至全球；氣象衛(wèi)星可以進行全球天氣預報

7、；偵察衛(wèi)星可以及時監(jiān)視廣大地區(qū)的軍事活動等等。 7、空間技術(shù)的作用：（1）全波段天文觀測 (擺脫了大氣層阻礙，可以接收到來自宇宙天體的全部電磁輻射信息)；（2）實現(xiàn)對空間環(huán)境的直接探測以及對月球和太陽系大行星的逼近觀測和直接取樣觀測；（3）迅速而大量地收集有關(guān)地球大氣、海洋和陸地的各種各樣的電磁輻射信息，直接服務于氣象觀測、軍事偵察和資源考察等方面；（4）實現(xiàn)全球衛(wèi)星通信、廣播、導航和大地測量(衛(wèi)星作為空間無線電中繼站)；（5）在航天器上進行各種重要的科學實驗研究(利用空間高真空、強輻射和失重等特殊環(huán)境) 8、空間技術(shù)的意義：（1）空間技術(shù)使人類進入第四環(huán)境：在月球、火星和小行星等天體上，有豐

8、富的行星際空間，有真空資源、輻射資源、大溫差資源，那里的太陽能利用效率也比在地球上高得多。利用航天器的飛行，還可派生出軌道資源和微重力資源等。（2）使現(xiàn)代通信技術(shù)躍入嶄新時代：解決了地面遠距離、短波和地面微波通信易受干擾成本高的問題。目前2/3以上的洲際通信由通信衛(wèi)星承擔。（3）為經(jīng)濟發(fā)展帶來美好前景：利用空間技術(shù)的遙感遙測可以廣泛地開展對土地、森林、水、礦產(chǎn)、海洋等資源的普查。利用氣象衛(wèi)星國土資源衛(wèi)星可以預報自然災害。利用空間技術(shù)進行“航天育種”使經(jīng)過太空“處理”回到地上種植的農(nóng)作物種子不僅變異頻率高幅度大、變異性狀可以遺傳、而且變異穩(wěn)定。三、空間技術(shù)的原理 1、萬有引力和宇宙速度（1）萬有

9、引力定律： （2）第一宇宙速度(7.9km/s)： 使物體繞地球作圓周運動 （3）第二宇宙速度(11.2km/s): 擺脫地球引力束縛，飛離地球（4）第三宇宙速度(16.7km/s): 擺脫太陽引力束縛，飛離太陽系 2、反作用推力和運載火箭 >1500km高空， r空氣分子=3.2×1010/3, 浮力太小。1903年齊奧爾科夫斯基提出火箭公式 v為終速, vP噴氣速度, M0為原始質(zhì)量, M為所剩質(zhì)量 3、多級火箭接力辦法:在火箭垂直發(fā)射時，讓最下面一級先工作，完成任務后脫離，接著啟動上面一級，進一步提高速度。 4、太空軌道和航天器的運行：低軌道衛(wèi)星一般直接入軌，即火箭連續(xù)工

10、作，當最后一級火箭發(fā)動機關(guān)機時，衛(wèi)星就可進入預定軌道。中、高軌道衛(wèi)星常?；腥胲?。其發(fā)射軌道由火箭發(fā)動機工作時的主動段、發(fā)動機關(guān)機后靠慣性飛行的滑行段和發(fā)動機兩次工作時的加速段組成。地球靜止軌道衛(wèi)星常常采用過渡轉(zhuǎn)移軌道入軌。四、 空間技術(shù)的三大組成部分（航天器、運載器、地面測控系統(tǒng)） 1、航天系統(tǒng)：運載器、航天器、發(fā)射場和回收設施、航天測控、數(shù)據(jù)采集網(wǎng)和用戶臺站(網(wǎng))等互相配合, 協(xié)調(diào)工作，共同組成的系統(tǒng)。 2、航天器(亦稱空間飛行器、太空飛行器)：飛向宇宙空間或在宇宙空間飛行的所有裝置的統(tǒng)稱。按應用分：無人航天器載人航天器衛(wèi)星式，登月式人造衛(wèi)星(繞地運行) 空間探測器 人造飛船空間站航天飛機

11、 科學衛(wèi)星應用衛(wèi)星技術(shù)試驗衛(wèi)星探月球探行星 3、航天器分類：（1）按原理分：近地軌道宇宙飛行器；行星際宇宙飛行器（2）按應用分： 4、航天器分成兩個艙:（1）標準化公用艙（2）專用設備艙 5、航天器現(xiàn)階段采用的三種電源(帶動所攜帶的各種設備)（1）太陽能電池(多用于不載人的航天器)（2）化學能電池(載人航天器上通常用燃料電池,有時則為燃料電池與太陽電池的組合)（3）核能電池 (美國的深空探測器“先驅(qū)者”號和“旅行者”號用了小型的核反應堆提供電源) 6、人造衛(wèi)星 7、探測器：（1）研制和發(fā)射行星際探測器的主要目的: 對月球及太陽系內(nèi)各行星進行系統(tǒng)考察與研究（2）行星際探測器主要采用三種飛行方法：

12、從目的星旁飛過；繞目的星運轉(zhuǎn), 成為目的星的衛(wèi)星；穿過目的星周圍大氣層，在目的星上著陸（分硬著陸和軟著陸）。 8、載人研究經(jīng)過三個階段：第一，把人送入地球軌道并安全返回；第二，發(fā)展載人空間基本技術(shù)，如軌道機動飛行、交匯、對接以及考察宇航員出艙活動能力等；第三，發(fā)展小型實驗性空間站，進一步考察人在長期空間條件下的生活和工作能力。 9、人造飛船 10、空間站：（1）空間站的主要任務：研究人對空間環(huán)境的適應能力；控測天體、觀察地球、試制新材料和進行生物學試驗等（2）空間站的主體結(jié)構(gòu)：生活艙；工作艙(儀器設備艙)；服務艙；對接艙 11、航天飛機：航天飛機是一種多用途航天器。它能滿足發(fā)射、修理和回收衛(wèi)星

13、以及運送人員、物資等需要，可多次重復使用，顯著降低了運載成本。它的出現(xiàn)是航天技術(shù)發(fā)展的一次飛躍，代表了載人航天器的發(fā)展方向。 12、運載器：人造天體或宇宙飛船運送到預定軌道上去的火箭 13、按不同飛行任務，運載火箭分三類：(1) 探空火箭: 攜帶儀器射向高空進行大氣測量 (2) 彈道式導彈: 攜帶各種彈頭打擊敵方目標 (3) 衛(wèi)星(飛船)運載器: 把衛(wèi)星或飛船送上軌道 14、地面測控系統(tǒng)：地面對航天器進行跟蹤、遙控和保持通信聯(lián)系 。精確測量飛行器的姿態(tài)和軌道參數(shù)，并隨時調(diào)整它的姿態(tài)偏差。5、 航天工程的主要發(fā)展方面 1、開發(fā)月球：（1）地球上已有的各種元素月球上都有，而地球上沒有氦-3的儲量相

14、當豐富，可用作核聚變的原料。（2）研究從近地空間擴展到遠地空間，從內(nèi)行星擴展到外行星，對太陽系所有行星進行跟蹤觀測。（3）進一步掌握有關(guān)行星大氣、行星上火山和地質(zhì)學方面的知識，為認識太陽系演化理論、生命起源等基本問題增添新內(nèi)容。（4）研究高能天體，有可能找到新能源。 2、建立太空城：在地球和月球引力平衡的空間建造巨大的轉(zhuǎn)輪，本身自轉(zhuǎn)，以使在其內(nèi)產(chǎn)生慣性力場，即人造重力效果。（1）材料：主要來自小行星（2）電力：來自太陽 3、 建立空間發(fā)電站：若用空間太陽能發(fā)電，可獲得相當于目前世界發(fā)電總量5萬倍以上的電力?？臻g發(fā)電站組成：太空部分 太陽能發(fā)電衛(wèi)星(在比地面上高4-5倍的空間地球同步軌道上建立太

15、陽能電站。)地面部分 接收電站。 4、建立空間工廠：利用外層空間特殊的環(huán)境和條件(如高真空、強輻射和航天器產(chǎn)生的零重力)加工生產(chǎn)某些性能優(yōu)異的新材料、新產(chǎn)品的大型航天器。太空工廠生產(chǎn)任務兩種類型: (1) 利用零重力、高真空的空間環(huán)境，生產(chǎn)地球上急需的優(yōu)質(zhì)大型單晶體、火箭和航天用器的高強度復合材料、光學儀器用高級玻璃、原子反應堆用的耐高溫金屬材料及高純度藥品等。(2) 開發(fā)月球或其他行星上的原材料，生產(chǎn)空間用的大型結(jié)構(gòu)，如光學與射電天文觀測儀器、遠空間研究實驗室、太陽能發(fā)電站和永久性空間住宅等。 5、建立太空農(nóng)場：（1）美、日、歐21世紀太空計劃重點研究項目：植物在密封太空艙內(nèi)進行長期實驗。（

16、2）太空農(nóng)場可能建成球冠狀，利用其外面可以轉(zhuǎn)動的反射鏡調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，從而使植物處于像地球上的生長環(huán)境一樣。（3）太空農(nóng)場種植莊稼，無需除草和噴灑農(nóng)藥，所以沒有污染，生產(chǎn)出的蔬菜和水果非常潔凈。 6、尋找地外文明：宇航專家們預測，未來的某一天，帆飛船將踏上飛往另一顆恒星的旅程。這將需要邊長1000米、密度每平米0.1克的帆。此外，還需要建造一個強力激光器或微波源，為飛船提供輔助能量。飛船將依靠繞地球軌道運行的、比太陽光強6倍的強力激光器和一個置于土星和海王星間的面積為得克薩斯州大小的巨型聚焦透鏡提供能量。這樣飛船即可在太空以1/10光速的速度飛行，在40年時間內(nèi)即可到達距我們最近的阿爾法半人馬座

17、恒星。材料科學一、材料的發(fā)展過程 1、天然材料（natural materials）：（1）生物材料（Biotic materials）；（2）無機材料（Inorganic materials）；（3）其他天然材料（ Other natural materials. ） 2、燒煉材料（Firing and puddling materials）：（1）陶瓷（china）；（2）青銅器（bronze ware）；（3）鐵器（ironware） 3、合成材料（synthetic material）：（1）合成塑料（synthetic plastics）；（2）合成纖維（synthetic fibe

18、r）；（3）合成橡膠（synthetic rubber） 4、可設計材料（materials for design）：（1）復合材料(composite materials)：將多種材料進行有效復合得到的材料，可提供單一材料難以擁有的性能纖維增強型復合材料顆粒彌散復合材料梯度功能復合材料；（2）復合材料的性能特點比強度和比模量高抗疲勞和破斷安全性好高溫性能優(yōu)良減振性能好（3）常見復合材料：玻璃纖維復合材料-玻璃鋼（用途：玻璃纖維/尼龍軸承，軸承架，齒輪；玻璃纖維/聚苯乙烯汽車內(nèi)裝飾制品，機殼。）碳纖維復合材料（用途：航天材料-飛行器，火箭外層材料，天線支架，殼體，機架 ,齒輪，軸承，活塞，密封

19、圈，化工容器）硼纖維復合材料（應用：航空和宇航材料，如：翼面，儀表盤，轉(zhuǎn)子，葉片，直升機螺旋槳葉的傳動軸、火箭）芳綸纖維顆粒增強材料 5、智能材料：智能材料：隨環(huán)境、時間的變化改變自己的性能或形狀的材料。智能材料三維結(jié)構(gòu)：塊狀、微球狀二維結(jié)構(gòu)：薄膜狀一維結(jié)構(gòu)：纖維狀準零維結(jié)構(gòu)：納米粒子狀2、 材料的分類 1、 金屬材料（metal materials）（1）近30年來發(fā)展十分迅速.（2）準晶、定向共晶合金、微晶、納米晶體、薄膜、新型合金等。（3）在電性、強度、耐腐蝕性方面取得很大的進展。（4）分類非晶態(tài)金屬 合金材料超導金屬材料 減振隱聲金屬 2、非金屬材料（nonmetal material

20、s）：（1）陶瓷材料（2）玻璃（3）水泥 3、高分子合成材料：（1）化學纖維（2）橡膠（3）樹脂 4、復合材料：（1）樹脂基復合材料 （2）金屬基復合材料 （3）陶瓷基復合材料 （4）碳/碳基復合材料 5、功能材料：（1）功能材料的特點多功能化材料與元件一體化制造和應用的高技術(shù)性材料形態(tài)多樣性（2）電子信息材料（3）磁性材料（4）液晶（5）導電塑料和電子陶瓷（6）超導材料（7）納米材料 6、納米材料：（1） 納米科學技術(shù)(Nano-ST):20世紀80年代末期剛剛誕生并正在崛起的新科技，是研究在千萬分之一米(107)到十億分之一米(109米)內(nèi)，原子、分子和其它類型物質(zhì)的運動和變化的科學；同時

21、在這一尺度范圍內(nèi)對原子、分子等進行操縱和加工的技術(shù)，又稱為納米技術(shù)。（2）納米科技的主要研究內(nèi)容:創(chuàng)造和制備優(yōu)異性能的納米材料、制備各種納米器件和裝置、探測和分析納米區(qū)域的性質(zhì)和現(xiàn)象。（基礎(chǔ)，目標，前提） 7、納米材料與傳統(tǒng)材料的主要差別：第一、這種材料至少有一個方向是在納米的數(shù)量級上。比如說納米尺度的顆粒，或者是分子膜的厚度在納米尺度范圍內(nèi)。第二、由于量子效應、界面效應、表面效應等，使材料在物理和化學上表現(xiàn)出奇異現(xiàn)象。比如物體的強度、韌性、比熱、導電率、擴散率等完全不同于或大大優(yōu)于常規(guī)的體相材料。 8、納米材料大致可分為五類：（1）納米粉末又稱為超微粉或超細粉，一般指粒度在100納米以下的粉

22、末。用于：高密度磁記錄材料；吸波隱身材料；磁流體材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高韌性陶瓷材料；人體修復材料；抗癌制劑等等；（2）納米纖維指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料?？捎糜冢何Ь€、微光纖材料、發(fā)光二極管材料等；（3）納米膜納米膜分為顆粒膜與致密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極為細小的間隙的薄膜。致密膜指膜層致密但晶粒尺寸為納米級的薄膜?？捎糜冢簹怏w催化（如汽車尾氣處理）材料；過濾器材料；平面顯示器材料；超導材料等。（4）納米塊體是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結(jié)晶而得到的納米晶粒材料。用途：超高強度材料；智能金屬材料等。（5）納米相分離液體磁性液體是由超細微粒包覆一層長鍵的有機表面活