科学素养的重要性及发展历程

第五章　科学素养

自然科学是以自然为研究对象的科学。它经历了漫长的萌芽、发育和发展时期，至今，已经形成了众多并趋成熟的学科体系。科学文化素养是各级各类教师的必备素养之一。

第一节　化　学

一、化学发展简史

（一）化学的萌芽时期

从远古到公元前1500年，人类学会在熊熊的烈火中由黏土制出陶器、由矿石烧出金属，学会从谷物酿造出酒、给丝麻等织物染上颜色，等等。这些都是在实践经验的直接启发下经过长期摸索而来的最早的化学工艺，但还没有形成化学知识，只是化学的萌芽时期。

（二）炼丹和医药化学时期

约从公元前1500年到公元1650年，炼丹家和炼金术士们为求得长生不老的仙丹或象征富贵的黄金，开始了最早的化学实验，积累了许多物质发生化学变化的条件和现象，为化学的发展积累了丰富的实践经验。在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了“化学”这个名词。英语的chemistry起源于alchemy，即炼金术。chemist至今还保留有两个相关的含义：化学家和药剂师。

（三）燃素化学时期

从1650年到1775年，是近代化学的孕育时期。随着冶金工业和实验室经验的积累，人们总结感性知识，进行化学变化的理论研究，使化学成为自然科学的一个分支。这一阶段开始的标志是英国化学家波义耳为化学元素指明科学的概念。继之，化学又借燃素说从炼金术中解放出来。在燃素说流行的100多年间，化学家为解释各种现象做了大量的实验，发现多种气体的存在，积累了更多关于物质转化的新知识。特别是燃素说，认为化学反应是一种物质转移到另一种物质的过程，化学反应中物质守恒，这些观点奠定了近代化学思维的基础。这一时期，不仅从科学实践上，还从思想上为近代化学的发展作了准备。

（四）定量化学时期

从1775年到1900年，是近代化学发展的时期。1775年前后，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期，使化学沿着正确的轨道发展。19世纪初，英国化学家道尔顿提出近代原子学说，接着意大利科学家阿伏伽德罗提出分子概念。自从用原子—分子论来研究化学，化学才真正被确立为一门科学。这一时期，建立了不少化学基本定律。俄国化学家门捷列夫发现元素周期律，德国化学家李比希和维勒发展了有机结构理论，这些都使化学成为一门系统的科学，也为现代化学的发展奠定了基础。

（五）科学相互渗透时期

从20世纪初开始，是现代化学时期。20世纪初，物理学的长足发展，各种物理测试手段的涌现，如光学分析法、极谱法、色谱法、质谱法等，促进了溶液理论、物质结构、催化剂等领域的研究，尤其是量子理论的发展，使化学和物理学有了更多共同的语言，解决了化学上许多未解决的问题，物理化学、结构化学等理论逐步完善。同时，化学又向生物学和地质学等学科渗透，使过去很难解决的蛋白质、酶等结构问题得到深入的研究，生物化学等得到快速的发展。

二、化学基本概念与理论

（一）物质的组成、性质和分类

所有的物质都是由元素组成的。从微观来看，分子、原子、离子是构成物质的最基本的微粒。原子间结合可形成分子，也可直接形成原子晶体。金属晶体也可看成是由金属原子构成的物质，实际上是由金属阳离子和自由电子通过金属键结合而成的。离子是带电的原子或原子团，由阴阳离子结合而构成的化合物属于离子化合物，其晶体属于离子晶体。

物质的性质是由它的结构决定的。物质的性质通过自身的变化表现出来。物理性质指没有发生化学反应就表现出来的性质，例如物质颜色、状态、溶解性、气味、熔点、沸点、导电性、导热性、密度、硬度等，可以通过观察法和测量法来研究的性质。化学性质指物质在发生化学变化时才表现出来的性质，如酸性、碱性、氧化性、还原性、热稳定性等。

物质根据其组成和性质，可分为纯净物和混合物。纯净物指的是由同种分子构成，有固定的组成和熔沸点。纯净物根据组成元素种类，又可细分为单质和化合物。单质指同种元素组成的纯净物，又可细分为金属、非金属和稀有气体。化合物指由两种或两种以上元素组成的纯净物，分为无机化合物和有机化合物。无机化合物又可分为酸、碱、盐、氧化物。

（二）化学中常用计量

化学中常用计量指围绕物质的量展开的计算。物质的量（n）是国际单位制中7个基本物理量之一，它表示物质所含的微粒个数，它的单位是摩尔（mo ）。它可以与微粒数（N）、物质质量（m）、阿伏伽德罗常数（NA）、在标准状态下气体的摩尔体积（Vm）、溶液的浓度（c）之间进行换算，在高中化学计算中起桥梁作用。常用公式如下：n m/M，n N/NA，n V/Vm，n cV。

（三）化学反应基本类型

化学反应从电子转移角度可分为氧化还原反应和非氧化还原反应。有电子转移的反应是氧化还原反应，它的特征是元素的化合价发生变化。得电子的物质为氧化剂，具有氧化性，发生还原反应；失电子的物质为还原剂，具有还原性，发生氧化反应。

从化合价来判断，一般最高正价的元素只能表现氧化性，而最低负价的元素只能表现还原性。物质之间的反应遵循以下规律：

强氧化剂+强还原剂→弱还原剂（还原产物）+弱氧化剂（氧化产物）

在氧化还原反应中，遵循电子守恒的原则，即氧化剂得电子总数 还原剂失电子总数。

化学反应基本类型可分为化合反应、分解反应、置换反应、复分解反应。

有离子参加的化学反应称为离子反应，包括两大类：①复分解反应，需要满足复分解反应的发生条件，一般情况下，向离子浓度减小的方向进行；②氧化还原反应，强氧化剂与强还原剂反应，生成弱氧化剂和弱还原剂。

（四）分散系

按照分散系分散使粒子直径大小不同，将分散系分为浊液、胶体和溶液。溶液中微粒的直径小于1nm，浊液中微粒的直径大于100nm，胶体中微粒的直径为1～100nm。胶体的主要性质有丁达尔现象、布朗运动、电泳和凝聚。

（五）物质结构

1.原子结构

原子由带正电的原子核和带负电的核外电子构成。原子核所带正电荷等于核外电子所带的负电荷，因此整个原子呈电中性。原子核由质子和中子构成，每个质子带一个单位正电荷，中子不带电。原子的核电荷数 质子数 核外电子数 原子序数。质子数与中子数之和为质量数，质子数写在元素符号的左下角，质量数写在元素符号的左上角。质子数相同而中子数不同的原子互为同位素。如，H元素有3种同位素：1H，2H，3H，C有3种同位素：12C，13C，14C，C 有两种同位素：35C ，37C 。同位素原子的化学性质几乎完全相同；另外，同一元素的各种同位素在自然界中的含量是不变的。由于有些元素有多种同位素原子，因此，元素的种类一定小于原子的种类。

原子核外电子的能量是不同的，按照能量由低到高的顺序分别排列在离核由近到远的空间，每个电子层最多容纳电子的数目为2n2个，且最外层不超过8个电子，次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。

2.化学键

化学键指相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用。主要类型有离子键和共价键。离子键指阴阳离子间通过强烈的静电作用所形成的化学键。活泼金属与活泼非金属化合时，可形成离子键。离子化合物中一定含有离子键。共价键指原子间通过共用电子对所形成的化学键。这里又根据共用电子对是否偏向成键的某一种原子分为极性键和非极性键。若共用电子对在同种原子之间形成，不偏向任何一个原子，则为非极性共价键，反之为极性共价键。共价键有键长、键能、键角等参数，键长越大，键能越小。共价键既可存在于离子化合物中，也可存在于共价化合物中，但共价化合物一定不含离子键。

3.晶体

经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体称为晶体。晶体根据其组成的微粒和微粒间相互作用的不同分为4种：离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体。

离子晶体是由阴、阳离子通过离子键结合而成，熔沸点较高，硬度较大。在离子晶体中，没有单个的分子，因此其化学式实际为比例式。

分子晶体是由分子通过范德华力结合而成的，熔沸点较低，硬度较小。对于结构相似的分子晶体，分子量越大，熔沸点越高。分子晶体的物理性质主要受范德华力影响，它发生状态变化时，仅仅是范德华力被破坏，而没有影响到分子内原子间的共价键。

原子晶体是由原子直接通过共价键形成的具有空间网状结构晶体，如金刚石、晶体硅和二氧化硅，它的熔沸点很高，硬度很大，不导电。原子晶体中没有单个的分子，其化学式是比例式而非分子式。

（六）元素周期律和周期表

元素的性质随原子序数的递增而呈周期性变化的规律称为元素周期律。元素 性质（主要包括原子半径、元素的主要化合价、化学性质等）的周期性变化是元素原子核外电子排布周期性变化的结果。周期律的发现揭示了众多元素之间的内在联系，体现了量变到质变的规律。

元素周期表是周期律的表现形式。将电子层数相同的元素，按原子序数递增的顺序从左到右排成一个横行，称1个周期；将最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序由上而下排成纵行，称为1个族。周期表中共有7个周期，前3个为短周期，四、五、六为长周期，第七周期为不完全周期，各周期含有元素的数目依次为2，8，8，18，18，32，元素所在周期数等于该元素原子核外的电子层数。周期表中共有18列，其中有7个主族、7个副族、一个第Ⅷ族、一个0族。主族元素所在的族数等于该元素的最外层电子数。周期表的结构可以简单概括成下面的内容：七主七副七周期，Ⅷ族0族镧锕系。

元素原子的结构与元素的性质及它在周期表中的位置密切相关。原子的电子层数和最外层电子数分别决定它在第几周期，第几主族。主族元素的族数 元素的最高正价 最外层电子数。同一周期的元素，电子层数相同，核电荷数增大，核对外层电子的吸引力增强，因此，同一周期从左到右，金属性减弱，非金属性增强，表现在物质及其化合物的性质方面则是：①最高价氧化物对应水化物的碱性减弱，酸性增强；②非金属氢化物的稳定性增强，还原性减弱。同一主族的元素，最外层电子数相同，电子层数递增，核对外层电子的吸引逐渐减弱，因此得电子能力减弱，失电子能力逐渐增强。因此同一主族，从上到下，元素的非金属性减弱，金属性增强，表现为最高价氧化物对应水化物的酸性减弱，碱性增强，金属与水或酸生成H2的反应越来越剧烈。

（七）化学反应速率，化学平衡

化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示，计算公式为：。

影响化学反应速率的最主要的因素是物质自身的性质。此外，也受浓度、压强、温度、催化剂的影响。当其他条件不变时，增大反应物的浓度，反应速率加快。而固体和纯液体的浓度可视为常数，它们的量的变化对速率的影响可忽略。对于有气体参加的反应，增大压强，容器体积缩小，相当于增大气体的浓度，反应速率加快。如果是固体或液体物质起反应时，改变压强对浓度的影响很小，因此认为不影响它们的反应速率。一般情况下，升高温度都能使反应速率加快，无论反应放热还是吸热，只不过放热反应增大得少，而吸热反应增大得多而已。催化剂可以同等程度地改变正、逆反应的速率，但不能改变反应进行程度，即不能使原本不能发生的反应变成可能。

化学平衡是针对可逆反应而言。在一定条件下的可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成分的质量分数保持不变，这个状态就称为化学平衡状态。

当反应达到平衡状态时，因为 ，单位时间里各物质生成和消耗的速率是相等的，因此，各反应物和生成物的浓度保持不变，且各物质的百分含量保持不变，但是反应并没有停下来，只不过从宏观上看，各物质的量不变而已，因此化学平衡是动态平衡。化学平衡状态可以从正反应、逆反应，或中间任一状态出发达到，与反应的途径和投料方式无关，只与投入物料的多少有关。

化学平衡只有在一定条件下才能保持平衡，若一个可逆反应达到平衡状态后，反应条件（如浓度、温度、压强等）改变了，平衡混合物里各组成物质的质量分数也随之改变而达到新的平衡状态，这叫做化学平衡的移动。影响平衡的因素主要有浓度、压强、温度等因素，归纳为一句话，就是勒沙特列原理：如果改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。化学平衡移动的实质是外界条件的改变使得v正≠v逆，然后在新的条件下，正、逆反应速率又趋于相等。催化剂能同等程度地增大正、逆反应的速率，因此不能使平衡移动。

（八）电解质溶液

1.电解质的概念

凡在水溶液中或熔化状态下能导电的化合物称为电解质，在上述两种状态都不能导电的化合物称为非电解质。能否电离是电解质与非电解质的本质区别。根据电解质电离是否完全分为强电解质和弱电解质。强电解质在水溶液中完全电离，全部以离子形式存在，它的电离方程式用“”来表示；弱电解质在溶液中部分电离，主要以分子形式存在，电离方程式用“”表示。

2.弱电解质的电离平衡

在一定条件下（温度、浓度），弱电解质离解成离子的速率与离子结合成分子的速率相等时的状态称为弱电解质的电离平衡。电离平衡与化学平衡相似，也是动态平衡，条件改变时平衡被破坏。电离是吸热过程，因此升温，电离平衡正向移动。多元弱酸分步电离，以第一步电离为主。

决定电离度的因素是电解质自身的性质。相同条件下，电解质越弱，电离度越小。另外，稀释和加热也会使电离度增大。

3.水作为一种极弱的电解质，具有弱电解质的特性

酸、碱、盐（能水解的盐）都会破坏水的电离平衡。酸和碱由于提供H+和OH-，因此抑制水的电离，而能水解的盐会促进水的电离。但无论哪种情况，由水所电离出的c（H+）与c（OH-）总是相等的。在一定温度下的水溶液中，c（H+）与c（OH-）的乘积为一个常数。

KWc（H+）c（OH-）称为水的离子积常数，在常温下，KW1×10-14，在任何水溶液中c（H+）与c（OH-）都同时存在，溶液的酸碱性可用c（H+）与c（OH-）的 相对关系表示：

中性溶液：c（H+）c（OH-）；

酸性溶液：c（H+）＞c（OH-）；

碱性溶液：c（H+）＜c（OH-）。

为了方便表示溶液的酸碱性的强弱，引入pH的表示法，pH - gc（H+）。

4.盐类的水解

盐类的水解是溶液中盐的弱离子与水电离出的H+或OH-生成弱电解质的过程，从而破坏水的电离平衡，使溶液显示出不同程度的酸碱性。盐的水解反应是中和反应的逆反应，通常是微弱的。水解是吸热反应，因此升温有利于水解。盐的水解程度主要由盐自身的性质决定，强酸强碱盐不水解，谁弱谁水解，谁强显谁性。有些弱酸的酸式盐，在溶液中既存在电离平衡，又存在水解平衡，这时要比较电离和水解程度的大小，如NaHSO3，NaH2PO4等，电离程度大于水解程度，溶液显酸性；如NaHCO3，Na2HPO4，NaHS等，水解程度大于电离程度，溶液显碱性。

5.原电池的构成条件

原电池是将化学能转化为电能的装置，它的构成条件为：①有两种不同的金属（或有一种为非金属导体，如C棒）；②以导线相连或接触；③浸入电解质溶液中，形成闭合回路。它的电极称为负极和正极。负极是电子流出的一极，负极上还原剂失电子发生氧化反应；正极是电子流入的一极，正极上氧化剂得电子发生还原反应。原电池应用于产生电能外，金属的腐蚀也符合原电池反应的原理。金属的腐蚀是指含有杂质的金属在潮湿的空气中形成微型的原电池而被氧化的过程。在酸性较强条件下发生析氢腐蚀，电极反应式如下：负极：，正极：。在酸性较弱或中性条件下发生吸氧腐蚀，电极反应式如下：负极：，正极：。

对于原电池来讲，电池的总反应式应为正、负两极电极反应式的加和。

6.电解池是将电能转变为化学能的装置

电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程称为电解。构成电解池的条件有外接直接电源、电极和电解质溶液。与电源正极相连的电极叫阳极，阳极上发生氧化反应，与电源负极相连的叫阴极，阴极上发生还原反应。当电解池通电时，溶液中的离子发生定向移动，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。若阳极是惰性电极（石墨或金属铂），则依照阴离子还原性强弱，放电由易到难：S2-＞I-＞Br-＞C -＞OH-＞＞＞F-。若其他金属作阳极，则金属电极本身优先放电，在阴极按照阳离子氧化性强弱，放电由易到难：Ag+＞Cu2+＞H+（酸）＞Fe2+＞Zn2+＞H+（水）＞A 3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+，因为水溶液中都有H+和OH-，因此一般情况下，离子放电顺序中在H+，OH-之后的就都不放电了。电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，电镀液选择含有镀层金属的阳离子的溶液。精炼是以纯金属为阴极，粗金属为阳极，电解含金属阳离子的盐溶液，阳极 粗金属溶解，阴极有纯金属析出。

三、化学研究方法

（一）研究物质性质的基本程序

1.研究物质性质的内容

物质性质包括物质的物理性质、化学性质、物质的通性和特性。

2.研究物质性质的基本程序

观察物质的外观性质；对物质的性质进行预测（猜想或假设）；设计并实施实验来验证所作的预测，通过对实验现象的观察和分析，归纳出与预测相一致的性质，并对实验中所出现的特殊现象进行进一步的研究；对实验现象进行分析、综合、推论，概括出物质的通性和特性。

3.化学探索过程中的模型与假说

（1）关于模型。模型是以客观事实为依据建立起来的，是对事物及其变化的简化模拟。模型一般可分为物体模型和思维模型两大类。

（2）关于假说。假说是以已有事实材料和科学理论为依据，面对求知事实或规律所提出的一种推测性说明。假说提出后须得到实践的证实，才能成为科学理论。

（二）研究物质的实验方法

1.溶液的配制

（1）配制溶质质量分数一定的溶液。

计算：算出所需溶质和水的质量。把水的质量换算成体积。如溶质是液体时，要算出液体的体积。

称量：用天平称取固体溶质的质量；用量筒量取液体溶质、水的体积。

溶解：将固体或液体溶质倒入烧杯里，加入所需的水，用玻璃棒搅拌使溶质完全溶解。

（2）配制一定物质的量浓度的溶液。

计算：算出固体溶质的质量或液体溶质的体积。

称量：用托盘天平称取固体溶质质量，用量筒量取液体溶质的体积。

溶解：将固体或液体溶质倒入烧杯中，加入适量的蒸馏水（约为所配溶液体积的1/6），用玻璃棒搅拌使之溶解，冷却到室温后，将溶液引流注入容量瓶里。

洗涤（转移）：用适量蒸馏水将烧杯及玻璃棒洗涤2～3次，将洗涤液注入容量瓶。振荡，使溶液混合均匀。

定容：继续往容量瓶中小心地加水，直到液面接近刻度2～3mm处，改用胶头滴管加水，使溶液凹面恰好与刻度相切。把容量瓶盖紧，再振荡摇匀。

2.中和滴定

用已知浓度的酸（或碱）溶液测定未知浓度的碱（或酸）溶液的浓度的实验方法。

3.物质的分离和提纯

分离是将混合物中的各物质通过物理或化学方法一一分开，获得纯净的各组成成分的过程，而提纯则是将混合物中的杂质（不需要的物质）通过物理或化学方法除掉，从而得到所需物质的过程。

（1）常用的物理方法。根据物质的物理性质上的差异来分离。

续表

（2）化学方法。对于难分离的混合物可先用化学方法对混合物进行处理，然后再根据混合物的特点用恰当的分离方法进行分离。分离和提纯的基本原则是：“不增”“不减”“易分”“易行”。常用的方法有沉淀法、化气法、氧化还原法、转纯法、离子交换法等。

4.常见物质的检验

（1）常见气体的检验。

续表

（2）几种重要的阳离子的检验。

H+：能使紫色石蕊试液或橙色的甲基橙试液变为红色。

Na+，K+：用焰色反应来检验时，它们的火焰分别呈黄色、浅紫色（通过钴玻片）。

Ba2+：能使稀硫酸或可溶性硫酸盐溶液产生白色BaSO4沉淀，且沉淀不溶于稀硝酸。

Mg2+：能与NaOH溶液反应生成白色Mg（OH）2沉淀，该沉淀能溶于NH4C溶液。

A 3+：能与适量的NaOH溶液反应生成白色A （OH）3絮状沉淀，该沉淀能溶于盐酸或过量的NaOH溶液。

Ag+：能与稀盐酸或可溶性盐酸盐反应，生成白色AgC 沉淀，不溶于稀HNO3，但溶于氨水，生成［Ag（NH3）2］+。

：能与NaOH浓溶液反应，加热，放出使湿润的红色石蕊试纸变蓝的有刺 激性气味的NH3气体。

Fe2+：能与少量NaOH溶液反应，先生成白色Fe（OH）2沉淀，后迅速变成灰绿色，最后变成红褐色Fe（OH）3沉淀。或向亚铁盐的溶液里加入KSCN溶液，不显红色，加入少量新制的氯水后，立即显红色。。

Fe3+：能与KSCN溶液反应，变成血红色Fe（SCN）3溶液；能与NaOH溶液反应，生成红褐色Fe（OH）3沉淀。

Cu2+：蓝色水溶液（浓的CuC 2溶液显绿色），能与NaOH溶液反应，生成蓝色的Cu（OH）2沉淀，加热后可转变为黑色的CuO沉淀。含Cu2+的溶液能与Fe，Zn片等反应，在金属片上有红色的铜生成。

（3）几种重要的阴离子的检验。

OH-：能使无色酚酞、紫色石蕊、橙色的甲基橙等指示剂分别变为红色、蓝色、黄色。

C -：能与AgNO3溶液反应，生成白色的AgC 沉淀，沉淀不溶于稀硝酸，能溶于氨水，生成［Ag（NH3）2］+。

Br-：能与AgNO3溶液反应，生成淡黄色AgBr沉淀，不溶于稀硝酸。

I-：能与AgNO3溶液反应，生成黄色AgI沉淀，不溶于稀硝酸；也能与氯水反应，生成I2，使淀粉溶液变蓝。

：加足量稀盐酸，无现象，再加氯化钡溶液生成白色BaSO4沉淀，不溶于硝酸。

：浓溶液能与强酸反应，产生无色有刺激性气味的SO2气体，该气体能使品红溶液褪色。

S2-：能与Pb（NO3）2溶液反应，生成黑色的PbS沉淀。

：能与BaC 2溶液反应，生成白色的BaCO3沉淀，该沉淀溶于硝酸（或盐酸），生成无色无味、能使澄清石灰水变浑浊的CO2气体。

：取含 盐溶液煮沸，放出无色无味CO2气体，气体能使澄清石灰水变浑浊。或向 盐溶液里加入BaC 2溶液，无现象，加热煮沸，有白色沉淀物生成，同时放出CO2气体。

：含磷酸根的中性溶液，能与AgNO3反应，生成黄色Ag3PO4沉淀，该沉淀溶于硝酸。

：浓溶液或晶体中加入铜片、浓硫酸加热，放出红棕色气体。

（三）现代化学实验方法

现代化学实验方法，是在满足现代化工业生产和化学科学技术对化学试样中微量乃至痕量组分如何进行快速、灵敏、准确检测的要求基础上建立和发展起来的。这些方法从原理上看，都超越了经典方法的局限性，几乎都不再是通过定量化学反应的化学计量，而是根据被检测组分的某种物理的或物理化学的特性（如光学、电学和放射性等方面的特性），因而具有很高的灵敏度和准确性。

1.光学分析法

（1）分光光度法。

分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。

在分光光度计中，将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液时，便可得到与众不同的波长相对应的吸收强度。如以波长（λ）为横坐标，吸收强度（A）为纵坐标，就可绘出该物质的吸收光谱曲线。利用该曲线进行物质定性、定量的分析方法称为分光光度法，也称为吸收光谱法。用紫外光源测定无色物质的方法，称为紫外分光光度法；用可见光光源测定有色物质的方法，称为可见光光度法。它们与比色法一样，都以Beer-Lambert定律为基础。上述的紫外光区与可见光区是常用的，但分光光度法的应用光区包括紫外光区、可见光区、红外光区。由于它具有灵敏、快速、简便、准确、经济和适用广泛等诸多优点，所以发展极快，十几年内就得到了普及。

（2）光谱法。

光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。分为原子光谱法和分子光谱法。

原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。

分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。

2.极谱法

极谱法是电化学分析法中最重要和最成功的一种方法。它是通过测定电解过程中所得到的极化电极的电流—电位（或电位—时间）曲线来确定溶液中被测物质浓度的一类电化学分析方法。于1922年由捷克化学家J.海洛夫斯基建立。极谱法和伏安法的区别在于极化电极的不同。极谱法是使用滴汞电极或其他表面能够周期性更新的液体电极为极化电极；伏安法是使用表面静止的液体或固体电极为极化电极。

3.色谱法

色谱法是一种利用混合物中诸组分在两相间的分配原理以获得分离的方法。它利用不同物质在不同相态的选择性分配，以固定相对流动相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。

4.质谱法

质谱法的基本原理是使化学试样中的各种组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经过加速电场的作用，形成了离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场，使其发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。这种方法在同位素质量的测定中被广泛应用。

此外，放射化学分析法也是现代化学实验方法中的一种比较重要的方法。

四、化学应用常识

化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。从开始用火的原始社会，到使用各种人造物质的现代社会，人类都在享用化学成果。人类的生活能够不断提高和改善，化学在其中起了重要的作用。

（一）塑料王

“塑料王”的化学成分是聚四氟乙烯，这种物质是由四氟乙烯在一定条件下聚合而成，它有一般塑料无法比拟的特性，例如耐腐蚀、耐高温、耐低温，化学稳定性极强，超过玻璃、陶瓷和不锈钢，甚至连能溶解黄金的“王水”对它也无可奈何。根据它的这些特性能制成运输液态氢的超低温的软管、垫圈和登山服的防火涂层，还可利用它的耐腐蚀的性能制造化工厂的反应罐、防腐衬里等。“塑料王”还有一种其他材料无法比拟的性质，就是由聚四氟乙烯制成的成品表面非常光滑，人们称它为“世界上最滑的材料”。在商场我们看到商品架上“不粘锅”炊具和“不粘油”灶具，上面都涂了一层商业上叫“特氟隆”的物质，就是聚四氟乙烯。由于它们的表面非常光滑，所以十分容易清洗。

（二）“油条”中的化学反应

做油条需要提前准备发面，即用酵母或者老面和面粉一起兑水糅合，使面团发到一定程度以后，再加入适量的纯碱、食盐和明矾进行糅合，然后再将面团切成一定形状，经过一定的加工工艺后，丢入锅内去炸，就会产生一根酥香的油条。在发酵的过程中，在酵母的作用下，面粉分解产生葡萄糖并继续发酵，产生酒精和CO2气体，使面团里边产生小的气泡。同时还会有一些有机酸产生，和乙醇相互作用再产生具有芳香气味的酯类，使油条具有更加诱人的香味。明矾和纯碱反应生成A （OH）3和CO2气体，生成的A （OH）3是胶状物，能够让入口的油条松软可口，产生的CO2能够让油条中具有蓬松的气孔，从而产生很好的口感。

KA （SO4）2·12H2O+Na2CO3+H2O　A （OH）3+Na2SO4+K2SO4+ CO2↑+H2O

（三）体育赛场上的化学物质

氯乙烷（CH3CH2C1）。一种无色、沸点只有13.1℃的易挥发的有机物。当把氯乙烷药液喷洒在运动员受伤部位时，由于它的迅速挥发而使皮肤表面的温度骤然下降，知觉减退，从而起到了镇痛和局部麻醉的独特作用。

碳酸镁（MgCO3）。它具有很好的吸湿性，举重运动员在举重前，用它摩擦掌心，能加大手掌心与器械之间的摩擦系数，从而使运动员紧紧握住杠铃，创造优异成绩。

硫酸铜（CuSO4）。游泳池的水里放入少量的硫酸铜（CuSO4），不仅能使水湛蓝迷人，而且能消毒灭菌，保证游泳者的身体健康。

（四）酒驾检测仪中的反应

驾车人呼出的气体接触载有经过硫酸酸化处理的强氧化剂三氧化铬（CrO3）的硅胶，如果呼出的气体中含有乙醇蒸气，乙醇会被三氧化铬氧化成乙醛，同时，三氧化铬被还原为硫酸铬：

2CrO3（红色）+3C2H5OH+3H2SO43CH3CHO+Cr2（SO4）3（绿色）+6H2O

同理，驾车人呼出的气体中含有乙醇蒸气，对填充了吸附有K2Cr2O7的硅胶颗粒的装置吹气，K2Cr2O7在酸条件下被还原成三价铬，颜色变为绿色：

2K2Cr2O7+3CH3CH2OH+8H2SO42K2SO4+2Cr2（SO4）3+3CH3COOH+11H2O

（五）坦克的克星：乙炔榴弹

乙炔是一种无色的可燃性气体，它和空气的混合物中含有3%～81%体积的乙炔时，点燃就会引起爆炸。HC≡CH+5O2→4CO2+2H2O　△H -2600kJ/mo 。乙炔不仅能和空气形成爆炸混合物，而且在高压下，未混有空气的乙炔受到敲打或碰击时也容易爆炸。HC≡CH→2C+H2　△H -227kJ/mo 。

人们利用乙炔的这些特点，在坦克、装甲车前进的路上，用飞机、火炮等进行大面积喷洒和发射乙炔气体，使乙炔吸入坦克和装甲车的发动机内，充当引爆剂，引燃油料，引起爆炸。

目前，一种乙炔榴弹即将问世。这种榴弹内装有水和碳化钙，使用时通过两种物质的混合产生乙炔气体。CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑。使用一枚0.5kg左右的乙炔榴弹，足可使一辆坦克丧失战斗能力。这种反坦克的武器，具有灵巧、简单、价廉等特点。

（六）消暑凉袋

凉袋里装的是Na2SO4·10H2O晶体与Na2SO4溶液的混合体系。人们将Na2SO4溶解在40℃的水中制成饱和溶液（Na2SO4在40℃左右的水中溶解度最大），装在封闭的胶袋中，就制成了市售的凉袋。其中的化学原理是：Na2SO4· 10H2O的熔点是32.4℃，而人体的正常温度是37℃，当人触摸时，袋中晶体吸收热量并熔化，所以肌肤感觉凉爽；如袋中晶体全部熔化，将凉袋放到冷水或冰箱或者地板上，溶液放热又可以使Na2SO4·10H2O晶体析出，这样就可以重复使用了。

（七）砖的青、红缘由

烧制砖瓦的黏土中含有二价铁盐，黏土做成砖坯，送到窑内大火烘烧，然后熄灭，自然冷却。此时窑内空气流畅，氧气充足，二价铁盐被氧化成三氧化二铁，由于三氧化二铁是红色，所以得到的就是红砖瓦。

青砖瓦的生产比红砖瓦的生产多了一道工序。待砖坯烧透后，从窑顶向下不断淋水，当水遇到红热砖瓦变成水蒸气，碳与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳。这些还原性气体能把砖瓦中红色的氧化铁还原成黑色的氧化亚铁或四氧化三铁。同时，没有燃烧的黑色碳颗粒也渗入砖瓦黏土颗粒间隔之中，结果烧出来的砖瓦就呈 青灰色。

（八）安全火柴

火柴盒的侧面涂有红磷（发火剂）、三硫化二锑（Sb2S3，易燃物）、黏合剂等；火柴头上的物质一般是KC O3，MnO2和S（易燃物）等。当两者摩擦时，因摩擦产生的热量使KC O3分解，产生少量氧气，使红磷发火，从而引起火柴头上的易燃物（如硫）燃烧，这样火柴便划着了。安全火柴的优点是红磷没有毒性，并且它和氧化剂分别黏附在火柴盆侧面和火柴杆上，不用时两者不接触。

（九）金属陶瓷

金属陶瓷是由陶瓷和粘接金属组成的非均质的复合材料。陶瓷主要是氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物或它们的固溶体，粘接金属主要是铬、钼、钨、钛等高熔点金属。将陶瓷和粘接金属研磨混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，它密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外，在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层，也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等处。

（十）二氧化碳变钻石

楼正松等人使用安全无毒的二氧化碳作为碳的来源，并使用金属钠作为还原剂；实验的条件设定在440℃800大气压，在这样的条件下二氧化碳会形成超流体，极性增加，有助于吸附在钠的表面，加速电子自钠传递至二氧化碳的过程。在12h之后，约有16.2%的二氧化碳被还原为钻石和石墨，钻石则占8.9%。X光绕射光谱及拉曼光谱的结果证实了生成的是高品质的钻石结晶。电子显微镜下可以清楚看到所生成的钻石结晶，大小约在数十到100μm，最大者可达到250μm。

（十一）纳米科技

1nm是1m的十亿分之一。自从扫描隧道显微镜发明后，世界上便诞生了一门以0.1～100nm的尺度为研究对象的前沿学科，这就是纳米科技。纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界，它的最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。科学家预言，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机工业，并成为未来信息时代的核心。

第二节　地　理

一、地理的历史

在我们祖先留下的文献中，最早出现“地理”一词是公元前4世纪成文的《易经·系辞》，里面有“仰以观于天文，俯以察于地理”的文句。东汉思想家王充对天文、地理有相当深入地研究，他的解释是：“天有日月星辰谓之文，地有山川陵故谓之理。”中国古代最早的地理书籍包括了《尚书—禹贡》和《山海经》等。古代的地理学主要探索关于地球形状、大小有关的测量方法，或对已知的地区和国家进行描述。

在西方，公元前2世纪，古希腊学者埃拉托色尼第一次合成了geographica （geo+graphica）这个术语，意思是“地理”或“大地的记述”，并写出了西方第一本以“地理”命名的专著《地理学》。

二、地理基础知识

地理学研究地球表面同人类相关的地理环境，以及地理环境与人类的关系。地理学对人地关系的研究着重点是空间关系。

地理学没有一个公认的分类体系。西方学者把地理学分为自然地理学和人文地理学两部分，或分为自然地理学、经济地理学和人文地理学三部分，下面再分次级分支学科。

自然地理学利用生物学来研究，是一种系统的地理学、了解全球性植物群和动物区系样式，利用数学、物理学来研究地球本身的运动以及它和其他太阳系中星体的关系，是研究位置和空间上地球变化的学科。人文地理学更注重地理学中社会科学的成分，从非物理的层面来考察整个地球的行为模式，是以人地关系的理论为基础，探讨各种人文现象及人类活动的地理分布和发展规律的一门学科。

自然地理主要包括：宇宙中的地球（宇宙—太阳系—地球—地球的运动）；地球结构（地球内部结构—地球表层—大气圈—岩石圈—水圈—生物圈—人类圈—陆地—海洋—山脉—大陆架—气候—植被）。人文地理主要包括：人类生活（乡村—集镇—城市—人种）；中国国家政区（省—自治区—特别行政区—市—县—自治县—旗—城市—城镇—村落）；世界政区（洲—国家—各国首都—省—自治区—特别行政区—联盟—市—县—自治县—旗—郡—城市—城镇—村落）。经济地理主要包括农业（概况—区位选择—地域类型）；工业（概况—区位选择—工业区类型）。地图包括中国地图和世界地图，还有气候地图、地形图，等等。

三、地理的研究方法

地理学的研究方法在近30多年里，有了巨大的进步。由于地理学研究的是地球表面的地理环境产生、形成、发展的演变规律，数千年来人类为了探寻这一规律，显示了自己的聪明才智，创造了一系列的特有研究方法。

归纳起来，大致上包括观察、分析、表述。肉眼观察，描述归纳，文学式表述，这是萌芽时期和初创时期的地理学研究方法；到了近代的形成时期，地理学的观察引入了仪器，无论在广度，还是深度，都较仅凭肉眼的观察有了质的进步，加之交通运输的发展与进步，地理学家的观察范围，受距离远近的约束已渐趋减小，未被地理学家直接观察的地方越来越少。在分析中已能做到定性，因果关系、发生学原理都被广泛应用，规律的可能性探查也日益完善。不仅如此，定量分析也已开始引入，在某些领域，如气候学、水文地理学、工业、交通运输、城市等地理学分支中，有的已建立了数理系统。在表述中，归纳法已成为引以为豪的表现方法，无数的地理学家所观察到的许许多多的现象，被归纳成要素的规律和地域的规律，使人类对其赖以生存的地球表面的环境，有了认识、了解，在利用和改造方面也能在尊重自然规律的条件下，充分发挥主观能动性。

总之，社会的发展，科学的进步，使地理学研究的方法和手段得到相应的改善；而方法和手段的革新，则标志着认识的飞跃和学科水平的提高。综合化、系统化、科学化、定量化、计算机化是地理研究方法的发展方向。

四、地理与社会生活的关系

自然条件对生产活动和生产力的制约表现在：不同的自然条件为物质生产活动提供的水土资源、动植物资源、矿产资源以及能源资源的种类和数量各不相同，从而使不同地区的人们的生产活动和生产力发展状况出现差异。这是因为自然资源作为劳动对象和劳动资料，本来就是生产力的构成要素，当然要对生产力的发展状况和速度产生一定的影响，而且还会对劳动生产方式的变化产生一定的影响。例如我国南方和北方饮食上的差异，南方人以米饭为主食，而北方人以面食为主，这是由于南方和北方之间的气候与地理条件决定的。南方雨水多、温度高，适合水稻种植，而北方相对干燥，有利于小麦生长，从而引起南方人和北方人饮食上的差异。同样由于自然环境的差异导致农产品的不同，而许多农产品又是工业的原材料，从而影响工业生产。例如我国的制糖厂主要分布在东北和广西，东北制糖厂是利用当地的甜菜，而广西制糖厂利用的是当地的甘蔗。作为劳动对象，地理环境因素决定着物质生产活动的类型、方式等，并通过决定人类的物质生产活动，进而影响到人类的社会生活、政治生活和精神生活。

世界各地区不同的地理环境就使不同地区的人类文明产生许多差异，呈现出不同的面貌，形成了不同的类型。这些不同类型的文明，在具体的、特定的社会内部矛盾运动的推动下，基本上是“各自循着自己独特的道路发展”。

地理环境决定人的物质生产活动方式，人的物质生产活动方式决定社会、政治及精神生活。在人类文明起源时期，人类共同从事于何种物质生产活动，主要是由其生存的自然环境决定的。如生活在草原地带的人们主要从事畜牧业，生活在平原地带的人们大多过着农耕生活。当人们在从事某种具体的物质生产活动，“作用于他身外的自然并改造自然时，也就同时改变他自身的自然”“通过生产而发展和改造着自身，形成新的力量和新的观念，形成新的交往方式、新的需要和新的语言”。正是这种由某种特定的地理环境的制约而形成的物质生产实践中，某个民族才形成具体的，具有某种特点的气质性格和心理状态。

此外，一个民族的气质性格的形成，在相当大的程度上还受到社会、政治及精神生活的影响。但是，这些社会、政治及精神生活也是建立在物质生活的基础上的。“物质生活的生产方式制约着整个社会生活、政治生活及精神生活的过程”。

地理环境作为生产过程之一的劳动对象，在人类文明初期，对人类的物质生产活动产生着直接的、决定性的影响，并通过对物质生产活动的影响，进而间接地影响到人类社会生活的其他方面以及整个社会的发展进程。但是随着科学技术的发展，地理环境对人类的影响在逐步减弱，人类通过改造自然环境进而影响农业和工业生产。但是人类不能违背自然规律，否则会受到自然的惩罚，人类作为自然环境的一份子，必须保护好我们的地球。

第三节　生　物

一、生物科学及研究方法

（一）生物学

生物学是研究生命现象和生物活动规律的科学。生物学源自博物学，又称生命科学。探索生命的本质是现代生物学的最大特点。

（二）生命科学的研究方法

生物学研究的基本方法有观察、比较、实验等。在生物学的发展史上，这些方法依次兴起，成为一定时期的主要研究手段。现在，这些方法综合而成为现代生物学的研究方法体系和研究框架。

1.观察比较的方法

观察是研究者有目的、有计划地通过感官或借助于一定的科学仪器，对各种生物资料进行搜集和记录的方法。比较是通过观察、分析，找出研究对象的相同点和不同点。在17世纪，近代自然科学发展的早期，生物学用观察描述和归纳的方法对生物进行分类，收集了大量动、植物分类学材料及形态学和解剖学的材料。18世纪下半叶，生物学运用比较的方法进行研究，力求从物种之间的类似性找到生物的结构模式、原型甚至某种共同的结构单元。例如，细胞的发现和细胞学说的建立是观察和描述深入到显微领域所获得的成果，也是比较方法研究的一个重要成果。

2.实验的方法

人们通常说的生物学实验实质上是一种人为条件控制下的生命过程的再现，这是生命科学研究的另一种重要方法。这一方法可以在控制条件的情况下，有针对性地再现或阻断特定的生命过程，它最大的优点是可以使人们对生命的机制过程有进一步的了解。17世纪前后期生物学中出现了最早的一批生物学实验，如黑尔蒙特关于柳树生长的实验等。到了19世纪，物理学、化学的发展，为生物学实验提供了坚实的基础，首先是生理学，然后是细菌学和生物化学相继成为明确的实验性学科。19世纪80年代，实验方法进一步被应用到了胚胎学，细胞学和遗传学等学科。到了20世纪30年代，除了古生物学等少数学科，大多数的生物学领域都因为应用了实验方法而取得了新的进展。

3.生命现象的人工模拟

在观察、实验和科学假设的基础上，通过建立各种实验模型的方法来探索生命过程。无论是物理的、化学的、还是数学的以至诸如经济学的方法和手段，都可以在一定程度上借鉴用来模拟生命现象。如将生物信息输入计算机来分析高级神经活动规律；数学模型可以模拟许多生态结构变化的过程，从而提示生态变迁的可能性等。

（三）生命科学的热点及展望

当前生命科学向着微观和宏观两个层次发展：在微观层次上，对生物大分子的结构和功能，特别是基因组的研究取得重大突破后，正深入到基因组学时代。通过基因组学的研究，对基因、细胞、遗传、发育、进化和脑功能的探索正在形成一条主线。同时，转录组学、蛋白组学、代谢组学、结构生物学、计算生物学、生物信息学、系统生物学等方面也将成为主要角色。在宏观层次上，对生命的起源与进化、分类学、生态学、生物资源与可持续发展以及生物的复杂性等研究也将取得重要进展。

二、生命的物质基础

（一）元素组成

构成生物体的元素不到30种，这些元素都可从自然界中找到，也就是说生命并没有特殊的元素。根据这些元素含量的多少可分为常量元素和微量元素，常量元素有C，H，O，N，S，P等11种；微量元素有Zn，Mn，I，F等14种。其中，C，H，O，N 4种元素占了96%以上，他们是构成蛋白质和核酸等生物分子的主要元素，生物分子以碳元素为基本支架，因此地球生命也称为“碳生命”。

（二）分子组成

构成生物体的有机分子包括蛋白质、核酸、脂肪、糖类等。

1.蛋白质

蛋白质是最重要的生物大分子，占细胞干重的50%以上，都含有C，H，O，N4种元素。组成蛋白质的基本单位是氨基酸。人体内有20种氨基酸，其中12种可由人体自身代谢合成，称为非必需氨基酸；另有8种氨基酸人体不能合成，但却是机体正常生长所不可缺少的，称为必需氨基酸，它们必须从食物中摄取。

氨基酸通过脱水缩合形成肽链。蛋白质是由一条或多条肽链组成的生物大分子，每一条肽链有20至数百个氨基酸残基不等；各种氨基酸残基按一定的顺序排列。蛋白质是生命的物质基础，是组成生物体的重要物质（如肌肉、血红蛋白等），也是调节新陈代谢的重要物质（如酶、激素），没有蛋白质就没有生命。

蛋白质的种类多、结构复杂。一级结构是指多肽链中氨基酸数目、种类和线性排列顺序；二级结构是指多肽链通过氢键在链内形成的局部规则结构，如α-螺旋、β-折叠等；三级结构是在二级结构基础上的肽链再折叠形成的构象；四级结构由组成蛋白质的具有三级结构的几条肽链（亚基）相互结合而成。

2.核酸

核酸是另一类最重要的生物大分子，都含有C，H，O，N，P等元素。它是一切生物的遗传物质，是遗传信息的存储和传递者。组成核酸的基本单位是核苷酸。核酸可分为脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）两大类。DNA主要存在于细胞核内，RNA主要存在于细胞质中。不同的生物，DNA和RNA不同。

三、生命的结构基础

细胞是组成生物体的结构和功能的基本单位。1665年，英国学者胡克（Robert Hooke）用显微镜观察软木切片，发现了细胞，并用“ce ”称呼细胞。1838—1839年，德国生物学家施莱登和施旺提出了“细胞学说”，认为一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞的产物构成；细胞只能来自于细胞，即由已存在的细胞分裂而来。细胞学说论证了整个生物界在结构上的统一性以及在进化上的共同起源。

（一）细胞的结构

细胞可分为原核细胞和真核细胞两大类。

1.原核细胞

原核细胞的结构特点：没有核膜，只有核区（类核）；遗传信息载体多为1个裸露的环状DNA分子，细胞分裂时不形成染色体；没有稳定的内膜系统，有核糖体，但没有其他细胞器。由原核细胞构成的生物称为原核生物，种类不多，如细菌、蓝藻等。

2.真核细胞

真核细胞由细胞膜、细胞质和细胞核组成，植物细胞还有细胞壁、叶绿体和液泡等结构。在电子显微镜下能看到细胞的亚显微结构。

细胞膜：又称质膜，位于细胞质外侧，由磷脂双分子层和蛋白质组成，蛋白质镶嵌在双分子层中。细胞膜具有保护细胞的作用，还有控制物质出入、能量转换、信息传递等作用。

细胞质：包括细胞质基质和细胞器。

动物细胞的细胞器包括：内质网，线粒体，高尔基体，核糖体，溶酶体，中心体。植物细胞还有叶绿体等细胞器。线粒体是细胞进行有氧呼吸的场所，称之为“动力工厂”。叶绿体内含有叶绿素，是光合作用的场所。核糖体是合成蛋白质的场所。

细胞核：细胞结构中的重要部分，是遗传物质DNA贮存、复制和转录的场所。主要包括核被膜、核基质、染色质和核仁4部分。染色质与染色体在化学成分上相同，都是由DNA和蛋白质组成。两者只是同一物质分别处于细胞周期的不同阶段，在细胞分裂间期呈细长的丝状，称为染色质；在细胞分裂期，染色质高度螺旋化成为染色体。

（二）非细胞生物——病毒

已知病毒约1000多种。常见形态有球形、杆状、蝌蚪状、弹状等。病毒不具有细胞形态结构，绝大多数病毒仅由核酸和蛋白质构成。核酸在内，蛋白质（衣壳）在外。核酸只能是RNA或DNA中的一种，不可两者兼有。有些病毒能够使人或生物患病，例如天花、流感、肝炎、脊髓灰质炎、口蹄疫以及艾滋病等。

有的病毒甚至没有蛋白质，只含有具有单独侵染性的较小型的核糖核酸（RNA）分子（类病毒），或没有核酸而只有感染性的蛋白质颗粒（朊病毒）。我们把这两类统称为亚病毒。

（三）细胞的分裂

真核细胞的分裂方式有有丝分裂、无丝分裂和减数分裂3种。

1.有丝分裂

有丝分裂产生的是体细胞。整个分裂过程可分为细胞分裂间期和分裂期。其重要特征就是亲代细胞中的染色体经复制后，平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质，因而亲代细胞与子代间保持了遗传性状的稳定性。

2.无丝分裂

无丝分裂的过程比较简单，一般是细胞核先延长，从核的中部向内凹进，缢裂成为两个细胞核接着，整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。因为在分裂过程中没有出现纺锤丝和染色体的变化，所以叫做无丝分裂。

3.减数分裂

减数分裂产生的是生殖细胞。在有性生殖过程中，生殖细胞的形成都要经过减数分裂。减数分裂是指细胞连续分裂两次，而染色体在细胞分裂的全过程中只复制一次的细胞分裂方式。减数分裂的结果是新产生的生殖细胞中的染色体数目只有母细胞的一半。如果蝇体细胞中有4对（8条）染色体，而生殖细胞（精子或卵细胞）中只有4条染色体。

（四）细胞的分化

细胞分化是指经有丝分裂得到的子代细胞逐渐发育成各自特有的形态结构、生理功能和生化特征的过程。如发育成上皮细胞，肌肉细胞等。

（五）细胞的癌变

细胞的癌变是指细胞受到致癌因子的作用，不能正常地完成细胞分化而成为不受控制、连续进行分裂的恶性增殖细胞的过程。细胞的癌变是细胞的畸形分化，癌变后会导致该细胞无限制地分裂下去，从而形成肿瘤。癌细胞的主要特征是细胞分裂分化失去控制。

四、新陈代谢

（一）新陈代谢的概念

新陈代谢是指生物体与外界环境之间物质和能量交换，以及生物体内物质和能量的转变过程。新陈代谢包括同化作用和异化作用两个方面。无论是同化作用还是异化作用，都进行着物质代谢和能量代谢。新陈代谢的所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行的。

（二）酶

酶是由活细胞产生的一类具有催化作用的特殊有机物，绝大多数酶的化学本质是蛋白质（少数为RNA）。酶是一种生物催化剂，能通过降低化学反应的活化能而改变反应速度，但不改变反应的平衡点；酶具有催化效率高、专一性强、作用条件温和等特点。生命活动中的消化、呼吸、运动和生殖等都是酶促反应的过程。

（三）物质代谢

1.植物的光合作用

绿色植物通过叶绿体，利用太阳的光能，把二氧化碳和水合成贮有能量的有机物（主要是葡萄糖），并释放出氧气的过程。整个过程可分为光反应阶段和暗反应阶段两种。(www.chuimin.cn)

（1）光反应阶段。这个阶段需要光。叶绿体中的色素吸收太阳的光能，先将水分解成氧气的氢［H］，其中的氧气释放出去；氢［H］是还原剂，参与暗反应。另外，叶绿体利用吸收来的光能在酶的催化下转变成化学能，贮存在ATP中，供暗反应使用。

（2）暗反应阶段。这个阶段不需要光，但也可在光照下进行。暗反应阶段在酶的催化作用下，把从外界吸收来的二氧化碳固定，然后接受ATP提供的能量并被氢［H］还原，再经一系列变化形成糖类。

2.动物的营养

人和动物从环境中摄取食物，食物中的营养物质主要包括：糖类、脂类、蛋白质、维生素、无机盐、水等6大类，通常被称为6大营养素。纤维素有促进肠胃蠕动的作用，被人们称为第7营养素。

除水、无机盐和维生素可直接吸收利用外，食物中的糖类、蛋白质、脂类等营养物质必须经过消化形成小分子的葡萄糖、氨基酸和甘油、脂肪酸等才能被吸收利用。小肠是营养物质吸收的主要场所。这些营养物质在人体内有以下主要生理功能：①为身体的生长和组织的修复提供原料，其中特别重要的是蛋白质；②为人体的生命活动和保持体温提供能量，约70%的能量来自糖类的分解；③调节生理功能，以蛋白质、维生素、无机盐和水为主。

（四）能量代谢

植物通过光合作用把太阳能转变成化学能贮藏在有机物中，人和动物从环境中摄取食物。当这些有机物在细胞内分解时，其中的能量释放出来供生命活动利用。

1.能量的释放

食物中的能量在有机物的分解过程中逐步释放，一部分是热能，用来维持体温；另一部分被转移到ATP中以化学能的形式贮存起来。

细胞中主要的能源物质是糖类。一般情况下进行有氧呼吸：在氧气的参与下，通过酶的催化作用，糖类等有机物彻底氧化分解成二氧化碳和水，同时释放出大量能量。但在缺氧的情况下进行厌氧呼吸：在无氧条件下，通过酶的催化作用，糖类等有机物分解成不彻底的氧化产物（一般是酒精或乳酸），同时释放出少量能量。厌氧呼吸也称为“发酵”。

2.能量的利用

生命活动所需的能量直接由ATP提供。ATP是三磷酸腺苷的英文名称缩写。分子简式A—P～P～P，是一种不稳定的高能化合物，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键。当高能磷酸键断裂时释放能量，同时ATP转化成ADP；同样，ADP获得能量也容易转化为ATP。ADP转化成ATP时所需要的能量，来自呼吸作用。伴随着ATP与ADP的相互转化，时刻进行着能量的储存和释放。因其是能量“携带”和“转运”者，我们形象地称ATP为“能量货币”。

五、遗传和变异

（一）遗传和变异的概念

生物体通过产生自己的后代使生命得以延续。“龙生龙，凤生凤”说的是生物的子代与亲代在形态结构和生理功能上的相似性，叫作遗传；“一猪生九仔，连母十个样”说的是生物的子代与亲代及子代与子代间总是存在着差异的现象，叫作变异。遗传保持了物种的稳定性；而可遗传的变异使生物能适应新的环境，也是引起物种进化的原因。

（二）有性生殖

有性生殖是指经过两性生殖细胞（如精子、卵细胞）的结合，产生合子（如受精卵），由合子发育成新个体的生殖方式。

经过减数分裂产生的生殖细胞，其染色体的数目只有体细胞的一半。在受精卵中，从精子来的染色体与从卵细胞来的染色体汇合在一起，受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞的数目。这样，保持了生物性状的相对稳定；而减数分裂中非同源染色体的自由组合等使生物的后代具有产生较大变异的可能性。

（三）遗传的物质基础

19世纪50年代左右，奥地利人孟德尔通过豌豆实验，发现了基因的分离规律和自由组合规律，被誉为现代遗传学之父。他认为生物性状的遗传是由“遗传因子”决定（遗传因子后来被称为基因）的。美国遗传学家摩尔根，在20世纪10—20年代用果蝇作为实验材料，发现了基因的连锁与交换定律和伴性遗传规律。他发现染色体的遗传机制，确定了基因位于染色体上。1944年，艾弗里和他的同事们通过著名的细菌转化实验，才第一次证明了生物的遗传物质是DNA，而不是蛋白质（在不含DNA的病毒中，RNA是遗传物质）。细胞中的DNA大部分存在于细胞核中的染色体上。因此，染色体是遗传信息的载体。

1.DNA分子

DNA分子是由4种脱氧核苷酸组成的高分子化合物。1953年沃森和克里克最先提出DNA分子的双螺旋结构。这是DNA分子的二级结构。这种结构的主要特征是：两条由脱氧核糖和磷酸交替连接而成的多核苷酸链骨架平行盘旋排列在螺旋的外侧；碱基排列在螺旋的内侧，且互补配对。在DNA分子双螺旋结构中，虽然只有4种碱基，但每条DNA分子上碱基对的排列顺序千变万化。DNA分子的复制是半保留复制。

2.基因

基因是有遗传效应的DNA分子片段，是遗传的基本单位。1条染色体中只有1个DNA分子。每个DNA分子中有很多个基因。基因的复制是通过DNA分子的复制来完成的。基因中脱氧核苷酸排列顺序就代表了遗传信息。基因可以通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状。

（四）中心法则

基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成实现的。中心法则是指遗传信息从DNA传递给RNA，再从RNA传递给蛋白质，即完成遗传信息的转录和翻译的过程。也可从DNA传递给DNA，即完成DNA的复制过程，这是所有生物所遵循的法则。在某些病毒中的RNA自我复制（如烟草花叶病毒等）和在某些病毒中能以RNA为模板逆转录成DNA的过程（某些致癌病毒）是对中心法则的补充和发展。

（五）生物的变异与遗传病

生物的变异有遗传的变异和不遗传的变异，不遗传的变异来自环境因素的影响，如营养条件等；遗传的变异包括杂交导致的基因重组和遗传物质的改变（包括基因突变与染色体畸变）。

1.基因突变与遗传病

（1）基因突变。基因突变是指基因在结构上发生了改变，也就是DNA分子中发生了碱基对的增添、缺失或改变。如人的镰刀型贫血症，患者基因中碱基序列CTT变成了CAT，最终导致血红细胞从正常的圆饼状变成了镰刀状。

（2）基因突变引起的遗传病。由基因突变引起的遗传病，简称为基因病。目前世界上已公布的这类遗传病约6500种。大体分为两类：显性遗传病——由显性致病基因引起的，如多指，软骨发育不良等。显性遗传病只要有1个致病基因就表现为发病。隐性遗传病——由隐性致病基因引起的，如白化病、先天性聋哑等。隐性遗传病只有当两个致病基因纯合（dd）时才表现为发病，当只有1个致病基因（Dd）时不发病，称为携带者。

2.染色体畸变及遗传病

（1）染色体畸变包括染色体结构的改变和染色体数目的改变。染色体结构异常包括缺失、重复、倒位、易位等；染色体数目变异包括整倍体和非整倍体变化。

（2）染色体畸变引起的遗传病。由染色体变异而引起的遗传病简称为染色体病。目前已发现的染色体病有100余种，分为常染色体病和性染色体病两类：常染色体病是指由于常染色体的结构或数目发生改变而引起的遗传性疾病。如21三体综合征，患者体细胞中21号染色体比正常人多了1条，即有3条21号染色体，使患者智力低下，部分患儿在发育过程中夭折；性染色体病是指由于性染色体变异而引起的遗传性疾病。如性腺发育不良，患者体细胞中只有1条X染色体，结果造成没有生育能力。

六、生命起源与生物进化

（一）人类对地球生命起源的早期认识

生命起源问题作为最具魅力的自然之谜，古往今来一直吸引着人们孜孜不倦的探求，我们的先民将粗浅的知识、善良的愿望、美好的想象捏合在一起，创作了许多脍炙人口的美丽的神话传说，从中国的女娲补天到西方的上帝造人说，都世代流传、经久不衰。主要观点有：“神创论”“自然发生论”“宇生论”等。直到19世纪法国微生物学家巴斯德（1822—1895年）做的“肉汤实验”才证明了生命只能来自生命。

（二）达尔文进化论

1959年，达尔文的《物种起源》问世，提出了生物进化的“自然选择学说”。

自然选择学说归纳起来有过度繁殖、生存斗争、遗传和变异、适者生存4个要点。生存斗争及适者生存的过程就是自然选择的过程。在生存斗争中，能够适应环境的生物就生存下来，不能适应环境的就被淘汰。达尔文把适者生存，不适者被淘汰的过程叫做“自然选择”。

（三）人类的起源与进化

从生物学的观点来看，人是由早期的动物进化来的。人在生物界的分类地位是：脊椎动物、哺乳纲、灵长目、人科、人属、人种。人与猿的不同：直立步行，臂不过膝，体毛退化，手足分工。

人类进化历程包括南方古猿（500—330万年前）、能人（300—170万年前）、直立人（150—30万年前）、智人（25万年前）4个阶段。

七、生物与环境

（一）生态学

研究生物与环境关系的科学，叫做生态学。通过生态学的研究，使人们认识到人只是环境中的成员，而不是这个系统的主宰，人与自然要和谐相处，在和谐中求发展。

（二）生态系统结构

1.成分结构

一般包括非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者。生产者能够制造有机物，为消费者提供食物和栖息场所；消费者对植物的传粉和种子的传播等方面有重要作用；分解者能将动植物的遗体分解成无机物。如果没有分解者，物质循环就会停止，生态系统就会崩溃。所以三者紧密联系、缺一不可。

2.营养结构

食物链：在生态系统中，各种生物之间通过一系列吃与被吃的关系而形成的一种联系。如草—兔子—狐狸是1条简单的食物链：草是生产者，属第一营养级；兔子是初级消费者，属第二营养级；狐狸是次级消费者，属第三营养级，等等。

食物网：在生态系统中，许多食物链彼此相互交错连结成的复杂的营养关系。

食物链和食物网是生态系统的营养结构，生态系统的物质循环和能量流动就沿着这条渠道进行。

（三）生态系统的功能

1.能量流动

流入生态系统的总能量主要是生产者通过光合作用所固定的太阳能的总量。生产者通过光合作用把太阳能转变为化学能，储存在有机物中。这些能量沿着食物链和食物网流动。

能量流动的特点是单向性和逐级递减。单向性：由于动物之间的捕食关系，能量一般不能逆向流动。如狼捕食羊，但羊不能捕食狼。逐级递减：即一个营养级中的能量只有10%～20%的能量被下一个营养级所利用。

生态金字塔——由于能量流动的逐级递减，随着营养级由低到高的增加，每级中的生物个体数目，所含的能量呈现塔形分布，称为生态金字塔。

2.物质循环

物质循环是指无机化合物和单质，如组成生物体的C，H，O，N，P等基本元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境的循环过程。

生物富集又称生物浓缩，是生物有机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物有机体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。

生物富集与食物链相联系，如自然界中某有害化学物质，虽然浓度很低，但被草吸收后，兔子吃了这种草，而这种有害物质很难排出体外，便逐渐在它体内积累，而老鹰吃了这种兔子，于是这种有害化学物质便会在老鹰体内进一步积累。这样食物链对有害的化学物质有累积和放大的效应，呈倒金字塔。

（四）生态平衡

生态平衡是指生态系统发展到一定阶段，它的生产者、消费者和分解者之间处于相对的稳定状态。也就是说，它的物质和能量的输入和输出接近于相等，处于一种动态的平衡状态。

生态系统之所以能够保持动态平衡，是因为生态系统具有自动调节能力，但这种调节能力是有一定限度的。如果外来干扰超过了这个限度，生态平衡就会遭到破坏。

1.破坏生态平衡的因素

破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。

自然因素主要指各种自然灾害，如水灾、旱灾、地震、台风、山崩、海啸等。

人为因素主要是指人类对自然资源的不合理开发利用和工农业生产带来的污染。如对森林的过量采伐、毁林开荒、过度放牧等会造成植被破坏、水土流失；人类生产生活中产生的废气、废水、垃圾等大量排放到环境中使环境恶化；农业生产中农药、化肥、除草剂的大量使用会污染环境；对野生动物的过度捕杀会破坏食物链等。

2.保持生态平衡的意义

生态失调表现为生态系统营养结构发生变化，食物链关系受到破坏，生物的某些种类减少，特别是生产者的下降必然使功能受阻，能量流动和物质循环不能正常进行，无法保持稳定的状态，甚至造成生态系统的崩溃，威胁人类的生存。因此，只有保持生态平衡，才能从生态系统中获取持续稳定的产量，才能使人与自然和谐发展。

3.保护生物多样性的重要意义

生物多样性是指地球上生物圈中所有的生物以及它们所拥有的基因和生存环境。因此，生物多样性应该包括物种多样性、遗传多样性、生态多样性和景观多样性。

生物多样性最基本的是物种的多样性。野生动植物，一个物种就是一个独特的基因库。我们都知道，一个物种一旦灭绝，就永远也不可能知道它的宝贵价值。这不仅意味着我们正失去大量以后可利用的资源，更重要的是，那将最终导致我们人类自己，也像其他生物一样，从这个星球上消失！从这个意义上说，保护生物多样性就是保护人类自己！保护生物的多样性，最有效的形式是保护生态系统的多样性。

八、生物技术

（一）生物技术

生物技术又称生物工程，是以生物科学为基础，结合工程科学原理，利用生物体或生物活动过程来获得产品，并服务人类的技术体系。生物工程的关键是对生物的创造设计，即根据人类的需要定向改造生物、加工生物材料、利用生命过程、创造有益于人类的产品。生物工程的核心是基因工程。

（二）生物工程

1.基因工程

基因工程又称遗传工程，主要是重组DNA技术，即用人工的方法在分子水平上将不同生物的遗传物质在体外进行重新组合，形成重组DNA分子。这种重组DNA分子可以被导入到受体细胞中以定向改造其遗传组成，创造出人类需要的新的生物类型，并能产生出所需要产品的技术体系，如抗虫棉。

基因工程的最大特点在于它能使带有遗传信息的DNA片段越过不同物种，定向地改变生物体的遗传性状，从而创造出自然界所没有的、具有新遗传性状的生物新品种，并合成出人们所需的新产物。

基因工程操作可分为4个主要步骤：①获得目的基因；②体外重组获得重组子；③把重组子导入受体细胞；④筛选和表达。

2.细胞工程

细胞工程是指在细胞水平上对生物进行筛选或遗传改造，使细胞按人类的需要生产有用的产品，或培育出新的品种的技术体系，包括细胞培养技术，细胞杂交技术，细胞核移植技术等，如克隆羊多莉。

3.酶工程

酶工程是利用酶促反应的高效性和专一性，并借助于工艺手段和生物反应器进行某种产品生产的技术体系。酶工程包括酶的分离、固定和生物反应器等。

4.发酵工程

发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的技术体系。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

（三）生物技术与人类社会

生物学是农业和医学的基础。随着生命科学的发展与生物技术的进步，生物科学与人类生活的关系越来越密切，人们寄希望于生物技术的发展能解决当今人类社会面临人口、粮食、资源、环境及健康等这些人类生存和发展的重大问题，实现可持续发展。

1.在制药工业上的应用

将生物技术应用于制药工业，可以生产出许多高效、高产、价廉的新药。利用生物技术把人的胰岛素基因转移到大肠杆菌中，用这种工程菌发酵液200升就能生产10克胰岛素，相当于1000磅猪胰脏的提取量；用工程菌生产干扰素，每升发酵液就可生产2.5×104单位干扰素，相当于1.2万升血液中提取的量。目前，我国已研制成功的有基因工程乙肝疫苗等；已研制或正在研制的有基因工程干扰素、白细胞介素、心钠素等近20种多肽药物；应用酶工程技术，研制出了一批相应的诊断酶、试剂盒、酶电极以及诊断测试仪器。

2.在农业方面的应用

农业生物技术领域中研究最活跃的是应用转基因技术，将目的基因导入动植物体内，对家畜、家禽及农作物进行品种改良，从而获得高产、优质、抗病虫害的转基因动植物新品种。如利用转基因技术将苏芸金杆菌的结晶蛋白基因（Bt基因）导入棉花中，获得抗虫棉，避免或减少虫害；美国伊利诺斯大学研究出一种带牛基因的猪，这种转基因猪生长快、个体大、饲料利用率高、瘦肉多；应用植物细胞工程技术培养的无融合杂交稻，具有丰产性好、米质优、抗性强、适应性广等优点，克服了杂交稻需要年年制种和杂交种只能利用一次的缺点，为水稻育种开辟了新途径。

3.在医疗健康方面的应用

医学生物技术是研究开发的热点。如基因治疗，将基因直接导入人体，通过控制目的基因的表达，抑制替代或补偿缺陷基因，从而恢复受体细胞、组织或器官的生理功能，达到治疗疾病的一种方法。目前，基因治疗已从实验室研究阶段进入临床试验与应用阶段。如在肥胖病基因治疗、血液替代品开发、把人基因转化的猪器官移植给人体等方面取得重大进展。针对肝癌等恶性肿瘤的基因治疗，已开展多方面的实验研究。还可借助于生物技术防治流感、艾滋病、癌症等顽疾。

4.环境保护方面的应用

环境问题越来越受到各国政府和全人类的关注，生物技术在环境的治理上可发挥其不可替代的作用。主要开展了有关工业污染物的微生物降解和治理研究。如用工程菌降解泄漏在海滩上的石油等。

第四节　物　理

一、物理学发展简史

物理学的发展，经历了古代物理学时期、近代物理学时期和现代物理学时期3个发展阶段。

大约在公元前8世纪之后，中国和希腊形成东、西方两个科学技术发展的中心。当时科学已经以经验科学的形态从生产劳动中分化出来，但物理学还没有从哲学中分化出来，它只是“自然哲学”的一个组成部分。同时还由于社会对科学的需要十分有限，科学的社会功能并不显著，所以物理学的发展比较缓慢。在2000多年中，重大的发现极少，希腊时期的成就似乎成了不可逾越的顶峰。其中，发展得较完善的只有静力学和天体运动的理论，此外，还有一些关于光的直线传播的知识和关于物质本原的思辨性理论。这一时期的后期，西方处于黑暗的中世纪，以经院哲学为代表的宗教神学，扼杀了生气勃勃的希腊精神，科学的发展受到了很大的抑制；但是，手工业生产技术的发展，却为实验科学的产生准备了条件。同一时期，中国的科学技术取得了辉煌的成就，走在了世界的最前面。

15世纪末期，资本主义生产关系的产生，促进了生产和技术的大发展；席卷西欧的文艺复兴运动，解放了人们的思想，激发起人们的探索精神。近代自然科学就在这种物质和思想的历史条件下诞生，导致了17世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立，标志着近代物理学的诞生。整个18世纪，物理学处在消化、积累、准备的渐进阶段，新的科学思想、方法和理论，得到了传播、完善和扩展。牛顿力学完成了解析化工作，建立了分析力学，光学、热学和静电学，也完成了奠基性的工作，成为物理学的几门基础学科。到了19世纪，物理学获得了迅速和重要的发展，相继建立了波动光学、热力学和分子运动论、经典电磁场理论等完整的、解析式的理论体系，使经典物理学臻于完善。

19世纪末期物理学上的一系列重大发现，使经典物理学理论体系本身遇到了不可克服的危机，从而引起了现代物理学革命。由于生产技术的发展，精密、大型仪器的创制以及物理学思想的变革，这一时期的物理学理论呈现出高速发展的状况。研究对象由低速到高速，由宏观到微观，深入到广垠的宇宙深处和物质结构的内部，对宏观世界的结构、运动规律和微观物质的运动规律的认识，产生了重大的变革。相对论和量子力学的建立，克服了经典物理学的危机，完成了从经典物理学到现代物理学的转变。1927年以后，量子场论、原子核物理学、粒子物理学、凝聚态物理学、非线性物理学、天体物理学和现代宇宙学，得到了迅速的发展，当代物理学已经发展成为一个庞大的学科群，包括了难以数计的分支学科。物理学向其他学科领域的推进，产生了一系列物理学的新部门和边缘学科，并为现代科学技术的发展提供了新思路和新方法。

二、物理学基础知识及规律

物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其转化规律的自然科学。物理学的研究范围非常广阔，一般可分成经典物理和现代物理。经典物理学一般分成力学、热学、电磁学、光学等4大分支，现代物理以相对论和量子物理为其两大支柱。现择要介绍经典物理学内容。

（一）力学

通常所述力学指经典力学，它研究物体机械运动的规律，是物理学、天文学和许多工程学的基础。

力学作为一门“精确”科学，是牛顿奠基的。牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出的牛顿三大定律及万有引力定律，是研究力学的逻辑基础。

牛顿第一定律又称惯性定律，它指出任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到其他物体的作用迫使它改变这种状态为止。这里的物体是指质点或指作平动的物体，而不考虑它的转动。牛顿第一定律定义了一类特殊参考系——惯性参考系。

牛顿第二定律指出物体的动量对时间的变化率同该物体所受的力成正比，并和力的方向相同。这里的物体指的是质点。

牛顿第三定律又称作用和反作用定律，它表示一物体对另一物体的作用同时引起另一物体对此物体的大小相等、方向相反的反作用，而且这两个作用在一条直线上，即两物体间的一对相互作用，永远等值反向，且在同一直线上。

万有引力定律是人类历史上第一次发现的物质间的相互作用定律，它指出自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们间距离的二次方成反比，引力的方向在它们的连线上。

经典力学是建立在绝对时空观的基础上的，即认为物体的运动虽在时间和空间中进行，但时间的流逝和空间的性质与物体的运动彼此没有任何联系，这把低速范围内总结出来的结论加以绝对化的结果。因此中顿运动定律只适用于宏观物体的低速运动，一般不适用于微观粒子和高速领域。物体的高速运动遵循相对论力学的规律，微观粒子的运动遵循量子力学的规律。

（二）热学

热学是研究热现象有关性质和规律的分支学科。热学理论有两个方面：一是宏观理论，即热力学；二是微观理论，即统计物理学。这两个方面相辅相成，构成了热学的理论基础。

在热力学中，温度T、内能U和熵S是3个基本的状态函数，而这3个状态函数分别由热平衡定律、热力学第一定律及热力学第二定律这3个基本实验定律所确定。

热平衡定律也称热力学第零定律，它指出：如果两个热力学系统各自与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必处于热平衡。此定律是科学定义温度概念的基础，是用温度计测量温度的依据。

热力学第一定律指出：在任一过程中，系统所吸收的热量在数值上等于该过程中系统内能的增量及对外界做功的总和。由此，第一定律揭示了热量是被传递的能量，是与功相当的同过程有关的量，而不是什么“热质”，也不是热力学系统状态参量。

式Q ΔU+A表达的是封闭系统的热力学第一定律。如果系统是开放的，则第一定律表述为ΔU Q-A+Z，式中Z表示因有物质由外界进入系统而带入的能量数值。

热力学第二定律是指明一切涉及热现象实际宏观过程方向的热力学定律，它指出了宏观过程的不可逆性。热力学第二定律有多种表述形式，最常用的是克劳修斯表述（不可能把热从低温物体传给高温物体而不产生其他影响）和开尔文表述（不可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。或说：第二类永动机是不可能造成的）两种形式。通过严格的逻辑推理可以证明，克氏及开氏两种表述是等价的。

关于温度，热学理论还给出了热力学第三定律：热力学零度（也称绝对零度）是不能达到的。也即自然界的最低温度是“绝对零度”，即0K（-273.15℃），任何物体的温度都不能达到或低于这一极限值。热力学第三定律本身不能用实验直接验证，其正确性是由它得到的一切推论都与实验观测相合而得到保证的。

（三）电磁学

电磁学研究电、磁、电磁相互作用的现象及规律。电磁学又可细分为静电学、静磁学和电磁场3个分支。

1.静电学

静电学研究静止电荷产生电场及电场对电荷产生作用力的规律。电荷只有正电和负电两种。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。电荷遵从电荷守恒定律：电荷可以从一个物体转移到另一个物体，任何物理过程中电荷的代数和保持不变。所谓带电，不过是正负电荷的分离或转移；所谓电荷消失，不过是正、负电荷的中和。

静止电荷间的相互作用力符合库仑定律：在真空中两个静止点电荷间相互作 用力的大小与它们电荷量的乘积成正比，与它们间距离的二次方成反比；作用力的方向在它们的连线上。

电荷间的相互作用力是通过电荷产生的电场发生的。电荷产生的电场用电场强度（简称场强）来描述。空间某点的场强用正的单位试验电荷在该点所受电场力来定义。电场强度遵从场强叠加原理：任意带电体在空间某点所产生的场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。在带电体电荷分布已知情况下，根据库仑定律和场强叠加原理，原则上可以确定任意带电体所产生的场强分布。带电体产生的场强分布可以用假想的电场线形象地表示出来。

根据库仑定律和场强叠加原理还可得到描述静电场性质的高斯定理和环路定理。

点电荷q在电场中所受的作用力为q ；点电荷在静电场中由a点移到b点电场力所作的功为Aabq（φa-φb）。根据这两个公式，可以计算任意带电体在电场中所受到的作用力和移动时电场力所作的功，从而可以得知带电体在电场中的运动。

通常的物质，按其导电性能的不同可分为两种极端的情况：导体和绝缘体。导体内存在自由电荷；绝缘体又称为电介质，体内只有束缚电荷。

2.静磁学

静磁学研究稳恒电流产生磁场及磁场对电流作用力的规律。

电荷的定向移动形成电流。电流之间存在磁的相互作用，这种磁相互作用是通过磁场传递的，即电流在其周围的空间产生磁场，磁场对放置其中的电流施以作用力。电流产生的磁场用磁感应强度描述。真空中稳恒电流产生的磁场遵从毕奥—萨伐尔定律，即，式中Id 是强度为I的电流元，r为电流元到场点的距离，为电流元指向场点的位矢，积分沿整个电流回路，μ0为真空磁导率，其值为μ04π×10-7H·m-1。

由毕奥—萨伐尔定律可计算任意已知电流分布产生的磁感应强度。此外，根据毕奥—萨伐尔定律还可得到描述稳恒磁场性质的磁场高斯定理及安培环路定理。

电流元Id 在磁场中受到的作用力由安培定律d Id ×表示，式中为电流元所在处的磁感应强度。整个载流导线所受的磁力则为该式对全部电流导线的积分。一个速度为 的运动点电荷在磁场中受到的作用力为 ；当同时存在电场和磁场时，运动电荷所受作用力为 ，它决定了带电粒子在电磁场中的运动。

3.电磁场

电磁场研究随时间变化情形下的电磁现象和规律。这是电磁学的普遍情形。

当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中产生感应电流。感应电流的方向可由楞次定律确定。闭合回路中的感应电流是感应电动势推动的结果。感应电动势遵从法拉第电磁感应定律。回路内电流变化在其自身引起感应电动势的现象称为自感；回路内电流变化在其他回路中引起感应电动势的现象称为互感。回路的自感和互感性质分别由自感系数和互感系数描述。

感应电动势按其产生的原因不同可分为两种情况：一种是因导线在稳恒磁场中运动切割磁感线而产生，称为动生电动势；另一种是导线不动，因磁场的变化而产生，称为感生电动势。

感生电动势是变化的磁场在其周围激发电场的体现。在非稳恒情形下，总的电场为电荷激发的电场与变化磁场激发的电场的矢量和。随时间变化的电场在其周围也激发有旋的磁场。在非恒情形下，总的磁场为电流激发的磁场与变化电场激发的磁场的矢量和。总电场和总磁场满足以下四个方程：、和。这就是普遍情形下电磁场满足的麦克斯韦方程组（积分形式）。

根据麦克斯韦方程组导出的一个重要结论是存在电磁波，变化的电磁场以电磁波的形式传播，电磁波在真空中传播的速度为c2.99792458× 108m·s-1。这一数值与光在真空中传播的速度相同，这说明光是电磁波。

能量问题是物理学关心的重要问题。根据麦克斯韦电磁理论可知：电场中储存电能，单位体积内储存的电能（电场能量密度）为；磁场中储存磁能，单位体积内储存的磁能（磁场能量密度）为，同时存在电场和磁场的空间V

内储存的电磁能为W；电磁场中存在能流，单位时间通过垂直能流方向单位面积的能量称为能量密度，用 表示，又称为波印廷矢量。任意空间内发生的电磁过程遵从能量守恒定律。

（四）光学

光学研究光的传播及光与物质相互作用的规律，通常分为几何光学、波动光学和量子光学3个部分。几何光学是以光线为基础用几何学方法研究光的传播和成像规律；波动光学则是以光的波动说为基础研究光的电磁性质和传播规律，特别是干涉、衍射及偏振的理论和应用；而量子光学则是以光的量子理论为基础，研究光与物质相互作用的规律。波动光学和量子光学统称物理光学。

1.几何光学

在几何光学中，把组成物体的物点看做是几何点，把它所发出的光束看做是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传播方向。光线的传播遵循光的直线传播定律、光的独立传播定律、反射定律及折射定律等基本定律。根据光线的传播规律，研究物体被透镜或其他光学元件成像的过程，以及设计整个光学仪器的光学系统就都显得十分方便和实用。实际上，几何光学只是波动光学在λ/a→0时的极限情形（a为障碍物或缝的尺寸）。

2.波动光学

光是特定频率范围内的电磁波，所以光波能够发生干涉、衍射；由于光矢量（即光波中的电场矢量）的振动方向总和光的传播方向垂直，因而光又具有偏振性。

干涉是指若干个光波（成员波）相遇时产生的光强分布不等于由各个成员波单独造成的光强分布之和而出现明暗相间的现象。能发生干涉的各个光波，必然满足相干条件（频率相同、振动方向相同、相位差恒定），这些光波称作相干光波。由于普通光源发光机理是原子的跃迁辐射，同一原子在不同时刻或不同原子在同一时刻发出的光波其振动相位及振动方向均随机，因此两个普通光源或者同一光源的不同部分发出的光并不发生干涉。

产生相干光波的方法有分波面法和分振幅法两种。杨氏双缝干涉及罗埃德镜均属于分波面干涉，而牛顿环就是经典的分振幅干涉。干涉又可分为双光束干涉和分光束干涉。双光束干涉的特征是其形成的明暗条纹都不是细锐的，而是光强分布作正弦式的变化；而多光束干涉则可形成细锐的条纹。

波的衍射是指波遇到障碍物后能绕过障碍物的边缘而进入几何阴影内传播的现象。作为电磁波，光也能产生衍射现象，即光也能绕过障碍物的边缘传播，而且衍射后能形成明暗相间的衍射图样。

光的衍射现象可以用惠更斯的子波原理（介质中波阵面上各点都可看做子波波源，其后任一时刻这些子波的包迹就是新的波阵面）作定性解释，但对于在光衍射图样中的强度分布，惠更斯原理却无能为力。为此，菲涅耳作了补充，提出了“子波相干叠加”的概念：衍射时波场中各点波的强度由各子波在该点的相干叠加决定。这就是惠更斯—菲涅耳原理。利用该原理可定量分析光的衍射问题。

光的偏振是指光矢量的振动方向不变或光矢量末端在垂直于光传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。

根据光的偏振态可把光分成非偏振光、完全偏振光（简称偏振光）和部分偏振光。普通光源发出的光都是非偏振光。完全偏振光在实验室内都是用特殊的方法获得的。用来获得（或检验）偏振光的装置称为偏振器。非偏振光通过偏振器后就成为线偏振光，偏振光再通过偏振器后，其透射光强的变化遵从马吕斯定律I I0cos2α，式中α为光振动方向与检偏器偏振化方向的夹角。

自然光在两种各向同性介质的分界面上发生反射和折射时，不仅光的传播方 向要改变，而且偏振状态也要变化。一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光：在反射光中垂直于入射面的光振动占优势，而在折射光中平行于入射面的光振动占优势。但当入射角等于某一特定角ib（tanibn2/n1）时，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光，并且此时反射光和折射光的传播方向垂直。这就是布儒斯特定律，入射角ib称起偏角或布儒斯特角。

三、物理学研究方法

物理学如今已经发展成为具有严密逻辑性和学科系统性的自然科学的基础学科，与之相伴随的物理学研究方法是科学方法的典型代表。主要有以下几种方法：

（一）观察与实验法

观察和实验是物理学研究的最基本方法。观察方法是人们通过感觉器官或借助于科学仪器，有目的、有计划地感知客观对象而获得科学事实的一种研究方法和知觉活动。按获取信息的方式或要求不同，观察法可分为直接观察与间接观察，或分为定性观察和定量观察。观察方法应遵循客观性、理论的引导性及整体性等原则。

观察法通常是指在自然发生的状态下对物理世界进行考察，若是在人为干预控制对象的条件下进行的观察则属实验法。实验方法可简化、纯化乃至强化研究对象，实验还可以模拟自然过程，因而实验法比观察法能获得更精确可靠的科学事实。在物理学中一个基本假设的正确与否，判断的唯一方法就是实验。

除遵循观察方法的3个原则之外，实验方法还必须遵循实验的可重复性原则，即要求能够在相同的实验条件下再现实验结果，只有满足这一原则的实验，才能确保实验结果的客观规律性和取得同行的认可。

（二）理想化方法

理想化方法是一种科学抽象方法，它是有意识地突出和强化研究对象的本质因素，舍弃次要因素和无关的干扰因素，从而使研究对象或者其过程以某种理想化的纯粹形态出现，以便准确而又简明地揭示自然事物或现象的性质及规律的方法。

理想化方法主要有理想模型和理想实验两种形式。理想模型是将物体本身或物体运动、状态变化的过程抽象成理想研究对象，如，力学中的质点、刚体、自由落体运动，热学中的理想气体、准静态过程、卡诺循环，电磁学中的点电荷、匀强电场、无限长螺线管，光学中的点光源、薄透镜，近代物理中的绝对黑体等都是理想模型。

理想实验也称假想实验或思考实验，是运用形象思维能力去构思研究对象的假想过程，并运用概念、判断、推理等逻辑思维手段对研究对象进行逻辑上的分析推导。相比于实际实验，理想实验更有利于探索和揭示客观规律，物理学史上很多重要观点或结论都是采用理想实验方法作出裁决的，如伽利略设计的“斜面实验”及爱因斯坦在创立相对论时采用的“爱因斯坦列车”和“爱因斯坦电梯”等。当然，理想实验仅是实际实验重要的逻辑补充，其结论的正确性还必须放在真实实验中去检验。

（三）假说方法

假说是人们根据已有的事实材料和科学原理，对自然现象及其规律尝试性地提出一种假定性解释。恩格斯曾说：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。”形成假说已成了自然科学研究的基本程序之一。

假说向科学理论转化的关键是假说必须经受住实践的检验。在检验假说的过程中，又会出现新的事实材料。这些新的事实如果证实了所提的假说，表明假说可能转化为科学理论；但如果它仅证实了假说的部分内容，则必须对该假说进行修正和补充；如果它否定了所提假说，则必须重新提出新的假说，直到一个可靠的科学理论被建立为止。自然科学的发展就是如此循环往复，从假说到理论，再从新的假说到新的理论。

有些假说很难进行直接验证，比如量子力学中关于波函数的薛定谔方程就难以直接用实验来验证。这时只能进行间接验证，即由该假说通过数学演绎的方法，由它推导出的许多结果都已经得到了证实，这说明该假说可以转化为科学理论。

（四）数学方法

一门学科由定性分析走向定量研究是该门学科成熟的标志，而要定量就离不开数学方法。数学方法是指利用数学所提供的概念、符号和规则，对与研究对象相对应的数学模型从量和结构方面进行逻辑运算和推导的方法。数学方法不仅为物理学研究提供精确的形式化语言和表示工具，而且也提供了推理工具，物理规律的推导往往包含了大量的纯数学演绎。

数学方法较少地受物质和技术条件限制，依靠其抽象推理可从理性上认识客观世界。物理理论与数学方法紧密结合，使人类以惊人的准确性提出了许多科学预言。如麦克斯韦方程组预言了电磁波的存在，太阳系中的海王星被人们称为“笔尖下的行星”。

（五）归纳和演绎

归纳法是从特殊（或个别）事物概括出一般规律的方法。自然科学中许多经验定律和经验公式是运用归纳推理得来的。由于归纳和概括所依据的事实和材料总是有限的，所以运用归纳法所得的结论往往带有或然性。

演绎法是从一般规律引出特殊事例结论的方法。相比较于归纳法的结论带有或然性，演绎法的结论则有较好的可靠性。塔尔斯基曾说过：“演绎方法是构造科学时所用方法中最完善的一个，它在很大程度上消除了误差和模糊不清之处，而不会陷入无穷倒退。”所以，人们在逻辑证明、提出科学假说及建立理论体系时广泛使用演绎法。

实际上，演绎和归纳是对立统一的两种逻辑推理方法。两者既相互区别又相互联系、相互补充，从而构成一个不可分离的统一体。万有引力定律的建立和海王星的发现就是运用归纳—演绎法的一个光辉范例。

（六）分析与综合

所谓分析，就是人们在思维过程中把研究对象由整体分解为若干组成部分、层次或要素，然后对它的各个部分、层次或要素分别进行研究，揭示它们的属性和本质；并研究这些部分、层次或要素之间的相互作用及其在整体对象中的地位，考察它们对研究对象的状态及发展变化的影响。而综合法与分析法正好相反，它是在分析的基础上，把关于研究对象的各个部分、层次或要素的认识连结组合起来，形成对该研究对象的总体上的认识。

实际上，分析与综合是互相渗透、互相依存、不可分割的。综合必须通过分析，分析是其基础；但分析必须走向综合，才能达到对事物全面、深入的认识。物理学上许多规律的发现都是分析法与综合法综合运用的结果。

（七）类比法

所谓类比，是根据两个（或两类）对象在某些方面的相同或相似而推断它们在其他方面也可能相同或相似的逻辑推理方法。类比是一种从特殊到特殊的推理方法，当已知理论与观察资料不足而无法归纳和演绎时，类比常能使人获得新的信息从而明确努力方向。所以，类比方法是人类提出科学假说、作出科学预言的重要途径，德布罗意正是用类比法敲开了量子力学的大门。当然，类比提供的只是可能性和假说，类比所得结果必须由理论分析和实验研究来检验和核实，以决定猜测的弃取或修正，否则就要犯严重错误。

四、物理学知识应用

作为一门基础自然科学，物理学知识已渗入到人类生活的各个领域，物理学的应用非常广泛。现列举几例。

（一）摩擦的应用

日常生活中利用摩擦的例子很多。如，鞋底、车轮外胎的表面制成凹凸不平的花纹以及冬天冰雪封路时在汽车轮胎上缠防滑链都是为了增大摩擦；体操运动员在进行单杠或双杠运动时用镁粉（白色的碳酸镁粉末）擦手是为了增大手掌与杠的摩擦；机器零件的抛光、木器的打磨，都是借助于摩擦进行的。除此之外，摩擦还有许多特殊应用，如，利用摩擦生热可进行摩擦焊接，将不能采用电焊或气焊方法进行的金属管或金属杆与特殊材料（如陶瓷）做成的零件焊接起来；利用摩擦切削金属可不受金属硬质的限制；利用摩擦自锁的原理可以小力产生大力，螺旋千斤顶就是一例。

（二）微波加热

微波炉已进入千家万户，微波加热的原理是：大多数物体中含有水、纤维素、脂肪等极性分子，在有电场存在时，极性分子会向电场方向转动。当有微波照射时，其高频变化的电场会使分子来回做每秒上亿次以上的高速转动，在转动过程中这些分子会与周围的分子发生碰撞，从而极性分子的电势能转化为周围分子热运动的动能，以致物体的温度升高。微波加热均匀、节能、卫生，因此在各行业上被广泛用于干燥物体。医学上的微波理疗就是利用微波加热来改善病灶组织的血液循环，从而达到治疗的目的。

（三）感应加热

感应加热是利用电磁感应的原理将电能在金属内部通过涡流转化成热能。家用电磁灶就是感应加热的一个应用。感应加热不仅加热速度快，而且不污染环境、不氧化、不脱碳、节约能源、易于实现自动化，因此工业上广泛应用感应加热进行金属焊接、金属冶炼、淬火等。由于感应加热的热源无须与被加热材料接触，因此感应加热也广泛应用于无法直接加热的真空技术和科学实验中，如制作显像管、示波管在排除玻璃管中金属部分吸附的气体时就往往采用感应加热的方法。

（四）红外技术

自然界的一切物体都是红外辐射源，物体的温度越高，其辐射的红外线越强且波长越短。这种红外辐射的普遍性和差异性使得红外技术有着广泛的应用。由于红外线波长比可见光长，穿透云雾的能力也比可见光强，故在夜间或浓雾天气可通过红外线探测器来接收信号，并用电子仪器对接收到的信号进行处理，或用对红外线敏感的照相底片进行远距离摄影和高空摄影，就可察知物体的形状和特征，这种技术称为红外线遥感。利用遥感技术可在飞机或卫星上勘测地形、地貌，监测森林火情和环境污染，预报台风、寒潮及寻找水源等。此外，红外夜视、红外制导、红外侦察、红外火控、红外雷达、红外通信、红外隐形等技术在现代战争中发挥着极其重要的作用。

（五）增透膜与增反膜

利用薄膜干涉的原理，在某些光学表面镀上一层适当材料的薄膜，使入射光在薄膜的上、下两个表面形成的反射光干涉相消，从而减少光在该表面的反射，透射光能相对增大，这样的膜称为增透膜或消反膜；反之，如果涂上的薄膜使反射光干涉加强，则光在该表面就几乎没有透射，这样的薄膜称为增反膜。如宇航员的头盔和面甲，其表面镀上一层增反膜，以削弱红外线对人体的透射；眼镜片镀膜后透射率可达99.5%，配戴镀膜眼镜更显得明亮。在照相机、望远镜及显微镜上，为了增强透光率，都必须镀上一定材质一定厚度的介质薄膜。

（六）放射性的应用

放射性在工业、农业、医学、科学研究等各方面有着广泛的应用，主要分3种：第一，以核动力的形式广泛地应用于现代能源、舰艇船只的动力等；第二，利用放射线，一者利用其强穿透本领去透视X射线不能透视的各种材料内部的特性和缺陷；二者利用射线能量所造成的生物效应如致死效应、绝育效应和诱变效应等进行辐照加工和育种、食品的保藏、医药的消毒及放射医疗等；第三，用放射性核种作放射性同位素示踪。

（七）激光的应用

利用激光的高亮度和高定向性，可加工各种材料和产品，在医疗上可用作精巧的不出血的“手术刀”；利用激光的高亮度和很好的相干性，实现了全息照相，能获得被摄物体的立体图像；利用高单色的可调激光，可以对一些物理、化学和生物过程进行高选择性的光学激发与控制；利用脉冲激光可对目标进行精确的定位和测距；利用激光极好的单色性，可检测光频中任何一个细微的变化，从而可实现遥测和远距离监控；光纤通信是利用激光作为光频电磁载波来传递各种信息。另外，激光被广泛地用于信息存储和回放中，激光技术使激光唱盘和影碟实现了高保真和海量存储。

练习题

一、选择题

1.最早的化学萌芽活动是（　　）。

A.阴阳五行学说　　　B.古代原子论

C.用火　　　　　　　D.炼丹术

2.下列对实验事故或药品的处理方法正确的是（　　）。

A.实验台上的酒精灯被碰翻着火，立即用湿抹布扑灭

B.金属钠着火燃烧时，用水浇灭

C.少量浓硫酸沾在皮肤上，立即用氢氧化钠溶液冲洗

D.将含硫酸的废液直接倒入水槽，用水冲入下水道

3.化学与生活密切相关，下列说法不正确的是（　　）。

A.抗酸药能中和胃里过多的盐酸，缓解胃部不适

B.柠檬、橘子等有酸味的水果，属于酸性食物

C.目前加碘食盐中含碘元素的物质主要是KIO3

D.人体内没有能使纤维素水解成葡萄糖的酶，因此纤维素不能作为人类的营养食物

4.下列说法错误的是（　　）。

A.医院用BaCO3代替BaSO4当作“钡餐”

B.生石灰、硅胶是食品包装中常用的干燥剂

C.“雨后彩虹”是与胶体、光学等知识有关的自然现象

D.用无毒、可降解塑料代替聚乙烯塑料，以防止白色污染

5.“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”形象地反映了（　　）。

A.纬度地带性　　B.经度地带性　　C.垂直地带性　　D.非地带性

6.人口自然增长率的大小取决于（　　）。

A.经济发达程度　　　　B.生活医疗水平

C.文化教育水平　　　　D.出生率和死亡率

7.组成生物体的最基本的元素是（　　）。

A.O　　　B.P　　　C.N　　　D.C

8.艾滋病是由HIV病毒感染人体引起的，这种病主要破坏人体的哪种细胞（　　）？

A.淋巴细胞　　　B.神经细胞　　　C.心肌细胞　　　D.肝细胞

9.下列说法正确的是（　　）。

A.运动物体的加速度越大，速度也就越大

B.物体在直线上运动时，若向前的加速度减小了，则前进的速度也随之减小

C.物体加速度的值很大，但速度的值却不变，这是不可能的

D.物体具有恒定的加速度，不一定作匀加速直线运动

10.纳米是量度微观尺度的长度单位，1nm是1m的（　　）。

A.十亿分之一　　　　B.十万分之一

C.百分之一　　　　　D.百万分之一

二、判断题

1.生活中常用的普通肥皂是由高级脂肪酸钠盐制成的（　　）。

2.二氧化碳变钻石是伪科学（　　）。

3.有机合成材料的出现是材料发展史上的一次重大突破。人们常说的三大合成材料是指塑料、合成纤维、合成橡胶。（　　）

4.阴极射线、α-粒子散射现象及布朗运动的发现都对原子结构模型的建立作出了贡献（　　）。

5.大洋洲被太平洋、印度洋、大西洋包围（　　）。

6.孩子的性别是由父亲的基因决定的（　　）。

7.腊梅和茶花，腊梅长得高是乔木；茶花比腊梅矮是灌木（　　）。

8.与α粒子相比，中子作为轰击原子核的粒子，更容易钻进原子核的原因是中子不带电（　　）。

三、名词解释

1.元素周期律

2.电解质

3.新陈代谢

4.惯性定律

四、简答题

1.什么叫光学分析法？

2.有人爱吃青蛙，为此有人大量捕捉野生青蛙.这种做法对不对？为什么？