公共基础知识教材之科技常识.docx

1、公共基础知识教材之科技常识第七篇 科技常识第一章 新能源一、新能源涵义新能源是指传统能源之外的各种能源形式，它的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能，并具有污染小、储量大的特点。低碳经济的核心是新能源技术。目前，我国涉及的新能源产业包括智能电网、煤基清洁燃料、风电、太阳能四大领域。二、新能源主要种类1.太阳能指太阳光辐射的能源，是太阳核聚变反应过程产生的能量。主要利用形式有三种，即光热转换、光电转换和光化学转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。2.风能风能利用形式主要有风力提水、风力助航和风力发电三种，其中风力发电是当今社会风能利用的主要形式。目前，上海东海大桥海

2、上风电项目是亚洲第一个大型海上风电项目，全部机组于 2010 年 6 月底并网发电，为世博会提供清洁能源。3.生物质能生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。利用形式包括直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等 3种途径。我国目前可利用的生物质能资源主要是传统生物质，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾、工业有机废渣与废水等。4.地热能是地球内部的放射性元素不断进行热核反应，产生的巨大热能通过大地的热传导、火山喷发、地震等途径向地表散发，产生了地热能。地热能是可再生资源。地热能集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。5.智能电网又称电网的智

3、能化，也被称为“电网 2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。中国智能电网具有技术上实现信息化、自动化、互动化三大基本特征。6.核能又称原子能，包括裂变能和聚变能两种主要形式。 （1）核裂变：主要应用于核能发电，技术应用比较成熟。核电（核电站利用核能进行发电，其所使用的核燃料是铀 ）已与水电、火电一起构成世界能源的三大支柱。核能发电不会造成空气污染，也不会产生加重地球温室效应的二氧化碳，运输和储存都很方便。（2）核聚变：核能中聚变能

4、是一种无限、清洁、安全的理想能源，具有安全、无污染、高效的优点。目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸，但尚未可以将能量控制和有效利用。（3）具体应用：从上世纪 70 年代起步，目前已建成核电站有 6 个，共 13 个机组，分别为浙江秦山一期、二期、三期核电站，广东大亚湾核电站，广东岭澳一期核电站，江苏连云港田湾一期核电站。（4）核电站运行原理：核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电或发电兼供热的动力设施，反应堆是核电站的关键设备，链式裂变反应就在其中进行。（5）核电问题：核能电厂会产生高低阶放射性废料，或者是使用过的核燃料，但因具有放射 线，故必须慎重处理，且需面

5、对相当大的政治困扰。核能发电厂热效率较低，因此热污染较严重。【课堂练习】1.目前环境污染在世界范围内很大部分的原因是对能源的利用引起的，这主要是（ ）。A.化石资源利用 B.煤炭资源利用C.电磁能利用 D.核裂变能利用2.下列属于二次能源的是（ ）。A.太阳能 B.沼气 C.原煤 D.海洋能第二章 新材料一、新材料涵义新材料（或称先进材料）是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。二、新材料主要种类1.石墨烯石

6、墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。是已被证实是世界上已经发现的最薄、最坚硬的物质。导电性能极佳，电子移动速度远远超过了电子在金属导体或半导体中的移动速度。导热性超过现有一切已知物质。2.纳米材料纳米是一个物理学上的度量单位，1 纳米是 1 米的十亿分之一。当物质到纳米尺度以后，大约是在 1100 纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。3.超导材料超导材料是具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料的基本物理参量为临界温度（Tc），临界磁场（Hc）和临界电流（Ic

7、）。1911 年，荷兰物理学家卡曼琳昂纳斯在实验中发现超导现象某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量。第三章 高新科学技术一、高新科学技术概述（一）高新科学技术含义高新科学技术，也叫高技术、高科技。一般而言，它的含义是动态变化的，是不断发展的一个概念。从地域上看，不同的国家对高技术有不同的理解。从经济发展的角度，从第三世界国家发展的角度来认识，把高技术分为三个层次：（1）技术的改进；（2）技术的综合；（3）技术的创新。 技术的改进，技术的综合均属于高技术的范畴，更重要的是技术的创新。高新技术就一般而言，实际上指的是当代新兴学科与高技术水平，

8、特别是尖端技术和先导技术，它反映了科学向技术的迅速转化以及科学与技术的高度融合，是生产力发挥巨大作用的重要因素。（二）高新科学技术的特征高新技术本身具有一些有别于一般科技的独特内容，将高新技术的主要特征概括为“六高”：高智力、高投入、高风险、高效益、高渗透、高竞争。（三）高新科学技术领域及其标志性技术一般认为，高技术包括 6 大技术领域，12 项标志技术和 9个高技术产业。它们之间的关系是：六大高技术领域是信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术、空间技术和海洋技术，它们将在本世纪获得迅速发展，并通过广泛的实用化和商品化，成为日益强大的高技术产业。以基因工程、蛋白质工程为标志的生物技术将成为

9、 21 世纪技术的核心；以光电子技术、人工智能为标志的信息技术，将成为 21 世纪技术的前导；以超导材料、人工定向设计的新材料为标志的新材料技术将成为21世纪技术的支柱；以航天飞机、永久太空站为标志的空间技术将成为21世纪技术的外向延伸；以深海采掘、海水利用为标志的海洋技术将成为 21 世纪技术的内向拓展 二、生物领域（一）生物工程技术是 20 世纪 70 年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科，是以生物学（特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学）的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短

10、期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。主要包括基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程。（二）实际应用1.杂交水稻杂交水稻指选用两个在遗传上有一定差异，同时它们的优良性状又能互补的水稻品种，进行杂交，生产具有杂种优势的第一代杂交种。2.转基因食品转基因食品是利用现代分子生物技术，将某些生物（包括动物和植物）的基因转移到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形状、营养品质、消费品质等方面能够满足人们的某种需要。3.克隆技术克隆技术含义是无性繁殖，是利用生物技术由无性生殖产生

11、与原个体有完全相同基因组的后代的过程。科学家把人工遗传操作动物繁殖的过程叫克隆。4.干细胞技术又称为再生医疗技术，是指通过对干细胞进行分离、体外培养、定向诱导、甚至基因修饰等过程，在体外繁育出全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官，并最终通过细胞组织或器官的移植实现对临床疾病的治疗。三、信息领域（一）信息技术信息技术（简称 IT），是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。它也常被称为信息和通信技术。主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。（二）具体应用1.4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集 3G 与

12、WLAN 于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G 通信技术最明显的优势在于通话质量及数据通信速度。其最大的数据传输速率超过 100 Mbit/s，是 3G 速率的 50 多倍。第四代移动通信系统主要是以正交频分复用（OFDM）为技术核心。我国的第四代移动通讯已经申请成为第一个第四代移动通讯的国际标准。2.物联网物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。它是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、

13、监控和管理的一种网络。简言之，物联网就是“物物相连的互联网”。有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。3.光纤通信光纤通信就是利用光波在光导纤维中传递各种信息。具有通信容量大、传输损耗低、经济、轻便、抗干扰能力强、保密性能好的优点。4.卫星通信指利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或两个以上地面站之间进行的通信。当卫星在距赤道上空 35800 千米的轨道上时，它与地球自转同步运行，卫星相对地面静止不动，故被称为定点同步卫星。只要在定点同步轨道上等距离分布 3 颗卫星，即可实

14、现除南北极地区以外全球范围内的通信。2011 年我国用“长征三号甲”运载火箭，成功将第八颗北斗导航卫星送入预定轨道。北斗卫星导航系统是我国独立发展、自主运行，并与世界其他卫星导航系统（如美国 GPS、欧盟GALILEO、俄罗斯的 GLONASS 等）兼容互用的全球卫星导航系统。目前，我国有四大卫星发射中 心，分别是四川西昌、甘肃酒泉、海南文昌、山西太原。5.三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。“三网融合”后，民众可用电视遥控器打电话，在手机上看电视剧，随需选择网络和终端，只要拉一条线、或无线接入即完成通信、电视、上网

15、等。四、宇宙空间领域3.人造地球卫星人造地球卫星指环绕地球飞行并在空间轨道运行一圈以上的无人航天器，简称人造卫星。人造卫星是发射数量最多，用途最广，发展最快的航天器。4.空间站“礼炮”号是世界上第一个空间站，1971 年4 月由前苏联发射上天，宇航员在它上面连续停留的时间最长为 63 天。国际空间站：迄今世界上最大的航天工程，被誉为“太空中的城市”。始建于 1998 年，由美、俄等 16 个国家联合参与。2000年 11月 2 日，1 名美国宇航员和2 名俄罗斯宇航员乘坐的飞船与其顺利对接，他们成为国际空间站首批长住居民。五、农业领域“三色革命”1.绿色革命农作物的最高产量在很大程度上取决于光

16、能利用效率的高低。目前一般作物光能利用率仅 0.4左右。但从光合作用本身的效率来计算，理论上最高可达 20左右，根据这一计算，仅水稻亩产就能达 700010000 千克。因此，把扩大农作物叶绿素体面积以加强光合作用，提高农作物产出率，称为“绿色革命”。2.白色革命地球上的植物资源极其丰富，用来发展畜牧业，将粗蛋白转化为以奶品、肉类为主的高级蛋白质，既可提高人民生活水平，又扩大了食物的来源。因为蛋白质呈白色，所以称之为“白色革命”。3.蓝色革命海洋占地球总面积 71，不仅生物品种多，而且数量巨大，但目前对海洋的开发利用十分有限。海洋可提供的食物，比陆地全部可耕地提供的食物多得多。因为海洋呈蓝色，

17、所以把人类征服海洋、建立以海洋为主的水体农业称为“蓝色革命”。【课堂练习】本世纪 80 年代初出现的“蓝色革命”新构想，其含义是运用现代科学技术向蓝色海洋乃至内陆水域索取人们所需要的众多的优质水产品。提出蓝色革命的国家是（ ）。A.印度 B.中国 C.日本 D.澳大利亚 第四章 科技专题一、计算机常识（一）计算机发展史1946 年，美国的莫奇利、埃克脱、冯诺依曼等人参加研制的世界上第一台电子数字计算机ENIAC 问世，从而开辟了计算机技术的新纪元。第一代从 1946 年算起，是电子管时代；第二代从 1956 年算起，是晶体管时代；第三代从 1964 年算起，是中小规模集成电路时代；第四代从 1

18、973 年算起，是大规模和超大规模集成电路时代；目前，电子计算机的发展已进入第五代，即人工智能计算机时代。（二）计算机系统计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统包括计算机的主机和外部设备。具体由五大功能部件组成，即：运算器、控制器、存储器、输入设备（键盘，鼠标，摄像头，扫描仪，光笔，手写输入板，游戏杆，语音输入装置等都属于输入设备）和输出设备。硬件系统包括运算器，控制器，存储器，输入，输出设备，控制器和运算器合成为中央处理器即 CPU ，存储器主要有内存和外存之分；内存又分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM），断电内容丢失的是 RAM，外存主要有硬盘（GB），软盘（3.5

19、寸，1.44MB）， 光盘（650MB左右），移动存储器优盘（MB），MP3（MB）等。软件系统包括系统软件和应用软件两大类。系统软件主要的功能是进行调度、监控和维护等等。系统软件是用户和裸机的接口。（三）计算机性能指标1.字长由于计算机使用二进制（采用了冯诺依曼的思想原理，即以 0 和 1 两个数字形式用于展现， “逢二进一”），所以计算机以多少个二进制位作为信息处理单元，就成为衡量计算机性能的主要指标。如 8 位机、16 位机、32 位机、64 位机等中的位数，就叫计算机的字长。位数越多，字长越长，进行数值计算的精度也就越高。2.容量存储器的容量也就是计算机存储程序和数据的“仓库”，其大小

20、是衡量计算机性能的另一个重要指标。为了计算方便，我们通常把 8位二进制作为一个单位来计算存储器的容量，取名为字节（Byte）；把 1024 个字节（实际为 102488192 个二进制位）称作 1K字节。计算机内存储量再上升一个数量级，就是兆（即 M，lM1024K），兆以上的数量级是 G（1G1024M）。常用的换算单位有：1 B =8bit；1KB=1024B；1MB=1024KB； 1GB=1024MB；1TB=1024GB；1 个汉字=2B3.运算速度通常是指计算机执行加减乘除四则运算的平均速度，也是计算机性能的一个主要技术指标。每秒钟完成运算的次数越多，其运算速度越快，性能也就越先进

21、。内存器分为随机存储器 RAM和只读存储器 ROM。CPU只能直接访问存储在内存中的数据，不能直接访问存储在外存中的数据。Cache 的含义是高速缓冲存储器，是为了协调 CPU 和 RAM 之间的速度差问题。奔腾（Pentium）是 Intel 公司生产的一种 CPU的型号。（四）计算机的基本操作1.常见文件名后缀（1）*.exe 和*.com 表示可执行文件。（2）*.fon 和*.fot 表示字库文件。（3）*.txt 表示文本文件。（4）*.doc 和*.rtf也表示是文本文件，但它们是 Word产生的文件。（5）*.bmp、*.jpeg 和*.gif 表示图像文件。（6）*.dat 可

22、以表示数据文件，也可以表示 VCD 的媒体文件。2.格式化格式化是指对磁盘或磁盘中的分区进行初始化的一种操作，这种操作通常会导致现有的磁盘或分区中所有的文件被清除。格式化性质：格式化是一种纯物理操作，同时对硬盘介质做一致性检测，并且标记出不可读和坏的扇区。高级格式化：从理论上讲，高级格式化（不论是快速还是普通形式）并没有真正从磁盘上删除数据，它只是给数据所在的磁盘扇区的开头部分写入了一种特殊的删除标记，告诉系统这里可以写入新的数据。只要在格式化后没有立刻用全新的数据覆盖整个硬盘，那么原来的数据还会在那里，只需要一些特定的软件即可恢复原来的数据。对于固定硬盘和可移动硬盘来说，高级格式化的数据都是

23、可恢复的。3.快捷键的使用（1）热启动：CTRL + ALT +DEL； （2）关闭正在运行的窗口：Alt+F4 键（3）全部选中当前页面内容：Ctrl+A； （4）把当前页面添加到收藏夹中：Ctrl+D（5）撤消刚才动作：Ctrl+Z （6）垂直平铺所有窗口：Ctrl+T（五）计算机的应用电子计算机的应用范围十分广泛。归纳起来，大致有如下几个方面：1.数值运算如计算气象数值，发布气象预报，不仅要收集温度、气压、风力、湿度、水位、流速等大量观测数据，进行庞杂的数据计算，而且时间性要求很高。现在采用电子计算机计算，几分钟便可得出精确结果，从而保证了发布天气预报的及时性。 1 2.数据处理数据处理

24、是指用电子计算机对数据及时地进行记录、整理与计算，最后加工成人们所要求的数据形式。如在银行业务中，需要对各地银行的收支情况、项目分类、款额等及时地加以汇总、分类、 统计和制表，使用电子计算机就可及时、精确地加以处理。3.实时控制实时控制是实现生产自动化的主要手段。如机械加工，使用电子计算机实时控制，只需在加工前给出加工零件表面一些关键的坐标位置和几何外形的数学公式，并依此编制好加工程序，电子计算机即能根据输入的加工程序控制机床的运行。4.辅助设计电子计算机系统配有带光笔的显示器和 X-Y绘图仪时，即可被当做工程设计人员的辅助设计工 具。设计师坐在显示屏前讨论方案，观察设计图形的各种投影，将图形

25、放大、缩小或转动，并可随时用键盘和光笔修改方案。二、物理常识（一）基础物理学1.热力学常识（1）热力学第一定律：热力学系统如不吸收外部热量却对外做功，须消耗内能；不可能造出既不需外界能量又不消耗系统内能的永动机。（能量守恒定律属于热力学第一定律）（2）热力学第二定律：热机不可能把从高温热源中吸收的热量全部转化为有用功，总要把一部分传给低温热源。根据这个定律，任何热机的效率都不可能达到 100。（3）热力学第三定律：在科学家研究固体、液体、分子和原子的自由能的基础上，能斯特提 出，在温度达到绝对零度（-273摄氏度）时，物质系统（分子或原子）无规则的热运动将停止。绝对零度不可能达到，但是可以无限

26、趋近。2.电磁学常识1864 年，麦克斯韦预言电磁波的存在，并预言光是一种电磁波。1888 年，赫兹发现了电磁波。麦克斯韦的电磁理论成为描述电磁运动的基本理论，被称为自然科学的第三次理论大综合。3.光学常识（1）光的色散是一种把太阳光分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光的现象。（2）光的三原色是红、绿、蓝，而颜料的三原色是红、黄、蓝。（3）红外线：太阳光色散区域中，红光外侧的不可见光叫做红外线。红外线能使被照射的物体发热，具有热效应。常用于红外探测器红外照相机红外夜视仪追踪导弹等。（4）紫外线：太阳光色散区域中，紫光外侧的不可见光叫做紫外线。它能使荧光物质发光，另外还可以灭菌。常用于验钞机紫

27、外线杀菌等（5）光的直线传播：光在同一种均匀介质中沿直线传播，比如影子的形成（手影，日食月食）、小孔成像等。（二）现代物理学现代物理学通常是指 20 世纪初开始发展起来的物理学，包括相对论、量子力学、原子和原子核物理学、粒子物理学等，是物理学的重要组成部分。1.原子核物理属于物理学分支。它是研究原子核的结构和变化规律，获得射线束并将其用于探测、分析的技术，以及同核能、核技术应用有关的物理问题。2.粒子物理学粒子物理学研究比原子核更深层次的微观世界，物质的结构性质和在很高的能量下，这些物质相互转化的现象，以及产生这些现象的原因和规律。迄今，人们已认识到构成物质的最小组成为三种粒子：轻子、夸克、媒

28、介子。通常被认为自然界最小的结构单元，已知物质最小的结构单元是夸克和轻子。作用在物质上的所有的力可归结为三种：引力、强力、统一的电弱力。（传统上将力分为四种：引力、电磁力、强力和弱力。上世纪 60 年代，物理学家发现弱力和电磁力是可以统一起来的，它们 是一种事物的不同侧面，统称电弱力。）3.相对论相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，共同奠定了现代物理学的基础。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。4.量子

29、力学量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。1905 年，爱因斯坦提出了光量子说，直接推动了量子力学的产生和发展。1924年，法国物理学家德布罗意证明了物质具有波粒二象性。1925年，德国物理学家海森伯和玻尔，建立了量子理论第一个数学描述矩阵力学。1926年，奥地利科学家提出了描述物质波连续时空演化的偏微分方程薛定谔方程，给出了量子论的另一个数学描述波动力学。后来，物理学家将矩阵力学与波动力学统一起来，统称量子力学。三、生物医学常识1.新陈代谢新陈代谢是生物的基本特征之一。生物体经常不断地从外界取得生存所

30、必需的养料，并使这些养料变成生物本身的物质，同时把体内产生的废物排出体外，这种新物质代替旧物质的过程叫新陈代谢。新陈代谢包括同化作用和异化作用，这两个方面既相互矛盾，又相互联系。异化作用释放能量，同化作用需要能量，同化作用需要的能量正是由异化作用所释放出来的。2.光合作用光合作用，即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。3.细胞是一切生命体的基本单位，细胞的特殊性决定了个体的特殊性

31、。4.遗传与变异生物子代和亲代之间的相似现象叫遗传。生物的子代和亲代之间，以及子代不同个体之间都有或多或少的差异，这种差异叫做变异。由遗传物质发生改变所引起的变异叫做可遗传的变异，由环境条件引起的而遗传物质没有发生改变的变异叫做不遗传变异。生物具有遗传和变异，既能够保持物种的相对稳定，又能够促使生物不断向前进化。5.蛋白质是一种复杂的有机化合物，由氨基酸分子呈线性排列所形成，相邻氨基酸残基的羧基和氨基通过肽键连接在一起。酶是最常见的一类蛋白质，它们催化生物化学反应，尤其对于生物体的代谢至关重要。6.基因生物体内的每种蛋白质、酶、多肽激素和细胞因子等都有它自身特定的遗传信息，它们被储存于染色体链中，携带某种特定蛋白质完整遗传密码的那个片段称为基因。7.核酸核酸的基本单位是核苷酸，每个核苷酸分子由戊糖、磷酸和含氮碱基组成。组成核苷酸的戊糖有两种：核糖和脱氧核糖。由核糖和 A、G、C、U四种碱基及磷酸组成的核酸称为核糖核酸（RNA）；由脱氧核糖与 A、G、C、T 四种碱基和磷酸组成的核酸称为脱氧核糖核酸（DNA）。（遗传过程实质上是遗传物质传递的过程。遗传信息的传递是依靠 DNA的复制过程进行的。DNA存在于生物体的每一个细胞中。）