1、现代科学技术 党 洁 教 师 贵 阳 市 交 通 学 校,主 要 内 容,一、科学技术的重要意义二、科学技术简史三、二十世纪的科学技术四、二十一世纪的科学技术,科学技术的 重要意义,诺基亚的神话,1. 芬兰的诺基亚公司原是生产橡胶鞋的工厂， 后来引进信息技术，转变到生产手机的公司。2000年销售的手机占领全球市场的37%。 2. 诺基亚现在全球有雇员54000名，其中22000人在芬兰，另有20000人在芬兰依附诺基亚而工作。 3. 2000年3月诺基亚的市值达3000亿美元，超过欧 洲的任何公司。2001年全球销售额250亿美元，大致相当芬兰政府整个年财政预算。 4. 诺基亚成为芬兰经济的火
2、车头，它占了芬兰股市值的2/3，和该国总出口的1/5，把500万芬兰人与世界上各地无形网网络中的总计10亿人连起来。,全球首富比尔盖茨,1)比尔盖茨1973年（19岁）离开哈佛大学从商,1975年以5000美元资本创办微软，抓住信息技术的关键操作系统来发展企业,到1987年成为亿万富翁，1994年成为世界首富，现已连续九年居首位。 2福布斯环球商业与金融杂志（2003）报道，盖茨的个人财产为410亿美元，比前一年减少了100多亿美元。但比第二名沃伦.巴菲特还是领先很多（沃伦.巴菲特的个人净资产为305亿美元,2002年为350亿美元） 。,邓小平同志的指示,1989年，邓小平同志讲：“科学技术
3、是第一生产力；科学是了不起的事情，要重视科学，最终可能是科学解决问题”。,“科学技术是第一生产力” 的思想内涵 (1)“科学技术是第一生产力”的使命是把经济搞上去。 (2)“科学技术是第一生产力”的真谛在于科技与经济要一体化。 (3)“科学技术是第一生产力”是巩固和发展社会主义制度的重要保证。 (4)发挥“科学技术是第一生产力”作用的关键是提高全社会的科技意识。,什么是科学？什么是技术？ 科学回答“为什么”技术回答“怎么做” 科学回答“是什么” 技术回答“做什么” 科学是发现，技术是发明 科学技术一个整体,科学技术简史,从宇宙史到科技史,宇宙史：150200亿年 地球史：47亿年 人类史：24
4、0多万年 人类文明史：至多6000年 人类科技巨大变革时间：300多年 人类认识科技作用时间：最近50多年,科技时代,1石器时代： 公元前240万年公元前4000年 2金属时代： 公元前4000年公元1000年 3水与风时代：公元1000年公元1732年 4蒸汽时代： 公元1733年公元1878年 5电气时代： 公元1879年公元1946年 6电子时代： 公元1947年公元1972年7. 信息时代： 公元1973年下世纪,十九世纪以前的 科学技术,牛顿的科学成就,1. 微积分奠定了近代数学的基础1666年论流数一文手稿被发现，这是最早的关于微积分的论述。 2. 光谱分析奠定了近代光学的基础16
5、66年牛顿用三棱镜做分光实验，1704年出版光学一书。 3. 力学三定律奠定了经典力学的基础1682年发表自然哲学的数学原理阐明了运动三定律和万有引力定律。4. 万有引力定律奠定了近代天文学的基础。,瓦特的发明开始了 第一次工业革命,世界上第一台完整的蒸汽机于1776年由瓦特发明。 2. 1781年瓦特发明“太阳一行星机构”， 使往复运动转换成旋转运动。 3. 1788年发明离心式调速器，以保证转速的稳定。 4. 1794年发明蒸汽压力指示器，以防锅炉爆炸。,十九世纪的科技成就(1),一、三大科学理论 1能量守恒与转化英国的焦尔(JPJoule)于1843年测定了热功当量为460千克厘米。 2
6、细胞学说德国施莱登(MJSchleiden)与施旺(TSchwann)分别于1838、1839年提出植物和动物均由细胞组成。 3生物进化论英国达尔文(C RDarwin)1859年11月24日出版物种起源,提出了“自然选择，优胜劣汰”的进化论。,十九世纪的科技成就(2) 二、重要技术发明 1.蒸汽机车：1814年7月25日由英国司蒂芬森(GStepherson)发明 2.电磁相互作用原理：1821年由法拉第(M. Faraday)发现 3.发电机：1866年由西门子(EWSiemens)发明 4.电话：1876年由贝尔发明 5.电灯：1879年由爱迪生发明 6.无线电通信:1895年分别由意大
7、利马可尼和俄罗斯波波夫发明 7.汽车：1885年由德国本茨发明 8.飞机：1903年由美国莱特兄弟发明,二十世纪的 科学技术,二十世纪伟大的科技成就,一、四大基础理论1）量子力学；2）相对论； 3）基因理论；4）系统理论。 二、五大基本模型 1）宇宙演化的大爆炸模型；2）物质结构的标准模型；3）DNA双螺旋结构模型；4）图灵计算机模型；5）地壳结构的板块模型。 三、三大基本技术 1）物质变化技术；2）能量转化技术；3）信息控制技术。,二十世纪的五大基本模型（1）,1. 宇宙演化的大爆炸模型 1）20世纪20年代，弗里德曼在广义相对论的框架下，论证了宇宙胀缩，哈勃发现了星系红移。 2）宇宙大爆炸
8、模型：200亿年前的宇宙是基本粒子组成的“宇宙汤” 大爆炸时的温度达100亿度以上 四种基本力：引力、强力、弱力、电磁力逐一分化出来物质形态依此演化为原子、气态、恒星体系、现在的宇宙。 3）四项观测事实证明了大爆炸理论：（1）观测表明：任何天体的年龄都小于200亿年；（2）河外天体有系统性的谱线红移，表明宇宙膨胀；（3）所有天体的氦与氢的比例大致相同：1:4；（4）1965年探测热辐射谱的微波背景辐射时，得到宇宙的温度约为3K。,二十世纪的五大基本模型（2）,2. 粒子物理的标准模型 1）20世纪发现了数百种微粒子,它们由两类十二种基本粒子构成 它们是夸克(上、下、奇异、粲、底、顶)和轻子（电
9、子、子、子、电子中微子、 子中微子、 子中微子）。 2）所有粒子的运动遵循四种基本力：引力、电磁力、强力、弱力 的相互作用。引力和电磁力在宏观世界可观察到，强力和弱力只有 在微观世界的粒子作用中才显露。弱力在中子及其它粒子衰变过程 中出现，强力是夸克相互间的作用力，其强度最大，这种力使夸克 组合成强子（现今发现的数百种粒子大多是强子）。轻子只参与引 力、电磁力、和弱力作用，而不参与强力相互作用。若以强力的强 度为1，则电磁力为10-2，弱力为10-13，引力为10-38。 3）从四种力的作用来看，基本粒子为三种：夸克、轻子、传播子 （传递力的粒子）。传递强力的是胶子（共有8种，质量为0 ），传
10、 递弱力的是W+、W-、Z0中间玻色子（质量是质子的80-90倍），传 递电磁力的是光子（质量为0），传递引力的传播子至今尚未发现。,二十世纪的五大基本模型（3）,3.DNA双螺旋结构模型 A（腺嘌呤）T（胸嘧啶）、G（鸟嘌呤）C（胞嘧啶）是含氮碱 基对，它们分别以2、3个氢键相连，千万条碱基对组成遗传密码。,二十世纪的五大基本模型（4）,4. 图灵的计算机模型1936年，图灵在其著名的论文论可计算数在判定问 题中的应用（On Computer numbers with an Application to the Entscheidungs -problem）中，以布尔代数为基 础，将逻辑中的
11、任意命题用一种通用的机器来表示和成， 并能推导出结论。这种机器，后人称之为“图灵机”。图灵机由一个控制器和一个两端无限长的工作带组成。 工作带由大小相同的方格组成，方格内记载着字母表上的 符号。控制器带有读写头，它可读出或改写方格上的号。 这种机器能进行多种运算并可用于证明一些著名的定理。图灵还从理论上证明了这种假想机的可能性。图灵机的 思想奠定了整个现代计算机发展的理论基础。,二十世纪的五大基本模型（5）,5. 地壳结构的板块模型 1）大陆漂移说：创始人是魏格纳，他在海陆的起源一书中论述了南美和非洲大陆可能拼合在一起的思想、大西洋两岸的许多生物有亲缘关系，在岩石、地层和皱褶构造等上也相当吻合
12、。1950年代，古地磁学的研究结果进一步为大陆漂移说提供了有力证据。 2）海底扩张说：地球上部是岩石圈和软流圈，其下为高温地幔的环形对流体，它驱使地幔的炽热物质从洋脊的裂谷中涌出，冷却后形成新的海底，并推原来的海底向两侧扩张，是海底同大陆一起在地幔对流体上漂移。 3）板块构造说：在大陆漂移说和海底扩张说的基础上，岩石板块构造说成为新的全球构造理论。全球分为七大板块：太平洋、亚欧、印澳、非洲、北美、南美和南极板块。板块漂浮在软流圈上，在洋中脊处增生，在海沟处消减，其运动的动力源泉来自地幔的热对流。,二十世纪的重大技术成就(1),1.诺贝尔、伦琴和居理夫人。 2.1903年美国莱特兄弟发明飞机。俄
13、国齐奥尔科夫斯基提出火箭飞行理论。现在民用飞机已可载运500多人，可以环球飞行。正在研制l000人的超音速客机。军用飞机的飞行速度己达5M(马赫数)。 3.1957年10月4日苏联发射第一颗人造卫星，1969年7月21日美国阿波罗1l号飞船第一次登月，1977年第一次航天飞机载人飞行。 4.1946年莫切里与埃克特发明第一台计算机ENIAC，计算机发展到现在已经五代：电子管晶体管集成电路大规模集成电路超(甚)大规模集成电路，正向智能计算机发展。,二十世纪的重大技术成就(2),5.1945年8月6日在日本广岛，8月9日在长崎投下原子弹。1952年美国完成了第一次氢弹爆炸(苏1953年，中l967
14、年试验氢弹)。 6.1901年马可尼(意)实现第一次无线通讯，1904年弗莱明发明真空二极管，1948年肖克利发明晶体管，l968年美国实现第一条光纤通讯。现在正向信息高速公路发展。 7.1965年日本制成第一辆磁悬浮列车，时速400500公里。1997年实验时速达503公里小时，为世界之最。 8.1997年英国成功培育出世界上第一只用体细胞克隆技术产生的羊“多莉”，实现了生命的复制。,20世纪改变世界的重要机电产品,人类已进入到信息时代,1946年J. W. Mauchly和J. P. Eckert演示了ENIAC计算机，科学界认为人类进入到电子时代 科学界认为1973年开始人类已进入信息时
15、代 主要标志是：1）S. N. Cohen及H. W. Boyer演示了世界上第一例基因工程，用化学方法完成了DNA（脱氧核糖核酸）基因分子重组，改变了遗传密码。从信息论上看，是一个划时代的飞跃。2）Alan Kay发明了第一台“办公室计算机”。3）T. B. Martins及R. B. Cox发明了第一台可理解语言指令的计算机.4）超大规模集成电路（LSI）：第一次在一个芯片上做出了1万个以上的晶体管（现在已超过900万个管子）。5）J. Malland在苏格兰阿巴丁大学发明了核磁共振扫描（NMRS），用于医学检查。,二十一世纪的 科学技术,21世纪科学技术发展总趋势(1),一、中心科学技术
16、的转移1.信息科学技术目前是发展高峰期，预计其中心科学技术的地位还可持续四十年。2.生命科学技术现在已开始注重其发展与应用，预计21世纪30年代开始将逐步转变为中心科学技术。3.认知科学技术智能化趋势现已显露，预计21世纪70年代开始将成为科学技术发展的中心,21世纪科学技术发展总趋势(2),二、世界科技中心（地区或国家）的转移中国（公元3世纪公元13世纪）意大利（1540年1610年）英国（1660年1730年）法国（1770年1830年）德国（1810年1920年）美国（1920年 ）可能转向东方（日本、中国）,从科学发现到技术发明,高技术及其产业的领域,(1) 信息科学技术（包括微电子、
17、光电子科学技术） (2) 生物科学技术（包括生命科学技术） (3) 新能源科学技术（包括核能科学技术） (4) 新材料科学技术（包括纳米科学技术） (5) 环境科学技术（包括地球科学技术） (6) 航空航天科学技术（包括空间及军事科学技术） (7) 海洋科学技术（包括地球科学技术） (8) 先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术） (9) 管理科学技术（包括软科学技术） (10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）,21世纪改变人类的科学技术,科学 技术物质科学 信息技术生命科学 生物技术纳米技术能源技术,12个重大关键技术攻关项目,1. 超大规模集成电路和软件2. 信息安全与电子政务
18、及电子金融3. 功能基因组与生物芯片4. 电动汽车5. 高速磁悬浮列车6, 创新药物与中药现代化7. 主要农产品深加工8. 奶业发展9. 食品安全10. 节水农业11. 水污染治理12. 重要技术标准,21世纪的科学,近年来的重大基础科学进展,1.关于宇宙起源和未来的理论; 2.接近揭开“宇宙黑洞”之迷; 3.把引力、弱作用力、电磁力、和强作用力统一起来的“超弦理论”； 4.物理常数（电子电荷e、光速c、普朗克常数h）在改变，由e、c、h 组成的精细结构常数（近似为1/137）也在改变； 5.破解人类染色体基因密码; 6.生命的起源问题的研究有新进展（RNA的机理）; 7.在数学领域, 几百年
19、来科学界曾重奖悬赏的若干问题 （如四色问题、费马定理等）已被证实; 8.智能数学方法有许多突破。,21世纪重大科学难题,1.渺观世界的物质结构 2.高温超导电性 3.宇宙暗物质、暗能量和宇宙黑洞 4.星系与宇宙的起源 5.寻找地外理性生命 6.最终解决人类能源问题 7.分子工程学(原子加工和自组装) 8.生命起源、细胞起源与凋亡 9.思维与智能的本质 10.超级计算理论 11.智能数学理论 12.物质和精神的关系问题,航空航天技术,航天科技的伟大成就(1),1957年10月4日， 前苏联发射成 功世界上第一 个航天器 “卫星一号”人 造卫星。,航天科技的伟大成就(2),1961年4月12日，前
20、苏联宇航员 加加林乘东方一号飞船升空，历 时108分钟，代表人类首次进入 太空。,1969年7月21日，美国宇航员阿 姆斯特朗乘阿波罗1l号飞船登月， 成为人类踏上月球第一人。,“神五”冲宵 梦圆今朝,2003年北京时间10月15日9时整, 我国自行研制的“神舟”五号载人 飞船升空,将中国首位航天员杨 利伟顺利送上太空。,“神五”冲天，带着中国人千年企 盼，梦圆浩瀚太空。,“神舟”5号升空的重大意义,“神5”升空是我国综合国力强大的标志，它将大大提高了我国的国际地位；“神5”升空大长了中国人的志气，将会进一步促进我国经济的持续发展；“神5”升空展示了我国学人的风貌，将会大大促进我国科学技术的发
21、展；“神5”升空增强了我国的国防力量，给我们的敌人以巨大的震慑。,“神州”五号的舱段,“神舟”5号由轨道舱(也叫工作舱)、返回舱(又称座舱)、推进舱(或称服务舱、设备舱、仪器舱)和一个附加段（用于与其他航天器对接或空间探测）组成。飞船顶部还有一个高 8米的逃逸救生塔，它装有10台发动机，在火箭起飞前900秒到起飞后160秒期间（0110千米），如发生故障，它能拽着返回舱和轨道舱与火箭分离，并落到安全地带，使航天员转危为安。,“神州”5号的六大特点(1),起点高。作为我国第一代飞船，它的研制越过了单舱式、双舱式飞船，直接研制三舱2-3人式飞船，前苏联第一代飞船“东方”号是单人双舱式、美国第一代飞
22、船“水星”号是单人单舱式。 轨道舱留轨工作半年。国外飞船的轨道舱在返回舱返回地面时就废弃在轨道上了，而“神州”5号的轨道舱装有太阳能电池翼继续供电，舱内的仪器设备能像卫星一样自主工作半年。 技术含量高。它的电子技术和控制技术都比美俄的第一代飞船先进得多。,“神州”5号的六大特点(2),降落伞最大。它是世界上最大的降落伞，足有1200平方米，有引导伞、减速伞、主伞和伞包组成。减速伞将返回舱的速度从200米/秒减至80米/秒左右后与主伞分离；主伞能把返回舱的速度减至6米/秒，一副降落伞有80米长，铺在地上有半个足球场大小，可叠起来却只有小提包大，重量仅90多千克。 飞船空间大。“神州”5号返回舱的
23、直径达2.5米，容积约6立方米，是目前世界上最大的。 研制费用低。直接成本不足10亿人民币，前4次费用各约1亿美元。,“神州”5号的有关数据(1),直接成本不足10亿人民币, 前4次费用各约1亿美元。 飞船总长9.2米，总重7790千克。 返回舱直径2.5米，容积约6立方米，是目前世界上空间最大的载人飞船。 装有52台发动机，能精确调整飞船飞行姿态和运行轨道。 变轨后飞行的圆形轨道距地球343千米。,“神州”5号的有关数据(2),6. 90分钟绕地球一圈，还要经受180摄氏度的温度考验。 共绕地球14圈，行程约60万千米。 飞船实际着陆点与理论着陆点相距4.8千米。 发射飞船的“长征”二号F型
24、火箭采用了55项新技术。 为实时跟踪飞船情况，在国内外设有9个陆地测控站、三大洋上有4艘测控船。,空间科学技术的伟大成就(1),1957年10月4日，前苏联发射成功世界上第一个航天器 “卫星一号”人造卫星。 1961年4月12日，前苏联宇航员加加林乘东方一号飞船升空，历时108分钟，代表人类首次进入太空。 1963年6月16日，前苏联尼.捷列什科娃乘东方6号飞船上天，历时2天又22小时50分，成为世界上第一位女宇航员。 1967年4月24日，前苏联宇航员科马洛夫乘联盟一号飞船返回地面时，因降落伞未打开，成为第一个为航天殉难的宇航员。 1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗乘阿波罗1l号飞船
25、登月，成为人类踏上月球第一人。,空间科学技术的伟大成就(2),1971年4月9日，前苏联发射世界上第一艘长期停留在太空的礼炮一号空间站。 1981年4月21日，美国成功发射并返回世界上首架航天飞机哥伦比亚号。 1984年7月25日，前苏联萨维茨卡娅离开礼炮7号空间站，成为第一位在太空行走的女宇航员。 1986年1月28日，挑战者号航天飞机起飞时发生爆炸，7名宇航员全部遇难。 1996年11月19日起飞、12月7日降落的哥伦比亚号航天飞机，历时17天15小时53分钟，完成了最长的一次太空飞行。 2003年2月1日，美国哥伦比亚号航天飞机发生空难，机上7人全部丧生。,空间科学技术的伟大成就(3),
26、从1957年发射人造卫星以来，全世界共进行了约4000次成功的发射，将约5200个不同种类的航天器送入太空轨道，进入太空的航天员超过400名（其中12名航天员登上月球）、800多人次。2003年10月15日北京时间9时整我国发射了自行研制 的“神舟”五号载人飞船，9时9分50秒, 进入预定轨道, 将中国首位航天员杨利伟顺利送上太空。,莱特兄弟发明飞机(1),1.“飛行者1號” 的發明者是美國的威爾伯萊特(上图左)和奧維爾萊特(上图右)兄弟。威爾伯萊特生于1867年4月16日，他的弟弟奧維爾萊特生于1871年8月19日。 2.他们的父亲是基督教兄弟联合会的一位主教，一天父亲送给他们一支竹蜻蜓，激
27、起他们的好奇，由此走上发明飞机之路。 3.在莱特兄弟之前，许多人探索制造过飞机（包括贝尔和爱迪生），但都失败。莱特的成功得益于他们的观察、思考和实践（他们开设了自行车修理铺）。,莱特兄弟发明飞机(2),莱特的飞机莱特首飞,1903年12月14日至17日， “飛行者”l號進行第4次試飛， 地點在美國北卡羅萊納州基 蒂霍克的一片沙丘上。第一 次試飛由奧維爾萊特駕駛， 共飛行了36米，留空12秒。 第四次由威爾伯萊特駕駛， 共飛行了260米，留空59秒。 1906年，他們的飛機在美國 獲得專利發明權。,美国波音客机B747,空中客车A380,协和号客机,协和号超音速客机：该機是目前世界上唯一在航線上
28、運營的超音速商用運輸機。與它同時代的圖144早已退出了競爭。1969年初試飛，1975年投入使用。飞行速度：M2.04,標准客座為100，最大客座為140，最大載重航程5000公里，起落噪音太大，于1979年停產，總共生產了20架。该机于2000年7月25日巴黎当地时间下午4点45分在巴黎东北郊戴高乐机场起飞后不久即坠毁，机上109人,地面5人罹难（见下右图）。2003年6月1日退出航运。,F16轻型战斗机,F-16是美国研制的轻型战斗机，主要型号有A、B、C、D、E等，可携带AIM-9L“响尾蛇”空对空导弹2-6枚，其中E型为战斗轰炸机，可携带4-8枚先进中距空对空导弹或6枚“幼畜”空对地导
29、弹或炸弹。最大速度2340公里/小时。台湾于2001年购入了约60架。该机价格相对较低，性能优良，不少国家都装备了该机。,B-2隐形轰炸机,随着 隐身战斗机的投产，美国国防部和国 会要人也开始接受了“隐身轰炸机”这一概 念，并于1979正式批准了空军提出的研制 这种飞机的申请报告。次年，美国空军就 研制“先进战略突防飞机(ASPA)”进行了公 开招标，诺斯罗普公司提出的方案得到了 首肯。随后，美国空军把该机的研制项目 正式定名为“先进技术轰炸机 (ATB)“， 这就是B2隐身战略轰炸机的最初名称。,F117隐型战斗轰炸机,美国战斗机是世界上第一种服役的 隐身战斗机，主要用于攻击地面目标。 年开
30、始装备部队，年美国入侵巴拿马时 首次使用。在年的海湾战争中，有 余架参战，表现出色。没有损失。 在科索沃空袭中，被南联盟军队击落至少1架。 最大使用速度马赫数0.，机内武器舱可挂装 枚千克的激光制导炸弹或其它武器。,F22隐型战斗机,米格-29,1977年开始生产，1994年500余架分布20余国家。 两台伊索托夫RD-33发动机，大修700小时总寿命 1400小时。 双垂尾，最小转弯半径450M（400公 里时速）。空重11000公斤，最大起飞重量18.5 吨。转场航程2100公里（1500升副油箱）最大 2900公里（再加两个800升油箱）。标准武器：6 枚P-60M短距导弹或P-73中程
31、导弹，以及4枚P- 27P或P-27T中程导弹，改进型可挂6枚P-77主动 制导PBB-AE先进导弹。,米格-31,前苏联米高扬.格列维奇设计局1976年研制 的重型战斗机，是米格-25的改进型。主要用于 截击低空的敌机和巡航导弹。最大时速2550千米， 实用升限21000米，作战半径1500千米，最大起飞 重量44000千克。主要武器：8个武器挂架可挂8枚 空对空导弹或枚空对地导弹或炸弹。还装有多普 勒雷达，搜索距离为200千米，跟踪距离185千米， 可同时截击4个目标。,苏-27,动力装置：2台AL-31F，单台推力:7600公斤 机 载武器：30毫米机炮，10个外挂点， 苏27已由 沈飞
32、开始组装生产，命名为歼11。 主要技术数据： 机长：21.935米, 翼展：14.7 米,机高：5.932米, 机翼面积：46.5平方米,最 大起飞重量：30000千克,最大使用速度：2.35M 升限：18000米,作战半径：1500公里。,苏-37,苏-37是俄罗斯苏霍伊实验设计局开放型联 合股份公司研制的多用途全天候超机动性 战斗机，苏-37是在苏-27基础上为俄罗斯 空军研制一系列第四代战斗机和第五代多 功能战斗机计划实施过程中的重要一步。 该机采用了集成式远程电子控制系统以及 现代化的数字式武器控制系统,苏37军用机,关于航空航天科技的 重要战略思想变化,现代战争的特点是：1）“非接触
33、” 2）“精确打击” 3）“无人化” 4）“空军首当其冲” 5）“可能是空军决定战争胜负”； 航空武器装备的发展战略应从“以防为主”转变为：“攻防兼备”； 空战要“先敌发现”、“先敌发射”、“精确打击”、“先发制人”； 现代战争是高科技战争，信息技术尤其重要，现代飞机是“e-飞机”； 飞机总设计师的主专业正从气动、强度转向控制、电子、信息。,能源科学技术,能源危机迫在眉睫(1),世界经济得益于能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。然而，这些资源将在21世纪上半叶接近枯竭。 1）可支配的石油储量，大约为11801510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，大约在2
34、050年左右宣告枯竭。 2）天然气储备估计为131800152900兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，将在5765年内枯竭。 3）煤的储量约为5600亿吨。以1995年煤炭开采量33亿吨计，还可以供应169年。,能源危机迫在眉睫(2),4）铀的年开采量目前为6万吨，根据1993年世界 能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期 5）核聚变到2050年还没有实现的希望。近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都 是由能源而引发。这种军事冲突，今后还将更猛 烈、更频繁；在国内，能源问题不解决,必将严 重地影响我国经济的可持续发展。总之，能源的中断，必将导致世界经济危机。 能源危机迟早会爆发
35、；它的爆发将具有爆炸性！,能源危机对我国的冲击(1),20世纪90年代初期，我国的能源尚可自给自足，我国有自己的煤，自己的油田，丰富的水利资源，以及生物能源（主要是沼气）的利用，使得我国利用本国能源即可满足全国的能源需求但现在增加石油供应的可能性极为有限。1999年我国石油开采量约1.6亿吨，但是消耗量已上升到1.9亿吨，到2010年预计消耗量将达到3亿吨。,能源危机对我国的冲击(2),“中国国家能源综合战略和政策研究”课题组对2020年我国能源消费总量进行了三种情况下的预测：1)不采取特别措施的基准情景(A情景)：总需求为32.8亿吨标准煤；2)对相关政策采取适当调整(B情景)：总需求为28
36、.9亿吨标准煤；3)作较大政策调整的强化政策情景(C情景)：总需求为24.66亿吨标准煤，均值为29亿吨标准煤，是2000年的2.2倍。如果在能源危机来临之前，不作紧迫应对必将严重地影响我国经济的可持续发展，在2020年以后更难保持经济的高速发展，甚至会严重倒退！,中国必须实施能源多元化（1）,1. 中国虽有丰富的煤矿资源, 但只拥有全球石油储备的2.3%和天然气储备的1%, 而石油消费却占全世界的6%以上; 2. 在未来的20年，中国应实行“节能优先、结构多元、环境友好”的可持续能源发展战略； 3. 煤炭仍然是主要的能源。2002年中国能源生产总量为13.9亿吨标准煤，其中71%来源于煤炭，
37、煤炭消费总量为13.7亿吨，占同期世界的27.7%。煤炭燃烧的排污是大气污染物的主要来源，2002年中国二氧化硫排放总量为1927万吨，居世界第一位。到2020年，我国煤炭消费比例应控制在60%左右。要提高煤炭燃烧效率和清洁利用煤炭。煤炭洗选可以脱出5080%的灰份和3040%的硫份，烟气净化可脱硫90%以上。,中国必须实施能源多元化（2）,4. 2020年我国石油产量预计为1.82.0亿吨，而消费量最少也要4.5亿吨，对外依存度可能接近60%，与目前美国的水平相当（美为58%）; 5. 中国从1993年成为能源纯进口国, 2002年进口原油7000多万吨, 46.4%来自中东, 3%来自伊拉
38、克, 2003年至少进口7500万吨原油; 6. 2003年3月初原油价格升至每桶40美元, 专家预测, 每桶原油价格每年上涨10美元, 包括中国在内的发展中国家的经济增长率将下降0.75%。 7. 中国石油消费量年增长率为4%, 是世界第一。全国人大代表认为，没有能源保障，中国实现现代化 将拖后50年;,中国必须实施能源多元化（2）,8. 中国石油天然气集团公司已经在哈萨克斯坦、委内瑞拉、苏丹、 伊拉克、伊朗、秘鲁和阿 塞拜疆拥有了石油特许协议。中国海洋石油总公司2003年3月7日宣布斥资6.15亿美元购买哈 萨克斯坦里海北部油田8.33%的股权(该项目预计可开采130亿桶原油), 另外,拟
39、修建一条从安加尔斯克到中国大庆的总长2400公里的输油管线,每年可输送原油2000万吨。 9. 要大力开展可再生能源利用，预计到2020年其利用量将达到5.25亿吨标准煤，比2000年的2.56亿吨增加1倍左右。从资源量看，我国的可再生能源利用量是每年73亿吨标准煤，现在的开发量不足4000万吨。在“九五”期间，我国可再生能源开发利用速度已达年均11.2%，如果将其加快到15%，就可实现2020年的发展目标。,克服能源危机的出路(1),1. 中国应实行“节能优先、结构多元、环境友好”的可持续能源发展战略 2. 发展以太阳能的利用为主的可再生能源的利用。据天文学家的计算，每年太阳提供给地球的能量
40、是世界人口消费能量的1.5万倍。 1）光伏电力的应用 ：据德国统计，供应全德国的电，只需不到10%的建筑物顶部安装光伏转化模板。澳大利亚正研究巨型太阳能发电塔。2）光热利用： 在中欧和北欧等缺少阳光的地区，已经出现了一些完全依赖阳光供暖的建筑物。继续推广太阳能集热器、太阳灶、日光温室等技术；研究太阳能中温集热器。,克服能源危机的出路(2),3）生物质燃料能源：利用荒漠和沼泽大力种植生物质能源材料，利用基因技术发展高富含油脂植物，发展甲醇与乙醇的提取技术。重视农村沼气的开发利用。 4）氢能源：由电解水产生氢或由太阳能光催化水分解氢。氢是最清洁的能源。正在研究的纳米碳管储氢能力高，受到广泛关注。氢
41、燃料电池效率高（5080），污染小，噪声低。,克服能源危机的出路(3),3. 水电与潮汐发电：水电实际上也是利用太阳能。三峡 水电设计年发电能力847亿千瓦小时。中国计划在八年内将水电装机总容量增加到15万兆瓦。相当于八个长江三峡发电枢纽或者150部核发电机组的发电能力。 4. 风力发电：丹麦是风力发电大国，现有6300座风力发电机，提供13%的电力需求。 5. 核能的利用：根据国际能源机构的统计数据，法国年的核能发电量占全国当年发电总量的，核能发电比例位居全球第一。据国际能源署报告，中国未来30年核电业的年增长率将达到9%，但到2030年，核能只占中国全部能源需求的3%。,克服能源危机的出路
42、(4),6.提高燃烧效率：当务之急是洁净煤燃烧。要发展超临界蒸汽发电机组和整体煤气化联合循环技术。 7.电池技术：锂离子电池很有发展前景；燃料电池的效率高（5080），污染小，噪声低，也很有发展前景。但其可靠性和稳定性要做深入细致的研究工作，并经受实践考验。 6）各种节能技术：,新材料技术,材料是一切事物的物质基础,俗话说：“开站七件事，柴、米、油、盐、 酱、醋、茶。”这七样东西，样样都是过日子必 不可少的物质，它们都是材料。所以人类首先最需要的就是材料。 过日子离不开材料，使用任何一种技术更离不开材料。人最原始最简单的技术到最尖端最复 杂的技术，莫不如此。现代社会使用的材料种类繁多，无法简单
43、地用某一种甚至某一类材料来象征社会的发展水平、技术水平，但材料是一切东西的物质基础仍然没有改变，而且今后也永远不会改变。,新材料技术的远大意义,1.从科学技术发展的历史看，一种崭新技术的实现，往往需要崭新材料的支持 例如人们早 就知道了喷气航空发动栅比螺旋桨航空发动机有很多优点，但由于没有全的材料能承受喷射 出燃气的高温，使这种理想只能是空中楼阁，直到1942年制成了然基耐热合金这咱新材料、才使喷气发动机的制造得以实现。 2.反过来，先进的技术又促使了具有前所未有性能的新材料的诞生。 例如利用巨型计算机可 以计算出要求什么样的性能便应该有什么样的成分组成，甚至还没有制造出来便可以先用虚 拟现实
44、技术观看所制成的零件在工作时的表现如何。,几种最新的材料（1）,1. 超导材料: 超导体是指在低温下阻抗消失、完全抗磁的物质。 1911年，科学家发现了绝对温度零度即零下273摄氏度左右的超导体。目前，超导体分两大类：铜氧化物的陶瓷和其它金属化合物。此前金属化合物超导体的最高临界转变温度为23K（即250）。陶瓷超导体的临界转变温度虽比金属化合物超导体临界转变温度高，但加工应用又很困难。,几种最新的材料（2）,2. 先进陶瓷材料: 陶瓷的基本成分是铝硅酸盐，由于天然原料带有杂 质，使陶瓷的一些性质受到损害。后来科学家用不含硅 酸盐的天然原料，成功研制了性能更优越的陶瓷，从而 出现了不含硅的崭新
45、一代陶瓷，也叫现代陶瓷。 碳化硅和氮化硅又被称为精细陶瓷材料，它们克服了 一般陶瓷的致命弱点脆性，有很高的韧性、塑性和 耐磨性，并在高温下具有较高的耐热性。 把陶瓷粉与金属末混匀，经高温烧结，就得到了金属 陶瓷，它兼有金属和陶瓷的特点，韧而不脆，硬而热。 高铝陶瓷是有名的“硬骨头”，用它作机器上的耐磨器 件，其耐磨性能比金属高23 倍。至于刚玉瓷、氮化硼 陶瓷制成的瓷刀，更能“削铁如泥”。,几种最新的材料（3）,3.金属材料和高分子材料 记忆合金是指那些改变形状后在一定的条件下仍能恢复原形的合金，它们的成分通常是镍钛、铜锌、铜铅镍和铜金锌等。以50的镍和50的钛组成的“镍钛诺”应用最广，最近铜
46、锌合金的发展也很快。 稀土当然不是“土”。就其资源来说，也并不稀少。它之所以叫稀土，是从18 世纪沿袭下来的。局限于当时的科学技术水平，人们以为能提取这类元素的矿物是一种稀少的、类似泥土的氧化物，故名稀土金属。其实，它是一大类金属，共有17 种元素：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。稀土金属具有典型的金属性质，一般呈灰色，有的还有很高的导电性，适于锻造、热轧、冷轧和压力加工；化学性质也很活泼，能与许多元素发生化学反应生成化合物。,几种最新的材料（3）,人工合成有机高分子材料的成功，是材料发展史上的一次重大突破，它弥补了大自然供给的不足以崭新的姿态出现在各个工业
47、部门，同时又迅速地打入民用市场、和人们日常生活产生了密切的联系，今天已是“天下无人不识君”了。人工合成有机高分子材料的品种很多，主要包括一般说的“三大材料”，即合成纤维合成橡胶和合成塑料，此外还包括合成油漆涂料、胶粘剂和一部分液晶。,现代复合材料是由基体材料和增强剂复合而成的。这种复合可在不同的非金属之间、金属之间以及非金属与金属之间进行。通常使用的基体材料是塑料、树脂、橡胶、金属和陶瓷，而增强剂为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或金属丝，有时也采用粉末和颗粒增强剂。按照基体所用的材料不同，可将复合材料分为非金属基复合材料和金属基复合材料两大类。复合材料在一定程度上克服了原有材料的缺点，如金属不耐腐蚀
48、、有机高分子材料不耐高温、陶瓷材料脆性高等，因此在综合性能上超过了单一的材料。,几种最新的材料（3）,生物科学技术,21世纪的生物技术(1),1.2l世纪将是人类掌握生命和智力奥秘，掌握它的发生和发展规律的世纪，生物技术将形成产业，改变农业、医药、环保、材料、信息、能源等工业的面貌，人类自身的健康和智力将得到大幅度提高，加快人类自身进化的速度。 2.转基因的技术会生产出特效高产的农作物(如抗虫棉花)特效药品(如乙肝疫苗)和移植器官(转基因的动物器官移给人体)。转基因的西红柿可以保存几周不腐烂，转抗虫基因的烟草可以不被虫吃掉。 3.用基因疗法治疗肿瘤、心血管、老年痴呆、过敏等疾病。 4.用生物防
49、治代替化学农药，用转移固氮基因产生的氮肥和经微生物处理的有机肥代替化学肥。,21世纪的生物技术(2),5.用生物方法生产分子开关、分子马达、分子传感器等机器元件，并集成为微型电脑和机器人。 6.生物酶将用作化学催化剂，生物传感器将随时监测健康状况和环境质量，生物农药和生物固氮将代替化学农药和氮肥。 7.模仿人体功能的各种智能芯片可以植人人体，以提高记忆、恢复视力、听力等。 8.具有自组织、自适应和自修复功能的仿生材料和器件将成为商品。 9.仿照生物大脑组织制造的生物芯片和生物计算机将大大提高机器进行图形、文字和语音识别的能力以及判断的水平。,细胞的结构,细胞质中有线粒体； 组成：细胞膜、细胞质(蛋白质)、细胞核; 细胞核由染色体组成(人体有23对)； 染色体：由成对出现的条状体(DNA经蛋白质包装)组成； DNA：称脱氧核糖核酸，其基本单元是脱氧核苷酸； 基因：是有遗传效应的DNA片段。,
