第一节 科学常识与科普读物

一、科学常识

（一）科学基础

1.科学

科学是人对客观世界的认识，是反映客观事实和发展规律的知识，是关于自然界、社会和思维发展的知识体系，也是一项与反映客观事实和规律的知识体系相关的活动。

科学的目的是进行判断，对是非、真伪予以辨析。通常根据以下标准来界定科学：①科学是预言性的；②科学是创造性的；③科学是实证性的；④科学作为一种理论体系必须追求逻辑上的自洽。

2.技术

技术是人在改造自然、改造社会，以及改造自我的过程中所用到的一切手段、方法的总和。包括物体形态、智能形态、社会形态三个方面。由此可见，技术是劳动工具的延伸与扩展，是一种特殊的劳动工具。现代技术已发展成为一个庞大的复杂系统，主要由三大基本技术组成，即信息控制技术、能量转换技术和物质变化技术。

（二）物理学

1.物理学理论

（1）热力学三定律★。热力学第一定律是能量守恒定律；热力学第二定律表述为热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物体；热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零，或者绝对零度（T=0K）不可达到。

（2）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，此二者共同奠定了现代物理学的基础。相对论与量子力学、基因理论和系统理论被称为现代科学四大基础理论。

（3）电磁理论。电磁理论认为变化着的电场伴随变化着的磁场，变化着的磁场也伴随变化着的电场。麦克斯韦电磁理论基础的电学和磁学的经验定律包括：静电学的库仑定律，涉及磁性的定律，关于电流磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律。

2.物理学应用

经典例题

2012年单项选择题：下列选项中，18世纪英国工业革命的标志是（　）。

A.电话机的发明和利用

　B.蒸汽机的发明和利用

C.留声机的发明和利用

　D.计算机的发明和利用

【答案】B

【解析】19世纪30年代末，英国基本完成第一次产业革命。蒸汽机是第一次工业革命的主要标志。

（1）蒸汽机。蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。蒸汽机的出现曾引起了18世纪的工业革命。直到20世纪初，它仍然是世界上最重要的原动机。1776年，瓦特制造出第一台有实用价值的蒸汽机，将人类带入了“蒸汽时代”。

（2）计算机。计算机俗称电脑，是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统组成。可分为超级计算机、工业控制计算机、网络计算机、个人计算机、嵌入式计算机五类，较先进的计算机有生物计算机、光子计算机、量子计算机等。

1946年2月14日，由美国军方定制的世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算机”（ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学问世。

（3）机器人的诞生。1959年，美国英格伯格和德沃尔制造出世界上第一台工业机器人，标志着机器人历史的真正开始。

（三）化学

1.分子

分子是能单独存在、并保持纯物质的化学性质的最小粒子。分子的概念最早是由意大利的阿莫迪欧·阿伏伽德罗于1811年提出的。

2.原子

原子是组成元素的最小单元。由原子核和围绕原子核运动的电子组成。1789年，法国化学家拉瓦锡定义了原子一词。

3.化合物

化合物是由两种或两种以上的元素组成的纯净物，化合物具有一定的特性。

4.元素

元素又称化学元素，指自然界中一百多种基本的金属和非金属物质，它们只由一种原子组成，其原子中的每一核子具有同样数量的质子，用一般的化学方法不能使之分解，并且能构成一切物质。

经典例题

2013年单项选择题：创立元素周期表的科学家是（　）。

A.门捷列夫

　B.波义耳

C.居里夫人

　D.波尔

【答案】A

【解析】俄国科学家门捷列夫创立了元素周期表。

5.元素周期律

元素周期律揭示了元素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性变化的规律。19世纪俄国化学家门捷列夫发现了元素周期律，并就此发表了世界上第一份元素周期表。

（四）生物学

1.蛋白质

蛋白质是由氨基酸以“脱水缩合”的方式组成的多肽链经过盘曲折叠形成的具有一定空间结构的物质。它是构成细胞的主要成分，是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。

2.基因

基因是遗传的物质基础，是DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列。基因通过复制把遗传信息传递给下一代，使后代出现与亲代相似的性状。

3.基因工程

基因工程于20世纪70年代建立，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有的遗传特性、获得新品种、生产新产品。

4.克隆技术

克隆技术是利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组织后代的技术。1997年2月23日，英国苏格兰罗斯林研究所的科学家宣布，他们的研究小组利用山羊的体细胞成功地“克隆”出一只基因结构与供体完全相同的小羊“多莉”（Dolly）。2003年2月15日，“多莉”死亡。

5.杂交技术★

杂交技术指通过不同基因型个体之间的**而取得某些双亲基因重新组合个体的技术。袁隆平突破了日本人无法实现的杂交水稻育种技术，选育出了第一个得到大面积应用的杂交水稻品种——南优2号。他于1981年荣获我国第一个国家发明特等奖，还被国际科学界称为“杂交水稻之父”。

经典例题

单项选择题：1997年，世界上第一只克隆羊“多莉”诞生于（　）。

A.美国　B.英国　C.法国　D.俄罗斯

【答案】B

【解析】1997年2月23日，英国苏格兰罗斯林研究所的科学家宣布，他们的研究小组利用山羊的体细胞成功地“克隆”出一只基因结构与供体完全相同的小羊“多莉”。

6.转基因技术★

转基因技术是将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体性状的可遗传的修饰，这一技术称为转基因技术。转基因最初用于研究基因的功能，后来人们造出基因改造食品，因其安全性未确定，尚有争议。

7.人类基因组计划

人类基因组计划是一项规模宏大、跨国跨学科的科学探索工程。其宗旨在于测定组成人类染色体（单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的。

人类基因组计划由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动。中国、美国、英国、法国、德国和日本科学家共同参与了这一计划。人类基因组计划是与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称的人类科学史上的重大工程。

二、科普读物

科普读物是与科学技术普及有关的书籍。它介绍的科学知识准确无误，能够把复杂的科学理论用最简明的语言加以说明，做到深入浅出。

（一）《海底两万里》

《海底两万里》是法国作家凡尔纳的作品，是“凡尔纳三部曲”的第二部。书中主要讲述了生物学家阿龙纳斯随“鹦鹉螺号”潜水艇艇长尼摩及两位同伴一起周游海底的故事。

（二）《八十天环游地球》

《八十天环游地球》是法国作家凡尔纳的作品。书中主要讲述了主人公福特与朋友打赌，要在80天内环游地球一周回到伦敦。他和仆人路路通克服了路途中的种种困难，但到伦敦时仍迟到了五分钟，他自认失败，却又意外地获得胜利。

（三）《宇宙的起源与归宿》

本书记录了霍金在英国剑桥大学所做的七场讲学，包含他毕生钻研宇宙学的精华，精辟扼要。即使略具基本科学的知识者读了这七讲，对宇宙创世的奇妙壮丽也能一窥梗概。

（四）《时间简史》

《时间简史》是英国物理学家、黑洞理论和“大爆炸”理论的创立人霍金撰写的一本有关宇宙学的经典著作，是一部将高深的理论物理通俗化的科普范本。

（五）《昆虫记》

《昆虫记》也叫作《昆虫物语》，是法国杰出昆虫学家法布尔的传世佳作，被誉为“昆虫的史诗”。法布尔以毕生的时间与精力，在书中深刻地描绘了多种昆虫的生活：“歌唱家”蝉、“音乐家”蟋蟀……真实地记录了昆虫的本能、习性、劳动、婚姻、繁衍和死亡。本书行文生动活泼，语调轻松诙谐，令人入目难忘。

（六）《千亿个太阳》

《千亿个太阳》由德国物理学家鲁道夫·基彭哈恩所著。书中介绍了恒星能源、结构和演化，射电脉冲星、密近双星质量转移、致密X射线以及地外文明的知识。全书基本上撇开了数学公式，运用了大量生动比喻，叙述了许多著者亲身经历的故事，是一本颇具特色的科普佳作。

（七）《元素的故事》

《元素的故事》的作者是苏联作家尼查叶夫。本书介绍的是发现化学元素的故事。作者通过一系列生动的故事描写，记叙了18世纪中期到近年有关化学元素的重大发现和发展；列举了英国化学家戴维发现元素钠和钾，德国化学家本生、基尔霍夫发现元素铯和铷，居里夫妇发现元素钋和镭等故事。

（八）《海洋传》

《海洋传》的作者是美国作家蕾切尔·卡逊。本书充分利用了中世纪以来海上探险、航海与第二次世界大战后一系列海洋调查与深潜等取得的最新成果，用诗一般的语言，生动描绘了环绕着我们的水世界——蓝色海洋。

（九）《小小探索者百科全书》

《小小探索者百科全书》的作者是美国作家斯特拉德林。这套书的覆盖范围广泛，从动物的行走、飞翔、游动，到交通工具的运行；从动物的巢穴，到人的外貌；从光的奥秘，到雨林生态，应有尽有。本书内容并不复杂，言简意赅，短短的几句话，往往就能概括一项内容的精要部分。

（十）《细菌的衣食住行》

《细菌的衣食住行》是中国科普作家高士其所著的经典科普丛书，帮助你了解时时接触的微生物，进入神秘的细胞世界，认识你看不见的病毒。作者以深入浅出、通俗易懂的普及形式来使公众理解科学、理解公共卫生，以达到改变陋习、健康生活、移风易俗、文明社会的目的与宗旨。

（十一）《十万个为什么》★

《十万个为什么》是少年儿童出版社在20世纪60年代初编辑出版的一套青少年科普读物。它并不是一本书，而是以“套”出版的作品。其内容非常广泛，涉及物理、化学、天文气象、农业等各方面，采取一问一答的方式介绍各类科学知识，文字不长，深入浅出，非常符合青少年读者的认知方式和阅读特点。