自然科学导论课后练习答案Word文档格式.docx
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第二章
1滚动的球一会停下来。
亚里士多德和伽利略的看法
亚里士多德:
外部作用是维持物体运动的原因,失去力的维持,球就会停下
伽利略:
力是改变问题运动状态的原因,球受阻力作用而停下
2为什么称伽利略是近代科学之父?
斜面试验的意义
因为他定义了“科学”+P11的惯性定律的第二段意义:
把实验理想化,即运用了理性思维的威力
3科学哲学家波普:
“没有思想自由,就没有科学”谈谈看法
1.同意这个观点。
经典力学不仅是物理学和自然科学的先导,也是近代工程技术的理论基础,它的建立本身就是一部创新史,在其建立的过程中,创造了许多严谨、科学的研究方法,使人类对世界的认识实现了质的飞跃。
当今时代需要创新人才,中央早在第三次全教会上就指出“面对世界科技飞速发展的挑战,我们必须把增强民族创新精神提到关系中华民族兴衰存亡的高度来认识。
教育在培育创新精神和培养创造性人才方面肩负着特殊的使命。
”通过物理教育是实现培养创新人才的良好途径。
经典力学揭示了宏观、低速物体做机械运动的普遍规律,牛顿三定律和万有引力定律的建立,是从经验观察到物理理论的第一个数学抽象。
它的建立并非一蹴而就的。
从哥白尼批判托勒密地心体系建立日心体系;
伽利略冲破亚里士多德运动理论的束缚提出自由落体做匀加速运动的假说;
开普勒在观测火星的过程中发现天体行星的运行规律;
到牛顿在前人理论的基础上,将天上、地下物体的运动统一起来,实现了天体、地面物体机械运动的统一。
这些新的概念和观念的每一次确立都是批判前人理论中的不合理而建立的,从而实现人类认识史上的重大飞跃。
古代唯物主义的哲学家就提出了物质、运动、时间、空间等关于宇宙存在的一些基本概念,近代科学的发展在这个基础上,通过实验和数学材料自立起关于宇宙的理念和模型。
但科学的宇宙观并非是一种确定的结论,而是一定时期科学对宇宙本质理解的一种框架和工具,科学以它为根据来理解和说明宇宙,并以它为工具来发现宇宙,重新建立新的宇宙理念和模型。
在这个过程中,宇宙观成为了一个历史,成为一个与时俱进的过程。
4在列车上竖直上抛物体,下落后应该在哪里
应该落在列车上的下落点的正下方(相对列车不发生水平位移)。
根据惯性定律,物体有保持原来运动状态的能力,该物体原来与列车一起相同的速度运动,它下落时在水平方向运动状态与原来相同。
5下降的电梯将要停下来时,你有何感觉?
根据惯性定律解释
会有超重的感觉,根据惯性定律,物体有保持原来运动状态的能力。
而人本来与电梯以相同速度下降,电梯减速,人有维持原来运动的趋势。
故人与电梯之间的挤压增强,受支持力大于重力,处于超重状态。
6哥白尼的日心说受诘难,
(1)地球运动靠什么推动
(2)地球上的人为什么没有被甩掉?
(1)运动不需要推动,无需力来维持。
地球绕太阳依靠的是原来的速度与日地间的万有引力作用。
(2)地球上的物体收到地球万有引力作用
7假如没有万有引力,你认为行星会怎么运动?
沿切线飞出做匀速直线运动(在与其他物体相撞之前)
8判断下列运动是加速运动还是匀速运动?
(1)自由下落的石头是加速直线运动
(2)轨道上的地球卫星匀速圆周运动(但有向心加速度)(3)月亮同卫星
第三章(这章很简单直接给答案了)
1汽车开动时人向后仰,从地面和汽车两个参考系来解释?
以地面为参考系,汽车开始静止,现在发动了车内人又保持原来车相对地面静止的惯性,所以向后仰;
而转弯时车对地面有向内趋势,所以车内人要维持原来车对地面的运动,所以人向外倾.当以车为研究对象,车开始静止,所以开动时有保持静止的趋势,所以向后仰;
而汽车转弯时人有维持汽车原始趋势,所以向外倾。
2电梯上的人的受力情况
(1)匀速上升,重力与支持力平衡
(2)匀速下降,同上(3)加速上升,支持力大于重力(4)减速上升,支持力小于重力
3甲同学在乙同学脸上打了一巴掌。
牛顿力学适用于机械运动,但它无法解释生命现象
4重物质量是m,从静止开始下落,下落的高度是h。
(1)重力做了多少功?
mgh
(2)重物的势能和动能改变了多少?
机械能守恒吗?
减少mgh增加mgh守恒
5水力发电的能量转换过程。
水的重力势能转化为水的动能,推动发电机,再转化为电能
6牛顿物理学和民主思想有练习吗?
没有(XX说的)有牛顿机械的世界观:
每个人在社会中平等自由P17第五段
7牛顿晚年进行神学研究的目的可能是什么?
在牛顿的宇宙中上帝发挥什么样的作用
因为他研究的物理对他来说感到越来越神秘了,以致他觉的用科学无法解决,于是他就慢慢的相信了世俗所味的神学,因为只有这样他所无法解决的问题才有了解决的办法,他才可以暂时的让自己从空虚中解脱,他才有了支柱!
西方学者常说,除非你不相信宇宙有起始,如果你相信宇宙有起始,那么这起始只能是上帝——这就是牛顿的思维方式,这并不是说我们把一切未知的东西都归结到上帝那去,而是本身我们就对某种东西定义为“上帝”,“上帝”是我们对某种属性所赋予的名词,只是恰好这种属性跟我们体内“灵魂”的属性本质是一样的……牛顿只是把上帝放在第一推动的位置(即自然神论),其实不然,牛顿晚年研究神学,甚至研究圣经的《但以理书》,这表示牛顿承认“上帝”是一个主动向人启示的真理,这仍然是基督教的上帝,而非自然神论,只不过,牛顿不承认三位一体这个神学观点。
第四章
1.简单画出万有引力的势能和距离的图像,解释。
距离增大,其值减小,又因为引力势能公式为Ep=-GMm/r^2,所以增大
2试估算两个同学的万有引力大小,与你的重力做比较
假设距离为1MF=G*M*m/(R^2)=6.67*10^-11*60*60/1^2=2.4*10^-7N重力是它的2.5*10^9倍/假设两同学都是50千克,大小约1.67×
10^(-5)N,远远小于重力
3月球和地球的质量分别是7.4*10^22kg和6.0*10^24kg,它们间的距离是3.8*10^8m。
一颗探测器在他们的连线上,估计在什么位置,两者对探测器的引力一样。
F=GMm/r^2
4.你同意算命是伪科学吗?
它符合伪科学的哪些特征
同意P22的最后一段的最后几句
5谈谈你对外星生命访问地球的看法P21第五段
6信仰“植物的感情”的人认为,如果和植物讲话,他们会长得更好,设计检验试验
“但是我们告诉大家,树也是有生命的,不但有生命,还具备着很高的思维活动。
举个例子:
美国有个人专门搞电子研究,教人使用测谎仪。
有一天他心血来潮将测谎仪的两极接在了一株牛舌兰花上,然后往花的根部浇水,之后他发现测谎仪的电子笔急速地画出一种曲线来。
这种曲线正好和人的大脑在极短时间内产生一种兴奋、高兴时的曲线相同。
他当时吃了一惊,植物怎么有感情呢!
他几乎想上大街上喊:
植物是有感情的。
由于受这件事情的启发,紧接着他开展了这方面的研究,做了许许多多的实验。
”有一天他把测谎仪接到一棵植物上,然后他想:
搞个什么试验呢?
我拿火烧掉它的叶子,看看有什么反应。
他就这样一想,还没等烧呢,那电子笔就急速地画出一种曲线,就是人在喊救命时才能画出的一种曲线来。
这种超感功能,过去叫他心通……”
第二讲
1我们从各种现象感受了温度这一物理量的存在,试想如何从理论上定义温度?
1、温度(temperature)是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。
它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。
目前国际上用得较多的温标有华氏温标(°
F)、摄氏温标(°
C)、热力学温标(K)和国际实用温标。
从分子运动论观点看,温度是物体分子运动平均动能的标志。
温度是大量分子热运动的集体表现,含有统计意义。
对于个别分子来说,温度是没有意义的。
根据某个可观察现象(如水银柱的膨胀),按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。
温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。
分子运动愈快,物体愈热,即温度愈高;
分子运动愈慢,物体愈冷,即温度愈低。
温度是分子热运动的集体表现,含有统计意义。
对于真空而言,温度就表现为环境温度,是物体在该真空环境下,物体内分子间平均动能的一种表现形式。
物体在不同热源辐射下的不同真空里,物体的温度是不同的,这一现象为真空环境温度。
比如,物体在离太阳较近的太空中,温度较高,物体在离太阳较远的太空中,温度较低。
这是太阳辐射对太空环境温度的影响。
2试举三例温度对物质运动状态的影响的自然现象,指出实质影响
温度的变化会对物体的体积、分子运动速度、分子间作用力都有影响。
热胀冷缩,会产生体积变化,质量不变,密度也会变化。
电阻与温度有关,温度变化,物体的电阻也会变化等
温度:
对于任何反应,升高温度,化学反应速率会加快,实质上是问温度高了后,分子动能增大。
第三讲
1运动和演化是否应该遵循相同的规律,并思考其中可能的影响因素
生物进化到社会性时期,又在以上基础上具有集体交流需求:
分工合作的交流需求、更高级的精神上的交流需求(有智慧生物)。
物质演化基本规律:
1,总熵持续增大并且不可逆。
(热力学第二法则)
2,物质在局部表现为无序度递减,但总服从1规律
3,局部无序度递减的部分,复杂的物质构成的增长总是伴随其直接关联的低级物质结构的递减。
2试从哲学上思考物质的运动与演化的相互关系
一切事物都在不停运动。
但在相对静止时间内,事物总保持自身的特性,所以,这时即使事物有一些变化,但不能改变自己的本质,还不能称作变化。
进化和退化,是运动和变化的结果。
没有运动和变化,就没的进化或退化,因此进化和退化都是变化。
进化和退化,只是两事物和同一空间的比较才产生的,因此进化或退化都不是变化本身,而是变化结果的比较。
这种结果,是同等成熟的两事物的比较,只说变化过程本身,说不明是进化还是退化的。
一般小事物组成高级事物为进化,高级事物分解为低级事物为退化
第四讲
1.经济学与物理有哪些相似之处?
答:
1.最终目的相同。
人类研究经济学和物理学的最终目的,都是想了解和掌握事物发展、变化的规律,从而指导人们采取行动,使事物能够向着有利于人类的方向发展,为人类谋取福利。
2.两者本质都是经验科学,且获取知识的方式类似。
3.都以数学为工具,精确描绘客观事物的运动和反映研究变量相互之间的作用关系。
4.物理学与经济学都有悠久的发展历史,先后产生重大理论,对世界产生重大影响。
2.经济学与物理学有哪些重要区别?
(1)从空间上来看,经济学作为一门社会科学,它的研究对象具有随空间而变化的巨大差异,这种差异主要体现在行为人的决策环境上(比如制度)。
(2)从时间上来看,经济学的研究对象是随着历史而不断地演变的,这使得经济学具有了一定历史学科的性质。
经济学是研究人类社会在各个发展阶段上的各种经济活动和各种相应的经济关系,及其运行、发展的规律的科学;
而物理学则是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面,从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。
可以看出,二者分别以人类社会和自然界为研究的着眼点,并力图寻求这两个领域内的最基本的运行规律
(3)经济学越来越重视个体之间的互动(interaction),在物理学里,个体(分子)之间也有互动,但经济个体的互动是带有策略性和理性决策的,这可能使得互动的结果是收敛的,而不是发散的。
经济学是一门社会科学,它研究的是人类社会的经济现象和经济规律;
物理学是一门自然科学,它研究的是一些自然现象和物质运动的规律。
①物理学属于严格意义上的科学,通过严格的检验过程证明理论研究的正确性;
而经济学的理论则主要建立在一系列脱离实际的假设之上,并没有经过严格的检验程序,因而理论缺乏科学严谨型
②物理学与经济学学了研究的方法论有区别:
相对物理学有构建模型、类推、数据处理分析以及数值模拟等方法经济学众多不合理的基本假设却有重大缺陷。
③经济学以解决具体问题为出发点,对应用性的过分要求忽视了理论的严谨性;
而物理学着眼于一般规律的寻求学术研究更遵循循序渐进的原则,更严谨规范。
3.经济物理学目前的研究主要集中在哪些方面?
(1)金融市场变量(包括收益率、波动率、系综变量、价差等)的统计规律,特别是其中涌现的具有普适性的标度律,其中最基本的性质是关于收益率的尖峰胖尾分布;
(2)证券的相关性、极端事件、金融风险管理和投资组合等。
分型市场假说研究相关变量(特别是收益率)的长期记忆性,或自相关性,认为价格演化中存在自相似结构。
多重分型理论和方法也被广泛应用于金融市场时间序列的分析;
(3)宏观市场的建模和预测,包括用随机过程对收益率建模、对数周期性幂律模型等;
(4)金融市场的微观模型,主要包括基本面投资者和噪声交易者博弈、逾渗模型、伊辛模型、少数者博弈模型等,以及由此而衍生出来的各种模型。
通过对微观模型的模拟研究,可以深入了解金融市场的微观结构和价格形成机制。
第五讲?
?
题目不知道在讲些什么、、
第六讲
1.如何理解波粒二象性?
波粒二象性是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。
波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。
在经典力学中,研究对象总是被明确区分为两类:
波和粒子。
前者的典型例子是光,后者则组成了我们常说的“物质”。
1905年,爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释,人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。
1924年,德布罗意提出“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性。
根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象,这被后来的电子衍射试验所证实。
(再参照书P53)。
2.激光产生的条件是什么?
激光在医学上有哪些主要的应用?
(1)产生条件:
P54
(2)医学上的应用:
激光在医学上的应用主要分三类:
激光生命科学研究、激光诊断、激光治疗,其中激光治疗又分为:
激光手术治疗、弱激光生物刺激作用的非手术治疗和激光的光动力治疗。
A.激光美容,如治疗各种血管性皮肤病及色素沉着,以及去纹身、洗眉、治疗瘢痕等。
而近年来一些新型的激光仪,高能超脉冲CO2激光,铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾,美白牙齿等等,取得了良好的疗效,为激光外科开辟越来越广阔的领域。
B.激光治疗近视
C.利用激光的生物特性,选择小功率激光刺激机体,可以增强人体的防御免疫能力使白细胞吞噬功能加强,免疫球蛋白增加,提高肾上腺皮质功能和血管的再生。
因此,用激光来对抗炎可以促进伤口愈合,治疗扁挑腺炎、耳廓软骨膜炎、口腔溃疡等等。
D.在医学诊断上,将激光全息照相与超声技结合,可探查人体内的病变,譬如癌肿、心脏病等、因全息照片形象逼真、立体感强,有助于确诊。
第七讲
1.什么是纳米技术?
简述STM的工作原理及其工作特点。
(1)纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。
(结合P58)
(2)STM的工作原理及其工作特点
工作原理:
STM是利用量子隧道效应工作的,使探针与样品间形成隧穿电流,对表面间距异常敏感,通过探测物质表面的隧道电流来分辨其表面特征
工作特点:
STM所具有的独特优点是:
1.具有原子级高分辨率。
2.可实时得到在实空间中物体的三维图像,可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究。
3.可以观察单个原子层的局部表面结构,而不是整个表面的平均性质。
4.配合扫描隧道谱可以得到有关表面电子结构的信息,如表面不同层次的电子云密度、表面电子阱、电荷密度分布、表面势垒的变化和能隙结构等。
5.STM可以在真空、大气、常温等不同环境下工作,样品甚至可以浸在水或其它液体中。
6.利用STM针尖,可以对原子和分子进行操纵。
2.简述由纳米超微颗粒制成的纳米材料所具有的小尺寸效应。
小尺寸效应即随着尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化的现象。
这些性质变化包括:
特殊的光学性质;
特殊的热学性质;
特殊的磁学性质;
特殊的力学性质
3.什么是物体的比表面积P56
4.纳米科技对经济的影响有哪些?
1应用纳米技术产生的新产品,往往相对普通商品具备更大的竞争力,从而为企业创造更大的经济效益,活跃经济市场。
2应用纳米技术制造产品,可以利用产品特性的优势最大程度上节约资源,保护环境,为循环经济的运行提供持久动力,促进经济可持续健康发展。
3纳米技术运用的巨大前景为其开发使用提供契机,引发产业革命,使全球经济发展进入新层次。
4纳米技术引发各国对技术的开发与应用,利于在全球范围内形成发展创新型经济的竞争,有利于活跃世界经济状况。
5.试想纳米科技对人类的影响
作为当今世界非常关注的技术之一,纳米技术对人类的影响利弊兼有。
利:
①技术的广泛应用首先为人们提供使用科技的便利之处,满足了人们追求高质量生活的需求
②纳米技术在人类社会的广泛渗透的同时,带动了经济,引起相应的文化活动,促进国际间交流与合作,利于创造和谐共赢的国际关系。
弊:
①纳米对人体的伤害不可小觑:
分析认为,纳米颗粒能够进入人体,并对人体造成伤害。
例如,纳米颗粒可直接穿透人体皮肤引发多种炎症;
可穿透细胞膜,将异物带入细胞内部,对人体闹组织、免疫与生殖系统等方面造成损害等。
②全世界对于纳米技术的竞争,在一定范围内的良性竞争有利于人类社会进步发展,一旦超出一定界限将造成巨大危害,影响世界稳定。
第八讲
1.相对论时空观的主要内容是什么?
(1)同时的相对性。
两个事件在某惯性系中观测是同时发生的,而在另一惯性系中观测则不一定是同时的。
(2)长度收缩,也称尺度缩效应。
在不同惯性系中量度物体的长度时,运动物体在其运动方向上的长度要比静止时要短。
(3)时间膨胀,也称动钟变慢或钟慢效应。
在不同的惯性系中量度时间进程时,运动的时钟要比静止的时钟走得慢。
2.狭义相对论的两个基本原理是什么?
(1)相对性原理:
一切物理定律在所有惯性系中是等价的。
(2)光速不变性原理:
光在真空中的传播速度为一常数c,与光源和观测者的运动状态无关。
3.相对论效应有哪些?
(1)尺缩效应(空间),即高速运动的物体在速度方向上的长度发生相对缩短.
(2)钟慢效应(时间),即高速运动的物体的相对时间变慢.(3).质量增加效应,即高速运动的物体相对质量增加。
4.相对论的伟大意义是什么?
解释了以太之谜及空间中不存在以太.;
打破了牛顿经典物理学的传统思维方式,开启了物理学的另一扇大门;
创立了应用于微观高速运动的一套物理思想,弥补了经典物理学的不足,使人们对微观世界有了更深刻的了解。
相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,使经典物理学成为一个完美的科学体系。
5.广义相对论的两个基本原理是什么?
(1)广义相对性原理:
在任何参考系中(包括非惯性系)物理规律都是相同的。
(2)等效原理:
一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系等价。
6.广义相对论有哪三项验证试验?
(1)水星近日点进动
(2)引力红移(3)光线弯曲
第九讲
1.支持宇宙膨胀的证据有哪些?
(1)德希特的宇宙膨胀模型。
1917年,荷兰天文学家德希特根据广义相对论的引力场方程的解,指出宇宙不是静态的而是不断膨胀的。
(2)弗里德曼的宇宙模型。
1922年,苏联数学家弗里德曼在广义相对论的框架下,得到了爱因斯坦宇宙方程的一组动态解,从理论上论证了宇宙要么膨胀要么收缩,绝不会保持静态。
(3)勒梅特的宇宙膨胀模型。
1927年,比利时天文学家勒梅特从广义相对论出发提出梅特勒宇宙膨胀模型,1932年进一步提出原始原子爆炸的宇宙模型。
(4)P66哈勃定律
2.简述宇宙大爆炸模型。
P66四.宇宙大爆炸模型——1.宇宙大爆炸模型
3.标准宇宙模型是否能解决宇宙学中的所有问题?
P68五.宇宙的未来——第4段
4.简述稳恒态宇宙模型。
P68
宇宙物质的时空分布在大尺度上是均匀的,各向同性的,同时也是永恒稳定的,没有演化的问题,也不存在宇宙的起源和归宿的困惑。
这个理论虽然也承认宇宙在膨胀,但不主张膨胀必须有开端,认为在宇宙的膨胀过程中,由于新的物质连续不断的产生出来,其产生的速率刚好与因宇宙膨胀而使物质密度变稀的速率相平衡,因此,宇宙是处于稳恒态的。
第十讲
1.什么是人类基因组计划?
1990年由美国能源部(DOE)和国立健康研究院(NIH)资助的一个研究计划。
目的是:
①鉴定出人类的所有基因;
②确定构成人类基因组的约30亿个碱基对的序列;
③将上述信息储存于专门的数据库中,并开发出相应的分析工具;
④研究由此而产生的伦理、法律和社会问题并提出相应对策。
人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出,于1990年正式启动的。
美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。
按照这个计划的设想,在2005年,要把人体内约10万个基因的密码全部解开,同时绘制出人类基因的谱图。
换句话说,就是要揭开组成人体4万个基因的30亿个碱基对的秘密。
人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。
2.简述人类基因组计划的意义
。
(1)规模化:
“基因组学”这一新的学科,是随着“人类基因组计划”的启动而诞生,随着人类基因组计划的进展而发展起来的。
(2)序列化:
生物信息的序列化是生命科学进入二十一世纪的划时代的里程碑,也是生命科学成熟的一个阶段性标志。
(3)信息化:
人类基因组计划的成功是借助了生物信息学,也借助了把地球变小的网络。
(4)医学化:
人类基因组计划已
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