自然科学发展简史复习

《自然科学发展简史》复习题及参考答案

第一章自然科学知识与科学技术的起源

1、原始社会主要的技术发明有哪些?有何意义?

答:原始社会主要的技术发明有:一、石器使用;二、使用天然火;三、弓箭;四、陶器制造技术;五、原始农业和畜牧业的产生等。

意义:原始技术发明的意义不仅在于人类开始了能动地改造自然,同时,他们在改造客观世界的过程中也改造了人类本身,发展了人类的聪明才智,人类开始逐步认识自然物的属性。

2、原始宗教产生的原因及其实质?

答:原始宗教产生的原因:只有在人类的智力有所进步并有了初步的抽象思维

能力以后,才会有原始宗教观念的出现。

实质:它毕竟是原始人对无法解释的自然现象的一种解释。它既是自然知识不足的表现,又是自然知识的一种补充,甚至是自然知识的一种特殊形态。原始人对自然事物属性的某些认识,也是通过当时的宗教自然来表达的。

第二章古代东方的科学技术

1、古代埃及人在自然科学方面取得哪些对后世有影响的成就?

答:古代埃及人对后世有影响的科学成就有:一、发明了文字;二、纸草的使用;

三、太阳历的确定;四、几何成就很大;五、医学成就(木乃伊);六、建筑艺术(金字塔)。

2、古代西亚在数学和天文学方面取得了哪些成就?

答:在天文学方面,有天象观测和历法编制,以月亮盈亏规律编制太阳历,给行星命名,能预测日蚀、月蚀。以7天为一周等。在数学方面,用十进制计数法及时间的六十进制计数法。能计算出∏的近似值。能解含有10个未知数的多元方程组,会用等差数列和等比数列来表示月亮的亮度。

第三章古希腊罗马的科学技术

1、古希腊在自然哲学方面取得了哪些对后来科学的发展有重要影响的成果?

答:重要成果有:一、关于自然界万物的本质问题——元素论;二、关于物质结构问题——原子论;三、关于天体系统的模型问题——宇宙论。

2、古希腊的理论自然知识有哪些成果?它与自然哲学有何不同?

答:一是把提供自然哲学与经验的结合,其代表人物是亚里士多德;

二是把自然科学与工程技术结合起来,把数学研究与力学研究结合起来,杰出代表是阿基米德;

三是科学形态的重要变化,即合理化体系的建立。这一工作是由欧几里得完成的;

四是医学也取得了重要成果,强调用观察和实验的方法来研究疾病,对许多疾病作了较为准确的描述,指出了适当的治病方法。希波克拉底是代表人物,称为“医学之父”。

不同之处:理论自然知识是科学与经验结合的成果,而自然哲学是对自然现象的猜测和解释,是一种科学思想。

3、古希腊与古罗马在科学技术上的发展上各有何特点?

答:如果说,古希腊人对自然哲学作出了巨大贡献的话,古罗马人则在实用技术上取得了重要成果。

第四章中国古代的科学技术

1、中国古代的实用科学与古希腊的自然哲学有哪些不同?

答:古希腊自然哲学是通过直觉和哲学的思辩,对自然现象作出了种种对后来科学发展有重要影响的猜测和解释。它既是古代的哲学,又是自然科学的一种形态。(P25)古希腊自然哲学的显著特点是它从整体上对自然现象作直观的考察,提出了许多对后来的科学发展有重要意义的猜测,成为欧洲近代自然科学产生的重要思想渊源。(P26)中国古代的实用科学特别注重于生产实践和直接经验,注重于工艺过程、工艺方法和实践操作的效益。但是实用科学分析不足,关心效益而对原因甚少追究,知识水平常处于知其然而不知其所以然的阶段。

2、中国古代科学技术发展分为几个时期?各有何特点?

答:一、春秋战国时期。这个时期不同的思想学说纷起,大量的思想家、哲学家各持主张,到处游说,互相争辩,造成了“百家争鸣”的局面。

二、秦汉到南北朝时期。这一时期形式了我国古代实用科学技术的模式和道路,对中国后来的科学发展有重要思想。

三、唐宋时期。是中国科技发展史上的高峰。如果说唐代是许多科学技术成就的开荒时期,宋代则是结果的时期。

四、明清时期。在科学知识和技术创造方面均有所发展,相比之下在技术创造方面更为突出。但就科学形态和科学研究的方法看却和以前没有本质的不同。

3、中国古代实用科学的发展是由哪些原因促成的?

答:一秦朝采取了一系列统一全国的措施,对科学技术的发展、传播和交流产生了深远影响。二在汉代,由于开

辟了海上和陆上的丝绸之路,增进了同各国的经济文化往来。三在三国、两晋和南北朝时代,各对峙政权为了巩固自己的统治,大都采取了发展生产的措施,促进了生产技术和实用科学的发展。

第五章阿拉伯科学文化的兴起与欧洲中世纪的科学技术

1、阿拉伯人在科学上独立地做出了哪些贡献?

答:数学方面:创造了阿拉伯数码,发展了代数学;

天文方面:发现了太阳偏心率的变动,修正了很多天文常量;

医学方面:最高成就是完成了《医典》巨著,还有对眼病的研究;

化学方面:兴起了炼金术,推动了实验化学的进展。

2、如何认识阿拉伯科学文化的历史作用?

答:阿拉伯科学文化在自然科学发展史中的历史作用,不仅在于它使古希腊科学文献得以保存下来,为欧洲的科学和文艺的复兴起了承上启下的作用,也不仅在于它在东西方科学文化的交流中起了中介作用,阿拉伯的学者们还独立地发展并丰富了科学。

3、欧洲的中世纪被称为“黑暗的中世纪”,应怎样理解?

答:从5世纪到15世纪,史称欧洲的中世纪。这一时期,基督教会神学成为封建统治的支柱。教会垄断了整个文化领域。神学在知识领域有最高的特权,科学成了神学的附庸,神学变成了科学的皇后。神学从根本上否定研究自然和学习科学的

必要性。这是欧洲中世纪科学得不到发展的重要原因。这一时期,故称为“黑暗的中世纪”。

第六章近代自然科学的产生

1、近代自然科学产生的社会基础和条件是什么?

答:随着资本主义生产方式的产生,在欧洲出现了航海探险运动、文艺复兴运动和宗教改革运动。这些由资产阶级发动的经济活动和文化运动,对近代自然科学的产生有着极为重要的影响。

2、为什么说科学实验是近代自然科学得以相对独立发展的实践基础?

答:科学实验是一种以认识自然为首要目的的实践活动,它作为认识自然的研究方法,在很多方面优于一般的观察和生产实践活动。伴随着自然科学同宗教神学、经院哲学的激烈斗争,一批哲学家、科学家极力提倡科学实验,并把科学实验作为科学战胜对手,壮大自己力量的有力武器。由于科学实验日益成为独立的社会实践,不仅使近代自然知识有了特有的实践基础。也促进了科学形态的变化,出现了实验科学。近代自然科学是建立在科学实验基础上的实验科学。所以说科学实验是近代自然科学得以相对独立发展的实践基础。

3、从近代自然科学产生时科学家们反对宗教神学斗争中受到何种启示?

答:在科学反对宗教的斗争中,科学家们曾用血和肉坚持了科学的真理,这种精神一直为后人所景仰。

4、如何分析近代自然科学与哲学的关系?

答:科学实验活动的兴起,近代科学方法的建立,有赖于哲学的引导。在科学从中古时代向近代转变的关头,哲学家积极倡导近代科学方法,并对推动科学的发展有重要作用。

第七章经典力学体系的建立

1、有哪些知识为牛顿力学的建立提供了基础?

答:一、伽利略通过对落体的研究,已经发现了惯性运动和在重力作用下的匀加速运动,奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想。

二、伽利略关于抛物体运动定律的发现,对牛顿万有引力的学说也有深刻的启示作用。

三、开普勒所发现的行星运动定律则是牛顿万有引力学说产生的最重要前提。

2、如何从牛顿力学的建立来分析继承与创造的关系?

答:一、伽利略早已发现了惯性定律,笛卡儿还曾作过明确表达,但牛顿引入了“力”的概念,用更明确的力学语言把惯性定律表述为:每一物体保持它原来的静止状态或匀速直线运动不变,除非由作用于它的力迫使它改变这种状态。这就是牛顿的第一定律。

二、伽利略早已发现了力对物体运动的影响不在于它的速度,而在于它的速度改变即加速度这一事实,区分了速度和加速度的概念,并在自由落体定律的研究中发现了速度与时间成正比的关系。在这一基础上,牛顿引入了“动量”(质量与速度的乘积)的概念作为运动的量度,把物体运动状态的改变与力的关系定量地揭示出来。即运动的改变与施加的力成正比,并且发生所加的力那个直线方向上。这就是牛顿第二定律。

三、胡克在基本物理概念上确实已经有了万有引力的思想,认为行星的运动是由一个依切线的直线运动与一个向着中心物体的吸引运动所合成,而这个行星吸向太阳的向心力是与二者之间距离平方成正比的。这本来已接近了行星绕日运动的答

案,也许是由于数学上的障碍,他未能找到具体的答案。这个任务最终是由牛顿完成了,并由此发现了万有引力定律。

四、牛顿在《自然哲学的数学原理》中建立了一套完整的引力理论。在开普勒那些还是从大量经验的观测资料中归纳出来的行星运动定律,在牛顿这里已经成了严格的经过理论推导的结论。

3、牛顿力学建立的历史意义何在?

答:牛顿用一种崭新的定量方式,解决了万有引力如何能维持整个世界体系的问题,从根本上改变了人类对世界图象的认识。原来受上帝命令而运行的天体,现在不需要连续从外面加力,靠自然规律就有可以运行了。

4、牛顿时代其他自然科学的发展有哪些特点?

答:整个说来,其他各门自然科学尚处于积累资料并逐渐形成为独立学科的时期。

5、为什么说机械唯物主义自然观的形成是不可避免的?试分析它的进步意义和局限性。

答:在近代自然科学产生时期,首先需要把自然界分解开来加以研究,考察各种自然过程的区别,这是科学研究必由之路,因此难免会撇开和忽略事物之间的总的联系;人们在认识事物时,开始总是先要注意这种事物是什么和有多少,难免忽略事物的产生、发展和转化过程;自然科学的发展中,首先是以机械运动形式为对象的力学达到完善的程度,其他自然科学还处在积累资料的阶段,因此,也就难免用力学的尺度衡量一切,用力学的规律解释一切。科学发展的一定的历史阶段,形成了唯物主义自然观的一定的历史形态。

进步意义和局限性:应该说这种形而上学的机械唯物主义自然观在当时是有进步作用的。由于它把自然界中起作用的原因都归结为自然界本身的规律的作用,有

利于促使科学家去探索自然界的规律。尽管行而上学的思维方式忽视理论思维的作用,忽视事物之间的联系和发展,但它能刺激人们运用分析、解剖的方式,从观察和实验中取得更多的经验材料,这对科学的发展来说也是必要的。但同时又必须认识,由于它只看到了一个个事物,忘掉它们相互的联系,看到了它们的存在,忘了它们的产生和消失;看到了它们的静止,忘了它们的运动,只见树木,不见森林,因而又有着严重的缺陷。这种形而上学的自然观,在对自然界整体的看法上又似乎低于古代。

第八章近代技术的兴起与工业革命

1、造成工业革命的最主要的技术发明有哪些?

答:一、工作机的发明与应用;二、蒸汽动力的发明;三、机床的发明与应用。

2、瓦特在蒸汽机的发明和应用中最主要的贡献是什么?

答:普遍应用的蒸汽动力机是由瓦特发明的。在纽可门发明的蒸汽机的基础上,瓦特作了重大改进。瓦特运用潜热的概念,为减少热损失,于1765年研制成一种外冷凝器。这是一个与汽缸隔开的空屋,使蒸汽在此空室内冷凝,这就大大减少了反复加热汽缸所消耗的热量。同时又采取精密加工、油润滑和设置绝热层等措施,使热效率提高到3%以上。瓦特终于发明了一种可付诸实用的蒸汽机。

然而,瓦特并没有因此而满足,于1784年获得了又一项专利,即双向动作的蒸

汽机。不仅如此,为使它适用于各种工作机的动力,瓦特还采用了连杆、飞轮等装置,使机器的直线运动转换为连续而均匀的圆周运动。以后又发明了离心调速器,这样就可以通过传动装置带动一切机器运转,为整个工业和交通运输业提供一种通用的动力机。从此,动力机、传动机、工作机组成了机器生产系统,这是技术史上的一次重大飞跃。

3、为什么说莫兹利发明的移动刀架可与瓦特的发明相比?

答:1794年,机械师莫兹利发明了移动刀架,1794年制成了带有移动刀架和导轨系统的车床。刀架代替人手夹持刀具,并使刀具沿导轨作直线进行运动,由此可以方便、迅速、准确地自动加工不同螺距的螺丝以及直线、平面、圆柱形、圆锥形等多种几何形状的部件,使车床真正成为机器制造业自身的工作母机。移动刀架看来是一种简单的发明,实则是机械技术史上的重大创造。在19世纪英国出版的《全国工业》一书中认为:“它对机器的改良和更广泛应用所产生的影响的结果是,各种机器很快就完善和便宜了,而且推动了新的发明和改良。

4、工业革命中形成的技术体系有哪些特征?

答:一、在科学和技术的关系上,工业革命初期的许多技术发明主要还是工匠们的经验结果,科学只起了辅助作用。随着工业革命的发展,许多科学家逐渐对科学的应用产生了兴趣,加速了科学和工业的结合,使得许多技术上的发明成了科学在工业上的应用。

二、由工作机、传动机、动力机所组成的机器系统的出现,是这一技术体系的又一重要特征。

三、机器时代的重要特征是用机器生产机器,它是在各种技术的体系化过程中出现的。在这种情况下,紧凭工匠个人的技能不够了。在生产劳动过程中,技能的地位相对降低了,机械设备及劳动手段的作用提高了。

第九章近代自然科学的全面发展

1、为什么说19世纪是科学的世纪?

答:19世纪工业革命和生产力的巨大进步,迎来了近代科学的全面繁荣,其规模和成就远远超过了17世纪的科学革命。19世纪的热力学、光学、化学、地质学、生物学、人类学等学科都取得了重大的突破,并大都进入到理论综合的阶段,新学说、新理论如雨后春笋,使19世纪成为名副其实的科学世纪。

2、距离说明科学发现的历史必然性。

答:能量守恒原理的发现,在科学史上是一个非常有教育的事例。。。。。(到141、142第5行止)。

3、法拉第关于“场”的概念的提出有什么重大意义?

答:为了解释电磁感应现象,法拉第提出“力线”和“场”的概念,认为电和磁的作用必须通过某种物质媒介——以太,这在人们面前展示出物质实体在间断的粒子存在形式之外还存在着连续的“场”的形式,这是自牛顿以来物理学基本概念的重大发展。

4、辨证自然观产生的自然科学基础有哪些?

答:19世纪自然科学的发展,特别是能量守恒与转化定律、细胞学说、生物进化论等的科学发现,为人们提供了一个新的自然图景,形成了辩证唯物主义的自然观。

第十章近代技术的发展——以电气为中心的技术革命

1、以电气为中心的技术革命是在什么样的经济技术条件下兴起的?

答:从19世纪中叶至第一次世界大战前,欧美发达国家陆续完成了工业革命。随着生产的发展,对于动力、材料、通讯等技术又不断提出了新的要求,原有的以蒸汽机动力为中心的技术体系的矛盾也日益表面化。19世纪以来自然科学在各个领域的全面发展,则为技术上的新发明提供了科学前提。以电气为中心的一些技术在原有的技术体系中孕育,并在19世纪中叶以后逐渐运用于生产,由此触发了技术发展史上又一次技术革命,史称以电气为中心的技术革命。

2、以电气为中心的技术革命包括哪些主要的技术发明?

答:其中包括钢铁材料技术、内然动力技术、有机合成技术、无线电通讯技术等,电气技术则是这一群技术的主导技术。

3、如何理解科学是技术的先导这一命题?

答:第二次技术革命中的技术发明主要是科学的结果,这一点与蒸汽——机器时代的技术发明不同。没有电磁理论就没有电机和无线电技术的发明,没有化学的实验研究就没有化学合成技术的发展。因此可以认为,从这一次技术革命起,科学与技术的关系已发生了巨大变化,技术逐渐成了科学的应用,科学成了技术的先导。

4、简述以电气为中心的技术革命的特点。

答:一、第二次技术革命是以电气为中心的一群技术的基础上发生的,使原有的技术体系的各个方面都发生了变革。

二、第二次技术革命中的技术发明主要是科学的结果。

三、第二次技术革命中的许多发明都出自实验室。

四、第二次技术革命发生在资本主义从自由竞争向垄断过渡的时期,为垄断资本主义的发展提供了技术基础。

五、第二次技术革命从19世纪下半叶开始到第一次世界大战爆发时,已经形成了一个崭新的技术体系,在这之后进入了这一技术体系的改良和完善时期。

第十一章西方近代科学技术在东方的传播

1、怎样认识西方科技知识的三次传入对中国近代科学技术发展的影响?

答:从总的方面来看,由于传教士传入的并不是当时最先进的西方科技知识,中国封建统治者又只是出于统治的需要,因此只有天文、数学、地学等方面的西方科技知识在中国的上层社会中间产生了一定影响,而未能在整个社会中产生多大后

果。中国科学技术没有因西方科技知识的传入而获得生机,相反,自清朝中叶之后,传统科学技术的成果在清王朝的统治下也日益减少了。

2、从科学技术发展史的角度应如何评价洋务运动?

答:洋务运动从政治、经济、军事等几个方面来看,都是彻底失败了。但从它对中国近代科学技术发展所造成的影响来看,洋务运动的作用还是应该予以肯定的。近代科学技术在中国的发展,如果追根朔源,在许多领域是从洋务运动时期开始的。

3、从近代科学技术在中国、日本的不同发展道路的比较中应吸取哪些经验教训?

答:中国传统科学固有的局限,封建经济关系和专制制度,帝国主义的入侵,使近代科学技术未能在中国产生,并阻碍了近代科学技术在中国的传播和发展。认真总结这一历史经验教训,将对中国现代科学技术的发展,促进四化建设有重要的启示作用。历史不能重演,但可以借鉴。

第十二章20世纪初的物理学革命

1、电子、X射线、放射性元素的发现在哪些基本概念上向经典物理学提出了挑战?

答:电子、X射线和天然放射性这三大发现猛烈冲击着牛顿力学的物质、质量、能量、运动等基本概念,经典物理学中的质量守恒、能量守恒、运动定律等基本定律面临严峻考验。

2、试用简图标明人类揭开原子内部秘密的认识过程。

答:一、“面包夹葡萄干”的原子模型:226页倒6行(画简图);

二、原子结构的行星模型:227页第8行至12行(画简图)。

3、狭义相对论的建立所依据的两条基本公式是什么?

一、对于任何惯性系即以匀速运动的体系,一切自然定律都同样适用,也就是相对性原理。

二、对于任何惯性系即自由空间中的光速都是相同的,也就是光速不变原理。

4、试用物理学革命的事实说明科学发展的内部动力是什么?

答:在科学发展史上不同学派之间发生争论乃是一种正常现象。科学发现的新事实与原有理论之间的矛盾,这是科学发展的内在动力,由此才有新理论的出现,用以概括新的事实。

正是这种争论促使人们抛弃错误的观点、理论揭示出各派在理论上缺陷,确立和发展正确的观点和理论,促进理论与实践新事实之间的矛盾不断解决。量子学也正是在这样的过程中不断发展和完善的。

第十三章现代自然科学的新进展

1、现代自然科学把物质世界分为哪些层次来进行研究?在不同层次上都有哪些重大的科学突破?

答:层次:夸克——基本粒子——原子核和原子——分子——凝聚态——地球和其他天体——星系和整个宇宙。夸克:夸克模型和原子模型;

基本粒子:总达400余种,可以相互转化,有内部结构,原子能的利用;

原子核和原子:原子结构模型,电子、X射线、天然放射性的发现,量子论与量子力学;

分子:结构化学与离分子化学,从细胞水平向分子水平深入的生物学研究;

凝聚态:超导的研究,超高压、超低温、高真空的获得;

地球天体:大陆漂移说、地幔对流说、海底圹张说、板块构造说;

星系宇宙:光谱技术的应用发展,宇宙飞船发射、恒星演化理论、宇宙说。

2、举例说明宏观研究是如何同微观研究结合的,功能研究又是如何同结构研究结合的?

答:一、40年代末,美籍俄国物理学家伽莫夫把基本粒子的研究成果同宇宙膨胀论联系起来,更加系统地提出了大爆炸宇宙说。

二、射线衔射强度,了解警晶体中电子、原子在空间中的分布状况,从而把物质结构的研究同物质化学性能的研究结合起来,出现了晶体化学的新分支。

4、在分子水平上的生物学研究都取得了哪些重要成果?

答:一、用实验方法揭示基因与酶的关系;

二、关于DNA是携带遗传信息载体的发现;

三、DNA双股螺旋形结构模型的建立;

四、对DNA和RNA功能的揭示;

五、遗传密码表的问世。

5、简述人类提出原子价概念到认识化学键的历史过程。

答:经历五个过程:一、对原子价概念的进一步了解;二、电子键理论;三、共价键理论;四、新化学键概念——“电子云”;五、价键理论。

与价键理论平行发展的就是用分子轨道结束进行分子键力的研究。

6、为什么说凝聚态物理学是现代新兴技术的生长点?

答:凝聚态物理学最有可能将物质功能研究同结构研究结合起来,从而取得技术上的重要成果。

第十四章现代科学的技术化与技术的科学化

1、现代科学的技术化主要表现在哪里?

答:表现在一批新兴技术开始兴起,诸如原子能技术、空间技术、电子计算机技术、激光技术等名副其实的科学技术,即完全是以科学为基础的技术。由于这些技术的发展,导致了新兴的“知识工业”部门的产生,引起了产业结构的新变化。

2、如何评价传统技术的科学化?

答:这些传统技术的科学化,不仅改变了那里的面貌,就其对现代整个社会和人类物质生活所起的作用而言,甚至比尖端技术更有根本性意义。

3、系统论、控制论与信息论作为一种学科有何特点?

答:这些学科所提出的整体性原则、最优化原则、反馈原则,这些学科所提供的方法,对各门科学技术具有普遍的方法论意义。控制论、信息论和系统科学揭示了自然界、社会和人类思维这三个领域中许多现象的一致性,揭示了用机器模拟人的某些思维活动的可能性,从而更具体地论证了世界的物质统一性和意识现象有其物质基础,充实和丰富了辩证唯物主义自然观。同时,这些学科也提出了一系列值得探讨的哲学问题,深入研究这些学科并加以概括必能进一步揭示出相互作用与因果性、整体与部分、结构与功能、有序与无序等方面的辩证内容,并使我们对现代技术革命的性质和意义有更加具体的理解。

4、怎样认识现代技术革命是以计算机和微电子技术为中心的技术革命?

答:一、电子计算机是人类在20世纪创造出来的最值得骄傲的工具,就它对社会生产、经济、军事、文化教育和人类生活各方面的影响来说,其意义比任何其他技术都大。而且,电子计算机科学技术方兴未艾,前途颇为广阔。

二、电子计算机不同于人类有史以来创造的任何机械,它不仅具有运算速度快、精度高等特点,而且有记忆和逻辑判断的功能,这是科学技术发展中最光辉的成就,对人类历史进步起着伟大的推动作用。

三、由于电子计算机控制的自动化生产的发展,大大提高了产品的质量和数量。电子技术和自动化生产使各个经济领域的劳动生产率大幅度提高,把社会生产力水平提到前所未有的高度。

四、由电子计算机实现的自动控制、数值计算和信息处理,把人类从某些重复性的和有确定程序的脑力劳动中解放出来,开创了技术革命的一个新时代。以往的一切技术革命,都是用机器代替人的体力,只有电子计算机的发明和应用,才使人们的智力获得了空前的解放。

五、自动化和人类的智力解放,造成了以往难以预料的社会后果。不仅社会的物质财富大量增加,社会经济部门相应改观(如第三产业的发展),还影响到社会结构的变化,体力劳动者与脑力劳动者的差别缩小。