一、基礎(chǔ)物理學(xué)

　　(一)熱力學(xué)三定律

　　熱、電磁、光等現(xiàn)象和機(jī)械運(yùn)動(dòng)都是能量的不同形式，可以相互轉(zhuǎn)化，并且遵循能量守恒定律。

　　熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)系統(tǒng)如不吸收外部熱量卻對(duì)外做功，須消耗內(nèi)能；不可能造出既不需外界能量又不消耗系統(tǒng)內(nèi)能的永動(dòng)機(jī)。

　　熱力學(xué)第二定律：熱機(jī)不可能把從高溫?zé)嵩粗形盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為有用功，總要把一部分傳給低溫?zé)嵩?。根?jù)這個(gè)定律，任何熱機(jī)的效率都不可能達(dá)到100%。

　　熱力學(xué)第三定律：在科學(xué)家研究固體、液體、分子和原子的自由能的基礎(chǔ)上，能斯特提出，在溫度達(dá)到絕對(duì)零度(-273攝氏度)時(shí)，物質(zhì)系統(tǒng)(分子或原子)無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)將停止。絕對(duì)零度不可能達(dá)到，但是可以無限趨近。

　　(二)電磁理論

　　1864年，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并預(yù)言光是一種電磁波。1888年，赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波。麥克斯韋的電磁理論成為描述電磁運(yùn)動(dòng)的基本理論，被稱為自然科學(xué)的第三次理論大綜合。

　　二、現(xiàn)代物理學(xué)

　　現(xiàn)代物理學(xué)通常是指20世紀(jì)初開始發(fā)展起來的物理學(xué)，包括相對(duì)論、量子力學(xué)、原子和原子核物理學(xué)、粒子物理學(xué)等，是物理學(xué)的重要組成部分。

　　(一)粒子物理學(xué)

　　粒子物理學(xué)研究比原子核更深層次的微觀世界，物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和在很高的能量下，這些物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，以及產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因和規(guī)律。

　　迄今，人們已認(rèn)識(shí)到構(gòu)成物質(zhì)的最小組成為三種粒子：輕子、夸克、媒介子。

　　作用在物質(zhì)上的所有的力可歸結(jié)為三種：引力、強(qiáng)力、統(tǒng)一的電弱力。(傳統(tǒng)上將力分為四種：引力、電磁力、強(qiáng)力和弱力。上世紀(jì)60年代，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)弱力和電磁力是可以統(tǒng)一起來的，它們是一種事物的不同側(cè)面，統(tǒng)稱電弱力)

　　(二)相對(duì)論

　　相對(duì)論是愛因斯坦創(chuàng)立的物理學(xué)理論，描述物體的高速運(yùn)動(dòng)和相關(guān)的時(shí)空性質(zhì)。相對(duì)論引發(fā)了現(xiàn)代物理學(xué)革命，同時(shí)也深刻地影響了人類的時(shí)空觀。相對(duì)論包括狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。

　　(三)量子力學(xué)

　　量子力學(xué)是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的物理科學(xué)。量子力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展標(biāo)志著人類認(rèn)識(shí)自然實(shí)現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。

　　三、現(xiàn)代宇宙學(xué)

　　廣義相對(duì)論是現(xiàn)代宇宙學(xué)研究的理論基礎(chǔ)。

　　1.多普勒效應(yīng)物理學(xué)是測定物體運(yùn)動(dòng)速度的有力手段。利用光波波長的相對(duì)移動(dòng)量與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度成正比來測量物體的運(yùn)動(dòng)速度。科學(xué)家利用多普勒效應(yīng)證實(shí)了宇宙是不斷膨脹的大爆炸理論。

　　2.通過電磁波傳遞宇宙的各種信息，天文學(xué)家們可以對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)、起源和演化進(jìn)行研究。比如，利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡可以接收到可見光傳來的天體信息；利用射電望遠(yuǎn)鏡可以接收天體傳來的射電波；利用裝置著探測天體的紅外線、紫外線、X射線和丁射線等各種儀器的衛(wèi)星、高能天文臺(tái)，接收全部電磁波傳來的信息，研究不同類型的天體狀況，分析宇宙的結(jié)構(gòu)和它們的演化過程。

　　3.黑洞：所謂“黑洞”，是引力場很強(qiáng)的一種天體，就連光也不能逃脫出來。恒星的半徑小到一特定值(天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”)時(shí)，就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時(shí)，恒星就變成了黑洞。

　　4.在20世紀(jì)40年代末，美國物理學(xué)家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙模型。認(rèn)為，宇宙起源于160億年前的一次大爆炸。在大爆炸后，四種基本力，即引力、強(qiáng)力、弱力和電磁力逐一地分化出來。后來，物質(zhì)形態(tài)依次演化為原子、氣態(tài)物質(zhì)、各種恒星體系，最后發(fā)展成今天的宇宙。

　　四、四大生物工程技術(shù)

　　細(xì)胞是一切生命體的基本單位；蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的主要成分，是構(gòu)成細(xì)胞的基本物質(zhì)材料；核酸同生物的生長、發(fā)育、繁殖、遺傳和變異有著密切的關(guān)系。現(xiàn)代生物發(fā)展新技術(shù)的主要內(nèi)容就是生物工程技術(shù)，它包括基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和酶工程四個(gè)方面。

	原理	結(jié)果	應(yīng)用
基因工程	DNA重組轉(zhuǎn)基因	基因改變改良生物品種和創(chuàng)造新品種	胰島素、雜交水稻、轉(zhuǎn)基因食品
細(xì)胞工程	細(xì)胞融合、核質(zhì)移植染色體或基因移植	創(chuàng)造新物種	克隆技術(shù)、染色體工程、干細(xì)胞工程
發(fā)酵工程（微生物工程）	微生物的特定功能		醬油、醋、味精、抗生素
酶工程	酶的催化功能		蛋白酶、加酶洗衣粉

 

　　關(guān)鍵詞一：雜交水稻

　　“雜交水稻之父”——袁隆平

　　關(guān)鍵詞二：轉(zhuǎn)基因食品

　　轉(zhuǎn)基因食品是利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)，將某些生物(包括動(dòng)物和植物)的基因轉(zhuǎn)移到其他物種中去，改造生物的遺傳物質(zhì)，使其在形狀、營養(yǎng)品質(zhì)、消費(fèi)品質(zhì)等方面向人們所需要的目標(biāo)轉(zhuǎn)變。

　　關(guān)鍵詞三：克隆技術(shù)

　　克隆技術(shù)是利用生物技術(shù)由無性生殖產(chǎn)生與原個(gè)體有完全相同基因組的后代的過程。科學(xué)家把人工遺傳操作動(dòng)物繁殖的過程叫克隆，這門生物技術(shù)叫克隆技術(shù)，含義是無性繁殖。

　　關(guān)鍵詞四：干細(xì)胞技術(shù)

　　干細(xì)胞技術(shù)又稱為再生醫(yī)療技術(shù)，是指通過對(duì)干細(xì)胞進(jìn)行分離、體外培養(yǎng)、定向誘導(dǎo)、甚至基因修飾等過程，在體外繁育出全新的、正常的甚至更年輕的細(xì)胞、組織或器官，并最終通過細(xì)胞組織或器官的移植實(shí)現(xiàn)對(duì)臨床疾病的治療。

 

　　五、能源技術(shù)與節(jié)能減排

　　能源是指人類能夠獲取利用的能量資源。

　　能源按其來源可分為三類：第一類是來自地球以外的太陽能，包括由太陽能轉(zhuǎn)化形成的化石資源(煤、石油、天然氣等)、生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、海洋能等資源。第二類是地球本身蘊(yùn)藏的能量資源，主要是核裂變能、核聚變能及地?zé)崮苜Y源。第三類是地球和月球、太陽等天體之間有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)所形成的能源，如潮汐能等。

　　按其能否重復(fù)產(chǎn)生，又可分為可再生能源和非再生能源。可連續(xù)再生、連續(xù)利用的能源稱為可再生能源，如風(fēng)能、水能、太陽能等。經(jīng)過億萬年形成的、短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源，稱為非再生能源，如原煤、原油、天然氣等。

　　能源分為傳統(tǒng)能源和新能源兩種。新能源最主要的特點(diǎn)在于污染小、儲(chǔ)量大。關(guān)注新能源技術(shù)，是我國推行低碳經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要方面。

	原理	特點(diǎn)	應(yīng)用	現(xiàn)狀（不足）
太陽能	光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)	普遍、無害、量大、長久	太陽能電池光伏產(chǎn)業(yè)	太陽能利用裝置效率低
風(fēng)能	風(fēng)能—不穩(wěn)定的電能—化學(xué)能—電能	資源量大	風(fēng)力發(fā)電	地域性、風(fēng)量不穩(wěn)定
生物質(zhì)能	燃燒	分布廣、儲(chǔ)量大	我國以“秸稈能源”為代表	熱值及熱效率低
氫能	燃燒	燃燒值高、無污染	工業(yè)生產(chǎn)、液態(tài)氫可作火箭燃料	制氫成本高
可燃冰	燃燒	燃燒值高、污染小、數(shù)量大	目前主要在開采階段	儲(chǔ)存和利用難，產(chǎn)生的甲烷廢氣可能產(chǎn)生溫室效應(yīng)
核能	核裂變	無污染	核電廠利用核裂變發(fā)電	發(fā)電廠熱效率低，核廢料處理困難

 

　　相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

　　1.在我國，西藏西部太陽能資源最豐富，居世界第二位，僅次于撒哈拉大沙漠。

　　2.風(fēng)力機(jī)的兩個(gè)發(fā)展方向：大型化——風(fēng)輪直徑長達(dá)100米;小型化——風(fēng)輪僅有0.8米。

　　3.丹麥?zhǔn)鞘澜顼L(fēng)能發(fā)電大國和發(fā)電風(fēng)輪生產(chǎn)大國，是世界上的“風(fēng)車大國”。

　　4.2009年9月，中國在青藏高原發(fā)現(xiàn)凍土層可燃冰。

　　能源動(dòng)態(tài)鏈接

　　關(guān)鍵詞一：節(jié)能減排

　　******************主席向國際社會(huì)承諾，爭取到2020年我國非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%左右;******************總理主持召開國務(wù)院常務(wù)會(huì)議，決定到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%。

　　關(guān)鍵詞二：清潔能源

　　此次評(píng)選的“十大能源新聞中”，涉及風(fēng)電、水電、核電等清潔能源的新聞?dòng)兴臈l，分別是：

　　1.我國第一座千萬千瓦級(jí)風(fēng)電示范基地——甘肅酒泉風(fēng)電基地開工建設(shè)。

　　2.浙江三門、山東海陽、廣東臺(tái)山等三個(gè)核電項(xiàng)目先后開工。

　　3.青海拉西瓦水電站6號(hào)機(jī)組投產(chǎn)標(biāo)志著我國電力裝機(jī)突破了8億千瓦。

　　4.十一屆全國人大常委會(huì)第十二次會(huì)議表決通過關(guān)于修改可再生能源法的決定。

　　六、材料工程

　　材料是人類能用來制作有用物件的物質(zhì)。新材料技術(shù)是按照人的意志，通過物理研究、材料設(shè)計(jì)、材料加工、試驗(yàn)評(píng)價(jià)等一系列研究過程，創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型材料的技術(shù)。

　　新材料按組分，有金屬材料、無機(jī)非金屬材料(如陶瓷、砷化鎵半導(dǎo)體等)、有機(jī)高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料四大類。按材料性能分，有結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩類。

　　功能材料主要是利用材料具有的電、磁、聲、光熱等效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)某種功能，如半導(dǎo)體材料、磁性材料、光敏材料、熱敏材料、隱身材料和制造原子彈、氫彈的核材料等。

　　(一)半導(dǎo)體材料

　　半導(dǎo)體材料是電導(dǎo)率介于導(dǎo)體與絕緣體之間的功能材料，是當(dāng)代電子信息領(lǐng)域中最重要的新材料。

　　半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)對(duì)光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導(dǎo)體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類材料的電導(dǎo)率。

　　單晶硅是主要的半導(dǎo)體材料。近年來開發(fā)的低電耗的化合物砷化鎵很可能成為繼硅之后第二種最重要的半導(dǎo)體材料。

　　(二)超導(dǎo)材料

　　荷蘭物理學(xué)家昂尼斯發(fā)現(xiàn)，某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對(duì)零度附近某一特定溫度時(shí)，它們的電阻率突然減小到無法測量。這一現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體。

　　零電阻和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性。使超導(dǎo)體電阻為零的溫度，叫超導(dǎo)臨界溫度。

　　超導(dǎo)材料按其化學(xué)成分可分為元素材料、合金材料、化合物材料和超導(dǎo)陶瓷。

　　根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以被分為：高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料。高溫超導(dǎo)體，它通常是指在液氮溫度(77K)以上超導(dǎo)的材料。因此這里所說的“高溫”，仍然遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)0℃。
　　(三)納米材料

　　納米是一個(gè)物理學(xué)上的度量單位，1納米是1米的十億分之一。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1～100納米這個(gè)范圍之間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。納米材料，是指結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1～100納米范圍之間的材料。其所表現(xiàn)的特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。

　　納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，功能納米材料是納米材料科學(xué)中最富有活力的領(lǐng)域，它對(duì)信息、生物、能源、環(huán)境、宇航等高科技領(lǐng)域，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響并具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　(四)能源材料

　　能源材料往往指那些正在發(fā)展的、能支持建立新能源系統(tǒng)滿足各種新能源及節(jié)能技術(shù)的特殊要求的材料。

　　目前比較重要的新能源材料有：

　　(1)裂變反應(yīng)堆材料，如鈾、钚等核燃料、反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料、慢化劑、冷卻劑及控制棒材料等。

　　(2)聚變堆材料：包括熱核聚變?nèi)剂?、第一壁材料、氚增值劑、結(jié)構(gòu)材料等。

　　(3)高能推進(jìn)劑：包括液體推進(jìn)劑、固體推進(jìn)劑。

　　(4)燃料電池材料：如電池電極材料、電解質(zhì)等。

　　(5)氫能源材料：主要是固體儲(chǔ)氫材料及其應(yīng)用技術(shù)。

　　(6)超導(dǎo)材料：傳統(tǒng)超導(dǎo)材料、高溫超導(dǎo)材料及在節(jié)能、儲(chǔ)能方面的應(yīng)用技術(shù)。

　　(7)太陽能電池材料。

　　(8)其它新能源材料：如風(fēng)能、地?zé)?、磁流體發(fā)電技術(shù)中所需的材料。

　　新材料在國防建設(shè)上作用重大。例如，超純硅、砷化鎵研制成功，導(dǎo)致大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的誕生，使計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度從每秒幾十萬次提高到現(xiàn)在的每秒萬億次以上;航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料的工作溫度每提高100℃，推力可增大24%;隱身材料能吸收電磁波或降低武器裝備的紅外輻射，使敵方探測系統(tǒng)難以發(fā)現(xiàn)等等。

　　七、計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)

　　(一)通信技術(shù)

　　現(xiàn)代通信技術(shù)主要包括數(shù)字程控交換技術(shù)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)技術(shù)、光纖通信技術(shù)和數(shù)字微波、衛(wèi)星通信技術(shù)等領(lǐng)域。

　　1、數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)

　　數(shù)字移動(dòng)通信是移動(dòng)體之間或移動(dòng)體與固定體之間的無線電信息傳輸和交換。它安裝方便，組網(wǎng)迅速，機(jī)動(dòng)性、靈活性、經(jīng)濟(jì)效益均好，是無線通信中有強(qiáng)大生命力的領(lǐng)域。它與光纖通信構(gòu)成了現(xiàn)代通信技術(shù)的兩大發(fā)展趨勢。

　　2、3G

　　3G是指第三代移動(dòng)通信技術(shù)，3G與2G的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上的提升，它能夠在全球范圍內(nèi)更好地實(shí)現(xiàn)無線漫游，并處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)在內(nèi)的多種信息服務(wù)。

　　國際電信聯(lián)盟(ITU)在2000年5月確定WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三大主流無線接口標(biāo)準(zhǔn)，寫入3G技術(shù)指導(dǎo)性文件《2000年國際移動(dòng)通訊計(jì)劃》。其中TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)是由我國獨(dú)自制定的3G標(biāo)準(zhǔn)。

　　3、物聯(lián)網(wǎng)

　　物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展;第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。

　　物聯(lián)網(wǎng)在我國的應(yīng)用也早已存在，比如商品條形碼、RFID等等，都是通過射頻技術(shù)，通過感應(yīng)物體上置入的芯片來獲知其具體信息。

　　4、光纖通信

　　光纖通信就是利用光波在光導(dǎo)纖維中傳遞各種信息。光纖是用石英玻璃制造的，由兩層組成。

　　光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：(1)通信容量大;(2)傳輸損耗低;(3)經(jīng)濟(jì)、輕便;(4)抗干擾能力強(qiáng);(5)保密性能好。

　　(二)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。衡量計(jì)算機(jī)性能的主要指標(biāo)有：(1)字長。位數(shù)越多，字長越長，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的精度也就越高;(2)容量。我們通常把8位二進(jìn)制作為一個(gè)單位來計(jì)算存儲(chǔ)器的容量，取名為字節(jié);把1024個(gè)字節(jié)稱作1K字節(jié)。計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)量再上升一個(gè)數(shù)量級(jí)，就以兆(即M，1M=1024K)字節(jié)計(jì)，兆以上的數(shù)量級(jí)是G(1G=1024M);(3)運(yùn)算速度。

　　1、計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

　　硬件是指組成計(jì)算機(jī)的各種物理設(shè)備，也就是那些看得見，摸得著的實(shí)際物理設(shè)備。它包括計(jì)算機(jī)的主機(jī)和外部設(shè)備。具體由五大功能部件組成，即：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。

　　2、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

　　計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是指控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，支持應(yīng)用軟件的開發(fā)和運(yùn)行的軟件。其主要的功能是進(jìn)行調(diào)度、監(jiān)控和維護(hù)等等。系統(tǒng)軟件是用戶和裸機(jī)的接口。

　　應(yīng)用軟件是為解決某一領(lǐng)域的具體問題而編制的程序，如財(cái)務(wù)管理、文字處理、情報(bào)檢索、工程設(shè)計(jì)、交通指揮、宇航控制、大地測量等領(lǐng)域的專用軟件。其中通用化和商品化了的部分被稱為軟件包。世界各國都十分重視軟件研究，其投資額通常占軟硬件投資總額的80%以上。