1．热力学三定律

热、电磁、光等现象和机械运动都是能量的不同形式，可以相互转化，并且遵循能量守恒定律。

（1）热力学第一定律。热力学第一定律也叫能量不灭原理，就是能量守恒定律。基本内容是：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。

（2）热力学第二定律。热力学第二定律是指热永远都只能由热处转到冷处。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。

（3）热力学第三定律。热力学第三定律是对熵的论述，一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为更大值，在任何过程中，熵总是增加。现实物质中，即使是等温可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。在绝对零度，任何完美晶体的熵为零。

2．电磁理论

近代科学家发现磁极之间的斥力遵循平方反比定律，发明了储存电荷的莱顿瓶。

库仑在此基础上发现：两个点电荷之间的作用力大小与它们的电量乘积成正比，与距离成反比，作用力在两点连线上。库仑定律形式上同万有引力定律相同。1864年，麦克斯韦用一组偏微分方程概括了电场、磁场本身，以及电转化为磁、磁转化为电等全部电磁现象所满足的数学关系，预言了电磁波的存在，并预言光是一种电磁波。

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，关于电流的磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律。麦克斯韦把这四个定律予以综合，导出麦克斯韦方程，该方程预言：变化的电磁场以波的形式向空间传播。

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。

3．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(AlbertEinstein)创立，分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。

（1）狭义相对论的两个基本原理：狭义相对性原理；光速不变原理。

（2）广义相对论三个基本原理：广义相对性原理；光速不变原理；等效原理。

4．量子力学

1900年，普朗克提出，电磁波的吸收和辐射的能量是不连续的，其最小单元是量子。

1905年，爱因斯坦在解释电光效应实验时提出，光能转化为电子能量时，其转化值不是连续的能量，而表现为粒子的行为，被成为光亮子（光子），由此提出了光量子说。

1924年，法国物理学家德布罗意提出，通常的粒子，如电子、质子、中子等粒子有波动性，波动性是物质粒子普遍具有的基本性质，证明了物质具有波粒二象性。

1925年，德国物理学家海森伯和玻尔，建立了量子理论第一个数学描述矩阵力学。

1926年，奥地利科学家提出了描述物质波连续时空演化的偏微分方程薛定谔方程，给出了量子论的另一个数学描述波动力学。

后来，物理学家将矩阵力学与波动力学统一起来，统称量子力学。

5．遗传与变异

（1）遗传。生物子代与父代之间或多或少保存着相似的特征，这种现象叫做遗传。一般是指亲代的性状又在下代表现的现象。

（2）变异。变异是指同种生物世代之间或同代不同个体之间的性状差异。变异可分为遗传的变异和不遗传的变异。不遗传的变异与进化无关，遗传的变异通过遗传物质的改变而变化，包括基因突变和染色体畸变，一般是不定向的。在生物进化上，只有遗传的变异才是自然选择的材料。

（3）遗传与变异的原因：

第一，由于杂交所引起的遗传物质的重新组合。

第二，由于遗传物质本身的突变。

6．新陈代谢

生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转变过程叫做新陈代谢。新陈代谢是生物体内全部有序化学变化的总称。它不仅是生物生存的基本条件，而且是生命的基本特征。主要包括：

物质代谢：是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程。一是从外界摄取营养物质并转变为自身物质，二是自身的部分物质被氧化分解并排出代谢废物。

能量代谢：是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。可细分为：储存能量和释放能量。

同化作用：又叫做合成代谢，是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质，并且储存能量的变化过程。

异化作用：又叫做分解代谢，是指生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解，释放出其中的能量，并且把分解的终产物排出体外的变化过程。

7．细胞

细胞是一切生命体的基本单位，植物和动物的发育过程就是新细胞形成的过程。细胞内部有细胞核，外部是细胞质和最外层的细胞膜。细胞质主要由蛋白质和核糖核酸(RNA)构成，细胞核中最重要的物质是脱氧核糖核酸(DNA)。

细胞是由膜包围着含有细胞核(或拟核)的原生质所组成，是生物体的结构和功能的基本单位，也是生命活动的基本单位。细胞能够通过分裂而增殖，是生物体个体发育和系统发育的基础。细胞或是独立的作为生命单位，或是多个细胞组成细胞群体、组织、器官，进而各部分相互作用、相互配合，具有一定的结构及功能，形成系统(植物没有系统）和个体（动物，主要为人体）。

对于研究细胞起了巨大推动作用的是德国生物学家施莱登和施。1838年施莱登认为细胞是在一种粘液状的母质中，经过一种像是结晶样的过程产生的，并且把植物看作细胞的共同体。在他的启发下施旺坚信动、植物都是由细胞构成的，并指出二者在结构和生长中的一致性。

8．基因

（1）含义：基因是DNA中的最小遗传功能单位。同一种生物的每个细胞中，都含有同样的DNA分子。同一种生物DNA分子中的全套基因，称作此种生物的基因组。在生命体生长、发育和维持各种生理活动的过程中，基因的作用无所不在。生老病死、聪明愚笨都与基因有关。

（2）提出：基因工程的发展主要源于限制性内切酶的研究和基因载体的研究。

9．蛋白质

（1）含义：蛋白质是一类极为复杂的含氮化合物，它是构成生物体的主要成分，是构成细胞的基本物质材料，占生物体干物质重的50％。所有的蛋白质都含有碳、氢、氧、氮四种元素。组成蛋白质的基本单位是氨基酸，它具有生物功能的多样复杂性，因而是重要的生命物质，在生命活动中起着重要作用。

（2）生理功能：构造人的身体；修补人体组织；维持肌体正常的新陈代谢和各类物质在体内的输送；维持体液的酸碱平衡；免疫细胞和免疫蛋白。

10．核酸

核酸同生物的生长、发育、繁殖、遗传和变异有着密切的关系。核酸的基本单位是核苷酸，每个核苷酸分子由戊糖、磷酸和含氮碱基组成。组成核苷酸的戊糖有两种：核糖和脱氧核糖。组成核酸的含氮碱基有尿嘧啶(U)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)。由核糖和A、G、C、U四种碱基及磷酸组成的核酸称为核糖核酸(RNA)；由脱氧核糖与A、G、C、T四种碱基和磷酸组成的核酸称为脱氧核糖核酸(DNA)。

11．生物多样性

（1）含义：生物多样性是指一定范围内多种多样活的有机体(动物、植物、微生物)有规律地结合所构成稳定的生态综合体。这种多样包括动物、植物、微生物的物种多样性，物种的遗传与变异的多样性及生态系统的多样性。

（2）层次：大家公认的生物多样性的三个主要层次是物种多样性、基因多样性和生态系统多样性。

第一，物种多样性常用物种丰富度来表示。所谓物种丰富度是指一定面积内种的总数目。

第二，基因多样性代表生物种群之内和种群之间的遗传结构的变异。每一个物种包括由若干个体组成的若干种群。各个种群由于突变、自然选择或其他原因，往往在遗传上不同。

第三，生态系统多样性既存在于生态系统之间，也存在于一个生态系统之内。在前一种情况下，在各地区不同背景中形成多样的生态环境，分布着不同的生态系统；在后一种情况下，一个生态系统其群落由不同的种组成，它们的结构关系多样，执行的功能不同，因而在生态系统中的作用也不一样。

12．生态平衡

（1）含义：生态系统中的能量流和物质循环在通常情况下（没有受到外力的剧烈干扰）总是平稳地进行着，与此同时，生态系统的结构也保持相对的稳定状态，这叫做生态平衡。

（2）特点：

①自然生态系统经过由简单到复杂的长期演化，最后形成相对稳定状态，发展至此，其物种在种类和数量上保持相对稳定；能量的输入、输出接近相等，即系统中的能量流动和物质循环能较长时间保持平衡状态。

②生态系统具有一定的内部调节能力。

③生态平衡是动态的

（3）影响因素：

①自然因素。包括火山喷发、地震、海啸、泥石流和雷击火灾等。这些因素都可能在很短的时间内使生态系统遭到破坏，甚至毁灭。

②人为因素。包括毁坏植被，引进或消灭某一生物种群，建造某些大型工程（如大型水坝），以及现代工业和农业生产排除某些有毒物质和向农田中喷洒大量农药（杀虫剂和除草剂等）。这些人为因素都能破坏生态系统的结构和功能，引起生态失调，使人类生态环境的质量下降，甚至造成生态危机。

13．宇宙

（1）含义：宇宙是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体，是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约200亿年。宇宙是有层次结构的、像布一样的、不断膨胀、物质形态多样的、不断运动发展的天体系统。

（2）层次结构：行星是最基本的天体系统。

①太阳系：太阳系中共有八颗行星，水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。（冥王星目前已被从行星里开除，降为矮行星）。

②银河系：2500亿颗类似太阳的恒星和星际物质构成更巨大的天体系统银河系。

③河外星系：银河系外还有许多类似的天体系统，称为河外星系，常简称星系。

（3）宇宙大爆炸学说：

科学家认为宇宙起源为137亿年前之间的一次难以置信的大爆炸。在此之前，宇宙可能存在一个大万有引力作用下的收缩时期，在收缩到某个尺度较小的时空奇点后，宇宙级收缩转化为大爆炸。这是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙边缘的光到达地球要花120亿年到150亿年的时间。大爆炸散发的物质在太空中漂游，由许多恒星组成的巨大的星系就是由这些物质构成的，我们的太阳就是这无数恒星中的一颗。原本人们想象宇宙会因引力而不再膨胀，但是，科学家已发现宇宙中有一种暗能量会产生一种斥力而加速宇宙的膨胀。近代科学研究发现宇宙不是永恒的，而是在不断的膨胀中。

14．生命起源

化学起源说将生命的起源分为四个阶段。

第一个阶段，从无机小分子生成有机小分子的阶段，即生命起源的化学进化过程是在原始的地球条件下进行的。

第二个阶段，从有机小分子物质生成生物大分子物质。这一过程是在原始海洋中发生的。

第三个阶段，从生物大分子物质组成多分子体系。

第四个阶段，有机多分子体系演变为原始生命。

15．人类基因组计划

人类基因组计划(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价值达30亿美元的人类基因组计划。

1994年，我国HGP在吴旻、强伯勤、陈竺、杨焕明的倡导下启动，最初由国家自然科学基金会和863高科技计划的支持下，先后启动了中华民族基因组中若干位点基因结构的研究和重大疾病相关基因的定位、克隆、结构和功能研究，1998年在国家科技部的领导和牵线下，1998年在上海成立了南方基因中心，1999年在北京成立了北方人类基因组中心，1998年，组建了中科院遗传所。1999年7月在国际人类基因组注册，得到完成人类3号染色体短臂上一个约30Mb区域的测序任务，该区域约占人类整个基因组的1％。我国因此成为参加这项研究计划的唯一的发展中国家。

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