物理學(xué)史 (2)

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1、簡明物理學(xué)史 前 言 一、學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的 1.物理學(xué)史是科學(xué)發(fā)展史，而科學(xué)是人類發(fā)展的核心部分，“科學(xué)是最高意義上的革命力量”。 　　通過對物理學(xué)的知識、理論和方法的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律的研究，可以幫助我們了解過去，認(rèn)識現(xiàn)在，展望美好的未來。 2.物理學(xué)史可以培養(yǎng)我們的科學(xué)思維，使我們的知識立體化。 　　拉普拉斯：“認(rèn)識一位天才的研究方法，對于科學(xué)的進(jìn)步，并不比發(fā)現(xiàn)本身更少用處，科學(xué)的研究方法經(jīng)常是極富興趣的部分。” 　　華羅庚：“對書本的某些原理、定律、公式，我們在學(xué)習(xí)的時(shí)候，不僅應(yīng)該記住它的結(jié)論，懂得它的道理，而且還應(yīng)該設(shè)想一下，人家是怎樣想出來的，經(jīng)過多少曲折，攻破多少難關(guān)，

2、才得出這個(gè)結(jié)論?！? 　　愛因斯坦：“科學(xué)結(jié)論幾乎總是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前。讀者體會(huì)不到探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅，感覺不到思想形成的生動(dòng)過程，也很難達(dá)到清楚地理解全部情況。” 　而物理學(xué)史將會(huì)把科學(xué)家在探索過程中的智慧之光帶給同學(xué)，力圖做到“授之以漁”。 3.物理學(xué)史是培養(yǎng)同學(xué)愛國主義，辯證唯物主義的重要課程，以造就同學(xué)追求真理，獻(xiàn)身科學(xué)的崇高思想境界。 　愛因斯坦：“人只有獻(xiàn)身于社會(huì)，才能找出那實(shí)際上是短暫而有風(fēng)險(xiǎn)的生命的意義?！? 4.學(xué)習(xí)物理學(xué)史可以使我們思想活躍，眼界開闊。 　1992年中國科協(xié)調(diào)查，我國公眾具有較全面科學(xué)素養(yǎng)的人僅為0.3% ，是美國的1/23。 　　總之，通

3、過對物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，可以進(jìn)一步培養(yǎng)我們的人文素質(zhì)、科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新素質(zhì)、思想素質(zhì) 。 二、學(xué)習(xí)方法 1.善于分析 　　物理學(xué)經(jīng)歷了一個(gè)漫長發(fā)展的歷史過程，我們在學(xué)習(xí)研究中，應(yīng)該好好想一想，為什么一些科學(xué)家能夠有所發(fā)現(xiàn)，而另一些人卻與成功失之交臂？其社會(huì)背景是什么？ …我們應(yīng)充分利用歷史寶庫提供給我們的資料，從中吸取營養(yǎng)。 2.注意聯(lián)系 1)物理學(xué)與生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系 　　物理理論是在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，實(shí)踐是物理學(xué)知識的源泉，是檢驗(yàn)物理科學(xué)理論的正確與否的標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)踐的開展也離不開物理理論和思想的指導(dǎo)。 2)必須注意物理學(xué)與數(shù)學(xué)的聯(lián)系 　　數(shù)學(xué)是物理學(xué)家的思維工具

4、，物理規(guī)律只有通過數(shù)學(xué)的形式才能完美地表達(dá)。畢達(dá)哥拉斯曾說“萬物皆數(shù)”，而物理被譽(yù)為“萬物之理”，數(shù)理是人類智力訓(xùn)練和科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要組成。 3)物理學(xué)與社會(huì)發(fā)展、認(rèn)識規(guī)律的聯(lián)系 　　物理學(xué)的發(fā)展與人類社會(huì)的發(fā)展背景密切相關(guān)，也同樣充滿著新與舊，正確與錯(cuò)誤甚至是水火不容的斗爭。物理理論的逐步完善符合個(gè)別到一般，一般到個(gè)別，實(shí)驗(yàn)——認(rèn)識——再實(shí)驗(yàn)——再認(rèn)識的規(guī)律。 三、物理學(xué)史的分期 1.古代物理學(xué)時(shí)期：17世紀(jì)以前(即1600年以前)，是科學(xué)的萌芽時(shí)期。 2.經(jīng)典物理學(xué)時(shí)期：17世紀(jì)到19世紀(jì)(即1900年以前)。 3.近代物理學(xué)時(shí)期：20世紀(jì)至今。 第一章 古代物理學(xué) 第一

5、節(jié) 啟明之光 一.中國古代的物理學(xué)萌芽 1.力學(xué)方面 　　我國古代力學(xué)知識源遠(yuǎn)流長，積累豐富。 　 早在2000多年以前的戰(zhàn)國時(shí)期，在“墨經(jīng)”中，記述了墨子(公元前478－前392)等哲學(xué)家對力學(xué)方面的一些精辟見解，如“力，刑之所以奮也?！保磉_(dá)了力是使人和物的“奮”即由靜到動(dòng)的根本原因。 　　還對杠桿進(jìn)行了研究，指出:“相衡，則本短標(biāo)長?！闭f明了在稱量重物時(shí)，要想與砝碼平衡，就要調(diào)整重臂“本”和力臂“標(biāo)”，這一記錄比阿基米德早二百多年。 　　我國科學(xué)家的樸素的宇宙觀，例東漢的張衡強(qiáng)調(diào):“宇之表無極，宙之端無窮”。 　　明“武備志”記載:“水戰(zhàn)，可離水三。四尺燃火，即飛出水面二

6、。三里去遠(yuǎn)，如火龍出于江面，筒藥將完，腹內(nèi)火箭飛出，人船俱焚。”發(fā)展了二級火箭裝置。 2.電磁學(xué)方面 　　在靜電學(xué)方面，在西漢末年，(公元前20年)就有記載，在磁學(xué)方面更有驕人記錄: 1)傳:4000年前，黃帝與蚩尤打仗，但蚩尤作霧，黃帝則使用指南車來辨別方向，使蚩尤大敗。 2)酈道元在“水經(jīng)注”中，寫到秦始皇為了防避刺客，用磁石建造阿房宮的北闕門，若刺客身懷刀刃將被磁門吸住。 3)指南針比法人古約特早幾百年。 3.天文學(xué) 　　比較突出的是張衡(公元78年－139年)，生于河南南陽石橋鎮(zhèn)，公元111年擔(dān)任了東漢主持天象觀測、編訂歷法的太史令，發(fā)明了渾天儀、候風(fēng)地動(dòng)儀。國際天文學(xué)組

7、織用他的名字命名了一顆小行星和月球上的一座環(huán)行山。 　　元朝的郭守敬等也取得了很大成績。 4.π的計(jì)算 　　“π”是物理、數(shù)學(xué)中經(jīng)常遇到的一個(gè)常數(shù)，測算它的精確值對科學(xué)的發(fā)展很重要。 　 先秦取圓周率為“周三徑一”魏晉時(shí)期的劉徽應(yīng)用極限思想，采用割圓法，算出了當(dāng)時(shí)世界上π=3.1416的數(shù)字。 　?。顖A法： 　　劉徽指出：圓內(nèi)接正多邊形的邊長“割之又割，以至于不可割，”則其面積“將與圓周合體，而無所缺矣?！睋?jù)說他將正多邊形割至了3072條邊。 　　南北朝的祖沖之(429－500年)是世界上第一個(gè)把π的值推算到3.1415926～3.1415927的人。 　　祖沖之利用方法:

8、方和圓的相互轉(zhuǎn)化。據(jù)說祖沖之做了更細(xì)致的工作，在圓內(nèi)接12288，……個(gè)邊的多邊形，具體的研究方法寫入“綴術(shù)”，但這本書在宋朝失傳了。 　　國際上已把月球背面的一個(gè)山谷命名為“祖沖之”。 5.聲學(xué) 　　1979年出土了戰(zhàn)國時(shí)期制造的曾侯已編鐘，說明了古代祖先對音節(jié)音律方面的極高造詣，北京天壇的回音壁等，巧妙地應(yīng)用了聲學(xué)原理，至今仍令人為之矚目。 6.小結(jié) 中國是世界上科學(xué)發(fā)展最早的國家，這是我們民族的驕傲。 二、古希臘時(shí)期的物理進(jìn)展 古希臘時(shí)期(公元前5世紀(jì)-公元30年) 在希臘哲學(xué)的多種多樣的形式中，差不多可以找到以后各種世界觀的胚胎、胚芽。恩格斯 泰勒斯(公元前7世紀(jì))的

9、天文觀、德漠克利特的原子說都發(fā)展成古代科學(xué)的瑰寶。古希臘與中國成為東西方兩個(gè)交相輝映的中心。 1.埃拉多塞(公元前275-公元前195)用三尺長的竹竿測地球周長。 埃及的尼羅河旁有兩個(gè)城市賽恩和亞歷山大，由于已修路，聯(lián)系比較便利。在塞恩有一口很深的井，夏至那天，陽光會(huì)照到井底，而同時(shí)陽光在亞歷山大對竹竿將有一個(gè)投影，由此我們可測出θ角，根據(jù)幾何關(guān)系可知，∠AOS=θ，OS=0A為地球半徑，則： 　　 折算出的地球周長與當(dāng)今的計(jì)算值相差僅幾百公里。 2.阿基米德(公元前287-公元前212年):出生在古希臘的敘拉古。 1)銅鏡燒船:地中海，羅馬要滅亡敘拉古。阿基米德讓婦女用銅鏡組成一

10、面聚光鏡燒戰(zhàn)船上的帆，浸了油的繩與桅桿和帆都燒起來了。 1747年，法國科學(xué)家布韋為了驗(yàn)證這一情況，用360面鏡子，拼成一個(gè)大凹鏡，燒灼了70 米外的木堆。 2)杠桿定律:“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬動(dòng)地球”。 3)數(shù)學(xué)上，得出了球體、圓柱體體積和表面積的計(jì)算公式。 三、古印度、巴比侖和阿拉伯的貢獻(xiàn) 古印度、巴比倫和阿拉伯在天文學(xué)、數(shù)學(xué)方面的貢獻(xiàn)也很驚人。據(jù)載，古印度發(fā)現(xiàn)了十進(jìn)制記數(shù)法，經(jīng)阿拉伯傳到歐洲，逐步演變?yōu)楫?dāng)今的“阿拉伯記數(shù)”。在祖沖之之后1000年，阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家求得圓周率π，準(zhǔn)確到小數(shù)之后17位。 總之，在古代，我們的祖先創(chuàng)造了瑰麗的文明，許多物理現(xiàn)象和規(guī)律被發(fā)現(xiàn)和記載下來，

11、成為今后物理學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)。 第二節(jié)　亞里士多德的物理學(xué) 一、古代物理學(xué)的特點(diǎn) 　　1.物理現(xiàn)象雖被發(fā)現(xiàn)和記錄下來，但未形成系統(tǒng)的理論。 　　2.受神學(xué)的支配很強(qiáng)。 　　3.天才的臆測建立在籠統(tǒng)的直覺觀察之中。 二、亞里士多德的物理學(xué) 　　1.亞里士多德(公元前384-公元前322）:馬其頓國王私人醫(yī)生的兒子，18歲進(jìn)入柏拉圖學(xué)院 ，約在公元前342 年，他成為亞力山大大帝的私人教師。一生著作頗豐，在科學(xué)領(lǐng)域里起著奠基性的作用。 　　某些大科學(xué)家“比起亞里士多德不過是小學(xué)生。”　——達(dá)爾文 　　2.主要觀點(diǎn) 　　　　提出物理學(xué)名稱的第一人，強(qiáng)調(diào)科學(xué)分類 　　　　若物體不受

12、力，運(yùn)動(dòng)即停止 　　　　物體越重，下落速度應(yīng)該越大 　　　　地球是宇宙的中心，太陽、行星和月亮應(yīng)該圍繞它轉(zhuǎn) 　　亞氏觀點(diǎn)從歸納日常生活出發(fā)，加上哲學(xué)思辯，后來發(fā)展為經(jīng)院哲學(xué)，成為自然科學(xué)的障礙。 經(jīng)院哲學(xué):科學(xué)的根本目的在于適應(yīng)神學(xué)，人的知識不必來自實(shí)踐，而是存在于教義之中。 　　3.被利用 　　亞氏的某些觀點(diǎn)符合封建與宗教統(tǒng)治者的利益，統(tǒng)治集團(tuán)將其抬到嚇人的高度，企圖讓科學(xué)成為宗教和封建統(tǒng)治的裝飾。 僧侶主義扼殺了亞里士多德學(xué)說中活的東西，而使僵死的東西永世長存?！袑? 第二章 經(jīng)典物理力學(xué)的發(fā)展 第一節(jié)　新芽破土 一、資本主義萌芽帶來的契機(jī)(15世紀(jì)后半期開始)

13、 　　1.社會(huì)物質(zhì)條件 　　歐洲社會(huì)生產(chǎn)力迅速發(fā)展，農(nóng)耕得到改進(jìn)，風(fēng)力水力得到普遍使用。特別是我國的四大發(fā)明經(jīng)蒙古，絲綢之路傳入歐洲，更為其發(fā)展推波助瀾。 　　哥倫布1492年發(fā)現(xiàn)美洲，麥哲倫1519年環(huán)游世界，這些都刺激了資產(chǎn)階級對生產(chǎn)技術(shù)的興趣，科學(xué)的發(fā)展有了社會(huì)物質(zhì)條件。 　　2.社會(huì)文化思想方面:出現(xiàn)了以文藝復(fù)興和宗教改革為標(biāo)志的思想解放運(yùn)動(dòng)。 　　但丁的神曲，米開朗基諾的雕塑，莎氏比亞的“羅米歐與朱麗葉”的出現(xiàn)，代表了人們要求思想自由，科學(xué)要求擺脫神學(xué)附庸地位，反對迷信和權(quán)威的心聲。 　　3.代表人物及其觀點(diǎn) 　　1)培根:“證明前人說法的唯一方法，只有觀察和實(shí)踐。”

14、 　　2)達(dá)·芬奇（1452-1519）：“實(shí)驗(yàn)在任何情況下都是我的老師?！? 　　　有道是“山雨欲來風(fēng)滿樓”，一場科學(xué)革命的風(fēng)暴已經(jīng)不可避免了。 二、哥白尼與“天體運(yùn)行論” 　　1.地心說與日心說的主要觀點(diǎn) 　　地心說:地球是絕對靜止的，一切運(yùn)動(dòng)都是相對于地球而運(yùn)動(dòng)的。地心說受到宗教的吹捧與肯定。 　　日心說: 　　　如果是地心說，這樣的觀點(diǎn)來描述行星的運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星有無法解釋的忽快、忽慢、逆行及留的現(xiàn)象。 　　　地動(dòng)日心說可以對天體的運(yùn)動(dòng)給予完滿的解釋。 　　　“天穹的周轉(zhuǎn)是一種視運(yùn)動(dòng)，實(shí)際是地球運(yùn)動(dòng)的反映。” 　　2.“天體運(yùn)行論”于1543年寫成，它被譽(yù)為自然科學(xué)的獨(dú)立宣

15、言。 三、第谷與開普勒 　　1.丹麥人第谷(1546-1601)，經(jīng)過20年的反復(fù)的天文觀測，積累了大量準(zhǔn)確的星體運(yùn)動(dòng)觀測資料，被人譽(yù)為“星學(xué)之王”。 2.德國天文學(xué)家開普勒(1571-1630)是第谷的學(xué)生與助手，從第谷對火星的觀測資料與他理論計(jì)算的8分之差入手，發(fā)表了開普勒三定律。寫出“宇宙和諧論”，使我們對天穹星空的認(rèn)識，由雜亂到有序。開普勒的一生，雖多病貧窮，但都未動(dòng)搖他破解天體奧秘的決心，他把他的一生都貢獻(xiàn)給了科學(xué)事業(yè)。 四、舍生取義的布魯諾 　　布魯諾（1548-1600）：因宣揚(yáng)日心說，1592年被捕。1600年，面對宗教法庭的審判，他說： “我希望你們到大庭廣眾中

16、去把我點(diǎn)燃，這是我最大的快樂，因?yàn)槲铱梢砸宰陨砣计鸬拇蠡?，去照亮后人的道路?！? 　　布魯諾英勇就義于羅馬的鮮花廣場。 總之，16世紀(jì)中期，日心說與地心說的血與火的斗爭，是自然科學(xué)從宗教桎梏下解放的標(biāo)志，教會(huì)的權(quán)威受到挑戰(zhàn)，自然科學(xué)在批判經(jīng)院哲學(xué)的斗爭中開創(chuàng)著自己的道路。 第二節(jié)　運(yùn)動(dòng)學(xué)的奠基人---伽利略 一、伽利略對落體問題的研究 　　對運(yùn)動(dòng)無知，也就對大自然無知。　　　　——西方諺語 　　1.伽利略 (1564-1642) 　　出生于意大利比薩。奠定了經(jīng)典力學(xué)中運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)，改進(jìn)了望遠(yuǎn)鏡，使之能放大32倍。代表作《兩大世界體系的對話》 。1633年，69歲高齡時(shí)曾被羅馬宗教裁

17、判所判處終身監(jiān)禁。仍致力于科研，于1638年又寫出了《關(guān)于兩門新科學(xué)對話》一書。 　　直到1979年，300多年后，教會(huì)才宣布為伽利略平反。 　　伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的開端。　　　——愛因斯坦 　　2.對亞里士多德的觀點(diǎn)的懷疑: 　懷疑:如果輕物體m下降的速度比重物M慢，那么用一根繩子把m、M栓在一起又怎樣? 　“沖淡引力思想”——斜面理論：為了研究落體的情況，伽利略設(shè)計(jì)了著名的斜面實(shí)驗(yàn)以“沖淡引力”，延長落地時(shí)間，便于觀測。 二、意義 　　1.實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)學(xué)方法結(jié)合的成功 　　不是單純做實(shí)驗(yàn)，而是從明確的物理思想出

18、發(fā)，進(jìn)行數(shù)學(xué)推證，選典型實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。 　　2.觀察——假設(shè)——邏輯推理——實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的成功之路 　　實(shí)驗(yàn)物理思維和數(shù)學(xué)演繹的巧妙結(jié)合。 　　3.落體運(yùn)動(dòng)也是一種勻加速運(yùn)動(dòng) 　　1586年，斯蒂文和德哥羅在一所二層樓做實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)不同重量的鐵球同時(shí)落地。 　　4.伽利略的預(yù)見 　　“一門廣博精深的科學(xué)已經(jīng)啟蒙，我在這方面的工作只是它的開始，那些比我更敏銳的人所用的方法和手段將會(huì)探索到各個(gè)遙遠(yuǎn)的角落?！? 第三節(jié)　牛頓的偉大綜合和理論飛躍 一、牛頓簡介 　　1. 牛頓1642年生于英國。從小是一個(gè)苦命的孩子，還未出生，父親逝世，兩歲母親改嫁，在舅舅和姥姥家長大。 　　2.16

19、61年考入劍橋大學(xué)31 學(xué)院。由于學(xué)習(xí)勤奮，受到巴羅教授的賞識，1664年成為研究生。 　　　　　　　 　　3. 1665年開始研究微分和積分及萬有引力定律。1665年倫敦大瘟疫，一個(gè)夏天病逝3萬人。牛頓回到家鄉(xiāng)，留下了膾炙人口的“蘋果落地”的故事。（據(jù)說是法國作家伏爾泰從牛頓侄女那兒聽來的。） 　　4. 1687年出版曠世之作“自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理”。由好朋友哈雷資助出版。人們爭相購閱。 　　5. 1703年 任英國皇家學(xué)會(huì)終身會(huì)長。 　　6. 1705年 被英國女王授予爵士稱號。 　　7. 1727年逝世，葬于威斯敏斯特教堂。 　　“伊薩克·牛頓爵士安葬在這里…，讓我們歡呼曾經(jīng)

20、存在過這樣一位偉大的人類之光。” ——碑文 二、牛頓取得成功的歷史條件 　　1.生產(chǎn)力發(fā)展的需要 　　航海的發(fā)展，需要對天體的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行研究，對機(jī)械加工作物理原理的解釋。 　　2.物理方面的進(jìn)展 　　哥白尼的“日心說”，摧毀了附著在神學(xué)上的宇宙觀，得到了幾乎所有科學(xué)家的認(rèn)同，教會(huì)的迫害反而使真理的聲音廣為傳播。 　　伽利略奠定了在運(yùn)動(dòng)觀上的正確理論，各種力正在被發(fā)現(xiàn)。 3.在英國，政局比較穩(wěn)定，商業(yè)發(fā)展使新興資產(chǎn)階級從自身的角度，開始注重科學(xué)研究。 　　4.科學(xué)的國際研究聯(lián)系加強(qiáng)。英法成立了“皇家學(xué)會(huì)”和“皇家科學(xué)院”。 三、牛頓的《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》的意義（1687年發(fā)

21、表） 　　序言:“我把這部著作叫做自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，因?yàn)檎軐W(xué)的全部任務(wù)看來就在于從各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象來研究各種自然之力，而后用這些力去論證其他現(xiàn)象……，我希望能用同樣的推理方法，從力學(xué)中推導(dǎo)出自然界的其他現(xiàn)象?！? 　　1.它將個(gè)別特殊的情況抽象概括為普遍理論，是當(dāng)時(shí)力學(xué)規(guī)律的偉大綜合。 　　2.它成為當(dāng)時(shí)科學(xué)上判斷正誤的準(zhǔn)繩。 　　3.它向后來者提供了一種科學(xué)研究的方法。 　　4.它發(fā)揮了科學(xué)理論的預(yù)言作用，引導(dǎo)人們從已知的現(xiàn)象去預(yù)測未來。 　　1)哈雷彗星 　　1682年彗星出現(xiàn)時(shí)，有人說，它是人類的罪惡造成的，因此人們紛紛跪地祈禱，驚恐萬分。 　　牛頓根據(jù)天文資料，應(yīng)用萬有引

22、力定律，說明和計(jì)算了彗星的運(yùn)動(dòng)軌道。 　　牛頓的好朋友，英國天文學(xué)家哈雷(1656-1742)，根據(jù)牛頓理論進(jìn)一步計(jì)算了大量彗星的運(yùn)動(dòng)軌道，得出1531年、1607年、1682年出現(xiàn)的彗星軌道相同，因此應(yīng)是同一彗星。由此預(yù)言，1758年還將出現(xiàn)這一彗星。 　　1758年，這成了當(dāng)時(shí)一件眾人十分矚目的大事。彗星到期未出現(xiàn)，科學(xué)家著急得很。1759年3月12日，這顆星出現(xiàn)了，遲到的原因，是因?yàn)樗苣拘呛屯列堑奈鴬檴檨磉t了，這正說明了萬有引力定律的成功。 　　2)“筆尖下的行星”的發(fā)現(xiàn) 　　1781年，赫舍爾（1738-1822）發(fā)現(xiàn)天王星，踞太陽約28億公里，繞一周要84年。但根據(jù)牛頓

23、理論，其運(yùn)動(dòng)有偏差，于是預(yù)言，還應(yīng)該存在另一顆星。 　　列威爾(法)、亞當(dāng)斯（英）根據(jù)牛頓的理論計(jì)算出了該星的軌道。 　　柏林天文家伽列于1846年9月23日，在列威爾推算處相距不到1°的地方發(fā)現(xiàn)了這顆星——海王星，大大拓寬了天文科學(xué)家的視野。 之《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》第一次顯示了科學(xué)理論所具有的知識飛躍和能動(dòng)作用，它為后來的物理研究開拓了一條傳統(tǒng)思路，奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，促進(jìn)了物理學(xué)向前發(fā)展。 四、牛頓的成功之路 　　1.站在巨人的肩上，勤奮學(xué)習(xí)，積累知識 　　　　　數(shù)　學(xué)---〉　歐幾里德——笛卡爾——萊布尼茲 　　　　　力　學(xué)---〉　達(dá).芬奇——伽里略——惠

24、更斯 　　　　　天文學(xué)---〉　哥白尼——第谷——開普勒 　　　　　引力思想---〉吉爾伯特——布里阿德——玻列利 　　2.講求科學(xué)研究方法 　　1)分析綜合法 　　牛頓在“光學(xué)”一書中曾說：從結(jié)果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍的原因?yàn)橹梗@就是分析的方法;而綜合的方法則假定原因已經(jīng)找到，并已把他們立為原理，再用這些原理去解釋由他們發(fā)生的現(xiàn)象。 　　2)歸納與演繹相結(jié)合 　　3)追求簡單、明白的公理體系 　　牛頓根據(jù)月球受地球吸引的現(xiàn)象，歸納出一切天體相互吸引的關(guān)系，進(jìn)而得出了引力定律，再演繹出宇宙萬物間相互吸引的因果關(guān)系。　　　　　　　　　　　　　　　　　

25、　　　　　　　　牛頓在原理中寫道：“自然界喜歡簡單化，而不愛用什么多余的原因以夸耀自己?！彼运ふ抑渥匀唤绲谋M可能簡單的原理，總結(jié)其規(guī)律。 　　4)數(shù)學(xué)物理方法:原理是數(shù)學(xué)與物理的完美結(jié)晶 　　大自然追求的是一本用數(shù)學(xué)語言所寫的巨著，他追求的是一個(gè)精確的，完完本本用數(shù)學(xué)表示的定律。　　　　　　　　　　　　——牛頓 　　5)實(shí)驗(yàn)----抽象方法 　　萬有引力定律既有觀測實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是科學(xué)抽象的產(chǎn)物。 　　3.熱愛科學(xué)，追求真理 人們問:“你是怎么發(fā)現(xiàn)萬有引力的?” 牛頓說:“By thinking on it continually.” 　　牛頓終身沒娶。1727

26、年，牛頓遺言:“我不知道世人對我是怎樣的看法，但是在我看來，我不過象一個(gè)在海邊玩耍的孩子，為時(shí)而發(fā)現(xiàn)一塊美麗的石子而高興，但那浩瀚的真理的海洋，卻還在我的面前未曾發(fā)現(xiàn)呢?！? 五、牛頓的局限 　　1)絕對時(shí)空觀 　　牛頓說：“絕對的數(shù)學(xué)的時(shí)間與外界無關(guān)地流逝著……?！闭J(rèn)為時(shí)間與空間無關(guān)，時(shí)空與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，是絕對的物理量。 　　2)當(dāng)一些問題牛頓解釋不了時(shí)，它就只好用上帝的萬能來解釋，為此牛頓花費(fèi)了后半生的心血，這正是牛頓的悲劇。 六、16世紀(jì)后，中國科技發(fā)展遲滯 西方：恩格斯說:“這是一次人類從來沒有經(jīng)歷的最偉大的進(jìn)步的變革，是一個(gè)需要巨人而且產(chǎn)生了巨人——的時(shí)代。” 中國：由于封建

27、統(tǒng)治，閉關(guān)鎖國，教育僵化，科技發(fā)展遲滯。 　　光緒時(shí)康有為的公車上書痛心疾首地指出：“姚燮謂：‘我之所為，彼皆知之，彼之所為，我獨(dú)不聞，安得不為所制乎！’學(xué)塾經(jīng)費(fèi)少于兵餉數(shù)十倍，士人能通古今達(dá)中外者，郡縣乃或無人焉?！币舱f明了這一問題。 第四節(jié)　力學(xué)的逐步發(fā)展 一、實(shí)驗(yàn)研究的開展 　　1.對萬有引力常數(shù)的測定 　　英國的物理學(xué)家卡文迪許等測定了萬有引力常數(shù)。因他們在實(shí)驗(yàn)中采用了扭秤，全部儀器被放在用火漆密閉的密室中，因而被譽(yù)為“弦絲掛，火漆封”派。 　　2.地球運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究 二、獨(dú)立應(yīng)用學(xué)科的出現(xiàn) 　　1.流體力學(xué)的發(fā)展 　由于牛頓等建立了微積分的方法，數(shù)學(xué)工具得到加強(qiáng)，使

28、力學(xué)的研究領(lǐng)域加強(qiáng)了。為了研究彈道和減少輪船的航行阻力，在伯努利、歐勒等人的努力下，流體力學(xué)得到了發(fā)展。 　　2.分析力學(xué)的發(fā)展 　　在牛頓以后，矢量力學(xué)發(fā)展起來，但生產(chǎn)中涌現(xiàn)出的多質(zhì)點(diǎn)、多約束的復(fù)雜情況，使其遇到一定困難。 　　1747年，法國的莫培督發(fā)表了“最小作用量原理”。1788年，拉格朗日進(jìn)一步論證力學(xué)可以整個(gè)建立在最小作用量原理的基礎(chǔ)上，分析力學(xué)與矢量力學(xué)平行發(fā)展起來，并成為推動(dòng)理論物理和相對論發(fā)展的基本工具。 　　3.天體力學(xué)的進(jìn)展 　　拉普拉斯發(fā)表了“天體力學(xué)”。 三、力學(xué)概念的爭論與不斷完善 　　牛頓定律出臺以后，經(jīng)典力學(xué)形成比較牢固的理論，經(jīng)歷過18世紀(jì)至19

29、世紀(jì)的無數(shù)爭論，這些爭論又進(jìn)一步促進(jìn)了人們對力學(xué)理論的不斷探索、修改，比如關(guān)于對牛頓絕對時(shí)空觀的爭論導(dǎo)致了相對論的出現(xiàn)。力學(xué)理論從而得到進(jìn)一步豐富和完善。 第三章 經(jīng)典光學(xué)的形成 第一節(jié)　光學(xué)的歷史概述 一、早期光學(xué) 　　1.古代光學(xué):基本上停留在幾何光學(xué)的研究和總結(jié)上。 　　公元前5世紀(jì)《墨經(jīng)》、北宋時(shí)期沈括的《夢溪筆談》都有記載。 　　古希臘歐幾里德(Euclid，約公元前330-275） 研究光的反射。 　　托勒密 (C.Ptolemaeus,希，約公元100-170) 研究光的折射。 　　2.中世紀(jì): 阿勒哈增（965-1038）(阿拉伯人)著《光學(xué)》。 二、折射定律

30、的建立 荷蘭人斯涅耳最早提出折射定律，由法國數(shù)學(xué)家費(fèi)馬（1601-1665）提出費(fèi)馬原理，予以確定，使幾何光學(xué)理論很快發(fā)展。 三、光學(xué)儀器的研制 　　1、1299年，發(fā)明了眼鏡，意大利人阿瑪?shù)僦圃炝搜坨R。 　　2、1608年，荷蘭人李普塞制成第一臺望遠(yuǎn)鏡，伽利略改進(jìn)成放大32倍的望遠(yuǎn)鏡。 　　3、幾乎與望遠(yuǎn)鏡同時(shí)，荷蘭人發(fā)現(xiàn)制造了顯微鏡。 四、牛頓對光的色散的研究 1666-1704年間，牛頓用色散原理解釋了天界神秘而瑰麗的彩虹。 第二節(jié)　光的波動(dòng)說和微粒說的論爭 一、光的微粒說 　　1704年，牛頓：“光是一種細(xì)微的大小不同的而又迅速運(yùn)動(dòng)的粒子。” 二、光的波動(dòng)學(xué)說

31、　　1.　代表人物:惠更斯·胡克：“光必然是一種振動(dòng)?！? 　　2.　波動(dòng)說的困境:由于當(dāng)時(shí)沒發(fā)現(xiàn)光的干涉、衍射等波動(dòng)現(xiàn)象，使光的波動(dòng)說難以自圓其說。 　　3.　19世紀(jì)光的波動(dòng)說的兩個(gè)英雄 　　1)托馬斯·楊（1773-1829） 　　兩歲認(rèn)字，四歲能讀圣經(jīng)，23歲獲醫(yī)學(xué)學(xué)位。 　　牛頓反對波動(dòng)說，光的微粒說在百年中占了上風(fēng)，波動(dòng)說幾乎銷聲匿跡。 　　面對牛頓如日中天的氣勢，楊以不唯名的勇敢精神說：“盡管我仰慕牛頓的大名，但我并因此非得認(rèn)為他是百無一失的。我遺憾地看到他也會(huì)弄錯(cuò)，而他的權(quán)威也許有時(shí)甚至阻礙了科學(xué)的進(jìn)步?！? 　　設(shè)計(jì)了楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)，證明了光的衍射現(xiàn)象。 　　2)菲

32、涅耳（1788-1827）：法國工程師。完善了惠更斯理論，提出了子波相干的思想。 　　1818年法國科學(xué)院懸賞征文中一舉成名。 　　菲涅耳的理論——泊松的計(jì)算——阿拉果的實(shí)驗(yàn)找到了有利于波動(dòng)說的泊松亮點(diǎn)。 　　這樣光的波動(dòng)說贏得了第一回合的勝利。 三、光應(yīng)具有波粒二相性: 光的波動(dòng)說無法解釋光電效應(yīng)，但粒子說可以解釋。它的思想是愛因斯坦光量子理論的起源。 第三節(jié)　光譜的研究 一、巴爾末發(fā)現(xiàn)氫光譜規(guī)律 1.背景:楊的干涉實(shí)驗(yàn)提供了測定波長的方法。 　　1814——>夫瑯禾費(fèi)對太陽光譜也進(jìn)行了細(xì)心的檢驗(yàn)。 　　1859——>基爾霍夫在研究堿金屬光譜發(fā)現(xiàn)了銫和銣。 　　1868

33、——>埃格斯特朗首先找到氫光譜的譜系。 2.瑞士科學(xué)家巴爾末（1825-1898）的貢獻(xiàn) 　　如何從浩繁的光譜資料中找出其中的規(guī)律? 　　巴爾末，瑞士的一位中學(xué)數(shù)學(xué)教師，在哈根拜希教授的指點(diǎn)下將氫光譜的規(guī)律總結(jié)出來，于1884年6月25日正式發(fā)表: ，n＝3，4，5，…… 　　次年發(fā)表了論文。 　　1)由于埃氏對氫譜線的精確測量，提供了氫的可見光部分的四條譜線的精確波長，從中巴爾末提出了一個(gè)共同因子：B＝3645.6×107毫米。 　　2)氫的前四根譜線的波長可以從這一基數(shù)，相繼乘以系數(shù)9/5，4/3，25/21，9/8。初看起來，這四個(gè)系數(shù)，沒有構(gòu)成規(guī)則數(shù)列，但如果將第二項(xiàng)與第

34、四項(xiàng)分子、分母分別乘以4，則分子為3×3，4×4，5×5，6×6，而分母的完全平方相應(yīng)的差4，這樣就出現(xiàn)了的規(guī)律。 　　由于巴爾末公式的發(fā)現(xiàn)，光譜成因的神秘大門被打開了，人們研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又有了一個(gè)新的依據(jù)，此后光譜規(guī)律不斷被揭示， 一門新的系統(tǒng)的科學(xué)——原子光譜形成了。 二、廣義巴爾末公式 　　巴爾末公式發(fā)表以后，不少科學(xué)家受到進(jìn)一步的啟發(fā)和鼓舞。又有人從恒星的光中拍攝到氫光譜，在紫外區(qū)的一些光也可從巴爾末公式中將n取7，8……等得到。 　　1890年，瑞典人里德伯將氫光譜規(guī)律總結(jié)為： ，n＝3，4，5…… 其中R=4/B，被稱為里德伯常量。 　　該公式發(fā)表在《論化學(xué)元素線

35、光譜的結(jié)構(gòu)》一文中。 第四節(jié)　光速的測定 　　光在真空中的傳播速度是一個(gè)極其重要的物理量，能否準(zhǔn)確測定是物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平和理論水平的標(biāo)志。 一、早期的實(shí)驗(yàn) 　　1.伽利略提出:在已知距離的兩個(gè)高山峰上，放兩盞燈，利用接收燈閃亮的時(shí)間去除間距，來測光速，但誤差較大。 二、天文學(xué)方法 　　丹麥人奧羅斯·羅末(1644-1710)于1675年提出。 　　木星有13個(gè)衛(wèi)星， I0（木衛(wèi)一）是木星的一顆衛(wèi)星，繞木星旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間約42小時(shí)28分16秒，因此在地球上看木衛(wèi)蝕也應(yīng)是42小時(shí)28分16秒一次，但是觀測后時(shí)間卻不一樣，原因是兩次觀測木星與地球的距離不一樣，從發(fā)出的光信號所傳遞的

36、空間距離不同。用兩次木衛(wèi)蝕的時(shí)間差去除兩次木星與地球的距離差，即可求得光速。 　　現(xiàn)代人用此法可測光速為2.998×108米/秒。 三、地面方法 　　1849年，法國人菲索（1819-1896）用齒輪旋轉(zhuǎn)法測得光速為米/秒。他是第一個(gè)首次證明光速可以在實(shí)驗(yàn)中測得的人。另外，法國人付科、美國人紐克姆等都對光速測定做過貢獻(xiàn)。 　　下面介紹阿爾伯特·邁克爾遜((1926)旋轉(zhuǎn)棱鏡法： 　　棱鏡旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速可以測定，由發(fā)光和接收光的時(shí)間、棱鏡轉(zhuǎn)速和光來回傳遞距離的數(shù)學(xué)關(guān)系，可以導(dǎo)出光速來。 　　1907年，他是第一位獲諾貝爾物理獎(jiǎng)的美國科學(xué)家。 第四章 電磁理論的建成 第一節(jié)　對電磁現(xiàn)象

37、的早期認(rèn)識 　　1.中國 　　西周(公元前1100-公元前771)青銅銘文就記載有“電”字和“雷”字。 　　先秦:“陰陽相薄，感而為雷，激而為霆。霆，電也。” 　　古人將磁石稱為慈石來形容磁石“以為母也，故能引其子”的功能。 　　2.英國人吉爾伯特（1544-1623）——論磁 　　曾為英國伊麗莎白一世的御醫(yī)，1600年發(fā)表《論磁石》，總結(jié)了前人的經(jīng)驗(yàn)，記載了大量實(shí)驗(yàn)。 　　3.1663年，蓋里克發(fā)明摩擦起電機(jī)。 　　4.1720年，格雷研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象。 　　5.1733年，杜非分別了兩種電：松脂電和玻璃電。 　　6.1745年，荷蘭人馬森布洛克發(fā)現(xiàn)了萊頓瓶，為貯存電荷

38、找到了一個(gè)方法。 第二節(jié)　富蘭克林對雷電現(xiàn)象的研究 1.富蘭克林(1706-1790): 美國人 　　在全家17個(gè)孩子中排行15，其父是小手工業(yè)者，家境貧困。他在10歲時(shí)綴學(xué)，12歲當(dāng)印刷所學(xué)徒，閱讀了許多書籍，后來成為科學(xué)家和政治家。自己寫的墓志銘:“印刷工富蘭克林”。 　　從蒼天那里取得了雷電，從暴君那里取得了民權(quán)?！艩柛瘢ǚǎ? 2.費(fèi)城實(shí)驗(yàn) 　　富蘭克林40歲時(shí)，觀看了電學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而對電有了興趣。其中有一個(gè)想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎? 　　1752年7月，一個(gè)電閃雷鳴的上午，他將一個(gè)風(fēng)箏放到空中，風(fēng)箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，麻繩的下一端拴絲線，繩線接觸處栓了

39、一把鑰匙。 　　銅鑰匙可以給萊頓瓶充電，與摩擦電性質(zhì)完全相同。 現(xiàn)象:麻繩上的纖維向四周自立，猶如“怒發(fā)沖冠” 　　富蘭克林的工作，揭開了雷電的奧秘，統(tǒng)一了“天電”和“地電”，震驚了科學(xué)界。 小插曲： 　　為了驗(yàn)證“地電”與“天電”的相同處，富蘭克林想到雷可以擊死動(dòng)物，于是他就實(shí)驗(yàn)用“地電”去擊殺火雞，結(jié)果被電打昏了。蘇醒后，卻不介意地說：“我本想用電殺死一只火雞，結(jié)果差點(diǎn)電死了一個(gè)傻瓜?！? 　　然而，風(fēng)險(xiǎn)是的確存在的。1753年，俄國的里赫曼在做大氣電實(shí)驗(yàn)時(shí)不幸中電身亡，為科學(xué)獻(xiàn)身。 3.發(fā)明避雷針: 富蘭克林并不滿足，將他的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為了新的發(fā)明。避雷針誕生了。　　　　　　　

40、　　　　　　　　　　　　　 4.科學(xué)興趣廣泛 命名了正電，負(fù)電，發(fā)現(xiàn)了電荷守恒定律，研究了火爐的改良，植物的移植，傳染病的防治。 　　寫出了《電學(xué)的實(shí)驗(yàn)和研究》的著作。 5.　富蘭克林是獨(dú)立宣言和美國憲法的起草人之一，為祖國的獨(dú)立和解放作出了貢獻(xiàn)的政治活動(dòng)家。 第三節(jié)　從定性到定量-----庫侖定律的發(fā)現(xiàn) 一、類比法的成功 1.普利斯特利(1733-1804):德國人，氧氣的發(fā)現(xiàn)者?；瘜W(xué)家。 2.富蘭克林的空罐實(shí)驗(yàn) 　　用絲線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木受到吸引。但把它懸掛在罐內(nèi)時(shí)，不論在罐內(nèi)何處，它都不受電力。 　　當(dāng)富蘭克林寫信將這一現(xiàn)象告之普利斯特利

41、后，普氏想到:1687年牛頓曾證明:萬有引力若服從平方反比定律，則均勻的物質(zhì)球殼對殼內(nèi)物體應(yīng)無作用。 　　普利斯特利將空罐實(shí)驗(yàn)與牛頓推理類比，聯(lián)想到電力也表現(xiàn)了這種特性，所以也應(yīng)遵從平方反比定律。 二、庫侖的引力實(shí)驗(yàn) 1.庫侖(1736-1806): 法國人，當(dāng)過法國部隊(duì)的技術(shù)軍官，后被選為法國科學(xué)院院士。 2.庫侖的扭秤實(shí)驗(yàn) 　　金屬絲的扭力正比于扭轉(zhuǎn)角，將扭絲懸掛起來，可以測萬分之一格令的小力，1785年庫侖據(jù)此制成電秤，以測定電力。 3.庫侖定律 萬有引力定律 4.庫侖定律的建立使電磁學(xué)進(jìn)入了定量的研究，使電磁學(xué)真正成為一門科學(xué)，數(shù)學(xué)的引入，使這門科學(xué)更錦上添花。 ※類

42、比方法的成功 　　如果不是與萬有引力進(jìn)行類比，單靠實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)的積累，嚴(yán)格的庫侖定律的形式將很難得到。 　　由此我們可以看到類比在科學(xué)研究中的作用。 三、卡文迪許(1731-1810): 英國人，萬有引力的驗(yàn)證人。他比歐姆更早發(fā)現(xiàn)歐姆定律，比庫侖用扭秤測電力早11年，是“弦絲掛，火漆封”派的帶頭人。 卡文迪許也設(shè)計(jì)了庫侖定律的實(shí)驗(yàn)，但卻未發(fā)表。 第四節(jié)　由靜電到動(dòng)電----電流的發(fā)現(xiàn) 一、伽伐尼的研究(1737-1798): 意大利人，解剖學(xué)教授。 　　1780年他與學(xué)生解剖青蛙，發(fā)現(xiàn)電火花會(huì)使蛙腿抽搐，后來他又發(fā)現(xiàn)當(dāng)用銅鉤倒掛蛙腿，再用鐵梁橫挑，蛙腿也會(huì)痙攣。 　　179

43、1年發(fā)表了論文《論肌肉運(yùn)動(dòng)中的電力》。 　　發(fā)現(xiàn)電流的第一人，但認(rèn)為是一種動(dòng)物電。 二、伏打（1737-1798）的“金屬接觸說” 1.伏打 　　意大利帕維大學(xué)教授，否定了伽伐尼動(dòng)物說。他認(rèn)為，電來自兩種不同金屬的接觸，青蛙只不過是起了驗(yàn)電器的作用。 　　為了闡明自己的觀點(diǎn)，他比較了各種金屬，并把它們排成表，只要將其中兩種金屬接觸，就可以產(chǎn)生接觸電勢差。 2.伏打電池——第一個(gè)直流電源 　　1800年，伏打根據(jù)他自己的觀點(diǎn)，制成了伏打電池。得到了拿破侖授予的一枚金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆２⒊蔀榉▏茖W(xué)院的院士。今天電學(xué)中的一個(gè)重要單位伏特，就是為了紀(jì)念他。 3.意義 　　電池的發(fā)明，提供了產(chǎn)

44、生恒定電流的電源，使電學(xué)從靜電走向動(dòng)電，為人們研究電流的各種效應(yīng)提供了條件。從此電學(xué)進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期。 三、歐姆定律(1787-1854) 　　歐姆，德國人，家境貧困，中斷大學(xué)學(xué)業(yè)后當(dāng)了中學(xué)老師。后被慕尼黑大學(xué)任命為教授。 　　將付里葉在熱學(xué)中提出的熱流、熱阻，類比電學(xué)中的電流、電阻，溫度差類比電勢差，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在1826年發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，由此與電流相關(guān)的物理量可以測定和出。 　　人們?yōu)榧o(jì)念他，將電阻的單位定為“歐姆”。 第五節(jié)　電磁學(xué)的新時(shí)期 　　自吉爾伯特開始以來的二百多年，電和磁一直是毫無關(guān)系的兩門學(xué)科，圍繞電與磁尋找自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，成為一種潮流。 　　1820年

45、，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，建立了電與磁的聯(lián)系。 一、發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng) 　　1.電力與磁力都遵守平方反比定律，說明它們有類似的規(guī)律。1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)縫紉針過電后磁化了。但規(guī)律究竟在哪里？ 　　2.奧斯特 (1777-1851)丹麥人: 發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的第一人。 　　“在觀察的領(lǐng)域內(nèi)，機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦。”　　　　　　　——巴斯德 　　奧斯特尋找電與磁的關(guān)系的想法醞釀已久: 1803年:“我們將把整個(gè)宇宙容納在一個(gè)體系中?！彼J(rèn)為“自然力之統(tǒng)一” 1812年:“我們應(yīng)該檢驗(yàn)的是，究竟電是否以其最隱蔽的方式對磁體有類似的作用?！? 1818-1819年，與奧共事的人說:

46、“奧斯特經(jīng)常在尋找這兩種大自然力之間的關(guān)系?！? 　　機(jī)會(huì)來了，1820年4月，奧斯特在一次講課中，發(fā)現(xiàn)磁針在通電導(dǎo)線的作用下動(dòng)了一下!這才恍然大悟，原來以前總把電流的磁力想象為縱向，實(shí)際應(yīng)為橫向。 　 奧斯特緊抓不放，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，查明了電流具有磁效應(yīng)。1820年7月21日，發(fā)表了《電流對磁針的作用的實(shí)驗(yàn)》，引起了學(xué)術(shù)界的轟動(dòng)。 　　3.意義 　　　第一個(gè)解釋出了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系。 　　　為電報(bào)和電機(jī)的發(fā)明開辟了道路。 　　　為電磁場理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 二、安培和安培定律 　　1.安培 (1775-1836) :法國科學(xué)家。 　　安培在法國長大時(shí)，正是法國社會(huì)變革時(shí)

47、期，他幾乎沒受過正規(guī)教育，只好以他父親和百科全書做老師。個(gè)人遭遇不好，家庭幾經(jīng)磨難。即使這樣，也沒有動(dòng)搖安培對科學(xué)的追求。1827年發(fā)表了名著《從實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的關(guān)于電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論》。人們?yōu)榧o(jì)念他，將電流強(qiáng)度的單位定義為“安培”。 　　2.兩篇論文 　　阿拉果在1820年9月11日在法國科學(xué)院演示了奧斯特的實(shí)驗(yàn)，引起了安培的興趣。安培夜以繼日地工作一周之后，于9月18日發(fā)現(xiàn)了電流間也存在著相互作用力，在1820年12月4日，又提出了著名的安培定律： 其中dx，dy為電流線元。 　　3.經(jīng)驗(yàn) 　　安培在總結(jié)他的經(jīng)驗(yàn)時(shí)，這樣寫到：“從對實(shí)施的觀察開始，盡可能地改變伴隨事件，并佐以精

48、確的測量，以便導(dǎo)出完全基于試驗(yàn)的一般規(guī)律，再從這些規(guī)律導(dǎo)出這些力的數(shù)學(xué)表達(dá)式……這就是牛頓所遵循的路線。” 　　安培的電流元之間作用力的又一個(gè)平方反比規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，是人們對大自然力之間的內(nèi)在聯(lián)系又有了一個(gè)新的認(rèn)識。安培的工作，為以后電動(dòng)力學(xué)的研究和發(fā)展，開拓了一個(gè)新的基礎(chǔ)。 第六節(jié)　變磁生電的發(fā)現(xiàn)者——法拉第 一、法拉第(1791-1867): 英國物理學(xué)家。 　　法拉第是一個(gè)窮鐵匠的兒子，兄妹10人。小學(xué)沒畢業(yè)就失學(xué)，當(dāng)了裝訂工。但失學(xué)不失志，經(jīng)常閱讀書報(bào)。當(dāng)了戴維助手。1821年受任為皇家研究所試驗(yàn)室主任。 　　1821年，開始電磁學(xué)的研究，總共工作四十年。 　　寫出了《電學(xué)的實(shí)

49、驗(yàn)研究》。 　　一生謝絕了許多獎(jiǎng)賞。 　　“在物理學(xué)的全部歷史中——最全能的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家卻是一個(gè)僅受過初等教育的人。……他，就是法拉第?！薄　　　　_莫斯（美） 二、法拉第的主要貢獻(xiàn) 1.電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn): 　　一貫追求科學(xué)真理，相信自然力的統(tǒng)一。 　　1831年8月29日，法拉第終于取得了突破性進(jìn)展。變磁激發(fā)了電。 　　一個(gè)月后，法拉第向英國皇家學(xué)會(huì)報(bào)告，產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況可以分為5類。 　　1833年，楞茨發(fā)現(xiàn)楞茨定律，判斷感應(yīng)電流的方向。 (1867年，西門子創(chuàng)制了發(fā)電機(jī)) 2.力線的提出者 　　為了解釋電磁現(xiàn)象，必須找到一種直觀表示的方法。 　　法拉第從大量

50、的實(shí)驗(yàn)中想象出描寫電磁作用的力線，經(jīng)數(shù)學(xué)家證明了其概念的正確，他為場的理論建立作出貢獻(xiàn)。 　　湯姆遜說:“我想電場和磁場的許多性質(zhì)，借助力線就可以最簡單而富有暗示地表示出來。” 3.其他 　　法拉第對光的磁化、電流的化學(xué)現(xiàn)象和反磁性的發(fā)現(xiàn)等都有自己獨(dú)到的見解。 三、法拉第的研究思路 　　1.對自然力的統(tǒng)一性可轉(zhuǎn)化性堅(jiān)信不移。 　　“我早已持有一種見解，它幾乎達(dá)到深信不移的程度，而且我想這也是其他許多自然科學(xué)愛好者的見解，即物質(zhì)之力所表現(xiàn)出來的各種形式具有普遍的起源?！? 　　2.對電磁波的朦朧預(yù)見:“磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動(dòng)?！? 　　3.研究特色 　　法拉第

51、通過力線和場，將電場和磁場的重要性質(zhì)表現(xiàn)出來了。 　　麥克斯韋:“在數(shù)學(xué)家看到相互超具吸引力的中心的時(shí)候，法拉第則用他特有的思維的眼睛看到穿過全空間的力線?！? 　　4.法拉第思想方法的一些局限性：將一切歸結(jié)于“力”等。 四、對法拉第的高度評價(jià) 　　一生最大的發(fā)現(xiàn)，是發(fā)現(xiàn)了法拉第?！　　? ——戴維 我們把法拉第首先看作是科學(xué)家中最有成效最高尚的典型　　　　　　——麥克斯韋 鐵匠的兒子法拉第，在青年時(shí)代的早期，作過裝訂工人的學(xué)徒，臨死時(shí)是所有科學(xué)學(xué)會(huì)的會(huì)員，是那時(shí)物理學(xué)家公認(rèn)的領(lǐng)袖?！　　　　　　　　　　　　　　雇辛型蟹? 　　當(dāng)法拉第在演示他的電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，一位貴婦曾

52、問道：“您的電流計(jì)指針動(dòng)一下有什么意義呢？”法拉第回答道：“夫人，當(dāng)一個(gè)嬰孩誕生的時(shí)候，您會(huì)想到他將會(huì)完成何等事業(yè)嗎？” 　　法拉第如此至愛的這個(gè)“嬰兒”，的確有著驚人之舉。1867年西門子根據(jù)這一原理創(chuàng)造了發(fā)電機(jī)，從此人類有了“電”，它至今仍為我們帶來光明和幸福。當(dāng)我們在盡情享受電燈、電視、電影……這一切現(xiàn)代文明的時(shí)候，我們怎能不感謝這位鐵匠的兒子呢？ 第七節(jié)　麥克斯韋電磁場理論的建立 從出生地來說他屬于愛丁堡，從功績上來說他屬于全世界?！　　　　　　绽士? 一、麥克斯韋(1831-1879)簡介 　　英國物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。11月13日出生時(shí)，是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)后2個(gè)多月。15

53、歲在“愛丁堡皇家學(xué)報(bào)”發(fā)表論文，1854年從劍橋大學(xué)畢業(yè)，卡文迪什試驗(yàn)室首任主任。 　　雖然只活了49 歲，但他卻寫了100多篇有價(jià)值的論文。 　　麥克斯韋是一位可以與牛頓、愛因斯坦相提并論的科學(xué)家。 二、建立電磁場理論的工作 “把數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究聯(lián)合使用所得到的物理知識，比之一個(gè)單純實(shí)驗(yàn)人員或單純的數(shù)學(xué)家能具有的知識更堅(jiān)實(shí)，有益和鞏固?！薄溈怂鬼f 　　1.1856 年，麥克斯韋發(fā)表了《論法拉第力線》一文，受到法拉第的贊賞。法拉第說：“我驚訝地看到，這個(gè)主題居然處理得如此之好”，麥克斯韋在文中認(rèn)為法拉第將磁現(xiàn)象歸結(jié)為力和場的觀點(diǎn)，是一種更合適的科學(xué)語言。文中采用了類比法，將流線的

54、數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)用到靜電理論中。 　　2.1860年，70歲的法拉第和30歲的年輕人麥克斯韋見面了，建立電磁理論的共同心愿超越了年齡的鴻溝，法拉第對麥克斯韋說:“你不要停留在用數(shù)學(xué)來解釋我的觀點(diǎn)上，而應(yīng)該突破它?！? 　　1861年，麥克斯韋寫了《論物理力線》，提出: 　　　一個(gè)關(guān)于力線的機(jī)械模型，即電磁以太模型。 　　　創(chuàng)造性地提出位移電流和渦旋電場的兩大重要假設(shè)。 　　　提出光波就是電磁波的理論：“光本身乃是以波的形式在電磁場中按電磁規(guī)律傳播的一種電磁振動(dòng)?！睂㈦?、磁、光理論進(jìn)行了一次偉大的綜合。 　　3.1865年，發(fā)表了《電磁場的動(dòng)力學(xué)理》，用場的觀點(diǎn)總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全新的

55、理論框架。 　　4.1873年，麥克斯韋出版了《電磁學(xué)通論》一書，進(jìn)一步將電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)律和定理定律，綜合概括在一個(gè)方程組中， 以簡潔的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，揭示了電場和磁場內(nèi)在的完美對稱?！峨姶艑W(xué)通論》是人類第一個(gè)有關(guān)經(jīng)典場論的不朽之作。 　　1874年，麥克斯韋任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室首任主任，1879年11月3 日，49歲逝世。 　　臨終之際，他仍堅(jiān)信自己的預(yù)言——電磁波理論，一定會(huì)插上翅膀飛向全球。 三、麥克斯韋成功的基本要素 　　1.尋找不同現(xiàn)象之間的聯(lián)系，對電光磁建立了統(tǒng)一的理論解釋。 　　2.在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中重視科學(xué)方法的應(yīng)用。 　　麥克斯韋曾寫道：“為了采用某種物理知識而獲得物理思想，我們

56、應(yīng)當(dāng)了解物理相似性的存在。……利用這種類似，可以用其中之一，說明其中之二。” 　　3.想象力豐富，大膽猜測假設(shè)。 　　科學(xué)家也需要幻想，幻想不只是文學(xué)家的事?！　? 　　4.知識底蘊(yùn)豐厚。 　　5.對理論完美和諧的不懈追求。 　　麥克斯韋認(rèn)為：自然界是和諧的，一種反映自然規(guī)律的理論，如果框架上不完善，不和諧，也就意味著要進(jìn)一步改進(jìn)和探索。 四、意義 　　經(jīng)典電磁理論的確立，成為人類改造自然，提高生產(chǎn)力的有力杠桿。據(jù)載，科技利用程度較高的生產(chǎn)率比之單純手工業(yè)生產(chǎn)率在1770年為4：1，而在電氣工業(yè)出現(xiàn)后這個(gè)比例為108：1。電磁學(xué)理論的成功，說明了科技是第一生產(chǎn)力。 第八節(jié)

57、　電磁波的發(fā)現(xiàn)　盡管麥克斯韋理論具有內(nèi)在的完美性并和一切經(jīng)驗(yàn)相符合，但它只能逐漸地被物理學(xué)家接受。　　　　　　　　　　　　　——?jiǎng)诙? 一、赫茲 (1857-1894) :德國物理學(xué)家 1878 年是基爾霍夫和亥姆霍茲的學(xué)生。 1880年獲博士學(xué)位。 1885年發(fā)現(xiàn)電磁波，89年到波恩大學(xué)任教。 1894年因血中毒而去世。 二、電磁波的發(fā)現(xiàn) 　　麥克斯韋《電磁論》發(fā)表后，由于理論難懂，無實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并未受到重視。 　　1886年，赫茲作成電磁波檢驗(yàn)器并宣布“電磁感應(yīng)是以波動(dòng)形式在空氣中傳播的?！? 　　赫茲在1888年證明了電磁波的存在。這樣由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋建立，赫茲驗(yàn)證的電

58、磁場理論向全世界宣告了它的勝利。 　　插曲：比赫茲實(shí)驗(yàn)早七年，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號，他隨即向英國皇家協(xié)會(huì)會(huì)長G·斯托克斯匯報(bào)，但斯托克斯認(rèn)為這只是普通的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，戴維過于迷信權(quán)威，對于這一天賜良機(jī)未與重視，使發(fā)現(xiàn)被埋沒了。 三、成果 　　無線電報(bào)(1901)——廣播(1906)——電話(1916)——傳真(1923)——電視(1929)——微波(1933)——雷達(dá)(1935)——衛(wèi)星通訊——電子計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)等都與電磁波理論相關(guān)。 　　*發(fā)明家愛迪生（1827-1931）:愛迪生發(fā)明電燈 　　1.愛動(dòng)腦筋 　　由于愛提一些問題，老師不喜歡他，只上三個(gè)月就退學(xué)了，由母

59、親教他。但愛迪生自強(qiáng)不息，方法得當(dāng)，一生在專利局的發(fā)明就有1328項(xiàng)，平均15天就有一項(xiàng)發(fā)明問世。 　　比如，他常想聲音能使細(xì)針顫動(dòng)，反過來針的顫動(dòng)能否變成聲音？正是采用正確的逆向思維的方法，在1877年12月6日，愛迪生發(fā)明了留聲機(jī)。 1879 年10月研制出電燈，另外蓄電池，電影等都是愛迪生發(fā)明的。 　2.1929年10月21日，愛迪生由美國總統(tǒng)親自攙扶，參加要會(huì)，廳內(nèi)各個(gè)角落的電燈大放光明，愛迪生說:“我這一生行將結(jié)束，我的人生哲學(xué)是工作，我要大膽揭示大自然的奧秘，并以此為人類造福?！? 第五章 熱學(xué)發(fā)展史 第一節(jié)　早期發(fā)展簡述 熱是人類最早發(fā)現(xiàn)的一種自然力，是地球上一切生命的

60、源泉。　　　　——恩格斯 一、溫度的定義和熱機(jī)的研制 　　1.對溫度的研究 　　1593年，伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計(jì)的雛形。 　　1702年，阿蒙頓制成空氣溫度計(jì)，但不準(zhǔn)確。 　1724年，荷蘭工人華倫海特在他的論文中，建立了華氏溫標(biāo)，首先使用水銀代替酒精。 　　1742年瑞典的攝爾修斯定義水的沸點(diǎn)為零度，冰的熔點(diǎn)為100度，后施勒默爾將兩個(gè)固定點(diǎn)倒過來，建立了攝氏溫標(biāo)。 　　1779年，全世界有溫標(biāo)19種。 　　1854年，開爾文提出開氏溫標(biāo)，得到世界公認(rèn)。 　　2.熱機(jī)的發(fā)展 　　“蒸汽機(jī)是一個(gè)真正的國際發(fā)明，而這個(gè)事實(shí)又證實(shí)了一個(gè)巨大的歷史進(jìn)步。”

61、 　　1695年，法國人巴本第一個(gè)發(fā)明蒸汽機(jī)，但操作不便，不安全。 　　1705年，鈕科門和科里制造了新蒸汽機(jī)，有一定實(shí)用價(jià)值，但用水冷卻氣缸，能量損失很大。 　　1769年，英國技工瓦特改進(jìn)了鈕科門機(jī)，加了冷凝器，使機(jī)器運(yùn)作由斷續(xù)變連續(xù)，從而蒸汽機(jī)的使用價(jià)值大大提高，導(dǎo)致了歐洲的工業(yè)革命。 　　1785年，熱機(jī)被應(yīng)用于紡織。 　　1807年，熱機(jī)被美國人富爾頓應(yīng)用于輪船，1825年被用于火車和鐵路。 3.量熱學(xué)和熱傳導(dǎo)理論的建立 　　在18世紀(jì)前半葉，人們對什么是溫度，什么是熱量的概念含糊不清，熱學(xué)要發(fā)展，有關(guān)熱學(xué)的一系列概念就需要有科學(xué)的定義。 　　經(jīng)彼得堡院士里赫曼于174

62、4年開始，英國人布拉克和他的學(xué)生伊爾文等逐步工作，終于在1780年前后，溫度、熱量、熱容量、潛熱等一系列概念都已形成。 　　4.熱本性說的爭論 1）認(rèn)為熱是一種物質(zhì)，即熱質(zhì)說。 　　　　代表人物：伊壁鳩魯、付里葉、卡諾。 2）認(rèn)為熱是物體粒子的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。 　　代表人物：笛卡爾、胡克、羅蒙諾索夫，倫福德。 　　他們認(rèn)為：“盡管看不到，也不能否定分子運(yùn)動(dòng)是存在的?！? 第二節(jié)　熱力學(xué)第一定律的建立 一、定律誕生的背景 　　1）為蒸汽機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，迫切需要研究熱和功的關(guān)系，以提高熱機(jī)效率，適應(yīng)生產(chǎn)力發(fā)展的需要。 　　2）能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的萌發(fā) 　　俄國的赫斯，1836年：“不

63、論用什么方式完成化合，由此發(fā)出的熱總是恒定的?！? 　　1830年，法國薩迪·卡諾：“準(zhǔn)確地說，它既不會(huì)創(chuàng)生也不會(huì)消滅，實(shí)際上，它只改變了它的形式?！? 　　但卡諾患了猩紅熱，腦膜炎，不幸又雪上加霜，患了流行性霍亂，于1832年去世?？ㄖZ的這一思想，在1878年才公開發(fā)表，但熱力學(xué)第一定律已建立了。 二、確立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的三位科學(xué)家 　　　德國的邁爾(1814-1878) 　　邁爾曾是一位隨船醫(yī)生，在一次駛往印度尼西亞的航行中，給生病的船員做手術(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)血的顏色比溫帶地區(qū)的新鮮紅亮，這引起了邁爾的沉思。 　　他認(rèn)為，食物中含有的化學(xué)能，可轉(zhuǎn)化為熱能，在熱帶情況下，機(jī)體中燃燒過程減

64、慢，因而留下了較多的氧。邁爾的結(jié)論是：“因此力（能量）是不滅的，而是可轉(zhuǎn)化的，不可稱量的客體”。 　　邁爾在1841年、1842年撰文發(fā)表了他的觀點(diǎn)，在1845年的論文中，更明確寫道：“無不能生有，有不能變無?！? 　　“在死的或活的自然界中，這個(gè)力（能）永遠(yuǎn)處于循環(huán)和轉(zhuǎn)化之中?！? 　　邁爾是將熱學(xué)觀點(diǎn)用于有機(jī)世界研究的第一人。 　　恩格斯對邁爾的工作給予很高的評價(jià)。 　　　亥姆霍茲 　　德國科學(xué)家，他認(rèn)為，大自然是統(tǒng)一的，自然力(即能量)是守恒的。 　1847年，發(fā)表著名論文《力的守恒》，把能量概念從機(jī)械運(yùn)動(dòng)推廣到普遍的能量守恒。 　　　焦耳的實(shí)驗(yàn)研究 　　焦耳是英國著名的實(shí)

65、驗(yàn)物理學(xué)家，家境富裕。16歲在名家道爾頓處學(xué)習(xí)，使他對科學(xué)濃厚興趣。 　　當(dāng)時(shí)電機(jī)剛出現(xiàn)，焦耳在1841年發(fā)表文章指出:“熱量與導(dǎo)體電阻和電流平方成正比?！边@就是著名的焦耳——楞次定律。 　　探求熱和得到的或失去的機(jī)械功之間是否存在一個(gè)恒定的比值，又成了焦耳感興趣的問題。 　　1845年，焦耳為測定機(jī)械功和熱之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，設(shè)計(jì)了“熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)儀”，并反復(fù)改進(jìn)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)。 　　1849年發(fā)表《論熱功當(dāng)量》。 　　1878年發(fā)表《熱功當(dāng)量的新測定》，最后得到的數(shù)值為423.85公斤·米/千卡。 　　焦耳測熱功當(dāng)量用了三十多年，實(shí)驗(yàn)了400多次，付出大量的辛勤勞動(dòng)。 　　　能量守恒和

66、轉(zhuǎn)化定律是自然界基本規(guī)律，恩格斯曾將它和進(jìn)化論、細(xì)胞學(xué)說并列為三大發(fā)現(xiàn)。 　　　熱力學(xué)第一定律建立的成因 　?。保├碚摗~爾 　　邁爾是明確提出“無不能生有”，“有不能變無”的能量守恒與轉(zhuǎn)化思想的第一人。而這理論正是建立熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)。 　?。玻?shí)驗(yàn)——焦耳 　　由于焦耳精心嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行了熱功當(dāng)量測定等一系列實(shí)驗(yàn)，奠定了熱力學(xué)第一定律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，得到了人們的認(rèn)同。 　?。常┮慌茖W(xué)家的不懈努力 　　亥姆霍茲將能量守恒定律第一次以數(shù)學(xué)形式提出來，而卡諾、賽貝等人也都有過這方面的見解。 　?。矗┱f明了客觀條件成熟，相應(yīng)的自然規(guī)律一定會(huì)發(fā)現(xiàn)。 　　　熱力學(xué)第二定律的建立：在實(shí)際情況中，并不是所有滿足熱力學(xué)第一定律的過程都能實(shí)現(xiàn)，比如熱不會(huì)自動(dòng)地由低溫傳向高溫，過程具有方向性。這就導(dǎo)致了熱力學(xué)第二定律的出臺?？藙谛匏?、開爾文、玻爾茲曼等科學(xué)家為此做了重要貢獻(xiàn)。1917年，能斯特進(jìn)一步提出“絕對零度是不可能達(dá)到的”熱力學(xué)第三定律。 第三節(jié)　分子運(yùn)動(dòng)論的發(fā)展 一、早期的分子運(yùn)動(dòng)論 　　1）德莫克里特（公元前460-前371）：認(rèn)為物質(zhì)皆由各種不同微粒組成。 　　2）