第零章-物理学史.ppt

简明物理学史 山东师范大学物理与电子科学学院 山东师范大学物理与电子科学学院 1 本课程参考书 物理学史教程 仲扣庄主编 南京师范大学出版社 2009 物理学史 刘莜莉等编 南京师范大学出版社 2003 物理学史教程 李艳平 申先甲主编 科学出版社 2003 简明物理学史 青峰编 南京大学出版社 2007 物理学史 郭奕玲 沈慧君编 清华大学出版社 物理学简史 潘永详等编 武汉 湖北教育出版社 1990 物理学史新编 颜振钰等 贵阳 贵州科学出版社 2002 物理学史简编 申先甲等编 山东教育出版社1985 20世纪物理学史 魏凤文 申先甲编 江西教育出版社 19942 平时成绩及考试要求1 平时上课根据到课情况不定期点名 计为平时成绩 2 考试开卷 隔位次排坐 严格考试纪律 3 统计购买参考书人数1 课间由各班班长或学习委员统计自己班购书人数 2 登记并保存好名单 以便下次上课发书 3 课后收书费 定价29 8元 按75折 29 8 0 75 22 35 另加邮购费 可按22 5元收取 山东师范大学物理与电子科学学院 物理学史 绪论 山东师范大学物理与电子科学学院 前言 物理学是研究物质运动的最普遍形式的规律以及物质基本结构的科学 物理学史是研究物理学产生和发展规律的科学 山东师范大学物理与电子科学学院 一 物理学史的分期及各时期特点二 物理学的研究方法三 物理学基本观念的变更四 学习物理学史的意义 山东师范大学物理与电子科学学院 一 古代物理学时期 科学的萌芽期时期 远古 16世纪中叶 文艺复兴时期 明末以前 地域 中国 古希腊 阿拉伯 代表人物 墨经 战国时期鲁国人墨翟 前468 前382 为代表的墨家作品 考工记 春秋末期 前700 前400年 齐国人作品 沈括 张衡 亚里士多 阿基米德等 主要成就基本测量技术 冶炼技术 指南针发明 各种镜的成像 杠杆原理 浮力定律等 主要特点1 开始以 自然 物质 作为研究对象 2 处于对现象的直观描述 经验的归纳性总结和思辩性的假设猜测阶段 物理学还没有从哲学中分化出来 一 物理学史的分期 一 物理学史的分期 山东师范大学物理与电子科学学院 二 经典物理学时期 时间 16世纪中叶 19世纪末地域 欧洲代表人物伽利略 牛顿 焦耳 法拉弟 麦克斯韦等 主要成就日心说 万有引力定律 牛顿三定律 能量转化与守恒定律 电磁场理论 波动光学 及由这些理论引出的大量新技术等 主要特点1 时间 空间的绝对性 2 因果决定论 机械决定论 标志 牛顿 经典 力学体系的建立 或牛顿的 自然哲学及其数学原理 的出版 一 物理学史的分期 山东师范大学物理与电子科学学院 三 现代物理学时期 时间 19世纪末 至今 地域 欧美及亚州代表人物 普朗克 爱因斯坦 波尔 卢瑟福 波恩 薛定谔 海森堡等等 主要成就相对论 量子论及其派生出来的各分支理论 如核物理 天体物理 凝聚态物理 计算物理 非线性物理学等 物理学与各学科之间相互交叉 相互渗透形成的众多交叉科学 以及由此而产生的大量高科技 如激光 超导 航天等主要特点1 进入微观和高速领域 2 研究范围广 发展速度快与其他各学科互相渗透 3 哲学思想的指导作用明显 开始警惕科技的负面影响标志 相对论 量子力学的相继建立 一 物理学史的分期 山东师范大学物理与电子科学学院 物理学上的五次理论大综合 第一次 经典力学的建立 代表人物 牛顿 伽利略第二次 热力学统计物理学的建立 代表人物 迈尔 焦耳 克劳修斯 玻尔兹曼 吉布斯 第三次 电磁场理论的建立 代表人物 法拉第 麦克斯韦第四次 相对论的建立 代表人物 爱因斯坦第五次 量子力学的建立 代表人物 玻尔 德布罗意 海森堡 薛定谔等 一 物理学史的分期 山东师范大学物理与电子科学学院 科学史上的三次工业革命第一次 18世纪末 蒸汽机的发明与应用 第二次 19世纪末 电机 电气等电力的应用 第三次 20世纪后期 计算机 激光 核能 光纤 新材料等的应用 二物理学的研究方法 1 古代物理学时期主要依靠不充分的直观观察 思辩性猜测 形式逻辑的演绎和简单的推理 直觉地 笼统地去把握物理现象的一般特性 2 经典物理学时期 观察方法从自然观察为主 发展为以仪器观察为主 强调系统的有目的的实验 使物理学作为一门实验科学的特点显现出来 科学实验和数学方法的结合 使精确的 定量的物理学研究有了很快发展 分析 归纳和演绎等逻辑方法的发展 促进了经验材料的整理和理论建构 到19世纪末统计方法的应用使由大量分子偶然事件组成的体系的宏观规律得以研究 二物理学的研究方法 山东师范大学物理与电子科学学院 3 现代物理学时期 大型 精密仪器的创制 分析技术的发展和计算机的发明应用 使物理实验在精密 快速和自动化方面都达到新水平 物理理论的公理化 数学化特征日益突出 现代物理成为数学物理学 由于物理学研究领域越来越远离人们的感性经验 创造性思维在创建新理论中的作用更加突出 如科学想象 理想实验 大胆猜测 以及类比 直觉和灵感等非逻辑性方法 追求简单 对称 和谐与数学美 二物理学的研究方法 山东师范大学物理与电子科学学院 三物理学基本观念的变更 当不断增加的感性经验知识尚可为原有的观念所容纳和理解时 科学的发展表现为渐进的积累 量变过程 当新的科学事实无法为原有的理论框架所包容时 就会发生科学革命 提出新的基本观念 质变过程 三物理学基本观念的变更 山东师范大学物理与电子科学学院 时空观的变化牛顿的绝对时空观 平直空间 空间具有刚性的尺和钟 物质实在具有不变的质量 爱因斯坦的相对时空观 弯曲时空 物质和时空之间存在相互影响 有物质的空间是弯曲的 没有物质的时空才是平直的 晚年爱因斯坦进一步认为 时间和空间不过是物质伸张性和广延性的表现 如果没有物质 也就没有了时间和空间 黎曼空间和罗巴切夫斯基空间 三物理学基本观念的变更 山东师范大学物理与电子科学学院 三物理学基本观念的变更 古代物理观与经典物理观 1 地心说 日心说 2 亚里士多德的运动观 伽利落的运动观 经典理论与量子论 1 经典物理学的连续性原理 微观现象的量子化特征 2 波和粒子的矛盾 波粒二相性概念 3 精确测量原理 测不准关系 4 机械决定性原理 采用有几率意义的波函数作为运动状态的描述 等等 山东师范大学物理与电子科学学院 四学习物理学史的意义 四学习物理学史的意义 山东师范大学物理与电子科学学院 1 加深对概念和理论的理解 启迪科学新思想的萌发和产生物理学史正是要研究物理学各个基本概念 基本理论的酝酿 产生和发展过程 通过物理学史的学习 一方面能加深对这些概念和理论的理解 另一方面可以从中受到启迪 有助于科学新思想的萌芽和产生 2 培养我们的科学思维 掌握科学研究的方法 加深对科学研究的认识与科学知识相比 科学方法的学习和培养 更有助于我们科学素质的提高 3 培养和激发同学们孜孜不倦 刻苦学习的自