科学技术概论第一章分解(1).ppt

第一章近代前期自然科学的产生,一、近代前期科学技术产生的历史背景二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战三、血液循环的发现及其对宗教的冲击四、经典力学体系的形成五、数学的发展,一、近代前期科学技术产生的历史背景,1资本主义生产方式的兴起中世纪之后，科学以意想不到的神奇速度一下发展起来，其首要原因应归功于资本主义兴起。资本主义生产方式的兴起，一方面迫切需要先进的科学技术作依托，另一方面又为科学技术发展提供了研究课题、资料和必要的物质手段。,3,1、资本主义生产方式的兴起,14世纪，资本主义性质的手工工场在意大利地中海沿岸地区发展起来，随后，德，法，英，荷，西班牙，葡萄牙资本主义经济快速发展。1516世纪，纺织、酿酒、玻璃制造、金属加工等行业部门逐渐形成。,资本主义生产方式的兴起，一方面迫切需要先进的科学技术作依托，另一方面，又为科学技术的发展提供研究课题、资料和必要的物质手段。近代科学技术就是在资本主义创业过程中发展起来的。,一、近代前期科学技术产生的历史背景,一、近代前期科学技术产生的历史背景,2航海探险随着资本主义的发展，需要充足的原料、资金、劳动力和市场，急需打开通往外界的通道，于是一些冒险家先后组织船队进行航海探险。最先组织大规模航海探险的国家是葡萄牙和西班牙。他们早就利用航海到非洲掠夺黑奴，寻找黄金和象牙。,5,航海探险推动了科学技术的发展。推动了造船技术等的进步。开拓了欧洲人的视野，向人们展示了一种开拓进取精神。远洋探险的代表国家：葡萄牙，西班牙代表人物：迪亚士、达伽马，哥伦布，麦哲伦,一、近代前期科学技术产生的历史背景,2航海探险航海探险直接或间接地推动了科学技术的发展。首先，它证明了大地是球形，又发现了新大陆，这就加深了人们对地球的认识；同时，它也推动了天文学、大地测量学、数学和力学的发展。航海探险开阔了欧洲人的眼界，使他们从狭小的欧洲走向广阔的亚、非、美，所见所闻丰富了他们的头脑和思想。,一、近代前期科学技术产生的历史背景,3文艺复兴文艺复兴发生在公元1416世纪，它是资产阶级在意识形态领域发动的一场反封建、反宗教的文化运动，争取政治上的统治权。文艺复兴首先在意大利出现，后来遍及欧洲各国。,一、近代前期科学技术产生的历史背景,3文艺复兴文艺复兴的基本内容可以概括为：提倡人权，反对神权；提倡人性，反对神性；歌颂世俗，蔑视天堂；推崇理性，反对神启。可见，文艺复兴具有明显的反封建、反宗教的倾向性，是一场思想解放运动。文艺复兴的主要代表人物有但丁、薄伽丘、达芬奇、塞万提斯、莎士比亚、哥白尼等人。,9,（1）文艺复兴：1416世纪末，欧洲新兴资产阶级，复兴古希腊，古罗马文化，反对宗教神学，颂扬人文主义。是一场思想文化运动。,神启,人性,信仰,理性,人的主体地位确立,天堂,世俗,上帝力量被弱化,10,文艺复兴增进了人对自然观察的兴趣，通过对自然的研究，科学研究开始走向重视实验的道路。这时候，人们的思想空前活跃，艺术创造空前繁荣，使得久已压抑的人性和主体理性得到空前拓展。出现了文艺复兴时期美术三杰：拉斐尔、米开朗基罗、达芬奇；以及三大作家：莎士比亚、塞万提斯、但丁。同时，文艺复兴促进了技术与知识的集合手工艺人（最初缺乏文化知识）以文本为导向的知识者（这些知识最初总是被手工艺人和工匠所忽视）。手工艺人和学者的相互作用，“艺术家科学家”的诞生。,11,但丁最先主张人有自由意志，他说“自由的第一原则是意志的自由，意志的自由就是意志的自由判断，”但丁从自由意志的存在推出人应思想自由和行动自由。薄加丘在中表达了平等的愿望:“人类的骨肉都是用同样的物质构成的，我们的灵魂都是天主赐给的，具备着同等的机能和一样的效用，我们人类天生是一律平等的”。莎士比亚在名剧中说出了“国王就跟我一样，也是一个人罢了，”表达了平等和民主的观念。针对教会要求人们献身于天主、追求来世的教义。,彼特拉克宣称:“我自己是个凡人，我只要求凡人的幸福，”这句话成了人文主义的名言。拉伯雷在其所著中描绘的新人应该过的生活方式，已具有现代人的某些特征。基督教的修道院规定修士要禁欲，贫穷自安，遵守教规，拉伯雷主张“男女修士可以光明正大地结婚，人人都可以拥有钱财，自由自在地生活，”拉伯雷给他们确立的原则是:“他们的规则只有一条，想做什么就做什么”。这条规则欲使每个人都能得到自由发展，现代个人主义的观点在此得到充分的表达。,12,13,（2）宗教改革运动：16世纪，德国神甫马丁路德倡导宗教改革运动，反对教会特权，主张自己寻求信仰，追求自由与平等，动摇了封建教会和宗教神学。为近代自然科学的产生逐渐铺平道路中国的印刷术为新教的思想宣传奠定技术基础。,14,启蒙运动,继文艺复兴之后，17、18世纪在封建制度最为顽固的法国兴起了启蒙运动，启蒙运动是继文艺复兴后，在欧洲历史上出现的第二次伟大的思想解放运动。启蒙，就是启迪和开导人们的反封建意识，给尚处在黑暗中的人们带来光明与希望，反对蒙昧主义、专制主义和宗教迷信，打破旧的传统观念，传播新思想，新观念，强调理性和自由民主。,15,科学革命的突破,事件：1、天文学革命2、医学革命近代自然科学产生的标志：A.哥白尼天体运行论的发表与“太阳中心说”的创立；人物：哥白尼伽利略布鲁诺B.血液循环理论的建立；人物：维萨留斯塞尔维特哈维,16,1543年5月24日，已经双目失明的哥白尼抚摸着刚刚出版的天体运行论说：“我终于推动了地球。”,哥白尼MikolajKopernik（1473.2.191543.5,24）,二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战,1哥白尼的生平及学说哥白尼(NicolausCopernicus，1473一1543)15061512期间，用了6年时间写下了代表作天体运行论，创立了近代天文学。成书后又用了30年的时间进行修改，书中所有27个例子，25个是他自己观察所得。天体运行论标志系统的太阳中心说的形成。,二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战,天体运行论第一卷是宇观概论，介绍日心说的基本观点，论证地球是太阳的一个行星，解释春夏秋冬四季循环的原因等；第二卷是应用球面三角解释天体在地球上的视运动；第三卷是讲太阳运动的计算方法；第四卷是讲月亮运动；第五、六卷是讲行星的运动，推算星历表，预告星位。,二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战,太阳中心说的基本观点：太阳是宇宙的中心，行星都绕太阳运转，地球是围绕太阳运转的一颗普通行星，本身在自转着；月球是地球的卫星，地球带着月球绕日运行，行星在太阳系中的排列次序是土、木、火、地、金、水，它们的绕日周期分别为30年、12年、2年、1年、9个月、80天（后来精确测量为88天）；恒星固定在天球上。,（1）描绘了太阳系的真实结构，正确说明了一些天象；（2）结束了长达1000年之久的“地心说”和“日心说”之争，使得天文学建立在科学的基础之上；（3）它是自然科学向宗教神学的挑战，自然科学从此从神学的禁锢中解放出来。,21,意义：,日心说面临的两大难题,恒星视差：哥白尼的解释不是太有力。和阿利斯塔克（Aristarchus，前310-230）的解释一样。19世纪上半叶才被发现。地动抛物：解释这个现象需要对亚里斯多德的运动学革命。,二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战,2布鲁诺和伽利略对哥白尼太阳中心说的捍卫和发展(1)布鲁诺的捍卫和发展。他是哥白尼太阳中心说的忠实捍卫者和发展者，在近代科学史上是向宗教神学斗争的勇士。1584年，他在英国出版了论无限性、宇宙和诸世界，宣传并发挥了哥白尼的太阳中心说，提出了多太阳系和宇宙无限性思想。在哲学上，他认为最好的哲学是“最符合于自然的真理”。,二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战,2布鲁诺和伽利略对哥白尼太阳中心说的捍卫和发展(2)伽利略的捍卫和发展。1609年，他用自制的、可放大30倍的望远镜观察天空时发现：太阳有黑子；月亮有山谷；木星犹如一个小太阳系，有4颗卫星；还证实了哥白尼所说的金星有盈亏。1632年，他出版了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话，分析了托勒密体系的不合理性，论证了哥白尼体系的合理性，支持哥白尼太阳中心说的立场。,25,-西方医学的特点：对外科的研究和以解剖学为基础。达芬奇，为确定人体的正确比例和结构，解剖尸体，曾画出尸体解剖图和心脏瓣膜图，表述了血液循环的概念；1543年，比利时医生维萨里发表人体的结构，确定男女肋骨数目相等；1553年，西班牙医生塞尔维特，提出血液小循环理论；英国医生哈维提出血液大循环理论，奠定了生物学发展的基础，使生理学成为一门学科。,三、血液循环的发现及其对宗教的冲击,三、血液循环的发现及其对宗教的冲击,1维萨留斯对解剖学的新贡献维萨留斯坚持亲自主刀解剖，按系统叙述了人体结构；同时，用事实批驳了宗教宣扬的在人体内存在“复活骨”以及男人的肋骨比女人少一根的胡说。人体内根本不存在什么永不毁坏的“复活骨”，男人和女人的肋骨数是相同的，都是24根；在解剖基础上维萨留斯于1543年出版了人体的构造一书，奠定了医学的基础。,三、血液循环的发现及其对宗教的冲击,2塞尔维特发现血液小循环塞尔维特(15111553)是西班牙医生，是维萨留斯的同学。通过对人体解剖生理学的研究，发现了血液小循环(心肺循环)。1553年，他出版了基督教的复兴一书，其中用6页左右的篇幅描述了血液小循环的情景。,三、血液循环的发现及其对宗教的冲击,3哈维确立血液循环理论哈维(15781657)是英国生理学家，解剖过七十多种动物，观察其心脏搏动，发现心脏每分钟大约跳动72次，1小时，心脏排出的血量为相当于人体重量的1.5倍。哈维意识到可能是血液在全身沿着一条闭合路线作循环运动。,三、血液循环的发现及其对宗教的冲击,3哈维确立血液循环理论哈维意识到：血液从右心室输出的静脉血经过肺部变为动脉血，然后通过左心耳进入左心室；从左心室搏出的动脉血，沿动脉到达全身，然后再沿静脉回到心脏。他还预言：在动脉和静脉的末端必定有一种微小的通道(毛细血管)把二者联结起来，这就是血液大循环。用实验检验血液循环，他用蛇做活体解剖。,三、血液循环的发现及其对宗教的冲击,3哈维确立血液循环理论1628年，哈维出版了动物的心血运动及解剖学研究，阐明了他的血液循环理论。由于哈维贡献，他被誉为“近代生理学之父”。哈维去世后，意大利解剖学家马尔比基、荷兰科学家列文虎克分别于1660年和1688年通过显微镜观察发现了毛细血管，证实了哈维的在动、静脉末端有通过毛细血管把二者相连的预言。,四、经典力学体系的形成,近代自然科学最辉煌的成就自然科学从宗教神学的禁锢中解放出来，首先发展并成熟起来、形成独立体系的是经典力学。经典力学体系的形成不是哪一个人的功劳，而是一批科学家共同努力的结果。这些科学家主要有伽利略、开卜勒、惠更斯、胡克、哈雷、牛顿等。力学体系为什么首先建立？,原因主要有三方面.,第二,受天文学发展的影响.托勒密地心说和哥白尼太阳中心说都说明行星绕一个中心转动,但是这些行星为什么既不掉下来,也不飞走,还不相撞,是什么力量的作用?这就引起了科学家们的思考.,第一,资本主义发展的需要.如:开矿、建筑、机械制造、航海等需要静力学、动力学、流体力学.,四、经典力学体系的形成,第三,力学比较简单、直观,符合人们由简单到复杂的认识规律.,伽利略简介:伽利略（15641642)生于意大利的比萨.巧合的是在他出世后三天文艺复兴时期著名的艺术家米开朗基罗逝世.伽利略的父亲是当时一位著名的音乐家和数学家,他的学术研究对伽利略产生很大影响,但他却希望儿子学医而不是数学.1581年伽利略被送到比萨大学学习医学.1583年,由于听了几次关于欧几里得几何学的演讲,伽利略很快对数学着迷.由于他执意不学医学,所以未取得学位就于1585年离开了比萨大学.,1.伽利略对经典力学的贡献,四、经典力学体系的形成,伽利略倾心于研究欧几里得的几何学和阿基米德的物理学,很快声名远扬,朋友们都称他为“新时代的阿基米德”.1632年,伽利略的著作关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话出版问世,但很快遭到罗马教会的查禁.1633年教会判处他终身监禁,此后一直在受监视之下在佛罗伦萨城外阿切特里的一幢别墅里.在这里,他继续他的力学研究.并致力于另外一部著作两门新科学的撰写,终于在1638年于荷兰的莱顿出版.此时他已双目失明.1642年1月9日在阿切特里的别墅里安然去世.现在伽利略被尊称为“近代物理学之父”.,四、经典力学体系的形成,1伽利略对经典力学的贡献(1)发现了自由落体定律。在伽利略时代人们对物体下落的认识还停留在亚里士多德的重物体比轻物体下落得快的水平（亚里斯多德理论：速度和质量有关）,伽利略认为亚里士多德的观点是错误的,但要推翻这个错误结论必须进行证明.,1、伽利略对经典力学的贡献,a逻辑证明,伽略所做的推理大前提是:重物比轻物下落得快.假如把两个物体捆在一起,让它在与原来分别下落的相同条件下自由下落,那么,原来较轻的物体将会延缓较重物体的下落速度,也就是说这个复合体必然比原来较重的物体下落得慢.,四、经典力学体系的形成,另外按照亚里士多德的观点,还可以得出另一个结论:复合体比原来的较重物体下落得快.,可见,按照亚里士多德的物体下落速度与重量成正比的规定,将会产生自相矛盾的结果,因此亚里士多德的观点是错误的.,四、经典力学体系的形成,1、伽利略对经典力学的贡献,轻,重,重,重,结论一,结论二,复合体慢于较重物体,复合体快于较重物体,b实验证明,斯台文的实验(定性):斯台文(15481620)是荷兰工程师.他在伽利略之前作了一个反对亚里士多德观点的实验.,实验过程:取两个铅球,其重量一个是另一个10倍,把它们从30英尺高同时丢下,落在一块木板上,它们发出的声音听上去就象一个声音一样,这个实验结果就说明了不同重量的物体下落的速度是一样的,从而否定了亚里士多德的观点.,斯台文实验的示意图,g,10g,30英尺,伽利略的实验(定量):1609年伽利略设计了一个斜面实验.实验器材是一块长约6米,宽约4厘米,厚2530厘米的木板,用其造成一个斜面.木板上刻有一条宽约1厘米磨得十分光滑的槽.另外还有若干个不同重量的小铜球.,实验过程:让不同重量的小铜球分别沿斜面上的槽滚下,记下每单位时间内小球滚过的距离.通过各种倾斜度的反复实验,伽利略发现,不论是大球或小球,轻球或重球,在同样的时间内都滚过同样的距离.而且还总结出了时间t与距离s之间的的关系,即:,1、伽利略对经典力学的贡献,以上就是自由落体定律.,实验结论:在摩擦忽略不计的情况下,物体沿同一高度、不同倾斜度的斜面到达底端所需的时间相同,它们的末速度相同.因此,从同一高度下落的物体必将同时落地,与它们的重量无关,进而证明亚里士多德的重物体比轻物体先落地的观点是错误的.,伽利略实验的示意图,（2）发现了惯性运动,斜面实验发现:球滚下一个斜面后,可以滚上另一个斜面,如果把途中的摩擦力可以忽略不计的话,这个球可以滚到和出发点一样的高度,而与斜面的倾斜度无关;如果把后一个斜面放到水平位置,这个球就以匀速在这个面上滚下去,就这样伽利略又发现了惯性运动,推翻了亚里士多德关于物体运动必须有力连续作用的观点.,惯性运动的发现证明了物体不仅有保持其静止状态不变的的特性,而且有保持其匀速直线运动状态不变的特性.,结论：物体维持其原来的运动状态,并不需要外力,外力是改变其原有运动状态的原因.,（3）发展了抛物体运动轨迹理论,伽利略用几何方法证明:平抛运动可以分解为两种运动:一是水平面方向的匀速直线运动,根据惯性原理,它使物体始终保持这一运动不变.另一个是在引力作用下,沿垂直方向上的自由落体运动,这一运动使物体在这个方向上的速度按时间成正比例地增加.这两种运动综合起来,便得出路程为抛物线状.他还证明了为什么在抛射角为45时射程最远.,匀速直线运动,自由落体运动,四、经典力学体系的形成,1伽利略对经典力学的贡献伽利略在动力学上的成就，集中反映在他的关于力学和位置运动的两种新科学的对话与数学证明(简称关于两种新科学的对话)一书中，这本书的出版标志着经典力学作为一门独立学科的诞生。伽利略创立的实验和数学相结合的科学研究方法也成为经典方法，对整个近代科学产生了深远影响。,四、经典力学体系的形成,2开普勒对天体之间作用力的研究及其影响开普勒(JohannesKepler，15711630)是德国第一位伟大的新教徒数学家和天文学家。1596年，他发表了宇宙的奥秘。1609年，开普勒发表了新天文学一书和论火星运动一文，公布了两个定律第一定律（轨道定律）和第二定律（面积定律）。1619年，他又在宇宙的和谐一书中，阐明了行星运行的第三定律，即周期定律。,2.开普勒对天体之间作用力的研究及其影响,（1）.开普勒简介:开普勒(15711630)生于德国南部瓦尔城.家境贫寒.父亲是位职业军人,祖父曾当过市长.小时候得过天花和猩红热,使得手、眼等落下了轻度残疾.,开普勒年轻时进图宾根大学学习，指望将来当一个牧师.求学期间,他显示出了出众的数学才华.图宾根大学的天文学教授麦斯特林(15501631)是哥白尼学说的同情者.开普勒从他那里得知哥白尼学说,并立即成为哥白尼的拥护者的.毕业后他来到了奥地利,在格拉茨大学任数学和天文学讲师.,约翰尼斯开普勒公元1571年公元1630年,在奥地利期间他致力于探测六大行星轨道大小之间的关系,围绕这个问题展开了多方面的研究.1596年,开普勒把他的所有研究成果及构想写在宇宙的奥秘一书中.该书引起了丹麦物理学家第谷(15461601)的重视.1600年邀请他到布拉格观察台工作,当他的助手.可惜的是他们相处没多久,第谷就去世了.临终前第谷告诫开普勒:一定要尊重观测事实.,（2）.开普勒的研究成果:开普勒三定律.主要研究方法就是:在尊重事实的基础上进行数学计算.,2.开普勒对天体之间作用力的研究及其影响,第一定律:一切行星都沿各自的椭圆轨道运行,太阳在该椭圆的一个焦点上.,第二定律:对任何一个行星,它和太阳连线在相等的时间内总是扫过相等的面积.,第三定律:每个行星的椭圆轨道的半长轴的立方跟公转周期的平方的比值都相等,即,太阳与行星,t,t,S1,S2,a,S1=S2,第一定律,图1,图2,图3,（3）.开普勒成功的原因:开普勒将椭圆的概念引入天文学,这就给希腊古典天文学画上了句号.即:天体作完美的匀速圆周运动的观点是错误的.,以椭圆代替正圆是宇宙学史上划时代的事件.爱因斯坦对此给予了深刻的评价,他说:“开普勒的惊人成就,是证实下面这条真理的一个特别美妙的例子,这条真理是:知识不能单从经验中得出,而只能从理智的发明同观察到的事实两者的比较中得出.”,原因分析,第一:开普勒善于理论思维,具有丰富的想象力,开普勒不满足于资料的收集,而着眼于从中作出发现,他凭借丰富的想象力和理论思维,把观察资料与数学结合起来,建立起数学模型.,第二:严谨治学,勇于创新.,当他在研究火星运动的真实轨道时,发现第谷对火星运动的观察值与按照哥白尼学说推算出的值有0.133(即约8)差数.他相信第谷的观察无误,也相信自己的计算,那么问题出在哪呢?他认为问题就出在轨道可能不是正圆上,于是他便大胆地改用椭圆进行计算,结果与观察值完全吻合.,第三:具有坚韧不拔的毅力和吃苦耐劳的精神.,开普勒家境清贫,生活十分贫困,能坚持几十年做大量的数学计算工作,最终作出重大发现,若没有顽强的毅力和吃苦耐劳的精神是不可想象的.,（4）.开普勒遗留的问题,是什么力量维持着行星绕着太阳旋转?,开普勒的三定律是天文学的又一次革命，它彻底摧毁了托勒密繁杂的本轮宇宙体系，完善和简化了哥白尼的日心宇宙体系。也正因如此，开普勒被人们称为“太空律师”。,3.万有引力定律的发现,（1）.惠更斯的工作,惠更斯简介:惠更斯(16291695)生于荷兰海牙的一个政府要员之家,年轻时进莱顿大学学习,受过良好的教育,在数学上有出众的天才.是英国皇家学会的外籍会员,独身一生,在科学上有很多成就,牛顿称他是尽善尽美的科学家.,科学成就简介:,天文学方面:1655年,惠更斯用自己磨出的更好的透镜,新研制了一架清晰度和放大倍数更高的望远镜.,次年,他用这架望远镜发现了猎户座星云,还发现了土星光环以及土卫,土星光环,土卫六,土星,力学方面：摆的研究,惠更斯继承了伽利略关于摆的研究，他发现单摆只是近似等时，真正等时的摆动轨迹不应是一段圆弧而应是一段摆弧。,将这个发现运用于设计之中,惠更斯于1656年造出了人类第一架摆钟.惠更斯将这第一台“有摆落地大钟”献给了荷兰政府.,3.万有引力定律的发现,（1）.惠更斯的工作,只要把这个公式与开普勒的行星运动三定律联系起来，就有可能早于牛顿发现万有引力定律。但是惠更斯没有这样做。,另外通过对摆的研究，发现了物体保持圆周运动需要一个向心力，并得出了向心加速度公式。,3.万有引力定律的发现,（1）.惠更斯的工作,四、经典力学体系的形成,3万有引力定律的发现(2)胡克的工作。胡克长期从事物理学和天文学研究，并自制仪器。根据弹簧实验的结果，提出了胡克定律；用自制的显微镜发现了细胞。1674年，胡克在从观察角度证明地球周年运动的尝试一文中，提出了关于天体引力问题的三个假设，并明确认识到力和距离的平方成反比。,四、经典力学体系的形成,3万有引力定律的发现(3)牛顿对万有引力定律的贡献。16651666年，牛顿通过对地球对月球的引力研究。独立发现了天体间的引力与其距离平方成反比的关系，FGm1m2/r2.并认为，这一引力并非磁力，本质上就是地球的重力，地球把它对地面物体的吸引力伸展到月球上，从而使月球绕地球旋转。,四、经典力学体系的形成,3万有引力定律的发现(3)牛顿对万有引力定律的贡献。至于万有引力定律的发现，则是广泛地利用前人及他同辈人的成果进行推论，以及自己努力而获得的。万有引力定律表明：任何两个天体间都存在着相互吸引的作用力，而且这一引力也存在于地面上任何两个物体之间，故称为万有引力。,四、经典力学体系的形成,3万有引力定律的发现牛顿发现万有引力定律的特殊功绩在于：第一，他把其他科学家以为只是局部天体之间的引力作用推广到宇宙中一切具有质量的物体之间；第二，从理论上精确计算出这种引力的大小；第三，证明了任何两个物体间的万有引力可以看作集中作用于物体的质点上；第四，从万有引力定律可以推出行星运动的三定律。,四、经典力学体系的形成,4牛顿对经典力学的综合16781684年，牛顿完成了引力问题的论证。1687年，在哈雷的支持下，出版了他的自然哲学的数学原理，第一次把地面力学（运动三定律）和天体力学（万有引力定律）统一起来，建立起经典力学体系，完成了近代自然科学史上第一次大综合。,牛顿力学体系的建立（一）,牛顿运动第一定律牛顿运动第二定律牛顿运动第三定律,牛顿力学体系的建立（一）,牛顿运动第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。也叫做惯性定律：物体都具有保持原有运动状态的特性。牛顿运动第二定律：质量为m的物体动量(p=mv)变化率是正比于外加力F且发生在力的方向。即物体的加速度和它所受的外力大小成正比。牛顿运动第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反,即每一个作用力都有一个方向相反大小一样的反作用力。,牛顿力学体系的建立（二）,万有引力定律,向心力F=mv2/r惠更斯,在万有引力定律发现的过程中,第谷、开普勒、牛顿各作了哪些工作？各有哪些贡献？,思考一：,第谷经过连续20年的观测，获得了大量的数据资料，,为发现行星运动的本质和规律准备了十分丰富和准确的感性材料。,开普勒以感性材料为基础，开动脑筋，反复计算，发现了现象间的真实联系，提出了行星运动的三大定律，科学地回答了“行星是怎样运动的”问题。,迈入了理性认识的大门。,牛顿发现了万有引力定律，回答了“行星为什么这样运动”的问题。,完成了对这个问题由感性认识上升到理性认识的过程。,2、开普勒为什么能认识行星运动的规律?,3、牛顿为什么能比别人看得更远些?,他停留在观测水平，未能对这些感性材料正确地进行加工制作。,运用理性思维，对第谷留下的感性材料进行了正确的加工制作。,思考二：,1、第谷为什么没能认识行星运动的规律?,牛顿在前人的基础上，运用了自己的力学成就，在更广阔的范围里，在更抽象的程度上，对感性材料由此及彼，由表及里进行思考、计算，付出了艰辛的劳动，发现了万有引力定律。具备了良好的主观条件，充分利用了客观条件，正确地发挥了主观能动性。,由感性认识上升到理性认识，透过现象认识本质，必须具备哪些条件?一、占有十分丰富和合乎实际的感性材料二、运用科学的思维方法对感性材料进行加工制作,思考三：,五、数学的发展,1解析几何学的创立解析几何学的主要创立者是法国的笛卡儿(15961650)和费尔马(16011665)。解析几何学是运用代数的方法，借助坐标研究几何对象。作为数学家和哲学家的笛卡儿于1637年发表的更好地指导推理和寻求科学真理的方法论一书，作为该书三篇附录之一的几何学，标志着解析几何学的诞生。,五、数学的发展,2.微积分的创立(1)微积分思想的历史渊源。公元前3世纪希腊的阿基米得在研究解决抛物弓形的面积、球和球冠面积、螺线下的面积和旋转双曲线体的体积的问题中，就隐含着近代积分学思想。到了17世纪，有许许多多的科学问题需要解决，许多著名的数学家、物理学家、天文学家如费尔马、笛卡儿、巴罗、开卜勒等都为此作了大量的和卓有成效的研究，为微积分的创立作出了贡献。,五、数学的发展,2.微积分的创立(1)微积分思想的历史渊源。科学问题：一是研究运动时要求瞬时速度问题；二是求曲线的切线问题；三是求函数的最大值与最小值问题；四是求曲线的长度、曲线围成的面积、曲面围成的体积、物体的重心、一个相当大的体积的物体作用于另一物体上的引力等。,五、数学的发展,2.微积分的创立(1)微积分思想的历史渊源。17世纪下半叶，在前人工作的基础上，英国的牛顿和德国数学家莱布尼兹分别独立研究和完成了微积分学的创立工作。最大的功绩是把看起来不相关的两个问题联系起来，一是切线问题(它是微分学的中心问题)，一是求积问题(它是积分学的中心问题)。,五、数学的发展,2.微积分的创立(2)牛顿对创立微积分学的贡献。在他的1711年正式出版的运用无穷多项方程的分析学中，给出了求瞬时速度的普遍方法，阐明了求变化率和求面积是两个互逆问题，从而揭示了微分与积分的联系，即沿用至今的所谓微积分的基本定理。,五、数学的发展,2.微积分的创立(2)牛顿对创立微积分学的贡献。牛顿于1671年完成的，直到1736年才正式出版的流数术和无穷级数，又对他的微积分理论作了更广泛而深入的说明，并在概念、计算技巧和应用上都作了很大改进。,五、数学的发展,2.微积分的创立(2)牛顿对创立微积分学的贡献。牛顿于1676年完成的，发表于1704年的研究可积曲线的经典文献求曲边形的面积。这篇论文主要在于澄清一些遭到非议的基本概念，把求极限的思想方法作为微积分的基础在这里已初露端倪。,五、数学的发展,2.微积分的创立(3)莱布尼兹对创立微积分的贡献。莱布尼兹(16461716)是德国数学家。被誉为“17世纪的亚里士多德”，他最突出的成就是创建了微积分的方法。他的微积分思想最早记在他1675年的数学笔记中。莱布尼兹意识到微分与积分是互逆关系。,五、数学的发展,2.微积分的创立(3)莱布尼兹对创立微积分的贡献。莱布尼兹的第一篇微分学论文一种求极大极小和切线的新方法，它也适用于分式和无理量，以及这种新方法的奇妙类型的计算于1684年发表。关于积分学的第一篇论文发表于1686年。莱布尼兹在创建微积分过程中，花了很多时间来选择精巧的符号，如等。,88,三、近代科学方法,1、培根的经验归纳法；2、笛卡儿的数学演绎法；（培根）3、伽利略的数学和实验相结合的方法；,89,1、培根的经验归纳法,弗兰西斯培根（FrancisBacon,1561-1626）培根认为当时科学落后的原因主要有二：（1）人们轻视经验，轻视实验，鄙视工匠传统和职业；（2）学校教育反科学，学生只读经典作品而反对一切科学创见。培根提出“四假相说”。支持科学观察和实验，倡导把学者传统与工匠传统结合起来，推进经验和理性的结合。经验归纳法：科学知识是经过证明了的知识，理论的基础、原始的概念和命题是依靠经验得出来的，从经验上升到理论是一个逐步上升的过程：放弃所有先入为主的概念而重新开始；暂时不要企图上升到一般的结论（反对亚里士多德的归纳法，提出自己的科学归纳法）。,90,培根归纳法的程序：