经典力学的建立和发展-复旦大学精品课程.ppt

第二章古典力学的建立和发展，我确定了哲学的原理，但这些原理不是哲学而是数学。 、着作权的复制是必究，高等教育出版社、近代自然科学的诞生是从天文学的突破开始的。 古典力学从伽利略和开普勒时代到牛顿时代达到了成熟的阶段。 从科学的方法来看，其确立和发展离不开科学实验方法和数学的导入，即归纳法(基于实验)和演绎法(依赖数学)的结合。 讨论与思考：为什么先学习力学？ 初中时学的力学，你还记得多少牛顿三定律的内容和机械能保存定律的条件？ 2.1坐标系、位置向量、速度、力学是定量的科学，为了描绘物体的运动，必须导入基本量的位置、时间、速度。 在牛顿力学中，坐标和时间是独立的，在不同的参考系统中用于“长度不变的尺寸”和“绝对时间”(也就是说，在不同的参考系统中时钟的速度相同)。 速度是向量，速度合成是平行四边形规律。 在、数学和物理中，作图法很重要，能帮助理解。 希望学生们在学习中注重图形的有用性，用图分析说明问题的重要性和必要性。 从、x、y、z、o、2.2哥白尼挑战开普勒、一、地心哥白尼创立日心为什么近代科学的诞生从天文学的突破开始，托勒密的地心说体系，托勒密于公元前4世纪由古希腊哲学家亚里士多德提出“地心说” 公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨着天文学大成卷，在总结前人工作的基础上，系统地确立了地心说。 根据这个学说，地球是球形的，位于宇宙的中心，是静止的，其他的天体绕着地球运转。 该学说对太阳、月亮和星星每天东升西落，东回的现象进行了外观说明，符合上帝创造人类，地球在宇宙中具有最高地位的宗教教理论，流传了1300多年。 日心提倡的科学根源、哲学根源、历史根源是什么？ 科学根源：随着天文观测数据的不断增多，托勒密的地心学说不断被修补，越来越复杂，难以接受。 哲学的根源：他接受了毕达哥拉斯学派提出的“宇宙是和谐的，可以用简单的数学关系来表现宇宙法则”的基本思想。 他也赞同柏拉图哲学，和柏拉图一样，高度赞美太阳，给太阳“宇宙中间”的位置。 历史根源：在意大利留学10年，受文艺复兴运动的影响，思想解放，投身科学革命。 哥白尼、哥白尼日心说示意图、日心说的创立和天体运行论的出版，二、开普勒行星的三定律哥白尼和毕达哥拉斯的哲学思想强烈吸引了开普勒。 1600年与第谷合作，从第谷获得了大量的准确的天文学数据。 1609年和1619年，他相继提出了行星运动三定律。 第谷在天文台工作，第谷使用的望远镜，开普勒发现利用哥白尼模型的火星轨道数据和第谷观测的数据有8个偏差，促使他改善理论模型。 “这八条弧是不容忽视的。 他说：“我们正走在改革整个天文学的道路上。” 1 .椭圆定律：各行星轨道为椭圆，太阳在焦点。 开普勒第一定律，2 .等面积定律：行星与太阳之间形成直线，该直线在行星运动时在同一时间内扫描相等的面积。 3 .和谐定律：行星运动周期t的平方与行星和太阳的平均距离r的三次方成比例，记为开普勒的第二定律。 开普勒定律强烈暗示太阳对行星有魅力，这种力量随着距离的增长而减弱。 这样，例如水星(最接近太阳)的运动速度比金星快，所以可以理解周期最短的事实。但这是什么力量呢？ 开普勒揭示这个自然奥秘的任务后来牛顿完成了，但开普勒理论为牛顿古典力学的建立提供了重要的基础。 从开普勒开始，天文学成为了正确的科学，成为了近代科学的先驱。 开普勒、2.3伽利略和近代力学的诞生，一、伽利略对天文学的贡献：自制望远镜(1609年)首先纪念用望远镜观测星空的壮举，2009年是国际天文年。 发现木星的4颗卫星，不是太阳黑子勇敢地否定太阳的自转周期，伽利略，伽利略望远镜，木星卫星，二，力学贡献：提出落下的规律和惯性运动的概念，亚里士多德把运动分为“自然运动”和“强制运动”，而是抓住运动的基本特征量的速度和加速度，把运动分为“等速”和“变速” 在思想实验和斜面实验中驳斥了亚里士多德“重物落得快”的错误观点，发现了自由落体法则。 伽利略和斜塔、伽利略斜面实验、三、对科学方法的贡献斜面实验是2002年被评为历史上“最美”的十大物理实验之一。 从斜面实验研究伽利略的方法：伽利略阐述了其观察结论，对现象的观察提出了假说(均匀加速运动假说)，进行了数学和逻辑推理，进行了实验验证(st2)，形成了理论，开拓了科学实验方法，实验，观察与理论思维相结合。 提出了思想实验。 晚年，在伽利略被软禁期间，罗马教廷对伽利略的审判一直没有停止过研究，爱因斯坦评价说：“发现伽利略和他使用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开始。” 伽利略被后代称为“现代物理之父”。 2.4牛顿和古典力学的成熟，英国着名诗人Pope写道，自然界和自然界的法则隐藏在黑暗中，神“让牛顿走吧”。 一切都会变成光明。 牛顿生于反射望远镜、一、牛顿简历、伟大的英国物理学家、1642年12月25日出生于林肯郡乌尔索普村的农民家庭。 1669年，仅27岁就担任剑桥数学教授。 1672年被选为英国皇家学会会员。 16851687年，在天文学家哈雷的激励与赞助下，牛顿发表了着名的自然哲学的数学原理，完成了有历史意义的发现运动定律和万有引力定律，为近代自然科学的发展作出了巨大贡献。 1703年入选英国皇家学会会长，二、牛顿力学三定律、牛顿创建力学模型，将物体视为质点(理想模型)，结合模型和数学研究物体运动定律，使物理学成为定量学科。 模型方法不仅是物理学，也是现代科学研究的基本方法之一。 第一定律：不受惯性定律外力作用的物体保持静止或等速直线运动状态。 该法则首先是在伽利略和笛卡尔的贡献下，牛顿将其作为力学法则提出，引入“质点”描述了物体惯性的大小。 第二定律：运动定律是动力学最基本的定律。 牛顿第三定律：作用和反作用定律某个物体作用于其他物体，同时其他物体对该物体产生相同大小、相反方向的反作用力，力和反作用力在同一条直线上。 三、万有引力定律的建立1 .思想突破问题的提出月为什么不落地球？ 别人只看天地运动的不同，牛顿看它们的相似性，把它们统一起来。 这就是牛顿哲学思想统一原理的体现。 2 .万有引力式的确立牛顿将第二、第三定律与开普勒定律结合，万有引力式中引力常数g的测定在100多年后由卡文迪什利用扭矩秤的实验测定。 这个实验在历史上也被选为“最美”的十大实验之一。卡文迪什是当前的国际公认值：卡文迪什，卡文迪什，nm2/kg2，nm2/kg2，首吊线，可在空中自由旋转的木棒，小铅球，大铅球，3 .理论预言的实践验证哈勒彗星和海王星的发现，哈勒彗星，海王星，4 .新因为哲学的一切任务似乎都在于从各种运动现象中研究自然的力量，所以值得运用这些力量：牛顿在这里不仅谈到研究的目的，还谈到了科学的研究方法。 也就是说，从特殊(现象)到一般(法则)，从普通返回特殊。 前者是英国哲学家培根强调的“归纳法”，基于实验的后者是数学家，哲学家笛卡尔强调的“演绎法”，使用数学工具。 牛顿的研究方法：归纳-演绎法归纳法：从实验可以看出，从特殊到一般演绎法：以理论为主，从一般到特殊在牛顿面前，两种方法互相排斥。 牛顿对科学方法的重大贡献是他把两种方法结合起来。 从牛顿万有引力公式的建立到世界公认的过程，牛顿将两种方法结合起来，表明这两种方法是互补的。 也是牛顿哲学思想的体现。 四、牛顿的自然哲学思想牛顿在自然哲学的数学原理中，有4条自然哲学的数学原理 :简单的原理：除了真实充分说明其现象的人，不需要寻求自然界事物的其他原因。 因果原理：对于自然界的同类结果，必须尽可能归因于同一个原因。 统一的原理：物体的属性，不能增强也不能削弱的人，我们可以实验的范围内的所有物体的所有者，应该视为所有物理的普遍属性。 (在这个法则中，牛顿明确了万有引力的思想。 “我们必须普遍承认，任何物体都只有一个原则，即他们可以相互吸引”)真理原理：实验哲学应当认为，各种现象中运用一般归纳法推导出的命题完全正确或接近真实。 相反的假设可以想象，除非出现其他现象，否则在更正确或例外之前，必须采取这样的对策。 牛顿的自然哲学思想、归纳法和演绎法相结合，模型与数学相结合的科学研究方法，使他建立了古典力学体系，实现了物理学史上的首次综合，推动了近代科学的大发展。 恩格斯：“无论自然科学家采取什么态度，他们都要受哲学支配。”伯恩：“真正的科学是富于哲学，特别是物理学，不仅通晓技术的第一步，也通晓人类思想最深的道路。”五、站在巨人肩上的牛顿说：“我比别人稍微远一点“我不知道人们是怎么想我的，但是我很高兴发现比平时更光滑的石头和美丽的贝壳，就像孩子在海边玩耍一样，那广阔的真理之海，还没有在我面前发现。 6、牛顿物理学的极限是物体运动速度高时(接近光速时)、描绘的系统小时(微系统)、描绘的物质系统大时或引力强时，牛顿的万有引力、运动规律和牛顿的时空观不完全正确，取代了新的理论。 2.5动量守恒定律机械能守恒定律、动量守恒定律和机械能守恒定律，以及下一节所述的动量守恒定律在物体运动变化过程中显示出不变。 这些守恒定律常被用作动力学问题处理的起点，问题处理简单方便，无需了解物理过程的细节，从初始条件可以推断演出过程结束时的运动状况。另一方面，动量、力的冲击量动量守恒定律动量：冲击量引起的动量变化：动量守恒：在封闭的(不受外力的)系统内，在内力的作用下总动量守恒. 另外，压缩弹簧保存车辆动量，二、描述机械运动的两个量动量和动能两个量相互不同，有本质上的不同是重要的。 动量是向量，其变化与脉冲量有关。 动能是标量，其变化与力的功能有关，可以转化为其他不同形式的能量。 三、重力势、功、机械能守恒举重物体，首先克服地球重力作用的物体下落，能量转化为动能，在维修场，机械能(动能与能量之和)保持不变功是力与位移之积，2.6弹性和以弹簧振子为例，弹簧振子的质量为m，弹簧的刚性系数为k。 弹簧对物体施加的力振子的动能与势能之和为常数，即机械能守恒，振子的位移随时间变化，在按照馀弦(正