科学技术发展史ppt课件

1、科学技术发展史,佟丽媛,Tongyixuan67yahoo,第一章 科学技术是第一生产力,一.科学的理解,1.科学的目的在于认识客观世界,所以科学必然具有 真理性,因为它发现并揭示了客观规律,2.科学活动是社会化、规模化、全球化、竞争和合 作并存,3.科学一定是系统性的，科学是系统化的知识,4.科学显现出交叉性，各学科知识与方法具有相关性,6.不同门类的科学都是统一的,因为自然界本身就是 统一整体,5.科学是不断发展的,因为它有无止境的前沿,7.科学它同时具有可用性,因为知识就是力量,二.技术的理解,1.技术具有功利性,它必然满足特定的功利需要,2.技术具有科学性,符合科学的原理,它不 断要创

2、新,要有创造性,是科学知识创造性 的应用,3.技术具有系统性,或大或小是一个系统, 或者是若干子系统的集成,4.技术具有社会性和经济性,符合社会的 需求、法规、道德和文明,同时它具有经 济性,经济上可行才有竞争力,否则这个 技术是没用的,5.技术要具有生态性,就是要符合生态环境的要求,6.技术要具有艺术性,符合文化和美学的要求,三.科学和技术的区别与联系,1.基本任务不同.科学的任务是要有所发现,从而 增加人类的知识、文化财富；技术的任务是要 有所发明、实现发明,从而增加人类的物质财富 并使人类生活得更好,2.要解决的问题不同.科学致力于回答对象 “是什么”、“为什么”的问题,技术注重于处置

3、“做什么”、“怎样做”的问题,3.研究过程和方法不同.科学主要关系到从个别到一般,从 特殊到普遍,从经验到理论,主要采用抽象、概括、分析等 方法来再现客体.技术主要采用综合的方法来构建客体,4.相关知识和领域不同.科学相对技术来说是比较 单纯的,是最基础的理论.但技术课题涉及的范围 比较广泛它要综合运用多门学科的知识,5.目标与结果不同.科学活动主要是从多样性到 一元性,从模糊性到精确性.科学活动要从纷繁的现象 去解释本质,从诸多的假说去确认真理,6.衡量标准不同.衡量科学的根本标准是真理性标准,即:看 看科学认识是否真正反映了客观世界的客观规律.而对技 术要评价优劣要看它是否对社会有益、是否

4、带来经济效益,7.研究过程和劳动特点不同.科学研究的目标相对 具有不确定性.而技术工作往往具有较强计划性,四.如何理解科学技术是第一生产力,1.对科学技术认识的三次飞跃,弗兰西斯.培根(15611626)提出“知识就是 力量”的著名论断,是人们对科学技术认识的 一次飞跃,马克斯提出“科学技术是生产力”的科学 论断,是人们对科学技术认识的又一次飞跃,邓小平提出“科学技术是第一生产力”的科学 论断,是人们对科学技术认识的又一次新的飞跃,2.深刻理解“科学技术是第一生产力”的含义,在现代生产力系统中,科学技术起着第一位 的变革作用,现代科学日益成为生产的先导,科技进步是推动国民经济增长的决定性因素,

5、五.现代科学技术的发展趋势,1.科学技术的加速发展,2.科学技术发展的综合化,3.自然科学与社会科学的结合,六.“863计划”和“973计划”的提出及实施,1.“863计划”的提出,背景:本世纪80年代以来,高技术成为国与国之间,特别是大国之间的主要竞争手段.美国的“战略防御计划”即“星球大战计划”、欧洲的尤里卡计划、日本的科技振兴政策,均将发展高技术列为国家战略的重要组成部分,提出:1986年3月3日,面对许多国家纷纷制订发展高科技 战略的形势,王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允等四位 老科学家给中共中央写信,提出跟踪世界先进水平,发展 我国高技术建议.3月5日,邓小平亲自批示:此事宜速决断,

6、不可拖延.在邓小平的关心下,党中央国务院组织200多位 专家编制了我国高技术研究发展计划纲要 (即“863计划”),打响了我国科技领域的一场攻坚战. “863计划”于1986年3月由国务院正式批准实施,目标:“863计划”选择了生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料等7个领域的17个主题作为我国高技术研究与开发的重点.希望通过15年的努力,达到下列目标:(书上18页,成果:截至2019年底,已鉴定成果1398项,其中获国家或部委 奖659项,550项达到国际水平,获国家级奖73项,专利266项,农业:新种稻最高亩产纪录达730公斤,导入抗病基因的 抗赤霉病小麦,亩

7、产高达450公斤.我国棉花生产因棉铃虫危害损失严重,用基因工程技术培育成功的“抗虫棉”,领先世界水平,自动化控制:CIMS工程是以计算机集成为主要特征的全新 的自动化控制技术,是信息时代工业革命的核心.我国无论 在该工程的研究领域还是应用领域,目前均处于国际领先,航天技术:天地往返运输系统、大型运载火箭、空间站、 空间技术及应用已获得87项研究成果,使我国具备了探索 太空的能力,医药行业:这斯间,已进入市场的新型药物和疫苗就有7种, 产生了巨大的经济效益和社会效益.17种生物制剂即将完 成临床试验,还有50种在实验室研制.我国还用基因工程技 术研制出了治疗乙肝的特效药-重组人基因工程干扰素,信

8、息技术:曙光系列计算机的研制成功,标志着我国在计算机技术的研制上有了重大进展.1992年研制成功了04交换机,到2019年,36%的市场已被国产交换机占领,海洋采矿:联合国已将夏威夷附近的30万平方公里的公海, 划为我国海洋勘探区.并已研制出6000米水下机器人,2.973项目简介,2019年,国家科技领导小组第三次会议决定,制定和 实施国家重点基础研究发展规划(973计划).规划 贯彻“统观全局,突出重点,有所为,有所不为”的原则,在现有 基础研究工作部署的基础上,鼓励优秀科学家围绕国家战略 目标,在对经济、社会发展有重大影响,以在世界占有一席 之地的重点领域,瞄准科学前沿和重大科学问题,开

9、展重点 基础研究,遵循基础研究的特点和规律,与国家自然科学基 金,其他科技计划和相关的基础研究工作互相联系,互为补 充,体现国家目标,为解决下世纪我国经济和社会发展中重 大问题提供有力的科学支撑,实施重大项目,对基地建设、 人才培养、体制改革进行总体部署和优化,加强国际合作与 交流,基础研究的主要内容,以认识自然现象、揭示客观规律为主要目的的探索性基础研究,以解决国民经济和社会发展以及科学自身发展提出的重大科学问题为目的的定向性基础研究.对基本科学数据、资料和相关信息系统进行考察、采集、鉴定,并进行分析、综合探求基本规律的基础性工作,七.科学-技术 - 社会(STS,介绍:STS-Scienc

10、e Technology 采矿;瓷、漆器制造;造船;纺织;火药与火器;造纸术;建筑技术;水利工程,农学三千年前我国就已经有了关于某些农作物的 记载.如:麦、稻、粟、稷等.古人在总结农业生产经 验基础上,形成了376种农业专著,其中影响较大的有10多种,数学我国早在春秋时期就有了分数概念和九九表,我国古代十大数学名著海岛算经、五曹算 经、孙子算经、夏侯阳算经、张丘建算经、五经算术缉古算经缀术周髀算经、九章算术,1)战国时期的周髀算经:该著作完成于公元前1世纪.数学方面的成就主要有:勾股定理、分数运算和开平方的方法,2)东汉时期的九章算术:该书是我国古代最重要的一部数学著作,它标志我国古代数学体系

11、的形成,对我国数学发展有着重要的影响,九章算术是按246个题目分成9章编写而成,故此而得名,3)南宋秦九韶的数书九章:秦九韶是南宋四 川人.他的数书九章共18卷,按81个数学问题, 分为9大类,每类各9个问题编排.其中最重要的成 果就是高次方程的解法.包括二次、三次、以至十次,医学中华民族自古以来在长期的医疗实践中形 成了独具特色的中医、中药理论,它以内容丰富、功效神奇享誉中外,时至今日仍是一块挖不尽的宝藏,1)战国时期的黄帝内经：这是一部驰名中外的中医学经典著作，它以黄帝与岐伯、雷公等医师谈话、问答的方式讨论医学问题全书共18卷,分问素(9卷)、灵枢（9卷）.内容涉及生理、病理、药理、针灸、

12、按摩、人体解剖等各个方面.其中针灸是我国独创.望、闻、问、切四项原则延用至今.黄帝内经是中医理论形成的标志,医学的主要成就,2)东汉张仲景的伤寒杂病论:张仲景(公元150219)今河南省南阳县人，被尊为医圣.他的医术很全面, 伤寒杂病论具有很高的学术价值,是从古至今最有影响的著作之一,3)外科医生华佗:华佗(约145208)是安徽亳县人,是汉末医学家,精通内、外、妇、儿、针灸等科,施针用药,简而有效,值得一提是,华佗积极倡导体育锻炼,认为这是治病强身的手段,为此他编了“五禽戏”,即模仿虎、鹿、熊、猿、鸟的动作而治病健身.其中“五禽戏”是模仿虎的前肢扑动,鹿的伸转头颈,熊的伏倒站起,猿的脚尖跳跃

13、,鸟的展翅飞翔,4)明代李时珍的本草纲目:李时珍(15181593)生于今湖北蕲春县.本草纲目共载药理1892种,附方11096个.还绘制药物形态图形1100多幅,以及另外一些有价值的其它内容,该书于1590年出版,出版后立即被译成英、法、德、俄等多种文字,流传于世界,成为医药史上的世界名著.达尔文把该书誉为“中国古代的百科全书,古巴比伦空中花园遗址,想像中的空中花园,想像中的亚历山大灯塔,胡夫金字塔,巴黎卢浮宫,狮身人面像,阿斯旺水坝,亚里士多德,远离,亚里士多德,泰勒斯,德谟克利特,阿基米德,欧几里德,相关资料,亚历山大灯塔亚历山大灯塔于公元前285年破土 动工兴建。公元前246年竣工。亚

14、历山大灯塔位于 亚历山大城附近的法罗斯岛防波堤的南端，塔高 约135米（当今世界最高的日本横滨灯塔也只有 106米），共分四层。第一层是底座，方形，高约 69米,内有许多房间,可供人居住。第二层是八角 形的塔身，高38米。第三层是灯塔的“灯体” 一个圆形环廊，由八根圆柱撑着一个圆形灯盘， 盘中放入灯油，一到夜间便由工作人员点燃，照 亮远方，指引航船入港。最上一层是一座米高 的海神波塞冬塑像。塔内共有房间近300间，可 供上千人居住,第三章:经典力学体系的形成,前言: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.其原因主要有三方面,第二,受天文学发展的影响.托

15、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,1.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,

16、所以未取得学位就于1585年离开了比萨大学,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,一.伽利略的力学研究,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

17、理学之父,2.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,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,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,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

18、士多德的观点是错误的,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

19、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,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

20、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

21、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,二.开普勒对天体之间作用力的研究,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)是一位哥白尼学说的同情者

22、.开普勒就是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,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,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

23、,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

24、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

25、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,三.万有引力定律的发现,1.惠更斯的工作,1)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,2)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

26、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,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,2.胡克的工作,1).胡克简介:胡克(16351703)是英国物理学家和天文学家.他出生于英国威特岛, 1653年进入牛津基督教会学院读书，在那里遇到了化学家、物理学家玻意耳1655年玻意耳请胡克当他的实验室助手. 胡克在力学、光学、天文学方面都

27、做出了重大贡献。他同天文学家哈雷(16321723)都是英国皇家学会中引力委员会的成员,与牛顿一道开展引力问题研究.胡克长期从事物理学和天文学研究,并自制仪器.他曾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植物细胞，起名叫“cell”,一直沿用至今.1703年3月3日在伦敦逝世,胡克定律:在弹性限度内，弹簧的弹力f和弹簧的伸长或缩短的长度x成正比，即f=-kx。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长（或压缩）的方向相反,2).胡克关于万有引力的研究,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：任何

28、天体都有朝向自身中心的引力；所有物体只要它们作一个方向的简单运动，都将保持其直线运动状态，直至受到其它有效的力作用方可改变其运动轨道，显然天体在不受外力作用下，其轨道不变；离引力中心越近,引力越大,3).胡克的遗憾:后来,胡克又认识到力和距离的平方成反比,这个结果已接近发现万有引力定律,只是由于数学知识不够而丧失了发现的优先权,3.牛顿对万有引力定律的贡献,1).牛顿简介:牛顿(16421727)出生在英国林肯郡艾尔斯索普村一个小农庄主家庭,是个遗腹子.在舅父的资助下读书,18岁免费进入剑桥大学学习,21岁成为著名数学教授巴罗(16301677)的研究生.从事力学和光学的研究工作,独身一生,2

29、)牛顿科学成就简介,在数学上他发明了微积分.在天文学上他发现了万有引力定律,开辟了天文学的新纪元.在力学中他系统总结了三大运动定律,创造了完整的牛顿力学体系.在光学中他发现了太阳光的光谱,发明了反射式望远镜,3)牛顿对万有引力定律的贡献,a.地球对月球引力的研究:本质上就是重力,地球,月球,地球的引力,b.万有引力的发现,第一,牛顿根据开普勒行星运动第一定律和伽利略的惯性定律,认为行星若以椭圆轨道绕日运行,而,不是匀速直线运动,就得连续不断地改变方向,因而必须有力连续作用其上,第二,牛顿用数学方法证明了开普勒的第二定律,即如果面积、速度是常量,行星与太阳的连线在相等时间内所扫过的面积相等的话,

30、那末那个连续作用于行星的力,就是沿着径向方向的向心力,第三,牛顿根据开普勒的第三定律,联系惠更斯的向心加速度公式,证明了向心力的大小与行星到太阳的距离的平方成反比,第四,牛顿又假定:这一引力的大小不仅与物体间的距离平方成反比,而且与两个物体的质量的乘积成正比,用公式可以表示成,c.牛顿在发现万有引力定律中的特殊功绩,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,4)牛顿对经典力学的综合,经典力学体系

31、的建立:1687年出版了自然哲学的数学原理，第一次把地面力学和天体力学统一起来，建立起了经典力学体系,在该书中,他首先给出了力学的基本概念,如质量、动量、惯性、力及向心力下了定义,说明了绝对时间和绝对空间的含义,牛顿的运动三定律,运动第一定律:是在伽利略发现的惯性运动基础上由牛顿 扩展而成的.牛顿的表速是:任何物体将保持它的静止状态或匀速直线运动状态,直到外力作用迫使它改变这种状态为止.现在通常的表述是:任何物体在不受外力作用(或所受外力之和为零)时,将保持静止状态或匀速直线运动状态不变,运动第二定律:牛顿对运动第二定律的原始表述是:运动的变化与所施的力成正比,并沿力的作用方向发生.根据牛顿的

32、相关表述,经计算就可以得到,质量的物理意义,说明,一定,越大,所需要的力,就越大,运动第三定律:牛顿的原始表述是:每一个作用总是有一个相等的作用和它相对抗;或者说,两物体彼此之间的相互作用永远相等,并且各自指向对方,现在的表述:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上,碰撞,揭示的问题:运动三定律告诉我们,自然界中没有孤立存在的力,力总是存在于两个相互作用的实体之间,不管这种力是通过接触还是不通过接触,它总是成对、同时出现,且大小相等、方向相反,5)牛顿的两句名言,第一句是:“如果我比别人看得远些,那是因为我站在巨人的肩膀上.,第二句是:“我不知道世人怎样看我,但

33、我自认为我不过是像一个在海边玩耍的孩童,不时为找到比常见的更光滑的石子或更美丽的贝壳而欣喜,而展现在我面前的是全然未被发现的浩瀚的真理海洋.,伽利略,哥白尼,开普勒,惠更斯,牛顿,第四章19世纪的电磁学,一.电流的磁效应:奥斯特、安培,前言:18世纪行将结束之际，电学达到了它的最高成就库仑定律但是电与磁之间的联系依然未被正确认识吉尔伯特在当时认为电与磁没有什么共同性这一看法延续了很长时间，库仑也探讨过电与磁的相关性，但在实验上一无所获，结果也相信电与磁没什么关系19世纪电磁学的大发展正从认识到电磁的内在统一性开始的,1.奥斯特:丹麦物理学家(17771851)青年时代就是康德哲学的崇拜者，17

34、99年的博士论文讨论的就,是康德哲学后来他周游欧洲，成了德国自然哲学派的追随者1806年回国后，被母校哥本哈根大学聘为教授,2.奥斯特的研究工作:奥斯特一直坚信电磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁在1812年的一本书中，奥斯特推测，既然电流通过较细的导线会产生热，那么通过更细的导线就可能发光导线的直径再小下去，还可能产生磁效应沿着这个思路，奥斯特做了许多实验，但都没有取得成功,1819年冬天，他受命于主持一个电磁讲座，有机会继续研究电流的磁效应问题他产生了一个新的想法，即电流的磁效应可能不在电流流动的方向,上为了验证这个想法，他于次年春设计了几个实验，但还都没有成功1820年4月，在一次

35、讲座快要结束时，他灵机一动又重复了这个实验，果然发现电流接通时附近的小磁针动了一下奥斯特惊喜万分，又反复实验，终于在1820年7月发表了关于磁针上电流碰撞的实验的论文。论文指出，电流所产生的磁力既不与电流方向相同也不与之相反，而是与电流方向相垂直。还指出，电流对周围磁针的影响可以透过各种非磁性物质,3.安培:法国物理学家（17751836)生于一个富裕的商人之家据说他是一个心不在焉的教授，常常沉入思考而忘记周围的一切，有一次连拿破仑的宴会,都忘了去，但他是一位天才物理学家，不仅具有良好的数学基础，而且精于实验,4.安培的研究工作:奥斯特的发现马上轰动了整个欧洲科学界.安培敏锐地感到这一发现的重

36、要性,第二天即重复了奥斯特的实验.一周后,他向科学院提交了第一篇论文,提出了磁针转动方向与电流方向相关判定的右手定则.再一周后,他向科学院提交了第二篇论文,讨论了平行载流导线之间的相互作用问题.1820年底,安培提出了著名的安培定律,安培定律指出,两电流元之间的作用力与距离平方成反比.这一极为重要的定律构成了电动力学的基础.“电动力学”的概念也是安培首先提出来的,用来指研究运动电荷(电流)的科学.与之相对的是“电静力学”,库仑定律则是电静力学中的基本定律,安培之前,“电流”的概念尚未形成一个科学的概念,安培把电流的方向规定为由正极指向负极.今天我们知到,电流的本质是电子由负极向正极的运动.安培

37、的规定正好反了,奥斯特只是发现了电流对磁针的作用,而安培却在极短的时间里将这一发现推广到电流与电流之间的相互作用,并接连发现作用的方向与大小,给出了判定方向的方法及计算大小的公式.除此之外,1821年初,安培进一步提出了分子电流假说,他认为,物体内部每一个分子中都带有回旋电流,因而构成了物体的宏观磁性.17年后这一假说被证实.于是人们不得不惊叹安培过人的天才,二.欧姆定律,1.欧姆:德国物理学家(17891854),生于埃尔兰根的匠人家里, 没有正式上过大学,只在埃尔兰根大学旁听过,以后一直当中学教师,2.欧姆定律的发现:欧姆热心于电学研究,曾多次测量过不同金属的导电率.起初,他所使用的伏打电

38、池的电流不太稳定,使他的研究总是不理想.1822年,德国物理学家塞班克(17701831)发现了温差电效应,从而发明了温差,电池.由于温差电池可以提供稳定的电流,这使欧姆金属导电率研究有了重大突破,法国数学家傅里叶已经发现,热传导过程中热流量与两点间的温度差成正比.爱此启发,欧姆猜测电流表也应该与导线两端之间的某种驱动力成正比.他把这种驱动力叫做“验电力”,今天我们把它称之为电势差.要验证这一猜测,就必须测量电流的大小,但实际操作起来效果很差.就在奥斯特发现了电流的磁效应以后,欧姆依此原理设计了一种扭称,就可以很方便地测量电流的大小.就这样欧姆终于得出了著名的欧姆定律,欧姆将他的实验结果发表于

39、1826年,次年又出版了关于电路的数学研究,给出了欧姆定律的理论推导.但他的成果在国内并未受到重视,甚至遭到非难.然而他的工作在国外越来越受到重视,伦敦皇家学会于1841年授予他科普利奖章,1842年接受他为会员.他的祖国终于认识到了他的价值.1849年,慕尼黑大学聘请他为教授,欧姆终于实现了他青年时代当一名大学教授的理想,三.法拉第的电磁感应定律,1.法拉第:英国物理学家(17911867),他的一生是在逆境中顽强奋斗的一生,既然电流有磁效应,科学家自然想到磁可能也会有电流效应.尽管许多人为此做了不少实验,但磁的电流效应并未立即被发现.直到奥斯特的发现十年后,才由法拉第和美国物理学家亨利完成

40、了这一伟大壮举,2.实验过程:1824年,法拉第设计了一个实验,用以检验磁的电流效应.他让两根导线平行放置,然后在一根导线中通电,看看另一根导线中会不会有电流效应.他当时希望看到导线中产生稳定的电流,结果瞬间的电流感应未被他注意到.以后多次实验均无结果,A,1831年8月29日,他又设计了一个新的实验.他在一个软铁环上绕了两段线圈,一段线圈与电池相连,另一个则与电流计相连.这时他,发现当电流接通时,电流计产生了强烈的振荡,但不久回复到零位置,而当电流计断开时,电流计又发生同样的现象.法拉第起先不明白这里的含义.9月24日,他将与电流计相连的线圈绕在一个铁圆筒上,又发现每当磁铁接近或离开时,电流

41、计都有短暂的反应,这表明,磁确实可以产生电,虽然只是短暂的,A,A,同年十月1日,法拉 第将两根绝缘铜线分别 绕在同一根木头上,形成 两组线圈,一组与电池相连,另一组与电流计相连.当电池接通或断开时,电流计指针跳动,随后就回到零位.17日,法拉第进一步发现,仅仅用一根永磁棒插入或拔出线圈,就能从与线圈相连的电流计中发现指针偏转.至此,法拉第用实验证明了感生电流的存在.11月24日,他向皇家学会提交了一篇论文,报告了他的重大发现. 除此之外,1834年,法拉第还发现了自感现象,3.意义:感生电流的发现有着重大的意义,它意味着通过连续地运动磁体可以不间断地得到电流.据说法拉第本人很快就做了一个模型

42、发电机.电动机和发电机的问世预示着人类电气时代的到来,值得一提的是,还有一个人与法拉第同时做出了电磁感应的伟大发现,他就是美国物理学家亨利(17971878).1830年,他就初步发现了电流引起的磁场在通电或断电时能产生瞬间电流.但他的实验结果一直没有发表,人们还是将电磁感应现象的发现归功于法拉第,4.法拉第的其它贡献,1).创造的“场”和“力线”的概念,建立了电磁感应定律,2).1845年法拉第发现了磁的旋光效应即著名的法拉第效应.次年又提出光的本性是电力线和磁力线的振动.这一看法后来被麦克斯韦发展成为光的电磁说,3).预言了电磁波的存在.法拉第在1832年3月12日写给皇家学会一封信,信中

43、说;“我认为,磁力从磁极出发的传播类似于起波纹的水面的振动或空气粒子的声振动,也就是说,我想把振动理论应用于磁现象,就像对声音所作的那样,而且这也是光现象最可能的解释.,四.麦克斯韦的电磁理论,1.面临的问题:电磁学中的一些重要定律,如库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律均很快被数学物理学家用严密精确的数学公式数学化.但这些理论还需要高度的综合化、系统化,最终形成严密系统的理论体系,2.麦克斯韦:英国物理学家(18311879).出生在爱丁堡一个名门望族,1847年进入爱丁堡大学学习数学和物理.1850年考入剑桥大学,主攻数学物理学.1854年大学毕业,数学成绩非常优秀.1871年回到母校剑

44、桥大学任实验物理学教授.在这期间他亲自创办了卡文迪许实验室,3.麦克斯韦的电磁理论研究,1).1855年麦克斯韦写了论法拉第的力线一文,第一次试图赋予法拉第的力线概念以数学形式,从而初步建立了电与磁之间的数学关系.麦克斯韦的理论表明,电与磁不能孤立地存在,总是不可分离地结合在一起.这篇论文发表在英国科学促进会报告集,中,使法拉第的力线概念由一种直观的想象上升为 科学理论,2).1862年,麦克斯韦发表了第二篇论文论物理学的力线.在这篇论文中,他提出了自己首创的“位移电流”和“电磁场”等新概念,并在此基础上给出了电磁场理论的更完整的数学表述,3).1864年,麦克斯韦向皇家学会宣读了另一篇著名的

45、论文电磁场的动力学理论.他认为,变化的电场必激发磁场,变化的磁场又激发电场,这种变化着的电场和磁场共同构成了统一的电磁场.电磁场以横波的形式在空间中传播,形成电磁波,4).麦克斯韦提出了光的电磁理论.在建立了完整的电磁理论之后,麦克斯韦推算出了电磁波的传播速度,并发现与光速十分接近.于是麦克斯韦在他的书中写到:“电磁波的这种速度与光的速度如此之接近,好像我们有充分理由得出结论说,光本身是一种电磁干扰,它是波的形式,并按照电磁定律通过电磁场传播.,1).1857年,麦克斯韦曾提出土星光环的颗粒构成理论.他认为:这个光环从地球上看上去很像一个圆盘,但如果它果真是一个固体或流体的结构,那么引力和离心

46、力等作用必定会使它分崩离析,除非它是一条带状的小天体群,否则不会保持稳定,4.麦克斯韦其它方面的科学成就,2).麦克斯韦在分子运动论领域做出过重要贡献.他曾提出一个假想的实验以表明热量可以由低温向高温逆流,但环境要付出更大代价,1.赫兹简介:德国物理学家(18571894)。生于汉堡。父亲为律师，后任参议员；家庭富有。赫兹在少年时期就表现出对实验的兴趣，12岁时便有了木工工具和工作台，以后又有了车床，常常用以制作简单的实验仪器。1876年进入德累斯顿工学院学习工程,由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑大学学习数学和物理，第二年又转入柏林大学，在亥姆霍兹指导下学习并进行研究工作。1880年他以纯理论

47、性工作的旋转导体电磁感应论文获得博士学位，成为亥姆霍兹的助手。1883年到基尔大学任教。18851889年任卡尔斯鲁厄大学物理学教授,五.电磁波的实验发现,1886年开始进行使他闻名世界的关于电磁波的实验工作。18891894年任波恩大学物理学教授接替R.克劳修斯的席位。1894年1月1日因血中毒而实施外科手术,手术失败不幸在波恩逝世，当时年仅36岁。为了纪念他发现电磁波的卓越贡献，将频率的单位命名为赫兹，现行国际单位制(SI)仍沿用。赫兹在物理学上的贡献主要是发现电磁波,2.电磁波的发现,第一阶段:从1878年开始,赫兹就至力于电磁波的实验研究.1886年,他在做放电实验时发现近处的线圈也发

48、出火点,他敏锐地意识到这可能是电磁波在起作用,第二阶段:赫兹设计了一个振荡电路用来在两个金属球之间周期性地发出电火花,按照麦克斯韦理论,在电火花出现时应该有电磁波发出.然后赫兹又设计了一个有缺口的金属环状线圈,用来检测电磁波.结果,当振荡电路发出火花时,金属缺口处果然也有较小的火花出现.这也就证明了电磁波的确存在,第三阶段:赫兹进一步在不同的距离观测检测线圈,从而根据电火花的强度变化大致算出了电磁波的波长,最后,赫兹在1888年1月发表的相关论文当中证明了电磁波具有与光完全类似的特性,还证明了电磁波的传播速度与光速有相同的数量级.赫兹的实验发现不仅证明了麦克斯韦理论的正确,也为人类利用无线电波

49、开辟了道路,赫兹实验示意图,3.电磁波的应用:发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。但是,赫兹研究电磁波无意中丢下的种子，却很快在异地开花结果了。在发现电磁波不到 6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）、 无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真,1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥

50、感、卫星通讯、射电天文学 它们使整个世界面貌发生了深刻的变化,赫兹,欧姆,法拉第,安培,库仑,麦克斯韦,丹麦物理学家奥斯特,第五章 物理学革命,序言：19世纪末由于光学、电磁学、力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。 1900年月27日，英国物理学家开尔文作了题为热和光的动力理论上空的19世纪之乌云的长篇讲演，指出经典物理学本来十分晴朗的天空上出现了两朵乌云以太漂移和黑体辐射,第一节物理学革命的发端,一射线的发现：起源于对阴极射线的研究,起因：电磁学建立之后，人们对气体放电现象进行了深入研究。当时，人们首先想到的是在实验室条件下如何模

51、拟大自然中的雷电现象。起初，人们把玻璃管中的气体加上高电压进行观察，果然得到了放电现象,实际上，物理学天空上的乌云何止两朵。大量的新现象与已成的完美体系的经典理论之间的矛盾日渐突出。也正是这两朵乌云带来了世纪之交的一场物理学革命，在这场革命中诞生了相对论和量子力学,2)1859年，德国物理学家吕克（18011868）用“盖斯勒真空管”进行真空放电实验发现,当高压电荷通过放电管时,阴极一端出现放电现象,而对着阴极的管壁会发出绿色的辉光,成功地实现了人工放电,3)1869年，德国物理学家希托夫（18241914）证明，放在阴极与玻璃壁之间的障碍物，可以在玻璃壁上投射阴影,1)1854年，德国玻璃工

52、盖斯勒（18141879）发明了以他的名字命名的真空管,为研究真空放电、发光现象提供了物质手段,4)1876年,德国物理学家戈尔茨坦(18501931)对“绿色辉光”作了解释 ,认为这是由阴极上产生的某种射线引起的，称为“阴极射线”。关于“阴极射线”的本质，当时德国一些科学家认为，它是一种光波。而英国物理学家克鲁克斯（18321919)等人则认为，阴极射线可能是某种微粒,5)1879年，克鲁克斯自制了一种比盖斯勒真空管真空度更高的“克鲁克斯管”，再次进行放电实验，由于这种真空管真空度高，放电时没有辉光，克鲁克斯发现，从阴极射线射出的一种射线碰到玻璃管壁或硫化锌等物质时会发出荧光，特别是发现了阴

53、极射线在磁场中会发生偏转，从而断定阴极射线是某种粒子流,关于阴极射线的本质的争论，持续了20年之久，结果导致了几项轰动世界的重大发现，首先是射线的发现,发现过程：1895年，伦琴也选用了克鲁克斯管重新进行阴极射线实验，目的是为了准确观察阴极射线的荧光作用,X射线的发现,伦琴简介：伦琴（18451923）生于德国（略,伦琴用黑纸将实验用的放电管严密地包裹起来，以免放电管受到外界环境干扰。准备就绪后，他接通了放电管的高压电源，在黑暗中，他发现米以外的实验屏上闪烁着绿色的微光。经反复实验伦琴断定它是一种新的射线,射线的特点： （）这种射线能激发荧光物质发光。 （）能通过密封的黑色纸使照相底片感光。

54、（）可以显示出衣袋里的钱币和手掌的骨骼，穿透力极强。 （）不在磁场中偏转，说明它不是阴极射线,X射线发现的科学价值和意义,第一,它迅速被用于外科诊断,X射线发现后的第4天,美国人就用于透视脚部弹片的位置。后来又应用到冶金学，成为研究晶体物质结构的一种手段。第二，射线被誉为“领路鸟”，它的发现导致了元素放射性和电子的发现,提问:伦琴的成功说明了什么,二元素放射性的发现,原由：元素放射性的发现源于人们对射线源的探究,2贝克勒尔简介：贝克勒尔（18521906)是法国物理学家,出生在巴黎.他受过良好的教育，1892年获得博士学位。1892年他开始在巴黎自然博物馆担任应用物理学教授。1895年贝克勒尔

55、成为巴黎综合工科学校的物理学教授。1896年就是在这所学校他做出了使他成名的伟大发现,3贝克勒尔的实验研究,实验方法：采用硫酸钾铀作实验材料，将其包好，放在用黑纸包好的底片上，一起放在太阳光下爆晒,实验结果：底片上显示出铀盐包的轮廓，即底片感光了,初步结论：该荧光物质能发射出穿透不透光的纸的辐射，同时认为：底片感光是伴随荧光而产生的射线引起的,意外收获：因连续阴天，铀盐包无法在太阳底下爆晒发出荧光，但铀盐照样可以使底片感光,推断结果：底片感光与铀盐是否经过爆晒而发荧光无关这种现象必定是铀盐连续发出的一种类似射线的神秘射线穿透黑纸所致,进一步研究：发现：不论是荧光物质还是非荧光物质，只要是含铀的

56、化合物，都能自动发出这种射线，而放出这种射线的物质就是铀 人们把这种天然放射线称为“贝克勒尔射线,居里夫妇的研究,放射性仅仅是铀元素的一种性质法国物理学家皮埃尔居里(18591906)和玛丽居里(18671934)发现铀的辐射强度正比于化合物中铀的含量，与化合物中其它元素无关，这说明放射性仅仅是铀的一种性质,寻找放射性元素1898年4月2日,居里夫人宣布发现钍元素具有放射性,这说明放射性决不是某个元素独有的性质。之后又通过异常艰苦而繁重的实验发现了放射性比铀强400倍的新元素钋（Po),接着同年12月又发现了放射性比铀强200万倍的镭（Ra）最后用“分步结晶法”提炼出0.12克的浓缩镭化合物氯

57、化镭,并测定了镭的原子量为225（现在已知镭的原子量是226,5元素放射性的发现的科学意义,它打破了以道尔顿为首的原子不可再分的陈旧观念，证明原子不是组成物质的最小单位，它还可以再分,它预示人类将获取一种新能源原子能元素在放出射线的同时产生大量的热能，即：用很少的物质，可以获得很高的能量展示了能源的美好前景,天然射线的本质的研究,问题：天然射线的本质是什么？元素放出射线后变成了什么,卢瑟福简介：卢瑟福（18711937）是新西兰籍英国物理学家他生于新西兰的纳尔逊附近的泉林村，父亲是农民和工匠，母亲是乡村教师1894年从坎特布雷学院毕业，1895年考取了大英博览会奖学金，进英国剑桥大学卡文迪许实

58、验室学习开始时以研究无线电为主，1896年接受卡文迪许实验室主任汤姆逊的建议，把研究方向转到放射性上,天然射线的本质：1899年，卢瑟福等人通过把铀放在强磁铁环境中，令铀射线偏转，实验结果发现：天然射线是由两种带电的射线组成的一种是带正电的射线（称为射线），一种是带负电的射线（称为射）后来证明射线就是氦核， 射线就是负电子流,1900年法国化学家维拉德（18601934）又发现天然射线中还包括一种不带电的射线，命名为射线1914年，卢瑟福等人证明， 射线和射线相似，也是一种电磁波，只是波长比射线短得多,放射性元素的蜕变：经研究发现，原来的放射性元素放出射线后，变蜕变成其它元素，比如“镭”放射出

59、射线后变成“氡” “镭”的同位素放射出射线后变成钋,三电子的发现,两种观点：第一种是以赫兹、勒纳德（18621947）为首的以太波派1892年，他们将放电管的壁上开个薄铝窗，发现阴极射线像阳光一样穿透铝窗，射入空气中，故认为阴极射线是一种以太波。第二种观点是以克鲁克斯和法国的佩兰为代表的微粒说，克鲁克斯曾用磁铁使阴极射线偏转，预示它是一种粒子流。1895年，佩兰发现，当磁极倒转时，射线就向反向偏转，说明它带有电荷，后来又证明它是从阴极发出的带负电的微粒流,汤姆逊简介：汤姆逊（18561940）是英国物理学家。出生于英国的曼彻斯特，他的父亲以售书为业，他是因为无钱学工程而学习物理的。在他取得学位

60、之前，他的父亲就去世了，他只能靠助学金维持学业。1876年，他获得了剑桥的数学奖学金而进入剑桥大学三一学院深造；1906年，由于他在“气体导电方面的理论和实验研究”而获得了诺贝尔物理奖学金,1897年,英国物理学家汤姆逊重新设计了克鲁克斯管，令阴极射线在电场和磁场中均发生偏转，证实了阴极射线是带电的微粒子流，并测得了微粒子的速度与它的荷子比之间的关系，同时荷子比与电极材料无关，说明这种粒子是各种物质的共同组成后来汤姆逊和美国物理学家米利肯（18681953)等人作了精密的测定和计算,得出了这种物质的电荷为(？)利用所测得的荷质比的数值，可以算出这种粒子的质量为（？），约为氢原子质量的这表明，这