常识判断之自然科技史课件

1、第一章：古代科学技术的产生和发展古代科学技术的产生和发展第一章 人猿揖别始于工具的制造和使用。原始社会人类改造自然和认识自然的发展首先表现在工具的演进方面，原始社会最主要的工具是石器。原始人制造工具经历了从打制石器的旧石器时代（距今250万年）到磨制石器的新石器时代（距今1.8万年）的发展。新石器时代1.2火的使用 完成从猿到人转换的另一个标志性的关键步骤是火的使用，这是人类诞生过程当中所征服和利用的第一种自然力。 旧石器时代中期，早期智人发明了人工取火的方法：燧石相击生火、钻木取火。摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，最终把人从动物界分开。农业技术与社会分工 原始农业经历了从刀耕火种的农业发

2、展到锄耕农业，原始畜牧业的出现导致人类社会的第一次大分工。制陶技术 制陶技术的发展促成了人类社会的第二次大分工。文明古国 流域文明 尼罗河流域、两河流域 印度河流域、黄河流域四大文明古国的科学技术一.古代两河流域和古埃及的科学技术 信息技术萌芽文字的发明： 公元前3500年左右两河流域的苏美尔人使用一种楔形文字写在潮湿的泥版上，然后晒干，这就是泥版文书。拼音文字的祖先公元前1500左右腓尼基人发明了字母，成为后来西方拼音文字的祖先。世界上最早制造铁器的,是小亚细亚的赫梯人, 公元前1400年左右。米利都学派阿拉克西米尼认为万物的本原是空气；阿拉克西曼德则认为万物来源于“未规定的物质”。赫拉克利

3、特认为组成世界的基本元素是“火”恩培多克勒提出了关于水、火、土、气的“四根说”赫拉克利特恩培多克勒毕达哥拉斯学派 以萨摩斯岛的毕达哥拉斯（Pythagoras，约前570497/6）命名的这个学派最典型的特征就是对数最感兴趣，把数作为一个形而上学原则。毕达哥拉斯 万物皆数，宇宙万物的结构及其运行服从数的和谐，意义深远原子论思想 原子论是古希腊自然哲学的最大的成就之一。这个派别的创始人是留基伯，主要阐述者是德谟克利特和伊壁鸠鲁.伊壁鸠鲁与他的哲学2.天文学日心说：阿利斯塔克最早提出日心说（前310-230年左右）太阳到地球的距离大于地球到月球距离的18倍，但小于20倍；太阳与月球的直径比大于18

4、，小于20太阳与地球的直径之比大于19:3，小于43:6物理知识 阿基米德把观察和数学推理、理论研究和实际应用相结合，发现了杠杆原理和浮力定律，给出了求解复尽杂物体重心的方法。他的研究方法已接近现代的研究方法，被誉为“力学之父”。阿基米德4.生物和医学知识 希波克拉底被认为是医学之父，有全集59篇，集古希腊医学之大成。该派的理论和医术走在了现代以前任何时代的见解前面。 希波克拉底认为疾病是人体的自然过程，主张用观察和实验方法研究疾病并创立了“四体液说”。 赫罗菲拉斯是第一个公开进行人体解剖的医生，揭示了人脑是智慧之府，而不是亚里士多德所认为的是心。盖伦(129-199) 盖伦是古罗马时期最著名

5、最有影响的医学大师，被认为是仅次于希波克拉底的第二个医学权威。 盖伦是最著名的医生和解剖学家。一生写了131部著作，其中论解剖过程、论身体各部器官功能两书阐述了他自己在人体解剖生理上的许多发现。1856年威尼斯出版的盖伦选集2.古罗马技术标志性建筑: 罗马斗兽场 （7082年） 君士坦丁凯旋门 312年 庞培城 公元前6世纪，公元79年毁于维苏威火山大爆发 万神庙 （120124年）建筑学理论 维特鲁维奥是罗马著名建筑师，著有建筑学10卷，涉及建筑的一般理论、设计原理、建筑师的教育以及建筑施工和施工设备等多方面的问题，是现存最早的建筑学著作。第四节：中国封建时代的科学技术中国历史概览夏（前20

6、70前1600）商（前1600前1046）周（前1046前256）秦（前221前206）汉（前206220）三国（220280）晋（265-420）隋（581-618）唐（618-907）宋（960-1279）元（1206-1368）明（1368-1644）清（16161911）一. 技术创造与重大工程1. 水利工程技术2. 建筑工程技术3. 冶金技术4. 三大独创技术5. 四大发明6. 航海造船技术水利工程技术1)春秋战国时期的芍陂、漳水十二渠、都江堰、郑国渠2)汉代的龙首渠3)隋代的大运河 上述工程从设计、施工到管理大都体现了系统工程方法的应用。建筑工程技术1)道路桥梁工程：万里长城、丝绸

7、之路、赵州桥2)宫殿建筑与都市建设：阿房宫、秦都咸阳、长安城、明故宫，体现了以木结构为核心的砖木建筑特色 阿房宫冶金技术 中国冶金技术后来居上，春秋战国时期率先掌握铸铁技术 生铁炼铁技术是我国人民的重大发明 汉代炒钢技术的发明、百炼钢工艺品成熟、铸铁脱碳钢技术的进步，形成不同于欧洲块炼铁渗炭钢的钢铁冶炼体系，与现代钢铁生产工艺相一致4.三大独创技术 制茶、丝织和制瓷是中国的三大独创技术 1)丝织（silk），商周以来丝织技术延绵不断地发展，6世纪传到东罗马帝国，中国被誉为“产丝之国”。丝织技术12世纪末传到意大利，14世纪法国人开始养蚕，16世纪末传到英国。 2)陶瓷（China)，中国是瓷的

8、故乡，自古制陶技术发达，东汉发明烧制青瓷技术，唐代形成南方青瓷和北方白瓷两大瓷系，宋代形成八大窑系。制瓷技术通过丝绸之路传到西方，11世纪传到波斯和阿拉伯，1470年传到意大利。 3)茶（tea），中国是茶的原产地，唐代的蒸青制法工艺、宋代的炒青绿茶工艺、元代的花茶制作工艺、明代的红茶制作工艺。5.四大发明（火药）炼丹家与火药的发明：硫磺与硝石相配制。唐代道家炼丹家孙思邈（581682）丹经中第一次提到火药的配方。宋代曾公亮1040年发明炸药，北宋年间，火药大量用于战争。在12、13世纪，火药首先传入阿拉伯国家，称“中国雪”，波斯人称“中国盐”。14世纪，阿拉伯人将火药技术传入欧洲。5.四大发

9、明 （指南针）前3世纪韩非子提到“先王立司南以端朝夕”1世纪初东汉王充论衡“司南之杓，投之于地，其柢指南”1044年北宋曾公亮和丁度武经总要提到指南鱼沈括梦溪笔谈有系统的指南针制造技术说明，同时发现磁偏角航海技术。郑和（13711435）七下西洋，船只200多艘，人数两万多众，超过100米的大船有50多艘。而哥伦布只有88人，3只长19米的大船。航海造船技术 造船技术：汉武帝时期的楼船、东汉时期船尾舵的发明、唐李皋始造车船、宋代的海船、元代的尖底远海福船和窄底近海广船。明初郑和七下西洋，是古代规模最大的航海活动，“宝船”长约150米，张帆912面，是古代世界上最大的船舶。二. 实用科学天文学数

10、学中医药学农学1. 天文学1.1精确、系统的天象观测记录： 中国史记中保存有2000多年来关于日蚀、月蚀、彗星、新星、太阳黑子等丰富的天象观测记录；对恒星的观测成果反映在历代的星表和星图中。对日食和月食详细的记载，从汉初到1785年，日食925次，月食574次异常天象的记录，如太阳黑子（前28年）、极光、彗星（前613年1621年包括哈雷彗星）、新星、超新星（前3521604共75次）月蚀日蚀1.2 独特、优秀的历法体系 1) 商代的阴阳历 2) 战国的四分历 3) 汉代的太初历 4) 唐大衍历 5) 元代授时历 6) 此外，宋代沈括的十二气历、明末崇祯历阴阳合历：日、气、朔三要素。公元前4世

11、纪，已测出太阳年为365.25天。元朝著名天文学家和水利专家郭守敬编成授时历，一年的周期和现行公历相差无几，但比现行公历的确定早300年。1.2 独特、优秀的历法体系1.3 先进、精密的天文仪器 浑仪、漏壶和圭表1) 浑仪：东汉张衡（38139）的水运浑天仪、元代郭守敬（12311316）的简仪2) 漏壶：汉丞相府漏壶、宋代漏壶3) 圭表：周礼-考工记和元史中的有关记载石刻星图（苏州）2.数学 西汉九章算术（1世纪）共讲述了246个问题的解法，根据所要解决的测量和计算问题分为九章即九大类， 涉及丈量农田、不同等级谷物的兑换、建筑结构计算、分配计算等，是中国古代数学体系的奠基作，标志着中国以计算

12、和解决实际问题见长的实用数学体系的形成，但在理论和演绎推理方面远不及欧氏几何学。九章算术2.数学南北朝祖冲之（429500）及其子祖暅计算了圆内接正6144边形和正12288边形的面积，得出3.14159263.1415927求出精确到第七位有效数字的圆周率，领先世界达千年之久。3.中医药学1)黄帝内经以阴阳说和五行说为据，强调人体的有机整体性，提出了研究人体生理和病理的脏腑学说和经络学说。该书是中医现存最早的理论著作，是中医理论体系形成的标志。2) 东汉末年张仲景（约150219）伤寒杂病论提出中医诊断学中的“六经辩证”（太阳、阳明、少明、太阴、少阴、厥阴）和“八纲原理”（阴、阳、表、里、虚

13、、实、寒、热）其“辨证施治” 原则为中医临床医学奠定基础。伤寒杂病论张仲景 3)西汉的神农本草经是我国现存最早的药物学专著，收录药物365种，其中植物药252种，动物药67种，矿物药46种。神农本草经4、农学汜胜之书（公元元年左右，汉代），论及北方特别是关中地区的耕作经验贾思勰齐民要术（533544，北魏）10卷92篇，反映黄河中下游地区的农业生产状况王帧农书（元代）综合黄河流域旱田耕作和江南水田耕作经验。陈旉农书南宋 南方水稻农政全书明朝 徐光启 农桑辑要元朝 最早官修农书齐民要术是我国现存最早的完整的农书，率先提出了因时制宜、因地制宜、精耕细作、合理经营的思想，在我国古代农业生产中产生了深

14、远的影响。4、农学齐民要术梦溪笔谈是北宋中期的政治家和科学家沈括（10311195）所著，这是中国科学史上一部重要的著作，英国科技史家李约瑟把它称为“中国科技史上的座标”。这部举世闻名的科学巨著涉及物理领域的内容包括磁学、光学和声学知识。梦溪笔谈5.4梦溪笔谈（1）磁学方面：沈括对指南针的使用作了多种试验。世界上关于指南针的最早实验记录。并且沈括在实验中已发现了磁偏角（2）光学方面：梦溪笔谈中有许多光学方面的观察和实验的记录及其分析。第一次用类比演示实验来验证月亮圆缺的科学道理。 （3）声学方面6.其他成就徐霞客（15861641），徐霞客游记，记载所到之处的山川地貌、物产风情宋应星（1587

15、？），天工开物，分上中下三部分共18卷，包括农作物栽培、农产品加工、制盐、制糖、陶瓷、冶炼、养蚕、纺织、染色、造纸等，是一部手工业生产技术的百科全书三、西学东渐 意大利人利马窦（15521610），1583年来华，与徐光启合作译几何原本前6卷 比利时人南怀仁（16231688），1659年来华，主持皇家天文历法工作 德国人汤若望（15911666），1662年来华，引入光学知识和望远镜的制造原理和技术阿拉伯人的科学贡献发现隐藏起来并且被忘记的希腊知识的宝藏 开始：注重医学和物理学著作的翻译， 很快转向了天文学、数学和哲学著作: 欧几里德的几何原本、托勒密的至大论(Almagest，现所用书名就

16、是阿拉伯人定下的) 希腊文化并不是阿拉伯文化汲取的唯一源泉。第五节：古代阿拉伯的科学技术第二章近代自然科学的产生和发展第一节：近代科学的诞生近代自然科学产生的社会历史背景1. 欧洲资本主义生产方式的兴起是近代科学的原动力2.文艺复兴运动3.宗教改革近代科学革命1.天文学革命2.医学革命2.科学方法革命欧洲资本主义生产方式的兴起是近代科学的原动力(1)手工工场的出现和手工业技术进步推动了近代科学的兴起(2)远航探险是近代科学的直接推动力：1487年迪亚士到达非洲南端的好望角、1492年哥伦布发现美洲新大陆、1497年达伽马开辟通往印度的新航路、15191522年麦哲伦船队的环球航行。(3)预告资

17、产阶级社会到来的中国四大发明传入欧洲：造纸术和印刷术成为新教的工具，推动了文艺复兴运动的蓬勃发展；火药武装了资产阶级，把骑士阶层炸得粉碎；指南针使远航探险和地理大发现成为可能，开辟了资本主义世界市场。2.文艺复兴运动文艺复兴的先驱彼特拉克（1304-1374）倡导恢复良好的古典拉丁语，代替经院哲学派的非正规拉丁语。尤其是恢复古典思想中追求理想和自由的真精神。彼特拉克走在了时代的前面。到十五世纪初，人们对古典文献的兴趣不断增加，有许多希腊人从东方来到意大利，他们能用现代语教授古语。弗朗西斯克彼特拉克 (1304-1374)，意大利学者、诗人和早期的人文主义者，人文主义之父。以其14行诗著称于世，

18、后世人尊他为“诗圣”。与但丁、薄伽丘齐名，文学史上称为“三颗巨星”。文坛三杰雷纪奥蒙塔拉斯最早把科学和文艺复兴的人文主义结合起来的是约翰米勒（14361476），在科学史上他以雷纪奥蒙塔拉斯这一名字著称。把托勒密的著作翻译成拉丁语。1471年在纽伦堡建立了一座天文台。他的天文年历是现代航海年鉴的前驱，曾为西班牙和葡萄牙的探险家所使用。达芬奇拉奥孔米开朗基罗晨曲圣母蒙娜丽莎艺术三杰3.宗教改革宗教改革的导火索：“免罪符”事件九十五条论纲1517年10月31日，维登堡大学神学教授马丁路德在维登堡教堂门上贴出了九十五条论纲，就免罪符问题提出异议。马丁 路德近代科学革命 1.天文学革命1.1哥白尼的日

19、心地动说1.2布鲁诺和伽利略捍卫和发展日心说2.医学革命3.科学方法革命3.1伽利略开创实验方法3.2经验论与唯理论哥白尼哈维伽利略1.天文学革命1.1哥白尼和他的天体运行论初版名称托伦的尼古拉哥白尼论天体运行轨道（共六册）后来一般简称为天体运行论天体运行论标志着近代科学的诞生。1.2布鲁诺和伽利略捍卫和发展日心说 布鲁诺捍卫和宣传日心说乔尔丹诺布鲁诺（1548-1600)，生于意大利那不勒斯，死于罗马鲜花广场1583写作论原因、本原和太一、论无限的宇宙和多世界1592年在意大利威尼斯被捕“我愿做烈士而牺牲”望远镜天文学1609年伽利略造出第一台望远镜，20倍，发现月亮上的环型山1610年发现

20、木星的四颗卫星1612年发现太阳黑子为哥白尼辩护（直到1579年才开始相信），与教会冲突伽利略的历史地位爱因斯坦：“伽利略的发现以及他所应用 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端。”1980年，罗马教会正式为伽利略平反。2.医学革命血液循环学说的发现 比利时医生维萨里1543年发表人体的构造，纠正盖伦医学的一些错误；西班牙医生塞尔维特1553年发现了人体血液的小循环；英国医生哈维在1628年阐述了人体血液运动的大循环理论，彻底推翻了盖伦的观点，给教会的神学说教以沉重打击。 塞尔维特 维萨里人体的构造3.科学方法革命 3.1伽利略开创科学实验方法 （1）发明光学

21、望远镜，用大量天文观测事实论证哥白尼日心地动说； （2）开创实验力学，标志着科学实验方法的诞生 世界上第一台折射远镜伽利略3.科学方法革命 3.2经验论与唯理论英国弗兰西斯培根的新工具论倡导归纳法，成为近代科学的主要方法。法国笛卡尔方法论主张理性的普遍怀疑，其演绎法为近代科学建立理论体系提供了方法论。 培根近代哲学之父 笛卡尔第二节：力学体系的建立第二节：力学体系的建立近代力学知识的积累1.伽利略的力学贡献2.开普勒三定律的发现3.惠更斯、胡克等人的贡献牛顿力学体系的建立1.近代最伟大的科学家牛顿2.牛顿经典力学体系的创立一、近代力学知识的积累1564年2月15日生于比萨(1)伽利略的斜面实验

22、，开创了以可控性实验为基础的近代科学的新时代。(2)伽利略的力学成就：匀加速运动定律；自由落体定律；惯性原理；抛射体运动定律。(3)将实验研究和数学推理有机结合起来，为近代科学理论的建构提供了基本范式。1.伽利略的力学贡献2.开普勒三定律的发现 2.1星学之王第谷 第谷（Tycho Brahe 1546-1601）出生于一个丹麦贵族家庭，很小就进哥本哈根大学学习。由于有特权的出身，可以免于通常的谋职压力。他从一个大学徘徊到另一个大学。16岁时的第谷已经对天文现象十分感兴趣了。第谷2.开普勒发现行星运动三定律开普勒（1751-1630 ）1571年12月27日出生于斯图加特附近魏尔市的一个中等家

23、庭。进图宾根大学，打算进入仕途，但在1594年他被提名出任格拉茨的数学教师。1600年初他应邀到布拉格拜访第谷；年末在格拉茨受到宗教迫害之后回到布拉格成为第谷的助手，并于1601年成为第谷的接班人。开普勒第一定律：椭圆定律 行星沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳是位于椭圆的一个焦点上（1609新天文学）开普勒第二定律：面积定律 从太阳到行星的矢径在相等时间里扫过相等的面积（1609新天文学）开普勒第三定律：周期定律 各行星公转周期的平方与轨道半长径的立方成正比（1619宇宙和谐论）开普勒行星运动三定律（1）轨道定律（2）面积定律（速率v近日v远日） (SAB=SCD=SEK) （3）周期定律(R3/T

24、2=K) 二、牛顿力学体系的建立1.、近代最伟大的科学家牛顿2.、牛顿经典力学体系的创立3.、牛顿力学的重大历史意义与局限性4.、牛顿经典力学体系产生的历史必然性5、牛顿力学的应用与完善1、近代最伟大的科学家牛顿1.1沉静多思的有志少年1.2开创“牛顿时代”的科学泰斗1.3彷徨于科学与宗教之间的神学家 牛顿环牛顿追光灯牛顿抛物线科学巨人牛顿1.2开创“牛顿时代”的科学泰斗 1669年巴罗鉴于牛顿的数学天才，毅然辞去“数学卢卡斯讲座”教授职位而让年仅27岁的牛顿接替。 1669-1687年，牛顿制造了反射式望远镜，提出了光微粒说，发展了流数法，系统研究了理论力学，并以1687年7月自然哲学的数学

25、原理的出版而达到高潮。牛顿的自然哲学的数学原理 牛顿正在做三棱镜分光实验顿牛顿制作的反射式望远镜牛顿的微积分手稿 牛顿经典力学体系，是以绝对化的四个基本概念空间、时间、质量、力为基础，以著名的三大定律为核心，以万有引力定律为最高的综合，用微积分来描述物体运动的因果律的一个结构严谨、逻辑严密、以实验和观察对结果进行验证的科学体系。原理就是这个体系的集中表现。2、牛顿经典力学体系的创立第三节：经典物理学的全面发展光学的进展热学的成就电磁学的建立二、热学的成就 2.1热的本质拉瓦锡在1789年的初等化学概论中把热物质当做一种元素引入，称之为热素或热质（calorique）。热力学的奠基人卡诺最先定量

26、地研究了热和功相互转化的方式，因此他被称作热力学的奠基人。他的方程表明最大效率只与最高温度和最低温度有关，与中间过程、工作介质无关。卡诺如果能继续研究下去，很可能由此得出热力学第二定律（熵增加定理）。而且卡诺后来还放弃了热质说，转而认为热是一种运动。但是不幸的是他在36岁就死于霍乱。2.2能量守恒定律的发现 德国人迈尔（1814-1878）作为随船医生在1840年去爪哇的航行中，由于考虑动物热的问题，迈尔对物理学产生兴趣，多次著文阐述能量守恒的信念。 1841年他完成关于无机界各种力的意见一文，被一家物理学杂志退稿后，第二年发表在了李比希主编的化学和药学年鉴上。但是他的工作几乎没有引起人们注意

27、。2.2能量守恒定律的发现 英国的焦耳擅长实验。他对所有他想得到的有热量产生过程进行热测量。 1840年他得出：电流产生的热量与电流强度的平方和电阻的乘积成正比焦耳最后测量出做的功和产生的热的关系为：41,450,000尔格的功产生1卡的热量。 为了纪念焦耳的工作，后来规定一千万尔格的功定义为一焦耳。现在的热功当量数值为4.18焦耳/卡。能量守恒定律的发现 对能量守恒，迈尔展开了大胆思辨，焦耳进行了扎实的实验，而德国生理学家和物理学家赫姆霍兹（1821-1894）则立足于力学基础之上，追求各种能量转换过程的数学表述。最终被确认为能量守恒定律的确立者。论“力”的守恒1847年赫姆霍兹独立完成论“

28、力”的守恒一文，并于7月23日在柏林物理学会的年会上宣读1854年赫姆霍兹在自然力的相互作用一文中指出，“自然作为一个整体，是力的储存库，它不能以任何方法增加或减少。所以自然界中力的数量正象物质的数量一样永存和不变。我曾将这个普遍的定律命名为力的守恒原理”。这里明确表达了能量转化和守恒的思想。以1850-1851年间克劳修斯和汤姆森奠定热力学基础的工作为转机，能量守恒定律才获得普遍承认。意义 能量守恒与转化定律被认为是物理学的“最高定律”（法拉第），“宇宙的普遍的基本定律”（克劳修斯），恩格斯则称之为19世纪三大发现之一。该定律的发现标志着近代物理学第二次理论大综合。2.3热力学第一、第二定律

29、的建立 热力学第一定律的建立热功当量的发现揭示了热和机械功之间存在着内在的定量关系。焦耳的实验一方面证明了热和机械功的作用效果是等价的，另一方面也证明了绝热过程的功与过程进行的方式无关。在焦耳工作的基础上，克劳修斯和开尔文各自深入研究了热功转化的机制和规律性问题，分别获得了热力学第一定律的各自表述。 第一定律的克劳修斯表述 1850年4月克劳修斯在物理和化学年鉴上发表了论热的动力和可由此推导热学本身的定律提出热力学第一定律表述： “在一切热做功的情况中，产生的功与消耗的热量成比例。反之，通过消耗同样大小的功，将能产生同样数量的热量。” 第一定律的开尔文表述 1851年开尔文发表以焦耳先生的单位

30、热当量导出的大量结果和雷诺对蒸气的观察论热的动力学理论一文，提出了热力学第一定律的开尔文说法： “物质系必须以热的形式或以机械功的形式，给出同它得到的同样多的能量”。 这里开尔文首次把能量一词引入到了热力学中，该表述也被称为热力学第一定律的能量表述。第二定律的克氏表述 在1854年物理和化学年鉴上发表的论机械热理论第二基本定律的一个改变形式一文中，克劳修斯给出了通常所说的热力学第二定律的“克氏表述”：“热不可能由冷体传到热体，如果不因而同时引起其他关系的变化。” 熵1865年4月克劳修斯在关于热的动力理论的主要方程的各种应用的方便形式中提出了一个与变化途径无关的状态函数S。定义dS=dQ/T，

31、S表示物体的热转变含量，并用了一个与能量的德文字（Energie）相近的从希腊文转写过来的词Entropie来命名S。1923年普朗克到南京东南大学作热力学第二定律方面的讲学，胡复刚为之翻译，首次把Entropie译作熵。“宇宙热寂说” 1867年在法兰克福举行的第41届德国自然科学家和医生联合会议上，克劳修斯他把整个宇宙看做一个孤立的绝热系统，然后把热力学第一定律和第二定律应用于整个宇宙，得出： (1)宇宙的总能量是一个常数； (2)宇宙的熵趋向某一个极大值。 这就是后来引起很多争议的“宇宙热寂说”的正式提出。热力学第三定律 热力学第三定律的建立与低温现象的研究直接相关，1848年汤姆逊提出

32、绝对零度可能是温度下限的观点，1906年德国人斯特提出任何物体都不可能冷却到绝对零度。电磁学的建立 18世纪静电学研究最重要的成就是美国富兰克林提出的关于单电流体的一元论，并用著名风筝实验加以证明； 18世纪末电学从静电研究向流电研究发展，意大利伽伐尼发现动物电流、伏打在电堆实验和发现原电池的基础上提出了接触理论。法拉第的电磁学研究 法拉第（Michael Faraday 1791-1867）电磁感应麦克斯韦的数学升华法拉第借助于巧妙的实验和直观的图像，成功地用力线模型解释了电磁现象。但是由于他是自学成才，不熟悉数学，因此不可能给他的理论给以数学表示。是数学天才麦克斯韦完成了这项工作，并且补充

33、了更多的内容，从而奠定了电磁场理论的基础。意义 麦克斯韦电磁理论作为宏观电磁学的完整理论，第一次揭示了光、电、磁的统一性，是近代以来物理学第三次理论大综合，标志着经典物理学已发展到巅峰。麦克斯韦速率分布函数 麦克斯韦第四节:化学的确立和长足进步 一、科学化学的形成 二、原子分子学说的诞生 三、有机化学与结构化学的起步 四、元素周期律的发现一、科学化学的形成波义尔把化学确立为科学波义尔（16271691）1661年怀疑的化学家，开始了近代化学的历程燃素说近代化学是从研究燃烧现象开始的。波义耳等英国化学家进行了大量的燃烧、焙烧实验，积累了大量实验资料。但是对燃烧现象的解释还不够成功。氧化燃烧学说

34、拉瓦锡1743年出生在一个富裕的家庭，从小就是才华出众的学生。 父亲是律师，原本希望儿子继承他的职业，但年青的拉瓦锡在听了一堂天文学课程后对科学产生了兴趣。拉瓦锡拉瓦锡的贡献(1)建立化学研究中准确测量的规范(2)推翻燃素说(3)发现化学变化中质量守恒(4)确立化学命名法原子分子学说的诞生1.道尔顿原子论 英国化学家道尔顿（17661844）在前人的定组成定律、当量定律和他自己发现的倍比定律的基础上，于1803年公布了原子论和原子量计算一文，提出了原子论思想。分子学说的建立 道尔顿原子论的最主要缺陷是没有分清原子和分子，由此引发了与提出气体定律的法国化学家盖吕萨克之间的争论。分子学说的创立者：

35、阿伏加德罗 意大利化学家阿伏加德罗于1811年提出分子学说使问题得以解决，但分子学说在道尔顿的压制下被埋没，直到1860年经意大利化学家康尼查罗的努力才得以重见天日。三、有机化学与结构化学的起步 合成尿素 1828年德国化学家味勒（1800-1882）首次用无机物合成了一种有机物尿素后，人们认识到形形式式的有机物质与无机物质并没有本质上的差别。李比希 1803-1873 被称为有机化学之父的李比希确立了一套卓有成效的有机化合物的分析法，使得有机化学迅速发展。门捷列夫 1869年俄国人门捷列夫（1834-1907）发表元素属性和原子量的关系的论文，1871年提出元素周期律。把已知的63种元素排列

36、为8个竖列12个横列。四、元素周期律的发现钔门捷列夫在政治上是个自由派，他反对政府迫害学生，因此不止一次受到申斥。并因而未能当选为俄罗斯帝国科学院院士。1906年他以一票之差没有获得诺贝尔奖。1955年新发现的第101号元素被命名为钔，就是追认门捷列夫在研究元素方面作出的重大贡献。第五节：生物学的重大突破与地质学的建立分类学的进展细胞学说的建立进化论的建立林奈的生物分类法 瑞典著名科学家林奈1735年出版了自然系统，主张人为分类法。 界纲目属种 林奈被誉为“分类学之父”分类等级一、分类学的进展二、细胞学说的发展 德国植物学家 施莱登于1838年提出：细胞是一切植物结构的基本单元，它是植物赖以发

37、展的根本实体。2.1 施莱登的植物细胞学说2.2 施旺的细胞学说 德国动物学家施旺 把施莱登的观点扩大 到动物界，认为细胞 是一切有机体构造和 发育的基本单位。 细胞学说揭示了多样化的生物界在细胞层次上的统一性，使生物进化论的形成成为不可避免的事情。拉马克的进化论法国生物学家拉马克 (1744-1829) 1809年出版动物哲学。 他指出：生物都是按直线系列进化而来的；存在两种促成生物进化的动力，一是生物先天具有向上发展的内倾力，二是环境对生物的影响；生物适应环境的演化机制可以概括为“用进废退”和“获得性遗传”。三、进化论的建立用进废退学说达尔文1809-1882贝格尔号 1831年“贝格尔号

38、”启航做一次科学考察旅行，达尔文被推荐担任随船的博物学家，开始了一次历时5年的环球旅行。这次航行是他走向成功的桥梁。1859年物种起源全名称作：论通过自然选择的物种起源，或生活斗争中适者生存。通常简称物种起源。自然选择3.5物种起源的主要观点(1)生物界与生物界普遍存在着激烈的生存竞争。(2)自然选择是推动生物进化的外部力量。(3)变异和遗传是促进生物进化的内在根据。第一章：古代科学技术的产生和发展近代技术的兴起第三章第一节：近代第一次技术革命近代第一次技术革命的孕育阶段技术革命的发展过程蒸汽机时代技术的发展近代第一次技术革命的特点和意义18世纪60年代 近代第一次技术革命的孕育阶段技术革命的

39、直接诱因1.1英国新兴的棉纺织业兴起面临两方面的挑战，一是在国内市场受到对棉纺织品日益增长的需求的挑战，二是受到品质优良的印度棉布的强烈竞争。1.2工作机的发展对新动力的需求技术革命的发展过程纽可门的空气蒸汽机英国托马斯纽可门：小五金商和铁匠约翰卡利：管子工和玻璃工共同发明了最早的蒸汽机，以满足当时对机动水泵的紧迫需要。约1702年，纽可门曾就帕潘关于依据抽气机原理获得动力的思想同胡克通信。瓦特瓦特蒸汽机1769年瓦特制造出高效率的蒸汽机。功率单位：瓦特1783年瓦特将一马力规定为每秒550磅英尺。 这个单位现在仍然使用。而为了纪念这位苏格兰工程师，公制单位的功率单位称为瓦特。富尔顿 Robe

40、rt Fulton真正使蒸汽船投入实际运用并获得商业上的成功的是美国人富尔顿（1765-1815）。18世纪末富尔顿到欧洲学习绘画，游遍了英法等国，接触到了蒸汽船，转而对蒸汽船的试验发生了兴趣。“克勒 蒙 特” 号1806年富尔顿回美国后建造了一条100吨的平底船，装备了一台20匹马力的蒸汽机。第二年这条叫“克勒蒙特”的蒸汽船在哈德逊河逆流从纽约驶到奥尔巴尼，32小时航行了240公里。以后“克勒蒙特”就成了哈德逊河上的定期航班。明轮及其缺点当时的蒸汽船采用船侧明轮推进方式。明轮有很大的缺点，一是入水部分随船的吃水深浅而变化，影响拨水效果；二是在风浪中行进时两侧明轮拨水的效果不一样，影响对行使方

41、向的操纵螺旋桨的发明人们受到风车的启发，发明了螺旋桨。由于从风车借过来的，所以最初的螺旋桨叶都窄而长。1837年英国人史密斯（1809-1874）在试验螺旋桨汽船时，由于意外的事故把螺旋桨叶打断了半截，结果反而使船速提高了。于是人们认识到船用螺旋桨应该采用阔而短的桨叶。3.2蒸汽机车的诞生1804年崔威西克开始在道路上试验他的高压蒸汽机车，在一次试验中他的机车拉动5辆四轮货车，载着10吨铁、70个人，时速5英里（8.05公里）。19世纪头10年，崔威西克的高压蒸汽机应用于铁路机车。斯蒂芬森蒸汽机车的大量推广则还归功于斯蒂芬森(George Stephenson 1781-1848)在机械方面的

42、才能和商业上的聪明才智。1829年10月在利物浦到曼彻斯特的试验性比赛中，斯蒂芬森的火箭号机车以时速18英里（29公里）获得胜利。火箭号火箭号机车，带有一节煤水车，长6.4米，重7.5吨，烟囱有4.5米高主要成就棉纺织（动力）：瓦特改良蒸汽机（1785年 ）交通运输：富尔顿轮船（美、1807年） 史蒂芬孙蒸汽机车（英、1814年） 1、首先发生在英国，并以英国为主体；2、以轻工业为主导；3、 以蒸汽动力为主要标志；4、技术发明主要源于工人和技师的实践经验第二节：近代第二次技术革命电力技术的发展内燃机技术的发展电信技术的勃兴19世纪70年代 输电技术的发展直流输电技术的初期发展 1882年法国德

43、普勒建造了世界上第一条远距离直流输电实验线路，其中直流发电机发出1.5千瓦电力，输电线路长57千米；由于高电压大容量发电机制造困难，所以远距离输电所需的高压电不可能从直流发电机直接获得，尽管瑞典瑟雷等人做过技术上的改进，但直流系统的装置和运行方式仍十分复杂，造价昂贵。交流输电技术 18831885年，德国的高拉德和吉布斯、美国的威斯汀豪继发明和改进变压器；18901891年从法国劳芬到德国法兰克福架起了世界上第一条三相交流输电线路，全场170千米，在此基础上，欧美各国相继建立起远距离交流输电线路，三相交流的发电、变电、输送、分配和使用上的安全、经济、可靠和方便性，为发展电力工业开辟了广阔的前影

44、。二.内燃机技术的发展 法国发明家雷诺于1860年制成了第一台实用的内燃机，这是一台二冲程、无压缩、电点火的煤气机，它的效率不高，每马力需要100立方英尺煤气，热效率仅4%，电点火也不可靠，但毕竟平稳运行了，导致了内燃机实现了批量生产。2.内燃机的重大技术突破四冲程原理 1862年法国人德罗夏提出内燃机的等容燃烧四冲程（吸气、压缩、做功、排气）循环原理；为制造高效率内燃机奠定了科学基础。第一台四冲程内燃机1. 1876年德国人奥托发明奥托循环机。他率先依据该原理研制成功第一台四冲程往复式活塞内燃机，这是第一台单缸卧式、4马力等容燃烧的煤气机。2. 这是内燃机技术的一次跨跃，摆脱了对蒸汽机的模仿

45、，获得了更高的机械效率；3.内燃机的重大技术改进1. 1883年德国人戴姆勒发明用于汽车的燃油发动机。在内燃机中首次使用汽化器；2. 1890年英国人阿克罗特发明热球式内燃机；3. 1892年德国人狄塞尔发明柴油机，发明压燃法。狄塞尔柴油发动机之父4.内燃机的广泛应用内燃机特别是汽油机和柴油机的出现，得到广泛应用，对农业和交通运输业的发展来说，内燃机的重要性甚至于超过了电机。内燃机的发明导致了一系列新兴交通运输方式的诞生：导致了汽车工业的崛起；铁路运输技术的革新；1912年第一艘柴油机驱动的远洋轮船的建成；1903年美国莱特兄弟驾驶内燃机驱动的飞机首次飞上天空。“第一辆”汽车1826年英国的布

46、朗制造出一台4马力的真空式煤气发动机，并把它装在一辆车上，驱动这辆车爬上了肯特郡的一个小山坡。但这辆车没有达到实际使用的水平，也没有引起人们的注意。不过美国吉尼斯世界记录大全还是把布朗的车列为世界上第一辆汽车。戴姆勒 Gottlieb Daimler 1834-1900 1885戴姆勒研制成比当时一般内燃机转速高4倍的汽油机。他先把这台汽油机装在一辆自行车上，1886年他又把它装在一辆马车上，车辕改装成一套转向机构，这样就制成了一辆汽车。本茨 Karl Benz 1844-1929德国人本茨于1885年研制成三轮汽车，这辆三轮车由一个水平单缸的汽油机驱动，因为这台汽油机转速较低，这辆车的时速只

47、有12公里。本茨对这种车型不断改进，于1888年出售。1893年本茨开始生产四轮汽车，汽车工业从此兴起。1886年作为汽车元年 卡尔本茨的三轮机动车获得德意志专利权（专利号：37435a）。本茨戴勒姆公司从此戴勒姆的事业开始兴旺发达，他不仅生产汽车，还生产大批汽油机出售，英国和法国汽车的发展就是从使用戴勒姆的发动机起步的。后来本茨公司和戴勒姆公司从竞争走向合并，建立了历史最悠久的汽车公司。Henry Ford (1863-1947)进入二十世纪后，各种零部件的改进使得汽车的优越性越来越明显。汽车开始投入大量的生产，1913年美国人福特开办的汽车厂采用惠特沃斯生产标准化零件的方法建立了装配线，日

48、产1000辆汽车。福特被誉为“汽车大王”。Henry Ford and the Quadricycle, 1905福特汽车莱特兄弟早期飞机莱特兄弟“飞行者号”莱特兄弟滑翔机三、电信技术的勃兴物质基础：大量电磁学实验和理论成果。对无线电通讯来说，理论基础由麦克斯韦奠定，亨利赫兹（Heinrich Rudolf Hertz 1857-1894）使得人工产生电磁波产生可能。三个方面的成果：有线电报、有线电话、无线通讯。莫尔斯电码莫尔斯发明的精华部分是他的电码。发报机送出的电流可以是短的或长的，它给磁铁以相应的作用力，并推动钢笔在纸带上自动记录。“上帝说要有什么，就有什么。”1837年11月莫尔斯传送

49、电报到十英里远的地方。1843在华盛顿和巴尔的摩之间架设了最早的电报线。1844年5月24日在华盛顿最高法院首次用有线电报进行了公开通讯，电文内容取自圣经“上帝说要有什么，就有什么。”1845年组建了磁电报公司。到1848年，除佛罗里达州以外，密西西比和以东各州都入了电报网。莫尔斯1835年莫尔斯第一台电报机莫尔斯电码有线电话电话的发明者是美国人贝尔（ Alexander Graham Bell 1847-1922）和他的助手华生。他们在1876年2月14日向美国政府递交电话专利申请。“华生，我需要你！”1876年3月10日经过改装后的实验开始了。贝尔和华生呆在相距几个房间各自的位置上。贝尔刚

50、开始实验，不小心把电池中的硫酸溅到身上，于是呼叫起来：“华生，快来这里，我需要你！”在受话器那一头的华生听到了通过电流传来的呼救声，直奔贝尔的房间。这是人类第一次用电话机传送的语言。这一年贝尔29岁，华生21岁。马可尼马可尼（Guglielmo Marconi 1874-1937）家道殷实，没有进过大学，但是把意大利最知名的学者请到了家里来指导他学习物理学。1894年夏天，马可尼在阿尔卑斯山度假时读到一则年初去世的赫兹的工作报道，受到启发。电报专利1894年12月第一次获得成功的实验把信号传送至30英尺（9.15米）远。到1896年2月他能把信号传送到1.75英里（2.82公里）远。他向意大利

51、政府请求资助而未获准，于是带着发报机和收报机来到英国，1896年6月2日，马可尼向英国政府提出了电报专利申请，并获准。马可尼发送第一封无线电报的设备复制品马可尼无线电报公司1897年马可尼的收发报距离已经达到10英里同年，以马可尼为主要股东组建了“无线电报和信号”公司。1899年在美国成立子公司，1900年更名为“马可尼无线电报公司”。无线电报使海上航行的安全得到保障。1898年刚装了无线电发射机没有多少日子的一艘灯塔船被撞翻，呼救信号发出后，及时赶来的就生船救起了船员。诺贝尔物理学奖1899年马可尼实现了横跨英吉利海峡的无线电通 信。1901年12月12日马可尼引人注目地完成了横渡大 西洋的

52、无线电通讯。虽然当时只用莫尔斯电码发 送和接收了一个英文字母“S”，但这一试验的成功 标志着无线电报开始进入远距离通信的实用阶段。马可尼和另一位电报技术和阴极射线示波管发明 者德国人布劳恩共同分享了1909年的诺贝尔物理 学奖。主要成就电力的广泛应用（西门子发电机、格拉姆电动机）内燃机和新交通工具的创制（卡尔本茨内燃机驱动的汽车、莱特兄弟飞机）新通讯手段的发明（贝尔电话、马可尼无线电报） 1.科学同技术开始密切结合2.新技术发明几乎同时发生在几个国家3.一些国家两次工业革命交叉进行第四章 物理学革命第一节：经典物理学的顶峰与危机第二节：相对论的诞生第三节：量子物理学的建立第四节：物理学革命与哲

53、学第一节：经典物理学的顶峰与危机19世纪末物理学的三大发现1. X射线的发现放射性的发现电子的发现1.X射线的发现1895年11月10日，德国物理学家伦琴（1854-1923）在做阴极射线实验时，偶然发现了一种新的辐射，它能轻易穿透一些如纸张之类不透明的物质。伦琴把它叫做X射线。神秘的X射线2.放射性的发现法国物理学家贝克勒尔（,1852 -1908）1896年2月发现铀能自发辐射出能量。居里夫人在1898年把这种现象命名为放射性。钋和镭1. 1898年7月居里夫妇从铀矿中分离出一小点新元素的粉末，这种新元素被命名为钋，放射性比铀强数百倍，但还不足于说明一些铀矿石强烈的放射现象。2. 1898

54、年12月居里夫妇检测出了放射性更强的物质，并把它命名为镭。 1902年他们经过了无数次的结晶处理，终于成功地制出十分之一克的镭。两个诺贝尔奖1. 1903年居里夫人因对放射线的研究与贝克勒尔和她的丈夫分享了该年度的诺贝尔物理学奖；2. 1911年她又因发现两种新元素而获得诺贝尔化学奖。3.电子的发现 英国物理学家汤姆逊（ 1856-1940）在1897证实阴极射线在电场中偏转，从而断定阴极射线是一种带电粒子。他进而测定了阴极射线粒子的荷质比，发现这种粒子的质量只有氢原子质量的一个很小的分数值（现在值为1/1837）。3.电子的发现汤姆逊就这样打破了原子不可再分的传统观念，打开了亚原子的大门。后

55、来洛伦兹把这种阴极射线粒子叫做电子。1892年，他认为一切物质的分子都含有电子，阴极射线的粒子就是电子，电子是很小的有质量的刚球，电子对于以太是完全透明的，以太与物质的相互作用归结为以太与物质中的电子的相互作用。电子论 这在个基础上，1895年他提出了著名的洛伦兹力公式。乔治丁斯通尼于1891年根据电的electric + -on“子”造的字3.汤姆逊被认为是电子的发现者，并因此获得1906年诺贝尔物理学奖。4. 此后他的七个助手先后都获得过诺贝尔奖。第二节：相对论的诞生爱因斯坦狭义相对论狭义相对论的两条基本原理：相对性原理：一切物理定律在所有惯性系中是等价的；光速不变性原理：光在真空中的传播

56、速度为一常数c，与光源和观测者的运动状态无关。抛弃了被认为是充满空间的以太和绝对的时空观。爱因斯坦从相对性的基本原理和洛仑兹变换得出了狭义相对论的一系列结论：1. 同时性的相对性2. 时钟变慢3. 长度收缩4. 物体的质量随速度变换5. 质能相关6. 能量、动量的统一广义相对论两条基本原理 1. 爱因斯坦以惯性质量与引力质量相等这一实验事实出发，通过理想升降机实验，提出了“等效原理”的假设：引力场同参考系的相当的加速度在物理上完全等价。 2. 同时，他把相对性原理从匀速运动系统推广到加速运动系统，提出“广义协变原理”：自然规律同参考系的状况无关，相对性运动原理对于作加速运动的参考系也同样成立。

57、第三节：量子物理学的建立黑体辐射与紫外灾变普朗克的能量子假说爱因斯坦的光量子假说关于原子结构问题的探索德布罗意的物质波量子力学的建立一、黑体辐射与紫外灾变1. 黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种波长辐射的物体。带有一微孔的空心金属球，非常接近于黑体，进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射、使射入的辐射实际上全部被吸收。当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部分通过小孔逸出。黑体是理想的吸收体，也是理想的发射体。2. 任何物体只要高于绝对零度，就会以电磁波的形式向外辐射能量，在总辐射中各种波长所占的百分比是不同的。困扰物理学界的“紫外灾变”对于由于总辐射本领在紫外部分趋向无穷大而形成的“紫外

58、灾变”，一位叫琼斯的物理学家提出了“琼斯立方体”形象地表达了这一佯谬。“紫外灾变”困扰了当时的物理学界多年。普朗克德国物理学家普朗克（18581947）普朗克常数h，普朗克于1899年5月给出它的值为6.88510-27，它是宇宙的基本常数之一。1918年普朗克因提出能量子概念而获得诺贝尔物理学奖。二、普朗克的能量子假说光量子爱因斯坦提出，发射出的电子能量由公式：E = h- W 决定。W是与金属有关的功函数，h是入射光量子的能量，是能量交换的最小单位。当一个光量子击中金属表面并与其中一个电子发生作用时，把它的全部能量都传给了电子。三、爱因斯坦的光量子假说四、关于原子结构问题的探索4.1汤姆逊

59、模型 电子发现后，英国的汤姆逊于1903年提出了著名的葡萄干蛋糕模型，认为均匀分布的正电荷球中嵌有带负电的电子，电子在平衡位置附近振动而发出一定的光谱线。4.2 有核模型卢瑟福（1871-1937）卢瑟福1911年，卢瑟福根据粒子散射实验，发表了原子的核式结构模型：原子有一个小而重的带电的核，在它周围是一群在库仑吸力作用下绕核转动的电子。1913年玻尔发表了他的能级原子模型。4.3 玻尔的原子模型五、量子力学的建立 正当作为前期量子论（1900-1925）主干的玻尔理论面临严重障碍而处于停滞状态时，一批年轻的物理学家建立了一种新的量子力学。海森伯海森堡 1925年24岁的德国物理学家海森堡（1

60、9011976）在德国物理学家43岁的波恩（1882-1970）和23岁的约尔丹的帮助下创立矩阵量子力学，对运动学和力学的各个方面给出量子论的解释。5.1矩阵力学5.2波动力学奥地利物理学界薛定谔 （1887-1961）第五章现代科学的大发展观测手段的进步1. 主要指射电望远镜的发展和应用。2. 1937年，美国的雷伯制造了第一台射电望远镜，抛物面直径达9米。3. 1942年，英国海伊用军用的超高频雷达首先发现了太阳射电。4. 六十年代天文学上的4大发现 类星体、3 K微波背景辐射、射电脉冲星和星际有机分子。第一节、天文学的丰硕成果类星体类星体是迄今为止人类所观测到的最遥远的天体，距离地球至少