科学简史课件

1、1,第一章：绪论,科学与人文的整合:人类努力的方向,科学与人文的关系,人类的起源,2,二、科学史的教育价值,科学的真正本质是科学的精神及科学探索的过程。,3,第二章：科学的源头,人类有文字记载的文明史大约起源于5000多年前.从那时起,人类对自然界的探索也就开始了.在现在世界上公认的文明古国那里,人们都能看到早期科学思想知识的萌芽.只是那时的科学不成体系,更没有理论指导，主要是以神话和猜想的形式出现。,4,古埃及,人类历史就是一部饥饿的生物觅食的记录。哪里食物丰富，人们就到哪里安家。尼罗河流域的古埃及是人类文明的发祥地之一。公元前3000年-公元前332年，被马其顿帝国所灭，经历了31个王朝。

2、古埃及的医学、农业、天文以及建筑达到非常高的水平。比如：天文历法已确定一年为365.25日，一年为12个月金字塔（法老的诅咒）狮身人面像木乃伊,5,古埃及文字,6,千年不腐的木乃伊体现了古埃及的医药学成就,7,8,古埃及的建筑成就,9,10,11,12,古巴比伦古巴比伦位于今伊拉克境内的底格里斯河和幼发拉底河流域，这一地区当时环境优美，据传是圣经中伊甸园的原型。空中花园古巴比伦城是当时世界上最大的城市之一,13,空中花园：世界七大奇迹之一,14,古印度也是世界古老文明发祥地之一，在今天印度、巴基斯坦和孟加拉国境内，主要是印度河和恒河流域。,15,泰姬陵,16,17,18,上古中国春秋战国时期学

3、术气氛非常活跃，产生了诸子百家等一大批思想家。墨家：战国时期一个学派，是一个严密的政治性、学术性团体，代表作墨辨记载了丰富的力学、物理学和几何学研究成果。提出了类似原子论的思想以及物质不灭思想，是中国古代科学知识的集大成者。,19,易经中包含丰富的科学思想,20,皇帝内经数千年承传的医学源头,21,第三章：古希腊科学思想,公元前7世纪-2世纪的900年，是一个令后人激动和敬仰的伟大时代。正是在这一时期，东西方几乎同时诞生了一大批思想家，他们的思想至今还影响着我们,22,科学史上的古希腊既不同于地理意义上的现代希腊，也不光指政治历史意义上的古希腊时期，而是指科学史上的一个时代，公元前世纪公元后世

4、纪的将近个世纪时间跨越政治历史意义上的古希腊、马其顿帝国和古罗马时代,古希腊时期：公元前世纪前世纪，从泰勒斯到亚里士多德，其学术中心在雅典。,希腊化时期：公元前世纪公元世纪，从欧几里德到盖伦，学术中心在亚历山大城。,古希腊分为两个时期：,23,古希腊成为科学思想的摇篮，近代科学的各个学科几乎都能在那里找到思想的源头。科学史上称之为“希腊奇迹”产生“希腊奇迹”的原因至少有两个：、处于文化交汇点上的地理位置、古希腊实行城帮民主制政治制度,24,科学之父泰勒斯（公元前624-前545）开始几何命题的证明，是古希腊几何学的先驱。哲学上提出万物源于水的思想。,25,泰勒斯的关门弟子，曾游学埃及和巴比伦，

5、创立了毕达哥拉斯学派最大的贡献是数学，如：毕达哥拉斯定理，“百牛大祭”毕达哥拉斯：数即万物,26,德谟克利特提出原子论，伊壁鸠鲁继承和发展，是古希腊自然哲学的最高峰，直到2000年后道尔顿创立近代原子论。,27,苏格拉底柏拉图的老师，善于辩术，用问答的方式引导人们认识善与恶，寻求普遍的道德原则。因政治上反对民主派而被判处死刑，在监狱中服毒自杀。,28,柏拉图创立柏拉图学园，弟子众多，其中最著名的是亚里士多德。,29,“我爱我师，我更爱真理”百科全书式学者亚里斯多德创立吕克昂学园，在哲学、物理学、天文学、生物学、心理学、逻辑学、伦理学、政治学以及美学上都有造诣，著书极多。亚历山大大帝的老师力学上

6、的两个错误,30,欧几里得将公元前7世纪以来希腊几何积累起来的丰富成果整理在一个严密的逻辑系统之中，使几何学成为一门独立的、演绎的科学。为后人提供了一个完整的演绎系统和公理化方法，后世的许多科学家都受之影响。,31,阿基米德：给我一个支点，我可以撬动地球。公元前287年出生于西西里岛。最早把观察实验和数学方法融为一体的科学家。与牛顿、高斯并称为人类贡献最大的三位数学家。力学成就：杠杆原理、浮力定理。,32,古罗马时期的科学重实用技术，轻理论研究。所以古希腊灿烂的科学文化到罗马时期开始衰落。罗马人在社会管理、工程建筑、军事技术乃至组织法律方面的成就突出，而在科学上却没有什么值得称道的东西。医生盖

7、伦，罗马皇帝的御医，在罗马居住30多年写了大量医学著作，现在流传下来的还有83本。盖伦还很重视实际经验，对许多动物进行解剖；动手制作复方叫盖伦制剂。儒略历法是罗马人对人类的一大贡献，是现行通用公历的前身。,33,第四章:中世纪的东西方科学（公元476年-公元1453年）,欧洲的”焚书坑儒”：烧毁亚历山大图书馆，529年查封存在900多年的柏拉图学园。主宰精神的上帝：392年基督教成为罗马帝国国教，教会拥有天主教世界1/3的土地，教皇的收入比欧洲各国国王收入总和还多。政治上，教会拥有法庭、监狱和武装力量及宗教裁判所。黑暗中的微弱光明：大学的创立，开设语法、修辞、逻辑、数学、几何、天文、音乐、法律

8、、医学等课程。学习年限一般5-6年培根思想的影响：知识就是力量。影响人类进程的中国四大发明,34,为什么近代科学没有在中国崛起?零散、没有成理论体系的经验知识使实用取向的科技观过于稳固的传统文化,35,第五章:科学革命,1、科学革命的社会条件十字军东征：11-13世纪(1096-1291)文艺复兴：14-16世纪反映西欧各国正在形成中的资产阶级要求的文化活动，是欧洲从中世纪封建社会向近代资本主义社会转变时期的反封建、反教会神权的一场伟大的思想解放运动。文艺复兴的标志是人文主义思潮的兴起。人文主义：提倡人道反对神道、提倡人权反对君权、提倡个性解放反对宗教桎梏，代表人物：达芬奇。达芬奇：文艺复兴时

9、代最完美的代表，一位旷世奇才。1452年出生于佛罗伦萨。在绘画、方法论、天文学、物理学、生理学及发明方面都有极高的造诣。,36,2、地理大发现13世纪意大利人马可.波罗写的马可波罗游记引发欧洲人的东方黄金梦。地中海东部的商路被土耳其人控制，经埃及、红海通往印度洋的商路被阿拉伯人控制，于是开始了15世纪初16世纪初上百年的航海冒险。最终的伟业是由以下4位航海家完成：1486年葡萄牙人迪亚斯发现非洲南端的风暴角，后来取名好望角1497年葡萄牙人达伽马率领160名船员沿好望角、经莫桑比克、印度洋到达印度南端商业城卡利库特城，开辟了欧洲经非洲南端到印度的航线。达伽马被封为印度洋海军上将，后死于印度。1

10、4921502年哥伦布在西班牙国王的资助下先后进行了4次横渡大西洋的航海探险，哥伦布到1506年去世时都以为自己到的是亚洲的边缘。15191522年麦哲伦受西班牙王室支持完成了人类首次环球航行。地理大发现的意义：人类用实践证明地球是圆的，为建立新的天文学和地理学奠定了基础；加强了世界范围的联系，为欧洲资本主义的资本原始积累和世界市场的开辟准备了条件；引起了思想观念的革命，从而使人们的思维方式从对权威的盲目崇拜中解放出来。,37,3、宗教改革中世纪的西欧，天主教会是最有势力的封建主集团，是封建制度的国际政治中心，垄断着政治、经济、文化教育和意识形态。随着封建制度的瓦解和资本主义的产生，新兴的资产

11、阶级和封建主之间的矛盾日益尖锐。文艺复兴运动给了宗教改革巨大的推动，在这样的背景下，德国人路德首先于1517年起来反对教皇出售赎罪券，接着提出信仰得救、建立廉俭教会和改革文化教育的主张，号召驱逐天主教会势力。随后，英国、荷兰、瑞士及北欧几国纷纷成立不受罗马控制的新教组织。宗教改革打破了天主教会的垄断地位，摧毁了其精神独裁，是文艺复兴时期又一重大的思想解放运动，对后来的科学革命产生了巨大的影响。,38,二、哥白尼革命哥白尼（14731543）波兰人，推动地球的人。曾到意大利留学，结识达.芬奇，并拜天文学家诺法腊为师，受其影响对地心说产生怀疑。1512年哥白尼成为波兰弗隆堡教堂的僧正，在著名的“哥

12、白尼塔”上观测研究天文30多年。1、1543年出版天体运行论描绘的宇宙图景：太阳位于宇宙中心，有五颗当时已知的行星围绕它转，地球是其中一颗，本身自转同时绕日公转，月球是地球的卫星。行星排列依次是：水、金、地、火、木、土。恒星在远离太阳的一个天球面上静止不动。2、哥白尼日心说的局限：行星的公转轨道是圆的；宇宙是有限的球3、日心说的难题：为什么观测不到恒星视差；为什么感觉不到地动4、日心说难以被接受的原因：与经典思想抵触；与日常经验不符；与观察数据不符,39,布鲁诺（1548-1600）出生于意大利一个没落贵族家庭，15岁进修道院学习，10年后获神学博士学位。在修道院学习期间，布鲁诺与文艺复兴时期

13、的人文主义者交往密切，系统读了不少禁书，年轻的他成为哥白尼日心说的热心宣传者，并走上了捍卫日心说的道路。布鲁诺提出宇宙无论在时间上还是空间上都是无限的。地球不是宇宙的中心，太阳也不是宇宙的中心，太阳只是太阳系的中心。宇宙中有无数太阳，围绕它们运行的是无数行星。宇宙统一于不生不灭的物质。布鲁诺关于宇宙无限的思想超越时代太远了，成为300多年后现代宇宙论的思想先驱。1600年2月17日布鲁诺被烧死在罗马鲜花广场。,40,第谷（1546-1601）丹麦人，被誉为“星学之王”，创立了乌伦堡天文台。1599年到布拉格成为波西米亚皇帝的御用天文学家，在这里发现了一匹千里马开普勒。开普勒（1571-1630

14、）德国人，曾在奥地利担任数学教师，有扎实的数学功底。为天空立法-行星运行三大定律：行星沿椭圆轨道绕日运行，太阳处于焦点之一的位置；行星的向径在单位时间内扫过相等的面积；行星公转周期的平方与它距太阳的距离的立方成正比。开普勒定律的意义：把哥白尼理论推进了一步，为专业天文学家和数学家提供了支持日心说的有力论据；为牛顿后来发现万有引力定律铺平了道路。开普勒的其他科学贡献：他是近代实验光学的奠基人之一，出版光学一书，阐述光的折射原理和近代望远镜理论。天文观测上发现一颗超新星开普勒星和哈雷彗星。数学上使用了无穷小的计算法。,41,伽利略（1564-1642）出生于意大利比萨，伟大的物理学家和天文学家。2

15、5岁任比萨大学数学教授，三年后在帕多瓦大学教授18年，1610年起直到去世任托斯康大公爵的首席哲学家和数学家。力学上的贡献主要在大学任教期间，天文学上的贡献在任公爵哲学家和数学家期间取得。伽利略在天文学上的贡献在于发明了望远镜并用它观测天空，写成两本轰动欧洲的书星际使者、关于太阳黑子的书信，被誉为“天空的哥伦布”。1632年写成关于托勒密与哥白尼两大体系的对话。1633年，宗教法庭判伽利略终身监禁，禁止出版他的一切著作。1979年，罗马教廷宣布重新审查对伽利略的裁判，1980年，成立了一个由杨振宁、丁肇中等著名科学家组成的伽利略案件调查委员会。1983年，罗马教廷给伽利略平反。,42,三、经典

16、力学体系的建立1、托起牛顿的巨人们伽利略：力学之父。自由落体定律：“比萨斜塔实验”，用斜面代替落体实验，s/t2=a。开创了理想实验方法的先河。惯性原理：斜面实验还导出惯性原理，由惯性原理很自然导出相对性原理，解决了哥白尼日心说关于地动抛物的难题。伽利略研究了速度和加速度、惯性原理，还论述了作用力与反作用力，这些论述后来被牛顿发展和完善为著名的运动三大定律，所以，经典力学又称“伽利略牛顿力学”。开普勒：提出重力猜想，指出重力不过是物体之间的吸引力，力的大小随距离的增大而减小。惠更斯：建立向心力公式，向心加速度公式与行星运行第三定律联系起来就可能敲开万有引力定律的大门。胡克：最接近发现万有引力定

17、律的人。胡克在牛津大学曾做过玻意尔的助手，在力学、光学方面的成就仅次于牛顿，但作为仪器的发明和设计者几乎无人能比。胡克得出天体引力与它们之间距离平方成反比等结论，但缺乏数学的表述。,43,2、牛顿对经典力学的综合牛顿（1642-1727）生平：1642.12.25出生于英国林肯郡，是一个小农的遗腹子。18岁进入剑桥三一学院，27岁接替巴罗成为鲁卡斯讲座第二代教授。1703年任英国皇家学会会长直到去世。1705年被英国女王封为爵士。在天文学、力学、光学和数学上都取得了开创性成就，为科学史开创了牛顿时代。经典力学的创立。1687年出版自然哲学之数学原理标志着经典力学的建立。牛顿的三次首创权之争与格

18、林威治天文台台长关于光颜色理论与德国数学家莱布尼兹关于微积分与胡克关于万有引力定律牛顿关于“上帝的第一推动力。”牛顿晚年研究圣经，并写出长篇巨著论述上帝的第一推动力，后人非议他这一思想是在哥白尼革命后向宗教神学的复归，同时这种思想也阻碍了牛顿的科学研究，使其后半生碌碌无为。,44,第六章电磁学、热力学一、电磁学1、电的磁效应17世纪初吉伯论磁断定电和磁是两种截然不同的东西，这个论断延续了200多年。1820年丹麦物理学家奥斯忒发现电流的磁效应，揭开了电磁学的序幕；安培很快提出磁针转动方向与电流方向的关系服从右手定则，后来命名为安培定则；他还总结出电流元之间作用力的定律，描述两电流元之间的相互作

19、用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系，后来人们把它称为安培定律。磁场强度单位奥斯忒，电流强度单位安培。2、电磁感应定律的发现-法拉第早在1821年，法拉第转向电磁实验研究，发明了电磁旋转器，它是电动机的前身，这是他电磁学研究的第一项成果。磁生电的关键是磁强度的变化而不是磁强度本身。1831年法拉第经过10年无数次失败，终于发现电磁感应定律，为发电机的出现及电的大规模运用奠定了基础，这一年被定为电气时代的纪元元年。法拉第还提出了一种全新的概念力线、场，对电磁学乃至整个物理学发展产生了深远的影响。法拉第曾提出光可能是电磁波的猜想，后来被麦克斯韦和赫兹证实。法拉第生平：1791年出生于英国

20、一个贫苦的铁匠家庭，只读过小学。13岁到书店当装订工,45,3、电磁理论大厦的奠定-麦克斯韦麦克斯韦是电磁学集大成者，他总结了法拉第等人的科学成果，建立了完整的电磁理论体系，是物理学的又一次大综合，是经典物理学的最高峰，科学史上可以清晰地看到牛顿麦克斯韦爱因斯坦的思想历程，麦克斯韦是牛顿到爱因斯坦不可跨越的阶段。麦克斯韦（1831-1879）出生于英国爱丁堡，从小聪明好学，被誉为“神童”。16岁进入爱丁堡大学学习无论，19岁进入剑桥三一学院，在数学家霍普金斯的指导下，打下扎实的数学基础著名的麦克斯韦方程组成为用数学语言叙述科学理论的完美象征；揭示了光的电磁本质，把光学和电学统一起来。1873年

21、出版电学和磁学论，标志着完整的电磁理论体系的建立，这是一部可以同牛顿的自然哲学之数学原理相媲美的著作。除了电磁领域的贡献，麦克斯韦还在统计物理学、热力学、天体物理学等领域做出过突出贡献。如关于土星光环。麦克斯韦负责建立的卡文迪许实验室成为闻名世界的学术中心之一。,46,二、热力学热质说从18世纪开始流行了几乎一个世纪。在探索热的本质过程中，热力学三个定律相继被发现。1、热力学的早期研究-卡洛1830年，卡洛写到：人们可以得出一个普遍的命题，即动力和能量是自然界中一个不变的量，准确地说，它既不能产生也不能被消灭。这实际上已发现了能量守恒与转化定律，可是，1832年卡洛死于霍乱.热力学第一定律是能

22、量守恒定律在热力学上的表述：自然界一切物质都有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转换和传递过程中，各种形式能量的总量保持不变。2、能量守恒定律的发现第一个以论文形式阐述能量守恒与转化定律的人是德国青年医生迈尔。另一个做出巨大贡献的人是英国物理学家焦耳。能量守恒定律发现的意义：生动地证明了自然界各种物质运动形式的多样性和统一性，打破了把热、光、电、磁、化学等运动形式相互孤立的观念，为事物普遍联系的观点提供了强有力的科学依据。,47,3、热力学第二定律热力学有开尔文表述和克劳修斯表述，形式上不同但都包含一个真理：热机在工作过程中，不可能把从高

23、温热源吸收的热量全部转化为有用功，总要把一部分热量转给低温热源，即理想热机的效率不可能达到100%。克劳修斯在热力学中引入“熵”的概念，故热力学第二定律又叫熵增加原理。熵：衡量热力系统中不能利用的热能。宇宙热寂说4、热力学第三定律在第一第二定律基础上，20世纪人们又发现热力学第三定律，一种表述为：当温度趋于绝对零度时，系统的熵趋于一个固定值，而与其它性质无关。另一种表述：绝对零度是不可能达到的，即不可用有限的手段使物体冷却到绝对零度。绝对零度（-273.15。C）和光速一样是自然界的两个重要而神奇的极限值。,48,三、统计物理学热力学定律揭示了热运动的一般规律，在探究热的本质基础上诞生了统计物

24、理学。所以，统计物理学和热力学是热学理论的两个方面，前者是微观理论后者是宏观理论，共同构成热学的理论基础。在统计物理学的建立和发展过程中，美国科学家吉布斯（1839-1903）起了巨大的作用，被誉为美国理论科学第一人。许多科学史家认为吉布斯无论在化学热力学上还是在统计力学方面所做的贡献，凭哪一项都可以拿诺贝尔奖。然而，“吉布斯却是地道的在自己的本土不享受荣誉的先知”。,49,第七章近代化学一、近代化学革命1、玻意耳近代化学的奠基人化学实践上，发明石蕊试纸、高质量的墨水；奠定分析化学的基础；提出了元素概念:元素是指某种原始的、简单的，一点也没有杂质的物质，元素不能用任何其他物质造成，也不能相互造

25、成。元素是直接合成化合物的成分，也是化合物最终分解成的要素。玻意耳元素概念的提出以及他对各种化学现象的深入研究使化学以真正科学的形态出现了，不仅是化学史上的里程碑，也是整个科学史上的里程碑，它标志着人类对物质基本组成的认识进入了一个科学的新阶段。玻意耳的生平。,50,2、拉瓦锡革命提出科学的燃烧理论：空气又两部分组成，一部分可以维持燃烧，另一部分不能，燃烧只是物质与空气中的氧进行化学反应的现象，动物的呼吸与物质的燃烧一样，也是一种氧化作用。对水的研究表明：水不是元素，而是化合物，揭示了人类自然观中对水的某种神秘感。与其他三位化学家制定了化合物的命名法，此后化学反应过程及其定量关系才开始用初步的

26、化学反应方程式表示。拉瓦锡的故事。,51,二、原子分子时代的化学1、道尔顿的原子论道尔顿生平道尔顿的原子学说：同一种元素的原子彼此之间相同，不同元素的原子不同，原子是有重量的、不可再分，可以氢原子量规定为1，求原子的相对原子量。原子论从微观原子的层次把各种化学现象和化学定律统一起来，从而也说明了物质世界的统一性。2、阿伏伽德罗的分子论阿伏伽德罗定律；阿伏伽德罗常数。,52,3、门捷列夫的元素周期律门捷列夫生平门捷列夫元素周期律意义：是人类对化学元素认识的一次大总结，同时也是为人类进一步认识化学元素奠定了基础。4、有机化学的兴起维勒合成尿素凯库勒发现苯分子结构德国在有机化学时代崛起,53,第八章

27、生物学、医学一、生命界的原子论：细胞学说二、遗传学1、遗传学的奠基人-孟德尔2、染色体基因理论3、遗传物质的发现4、遗传工程三、医学的新发展1、19世纪医学的主要发展2、20世纪医学的主要发展,54,第九章现代物理学革命一、打开原子的大门-19世纪物理学的三大发现1、X射线的发现-伦琴1901年获第一届诺贝尔物理奖，他的终身好友对他的评价2、放射性的发现贝克勒耳、居里夫妇1903年，贝克勒耳和居里夫妇三人分享该年的诺贝尔物理奖；1911年，居里夫人再次获诺贝尔化学奖；1935年，居里夫妇的女儿女婿获诺贝尔奖3、电子的发现-汤姆孙汤姆孙简介获1906年诺贝尔物理奖,55,二、开尔文所指的两朵乌云

28、-经典物理学的危机。1、以太漂移实验迈克尔孙、莫利2、紫外灾难，黑体辐射能量的非连续性三、相对论-爱因斯坦1、爱因斯坦生平2、狭义相对论，爱因斯坦抛弃了牛顿的绝对时空观，提出狭义相对论的主要结论：运动物体在运动方向上长度收缩；运动着的时钟会变慢；任何物体的运动速度都不可能超过光速；同时性是相对的，在一个惯性系中同时发生的事情，在另一个运动着的惯性系中测量就不是同时发生的；如果物质速度比光速小得多，相对论力学就回归牛顿力学；物体的能量等于物体的惯性质量乘以光速的平方。,56,3、广义相对论广义相对论：关于时间、空间和万有引力关系的理论。广义相对论指出：物质的存在会使四维时空发生弯曲，万有引力并不是真正的力，而是时空弯曲的表现，如果物质消失，时空将回到平直状态。爱因斯坦所做的三个预言：水星近日点的进动；光谱的引力红移；引力场使光线偏转。1955年，爱因斯坦病逝，享年76岁。他的遗嘱执行人向他献上德国诗人歌德献给亡友席勒的诗。,57,四、量子力学1、量子力学的三元老：普朗克,1900提