第十一章 近代后期科学技术.ppt

1、第十一章 古典科学的全面发展 近代后期的科学成就 及第二次技术革命 （十八世纪末十九世纪末） 第一节 天文学的成就 第二节 地质学的成就 第三节 物理学的成就 第四节 化学 第五节 生物学 第六节 第二次技术革命（电化时代）,第一节 天文学的成就 一、天文观测的新发现 1、新星的发现望远镜改进的成果 1781年，英国天文学家赫谢尔利用自制的大型反射望远镜发现了天王星。,1827年，德国的夫琅和费制造出第一块大孔径优质物镜。后来，俄国多尔帕特天文台台长斯特鲁维借助装上这种物镜的折射望远镜发现了2200多颗新双星。 1846年德国天文台台长加勒发现海王星。,2、星体表面观测天体照相术 1839年，

2、巴黎天文台台长阿拉戈发明银版照相法。 1840年，美国的德雷伯利用大型望远镜和照相术拍摄了第一张月亮表面的照片。 1845年，德国的费索拍摄了第一张太阳照片。 1877年，米兰的斯基伯雷利公布了当时最精确的火星表面图片。,二、赫谢尔的恒星天文 （1）1783年，赫谢尔提出了第一个银河系结构模型 ： 银河由大量恒星构成，其形状如边缘有裂缝的圆凸透镜，直径约7000光年，厚度为1300光年，太阳系位于银河系的中央平面，离银河系中心不远的位置上。 （2）发现了远在银河系边界之外的一些独立的恒星星云，从而把天文学研究扩展到河外星系。 （3）发现了恒星的自行，并估测了太阳的运动，打破了太阳与恒星静止不动

3、的陈旧观念。被誉为“恒星天文学之父”。,三、天体物理的兴起 1、光谱学三定律 1814年，弗朗和费发现太阳光谱中的576条暗线，成为光谱学的创始人。,夫朗和费 Joseph von Franhofer 17871826,1859年，德国物理学家基尔霍夫提出了关于著名的光谱学三定律： 白炽固体或高压白炽气体产生连续光谱，范围从红光到紫光； 低压发光气体和蒸汽光谱是一些分离的明线，而且，每种元素都具有独特的一组发射光谱线； 能够发出某一特定光谱的物体对这条谱线有强烈的吸收能力。,基尔霍夫和化学家本生在1859年指出，太阳光谱里的黑线是因光球发出的连续光谱被太阳大气吸收而造成的。太阳上有许多地球上常

4、见的元素，如钠、铁、钙、镍等。,19世纪中叶的分光器图解,德国物理学家基尔霍夫和化学家本生,2、太阳元素的发现 1859年，基尔霍夫向柏林科学院提交报告，认证太阳存在其他与地球上相同的元素：Na、H、Fe、Ca、Ni等，轰动欧洲。 1868年，英国皇家科学院太阳物理天文台台长洛基尔发现氦（“太阳元素”）。,四、天体起源和演化假说 （1）康德拉普拉斯星云假说 1755年，康德匿名发表宇宙发展史概论。 在太阳系形成之前，宇宙中存在着弥漫的原始星云，这些原始物质具有引力和斥力，其综合作用使原始星云逐渐形成盘状结构，中心部分凝聚成太阳，外围部分渐次分离，结合成为绕太阳运行的行星，于是便形成了太阳系。

5、1796年，法国数学家拉普拉斯出版宇宙论，独立提出了与康德星云假说相似的假说。,意 义 康德拉普拉斯星云假说的重要意义，主要不在于它能否解释太阳系的全部力学特征，而在于他把太阳系视为一个不断演化和发展的过程，有它的产生、发展和灭亡的历史，这一重要思想在18世纪僵化的自然观上打破了第一个缺口，沉重地打击了神创论和宇宙不变论。,（2）洛克耶的恒星演化理论 1887年，英国的洛克耶提出恒星演化理论，认为恒星是不断变化的。,第二节 地质学的成就 一、关于岩石成因的水成论与火成论之争 水成论 ： 伍德沃德 英 :地球自然史初探( 1695) 地层的不同是洪水造成的。地球在历史上曾经有过一个时期被洪水淹没

6、，大部分生物死亡，悬浮在洪水中的各种物质混杂起来，并按照重量大小分层沉淀，重物质在最低下的地层，之上为较轻的海生动物化石，最上面为人和高级动植物化石。,火成论：莫罗意、赫顿英 （1）莫罗：论在山里发现的海洋生物（1740）：由于地下火的作用，破坏了原始地球的表面，使陆地和山脉隆起而升出水面，同时包含在地球内部的物质被排放出来，在石质的地表面上形成一层新的地层。 （2）赫顿：地球论（ 1795）：原始地球是由一个固定的核和包围着它的洋水组成，固体外壳包容着温度很高的熔融状态的岩浆。当地下能量聚集到一定程度时，熔岩流就冲破地壳通过火山口喷流出来，形成玄武岩的结晶构造。,二、关于地壳运动的 灾变论和

7、渐变论之争灾变论：居维叶法 地球表面经常发生突然的、大规模的变化，这些灾变往往使大批生物毁灭。这时，造物主又重新创造出新的物种，使地球又重新恢复了生机。造物主只是根据原来的大致印象来创造新的物种。这也就是新的物种同旧的物种有少许差别的原因。如此循环的往复，就构成了我们在各个地层看到的情况。 居维叶推断，地球上已发生过4次灾害性的变化，最近的一次是大约距今5000多年前的摩西洪水泛滥。,渐变论：赖尔 英（地质学原理18301833 ） 地球是缓慢进化来的，地球年龄不以数千万年计算的，地球有自己实在的历史；地球表面的变化是风、雨、河流、火山爆发、地震等自然力缓慢地长期综合作用的结果。他还明确提出“

8、现在是认识过去的钥匙”，创造了将今论古的历史比较法。,第三节 物理学成就 一、能量守恒与转化定律的发现 1、“卡诺循环” 1824年，卡诺法出版关于火的 动力的研究，提出了“卡诺循环”理 论：热和机械能（功）之间是可以相 互转化的 。 2、 迈尔的贡献： 论无机界的力（ 1842 ）：首次提出能量守恒原理，第一次提出了热功当量 生物界的运动和物质新陈代谢的联系（ 1845）： 论证了机械能、热能、化学能、电磁能、光能和辐射能的转化，并认为能量守恒是支配宇宙的普遍规律。,卡诺,（3）焦尔的贡献： 发现了电流的热效应：焦尔定律 1843年，发表论磁电的热效应和热的机械值，指出：自然界的力量是不能毁

9、灭的，哪里消灭了机械能，总会得到相应的热 。 1849年发表论热的机械当量，公布了热功当量的精确值。 1851年，开尔文将 “力的 恒定律”改称为“能量守恒定律”， 这样，能量守恒和转化定律便 从内在含义到外在表述被正式 确定下来。,能量守恒和转化定律明确指出： 自然界各种形式的能量，诸如热能、 化学能、电磁能、机械能等之间，在一定 的条件下，可以相互转化；而且在转化的 过程中，能量的总值守恒，即没有能量的 凭空产生和消失。,二、热力学第二定律（商增原理） 19世纪50年代，克劳修斯德和开尔文英同时发现热力学第二定律。 克劳修斯指出：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。在一个孤

10、立的系统内，热总是从高温物体传到低温物体中去。因此，热机在工作过程中，不可能把热量完全变成有用的功， 它总要把一部分热量传给低温热源。,克劳修斯,三、分子物理学的兴起创立者：克劳修斯、麦克斯韦尔、波尔兹曼 （1）克劳修斯：气体由大量运动着的分子组成，气体分子在运动时相互碰撞，它们在碰撞时沿各个方向运动的机会和分子数相等；分子运动的速度随气体温度的增大而增大，气体的热能就是气体分子运动的动能。 （2）麦克斯韦尔：气体在宏观上达到热平衡状态时，虽然大量的个别分子的速度都不相同，但在某一范围内的分子数在分子总数中所占的百分比是一定的，而且这个比值取决于气体的种类和温度。 （3）波尔兹曼：提出平衡态气

11、体分子的能量均分定律。,伏打电池,四、电磁理论的建立 （1）伏特意发明伏特电池（1800）,伏打向拿破仑演示他的电堆 1800年,（2）安培定律的发现（1820年） 奥斯特：首先建立磁和电的本质联系 有电流通过的导体周围 会产生磁场 安培法： 指出平行载流导线若电流方向相同 则相互吸引，若方向相反则相互排斥。 发现两段通电导线之间的作用力与它们的电流强度成正比，与它们之间的距离平方成反比。 确定了电流对磁针作用方向的右手定则。,奥斯特,安培的电流计,（3）法拉第电磁感应定律（1831） 只要穿过闭合电路所围面积的磁量发生变化，回路中就会产生感应电流。,法拉第 Michael Faraday 1

12、7911867,法拉第和他的电磁感应线圈， 1831年,（4）麦克斯韦电磁理论的建立： 电学和磁学论 （1873） 以数学方程概括了库仑定律、高斯定律、欧姆定律、安培定律、法拉第电磁感应定律等理论，将它们升华为更具普遍性和预言能力的一般性理论。从而建立了完整的经典电磁学理论体系，预言了电磁波的存在，完成了物理学上的第三次大综合。,麦克斯韦及其手稿 James Clerk Maxwell, 18311879,第四节 化学 一、拉瓦锡与化学革命 拉瓦锡进行的化学革命被公推为 18世纪科学发展史上最辉煌的成 就之一。 他推翻了统治化学理论达百 年之久的燃素说，建立了以氧为中 心的燃烧理论，创立了化学

13、物种分 类新体系，阐明了质量守恒定律。他所提出的新观念、新理论、新思想,为近代化学的发展奠定了重要的基础，被后人称为近代化学之父。 恩格斯曾指出：拉瓦锡使过去燃素说形式上倒立的化学正立过来。,1、燃烧原理及氧的发现 燃烧概论（ 1777年）： 指出煅烧中与金属相结合的是一种新的气体元素。并命名为酸素。现在氧元素的化学符号O就是来源于希腊文酸素oxygene。 阐明了燃烧作用的氧化学说，要点为： 燃烧时放出光和热； 只有在氧存在时，物质才会燃烧； 空气是由两种成分组成的，物质在空气中燃烧时，吸收了空气中的氧,因此重量增加,物质所增加的重量恰恰就是它所吸收氧的重量； 一般的可燃物质（非金属）燃烧后

14、通常变为酸，氧是酸的本原，一切酸中都含有氧。,（2）创立化学物质分类的新体系 1785年，与戴莫维、贝托雷、佛克罗伊合作编写了化学命名法，奠定了现代化学术语命名的基础 。 （3）质量守恒定律的发现和第一张化学元素表 1789年，出版化学纲要，阐述了质量守恒的思想 ，列出了一张包括33种元素的分类表 。,拉瓦锡的科学思想和科学方法 1、重视实验而且作了定量要求 拉瓦锡研究科学的名言是“不靠猜想， 而要根据事实”。他认为实践是认识的基 础。 2、善于应用科学史的分析方法 3、应用以量求质的研究方法,二、近代原子、分子学说的创立 （1）道尔顿的原子论 元素的最终粒子称为简单原子，它 们极其微小，是看

15、不见的；是既不能 创造，也不能毁灭和不可再分割的。 它们在一切化学变化中保持其本性不 变。 同一种元素的原子，其形状、质量 及各种性质都是相同的，不同元素的 原子在形状、质量及各种性质上则各不相同。 不同元素的原子以简单数目的比例相结合，形成了化学中的化合现象。化合物的原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种元素原子质量之总和。同一化合物的复杂原子，其组成、形状、质量和性质也必然相同。,化学中的新时代是随着原子论开始的。 恩格斯,视原子为不可分割的“宇宙之砖”。 没有把原子和分子区别开来。 简单地认为“复杂原子”只不过是简单原子的机械结合。,道尔顿原子论的缺点：,（2）阿佛加德罗分子假说 盖

16、吕萨克气体反应体积定律（ 1808年） 在同温同压下的各种气体，在相同体积内将含有相同数目的原子。各种气体在相互发生化学反应时，常以简单的体积比相结合。,道尔顿的反对：不同物质的原子大小必定不同，因此在相同体积内，不同气体物质不可能含有相等数目的原子；如果在相同体积中不同气体的原子数目相等，那么就会引出每1水原子中只含半个氧原子的荒谬结论（2粒子氢1粒子氧2粒子水）。,阿佛加德罗分子假说： 原子相对质量的测定方法及 原子进入化合物时数目比例的 确定（ 1811年） 原子是参加化学反应的最小 质点，但它不能独立存在，只 有在几个原子相互结合在一起、 形成分子后才能相对稳定地独 立存在。 分子是由

17、原子组成的，单质分子由同种原子组成，化合物分子由不同种类的原子组成。 假定氢分子由两个氢原子组成，氧分子由两个氧原子组成，水分子则由两个氢原子和一个氧原子组成，所有的分子至少应有两个原子组成。,（3）康尼查罗对原子-分子学说的论证 1858年，发表化学哲学教程提要，论证了阿佛加德罗假说，其要义如下： 强调阿佛加德罗的分子假说是有根据的。 说明了怎样根据分子假说，运用蒸气密度法来求分子量。 在测定分子量的基础上，提出一个确定原子量的合理方法。 无论在无机化学还是在有机化学中，原子量只有一套。化学定律对无机化学、有机化学同样适用。 确定了写化学式的原则。,1860年9月3日，德国卡尔斯鲁国际化学会

18、议,康尼查罗为原子分子论的确定扫除了障碍。康尼查罗的合理阐述，把原子论和分子假说整理成一个协调的系统，原子一分子论因此才为广大化学家们接受。 原子一分子论的确立，直接导致化学元素周期律的发现和有机化学系统的建立。,三、有机化学的发展 1、人工合成对“生命力论”的冲击 “生命力论”：只有依赖动、植物有机体具有的生命力，才能制造出有机物质，而不能用组成它的元素人工合成。 1828年，维勒法成功地合成了尿素，开创了人工合成有机物的新纪元。 19世纪40年代，英国化学家帕琴人 工合成染料苯胺紫；1868年，德国 化学家格雷贝和里贝曼合作，合成了 茜素；另外，水杨酸、水杨酸甲酯、 阿斯匹林、杀菌剂等药物

19、也陆续合 成。,（2）有机化合物结构理论的兴起和发展 基团论的形成与发展 1832年，维勒和李比希法提出“基团论” ：有机化合物是由一系列的基组成的，“基”是一系列化合物中共同的，稳定的组成部分。 罗朗的核团学说 1837年，罗朗法提出“核团学 说” ：一切有机化合物都是由基本碳 氢核团构成的。,德国化学家尤斯图斯冯李比希男爵,有机结构理论的初建 1861年, 布特列洛夫 俄提出有机化学的结构理论： 分子中的原子以一定排列顺序相结合，其间存在亲和力的相互作用。物质的化学性质取决于它的化学结构，从而可以预言尚未发现的新化合物。每一个分子只能有一个一定的结构，不能有几个不同的结构。 论物质化学结构

20、,1864年冬天，凯库勒发现苯的结构式。,四、元素周期律的发现 1、原子量与元素性质的联系的发现 1829年，德国化学家德贝莱纳提出了“三元素组”观点 。把当时已知的44种元素中的15种，分成5组，指出每组的三元素性质相似，而且中间元素的原子量等于较轻和较重的两个元素原子量之和的一半。 1862年，法国科学家尚古多提出了“螺旋图”的分类方法。 在圆柱体的表面上划螺线（与底面成45度角），用垂线在圆柱体上分成16格。将已知的62种元素按原子量的大小顺序标记在螺旋线与垂线的交点上，这样某些性质相近的元素恰好出现在同一垂直母线上。 1865年，英国工业化学家纽兰堡提出“八音律” 。 把62个元素的原

21、子量按递增顺序排列，发现元素的性质有周期性的重复，从任意一个元素算起，每到第八个元素就和第一个元素的性质相近。,（2）门捷列夫发现元素周期律 1869年，门捷列夫俄发表了关于 元素周期律的图表和论文。 按照原子量的大小排列起来的元 素，性质上呈现出明显的周期性。 原子量决定元素的特征。 可以预料还有许多未被发现的元素。,1871年，化学元素的周期依赖关系。 修改了第一张元素周期表，使原来的周期表由竖行改成横排。,门捷列夫周期律的发现，使化学又一次渡过了它的迷惘时期。,（3）元素周期律与新元素的发现 门捷列夫修订了一些元素的原子量并预言了15种未知的元素，后经科学研究证明，基本上是正确的。如重新

22、测定锇、铱、铂、金的原子量是：锇为190.9，铱为193.1，铂为195.2，金为197.2 （当时认为它们的原子量分别是198.6，196.7，196.7，169.2 ） 。 镓 、钪、锗、钋、惰性气体一族元素、稀土元素的陆续发现，都使元素周期表得以证明和补充。,第五节 生物学 一、细胞学说的创立 1、细胞学 2、胚胎学 二、达尔文生物进化论的创立 1、生物进化思想的萌芽 2、达尔文创立生物进化论 三、孟德尔的遗传理论,一、细胞学说的创立 1、细胞学 1665年，英国人罗伯特胡克 发现细胞 1831年，罗伯特布朗从兰科植物的叶片表皮细胞中发现了细胞核。 1835年，有人在低等动物根足虫和多孔

23、虫的细胞中发现细胞质。 1838年，施莱登发表论植物的发生一文，提出了植物构造学说一切植物都是由细胞发展而来的。 1839年，施旺发表动植物结构和生长相似性的显微镜研究，把施莱登的观点推广到整个生物界： 动植物有机体的结构原则上是相同的，它们的一切组织都是由细胞发展而来的，细胞是一切生物的基本单位。,2、胚胎学 1759年，沃尔弗德 提出“后成论”成体动物的肢体和器官是在胚胎发育过程中从一个简单的组织发展起来的，而不是一个预先构造的机械的扩大。 1827年，贝尔德发表关于哺乳动物卵的研究成果。 1828至1837年间，贝尔出版胚胎学教科书，提出胚胎发育的胚层理论发育中的卵首先会形成几个组织层，

24、特定的层生长出一组特定器官，他把这些层叫做胚层。指出所有动物在胚胎的早期发育阶段是非常相似的。,19世纪50年代，德国医生雷马克和瑞士的寇力克等人把细胞学说和胚胎学结合起来，研究证明：卵子和精子原来都是简单的细胞，在发育过程中细胞可以复制细胞分裂；胚胎发育过程就是细胞分裂过程。,二、达尔文生物进化论的创立 1、生物进化思想的萌芽 1809年，拉马克法出版动物哲学，第一个系统提出进化论思想。其要点为： 生物是进化来的。是从单细胞有机体向人类过渡的。 生物进化有两种动力：一是生物的内在力量，二是环境对生物体的影响。 生物适应环境的演化机制遵循“用进废退” 和“获得性遗传” 两条重要原则。,2、达尔

25、文创立生物进化论 通过自然选择或生存斗争保存 良种的物种起源 （ 1859 ）： 第一，生物是进化来的，既不是上 帝创造的，也不是一成不变的。 第二，变异是生物普遍存在的现象， 变异的基本原因是生活条件的改变。第三， 通过人工培育可以产生新种。第四，相似的生物起源于一个共同的祖先。第五，在自然界中，生物物种是通过自然选择而产生 的；自然选择是通过生存斗争实现的；生存斗争的结 果是“物竞天择、适者生存”，优胜劣汰。 第六， 生物不仅有变异，而且有遗传。有利的变异在 世代的传递中逐渐积累，最终可以产生出新种。,物种起源的意义： 1、彻底粉碎了神创论和形而上学物种不 变论，第一次把生物学建立在科学的

26、基础 上； 2、为辨证唯物主义自然观的创立奠定了 自然科学的基础。,三、孟德尔的遗传理论 1865年, 孟德尔奥地利 在布龙博物学会上宣读了 植物杂交实验，提出 如下假设： 遗传性状都是以成对因子 (基因)为代表，性状有显性和 隐性之分； 当成对因子中显性、隐性 同时存在时，则表现显性性状； 只有当成对因子都为隐性时，才表现隐性性状。 根据这个假设，孟德尔提出两条遗传定律:,分离定律: 成对因子在遗传过程中可以相互分离。,自由组合定律: 两对性状在遗传过程也可以分开, 独立进行传递，并自由结合 产生新性状。,第六节 第二次技术革命（电化时代） 一、电力革命1、电动机和直、交流发电机的发明 （1

27、）直流电动机的发明 1838年，俄国的谢苗诺维奇雅科比用化学电池组为能源，制成了一台直流电动机。 1860年，巴基诺意制成了具有环形电枢的直流电动机 。,（2）发电机的发明 1831年，法拉第发现感应电流，提出了发电机和变压器原理，并做成了模型。 1832年，皮克西兄弟法研制出一台手摇磁电式交流发电机。 1834年，克拉克英制成第一台商用直流发电机。 1867年，W西门子德制成了自激式直流发电机。 1870年，人们改进并制出了实用性电动机。 1879年，柏林博览会展出了用电动机开动的电车。 1880年以后，陆续出现了用电动机带动各种机床、电梯、起重机、压缩机等。,2、高压输电与交流电机的出现

28、1882年，德普勒法成功地进行了远距离高压直流输电试验。 1890年，德布罗里斯基俄制出最早的一台三相交流电动机。 1891年，德国人成功地完成了170公里三相交流远程输电工程。,3、电气时代的到来 电力技术的广泛应用，促进了电力工业、电器设备工业的发展 1880年美国成立了贝尔电话公司 1881年德国成立了电机制造公司 1892年汤姆豪斯顿公司与爱迪生通用电器公司合并为美国通用电器公司。 电力技术的发展使传统产业得到改造 1870年，西门子发明了电炉炼钢法。 1881年，德国建成了世界上第一条电力机车牵引的铁路。1886年，美国人霍尔和法国人赫洛特发明了铝的电解冶炼法。,电力技术革命促进了一系列技术发明的涌现： 爱迪生 ：一生中完成了两千多项发明，仅18691910年间正式登记的发明就有1328项。 电力技术的发展