西方古代物理學(xué)

1、啟啟 明明 之之 光光: : 二二. . 古古 希希 臘臘 時時 期期 的的 物物 理理 進進 展展 第二章第二章西方古代物理學(xué)西方古代物理學(xué) 一一 古希臘時期：前古希臘時期：前8 8世紀世紀-4-4世紀世紀 二二 中世紀：中世紀：515515世紀世紀第一節(jié)第一節(jié) 古希臘物質(zhì)本原思想古希臘物質(zhì)本原思想第二節(jié)第二節(jié) 古希臘時期對宇宙的認識古希臘時期對宇宙的認識第三節(jié)第三節(jié) 古希臘的物理學(xué)知識古希臘的物理學(xué)知識第四節(jié)第四節(jié) 中世紀的物理學(xué)知識中世紀的物理學(xué)知識第五節(jié)第五節(jié). . 亞里士多德的物理學(xué)亞里士多德的物理學(xué)古希臘的三個時期古希臘的三個時期（公元前（公元前8世紀世紀-4世紀）世紀）城邦時期城

2、邦時期（前前8 8世紀世紀前前4 4世紀世紀）：在地中海東岸有：在地中海東岸有1010余個余個不同城邦，這時的不同城邦，這時的雅典雅典為眾城邦的盟主，也是科學(xué)文化發(fā)展為眾城邦的盟主，也是科學(xué)文化發(fā)展的中心。出現(xiàn)了大批著名的哲學(xué)家和科學(xué)家：泰勒斯、畢達的中心。出現(xiàn)了大批著名的哲學(xué)家和科學(xué)家：泰勒斯、畢達哥拉斯、德謨克利特、蘇格拉底、柏拉圖和亞里士多德等。哥拉斯、德謨克利特、蘇格拉底、柏拉圖和亞里士多德等。羅馬時期羅馬時期（前前2 2世紀世紀44世紀世紀）：）：希臘被羅馬人征服希臘被羅馬人征服, ,開始了開始了羅馬時期。初期由于政治動蕩，科學(xué)文化停止不前，當社會穩(wěn)羅馬時期。初期由于政治動蕩，科學(xué)文

3、化停止不前，當社會穩(wěn)定后，從公元定后，從公元2 2世紀到世紀到4 4世紀，亞歷山大里亞的科學(xué)再度中興。世紀，亞歷山大里亞的科學(xué)再度中興。這時科學(xué)家已經(jīng)轉(zhuǎn)為重視使用的氛圍中，研究活動多與實際生這時科學(xué)家已經(jīng)轉(zhuǎn)為重視使用的氛圍中，研究活動多與實際生活的需求相關(guān)?；蛘弑憩F(xiàn)為對以往科學(xué)的注釋上?；畹男枨笙嚓P(guān)?；蛘弑憩F(xiàn)為對以往科學(xué)的注釋上。亞歷山大時期亞歷山大時期（前（前4 4世紀世紀前前2 2世紀）：以亞歷山大為首的世紀）：以亞歷山大為首的馬其頓人征服了全希臘，建立了地跨歐亞非大陸的亞歷山大帝馬其頓人征服了全希臘，建立了地跨歐亞非大陸的亞歷山大帝國，在埃及建立了國，在埃及建立了“亞歷山大城亞歷山大城”

4、 ” ，在城內(nèi)還建立了博物館和，在城內(nèi)還建立了博物館和圖書館，聚集了大批優(yōu)秀的科學(xué)家。科學(xué)文化的中心也自然的圖書館，聚集了大批優(yōu)秀的科學(xué)家。科學(xué)文化的中心也自然的轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為埃及的亞歷山大城埃及的亞歷山大城； 經(jīng)院哲學(xué)時代經(jīng)院哲學(xué)時代（11121112世紀）：這一時期的哲學(xué)內(nèi)容是世紀）：這一時期的哲學(xué)內(nèi)容是論證和辯護宗教信仰的合理性，主張理性服從信仰，將哲學(xué)論證和辯護宗教信仰的合理性，主張理性服從信仰，將哲學(xué)變成了神學(xué)的婢女。代表人物變成了神學(xué)的婢女。代表人物托馬斯托馬斯阿奎那阿奎那（1226127412261274）將亞里士多德的學(xué)說神話，使其成為不可侵犯的權(quán)威。反叛將亞里士多德的學(xué)說神話，使其

5、成為不可侵犯的權(quán)威。反叛代表代表培根培根。 阿拉伯文化時代阿拉伯文化時代（811811世紀）：地處東西方貿(mào)易交世紀）：地處東西方貿(mào)易交流紐帶的阿拉伯，成為溝通東西方文化的橋梁，同時完好流紐帶的阿拉伯，成為溝通東西方文化的橋梁，同時完好的保存了許多古希臘的學(xué)術(shù)典籍，對后來歐洲文藝復(fù)興乃的保存了許多古希臘的學(xué)術(shù)典籍，對后來歐洲文藝復(fù)興乃至近代科學(xué)產(chǎn)生重大影響。至近代科學(xué)產(chǎn)生重大影響。中世紀可以細分為三個時期中世紀可以細分為三個時期：黑暗時代（黑暗時代（5858世紀）：戰(zhàn)爭頻繁，社會動亂，古希世紀）：戰(zhàn)爭頻繁，社會動亂，古希臘學(xué)術(shù)終結(jié)?；浇坛蔀榱_馬國教，違背宗教的見解受到臘學(xué)術(shù)終結(jié)?；浇坛蔀榱_馬

6、國教，違背宗教的見解受到懲罰。懲罰。第一節(jié)第一節(jié) 古希臘物質(zhì)本原思想古希臘物質(zhì)本原思想 一一 元素論元素論 二二 數(shù)的和諧思想數(shù)的和諧思想 三三 原子論原子論一一 元素論元素論城邦時期：城邦時期：米利都學(xué)派創(chuàng)始人米利都學(xué)派創(chuàng)始人泰勒斯泰勒斯認為萬物本原是認為萬物本原是水水，大陸漂浮在水面上；萬物源于水，復(fù)歸于水，任何東西都會大陸漂浮在水面上；萬物源于水，復(fù)歸于水，任何東西都會產(chǎn)生和消滅，惟獨水是常存的。產(chǎn)生和消滅，惟獨水是常存的。 其學(xué)生其學(xué)生阿那克西曼德阿那克西曼德，認為世界的本原不可能是水，他，認為世界的本原不可能是水，他認為萬物的本原必須在宇宙的斗爭中保持中立，應(yīng)是無任何認為萬物的本原必

7、須在宇宙的斗爭中保持中立，應(yīng)是無任何規(guī)定性的規(guī)定性的“無限者無限者”； 阿那克西曼德的學(xué)生阿那克西曼德的學(xué)生阿那克西米尼阿那克西米尼，則將萬物的本原看，則將萬物的本原看作是作是“氣氣”，認為大陸并無固體支撐，象一片樹葉漂浮在空，認為大陸并無固體支撐，象一片樹葉漂浮在空氣中，就象天上的星球一樣。氣中，就象天上的星球一樣。 赫拉克利特赫拉克利特（一城邦邦主）認為是（一城邦邦主）認為是“火火”，他指出：，他指出：“世界對于一切存在的物都是一樣的，它的過去、現(xiàn)在、未世界對于一切存在的物都是一樣的，它的過去、現(xiàn)在、未來永遠是一團永恒的火，在一定的分寸上燃燒，在一定的分來永遠是一團永恒的火，在一定的分寸上

8、燃燒，在一定的分寸上熄滅。寸上熄滅?！笔澜鐩]有開端，沒有終結(jié)，處于永恒的運動變世界沒有開端，沒有終結(jié)，處于永恒的運動變化中。同一事物中對立的兩個方面的斗爭產(chǎn)生了萬物?；小Ｍ皇挛镏袑α⒌膬蓚€方面的斗爭產(chǎn)生了萬物。 恩培多克勒恩培多克勒：西西里島的一位王子，因不愿接受王位而到：西西里島的一位王子，因不愿接受王位而到處游學(xué)，專門研究科學(xué)與哲學(xué)。恩培多克勒認為，不能用處游學(xué)，專門研究科學(xué)與哲學(xué)。恩培多克勒認為，不能用單一物質(zhì)做萬物的本原，并提出單一物質(zhì)做萬物的本原，并提出“四根說四根說”，即，即土、水、土、水、氣、火氣、火四種元素，它們依次為固體、液體、氣體，火則代四種元素，它們依次為固體、液體、

9、氣體，火則代表顏色和溫度。表顏色和溫度。亞歷山大時期：亞歷山大時期：進入公元前進入公元前4 4世紀，希臘戰(zhàn)爭不斷，直到亞世紀，希臘戰(zhàn)爭不斷，直到亞歷山大統(tǒng)一帝國。這時古希臘學(xué)派林立的科學(xué)與哲學(xué)學(xué)派歷山大統(tǒng)一帝國。這時古希臘學(xué)派林立的科學(xué)與哲學(xué)學(xué)派也最終走向統(tǒng)一。這一任務(wù)有亞里士多德完成。也最終走向統(tǒng)一。這一任務(wù)有亞里士多德完成。亞里士多亞里士多德德在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，提出：地上萬物由輕重不同在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，提出：地上萬物由輕重不同的土、水、氣、火四種元素組成，月層以上的天體由以太的土、水、氣、火四種元素組成，月層以上的天體由以太組成，而組成，而元素又由冷、熱、干、濕這四種更基本的基

10、質(zhì)構(gòu)元素又由冷、熱、干、濕這四種更基本的基質(zhì)構(gòu)成成。濕和冷組合成水，濕和熱組合成氣，干與冷組合成土，。濕和冷組合成水，濕和熱組合成氣，干與冷組合成土，干與熱組合成火。干與熱組合成火。二二 數(shù)的和諧思想數(shù)的和諧思想 創(chuàng)始人：創(chuàng)始人：畢達哥拉斯畢達哥拉斯（約前（約前584-584-前前497497）。認為世界是）。認為世界是一個超感性世界，是一個一個超感性世界，是一個“數(shù)數(shù)”的世界。數(shù)是萬物本原，的世界。數(shù)是萬物本原，有了一個一個的數(shù)，才有了幾何上的點，有了點才有線、有了一個一個的數(shù)，才有了幾何上的點，有了點才有線、面和立體，有了立體才有土、水、氣、火四種元素等。面和立體，有了立體才有土、水、氣、

11、火四種元素等。 將數(shù)賦予一定的意義：將數(shù)賦予一定的意義：1 1代表同一，是普遍的，由代表同一，是普遍的，由1 1產(chǎn)產(chǎn)生生2 2，產(chǎn)生出各種數(shù)；，產(chǎn)生出各種數(shù)；2 2代表意見，是代表意見，是1 1的對立物；的對立物；3 3是實在是實在和圓滿，所有一切都有和圓滿，所有一切都有3 3決定；決定；4 4是正義；是正義；1010是靈魂與理性；是靈魂與理性；10=1+2+3+410=1+2+3+4，包含了數(shù)的全部本性。，包含了數(shù)的全部本性。1010是最完美的數(shù)字，是最完美的數(shù)字，認為天上應(yīng)該有認為天上應(yīng)該有1010個天體（當時已知道個天體（當時已知道9 9個），個），1010個天體之個天體之間應(yīng)存在一定的

12、間應(yīng)存在一定的“和諧和諧”關(guān)系等等。關(guān)系等等。 認為圓形和球形是最完美的圖形，所以天體的形狀是球認為圓形和球形是最完美的圖形，所以天體的形狀是球形的；形的； 由于注重數(shù)的比例關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了數(shù)學(xué)上的畢達哥拉斯由于注重數(shù)的比例關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了數(shù)學(xué)上的畢達哥拉斯定理（勾股定理）與音樂上的五度相生律。認為世界上的定理（勾股定理）與音樂上的五度相生律。認為世界上的一切現(xiàn)象和規(guī)律都服從一切現(xiàn)象和規(guī)律都服從“數(shù)的和諧數(shù)的和諧”，這種，這種“數(shù)的和諧數(shù)的和諧”表現(xiàn)為數(shù)學(xué)上的簡單性、對稱性與和諧性。表現(xiàn)為數(shù)學(xué)上的簡單性、對稱性與和諧性。 畢達哥拉斯學(xué)派對數(shù)的尊崇形成了對數(shù)的神秘主義，但畢達哥拉斯學(xué)派對數(shù)的尊崇形成了對

13、數(shù)的神秘主義，但他們對他們對“數(shù)的和諧數(shù)的和諧”的追求，卻形成了理性的數(shù)學(xué)傳統(tǒng)。的追求，卻形成了理性的數(shù)學(xué)傳統(tǒng)。對后來自然科學(xué)的孕育、形成和發(fā)展產(chǎn)生了巨大作用。對后來自然科學(xué)的孕育、形成和發(fā)展產(chǎn)生了巨大作用。 “數(shù)的和諧數(shù)的和諧”成為后來以至今天科學(xué)研究的一個重要指導(dǎo)成為后來以至今天科學(xué)研究的一個重要指導(dǎo)原則。由原則。由“數(shù)的和諧數(shù)的和諧”發(fā)展為發(fā)展為“宇宙的和諧宇宙的和諧”的觀念成為的觀念成為歷代科學(xué)家的指導(dǎo)思想與科學(xué)方法。歷代科學(xué)家的指導(dǎo)思想與科學(xué)方法。三三 原子論原子論 創(chuàng)始人：米利都學(xué)派的留基伯和其學(xué)生創(chuàng)始人：米利都學(xué)派的留基伯和其學(xué)生德謨克利特德謨克利特。接受了畢達哥拉斯的超感性世界

14、的認識，但不接受接受了畢達哥拉斯的超感性世界的認識，但不接受“數(shù)數(shù)”的的本原觀點。他將微觀的幾何點同本原觀點。他將微觀的幾何點同“存在存在”結(jié)合起來，認為結(jié)合起來，認為“存在存在”是不可分的、不變的、球形的。并將是不可分的、不變的、球形的。并將“存在存在”取名取名為為“原子原子”。其原子論大致要點有七條：略。其原子論大致要點有七條：略。 原子論在希臘并未受到應(yīng)有的重視，但原子論在希臘并未受到應(yīng)有的重視，但雅典的伊壁鳩雅典的伊壁鳩魯（魯（EpicurusEpicurus，前，前341-341-前前270270）還是發(fā)展了這一學(xué)說）還是發(fā)展了這一學(xué)說：原子：原子本身不僅有形狀上的差別，還有大小和重

15、量的不同，原子在本身不僅有形狀上的差別，還有大小和重量的不同，原子在虛空中以同樣的速度運動著，只要不遇到任何阻抗。但是，虛空中以同樣的速度運動著，只要不遇到任何阻抗。但是，由于原子內(nèi)部的原因，原子在運動中會發(fā)生偏斜，由于這種由于原子內(nèi)部的原因，原子在運動中會發(fā)生偏斜，由于這種偏斜使原子產(chǎn)生渦旋運動。偏斜使原子產(chǎn)生渦旋運動。 羅馬科學(xué)家盧克萊修羅馬科學(xué)家盧克萊修（Lucretius,Lucretius,約前約前95-95-前前5555）也繼）也繼承和傳播了原子論。承和傳播了原子論。 到到1717世紀，法國科學(xué)家伽桑狄世紀，法國科學(xué)家伽桑狄（Piette Gassendi, Piette Gass

16、endi, 1592 - 1655)1592 - 1655)重新發(fā)現(xiàn)和傳播了原子論。重新發(fā)現(xiàn)和傳播了原子論。他們的研究與傳他們的研究與傳播對道爾頓建立科學(xué)的原子論作了必要的準備和中介。播對道爾頓建立科學(xué)的原子論作了必要的準備和中介。第二節(jié)第二節(jié) 古希臘時期對宇宙的認識古希臘時期對宇宙的認識1.1.米利都學(xué)派米利都學(xué)派 泰勒斯認為地象一個泰勒斯認為地象一個圓盤或圓筒圓盤或圓筒浮在水面上，其學(xué)生阿浮在水面上，其學(xué)生阿那克西曼德認為宇宙是一大圓球，地處于球中央，形狀也那克西曼德認為宇宙是一大圓球，地處于球中央，形狀也是圓盤或圓筒形，地靜止不動。是圓盤或圓筒形，地靜止不動。2.2.畢達哥拉斯學(xué)派畢達哥

17、拉斯學(xué)派 畢達哥拉斯學(xué)派用畢達哥拉斯學(xué)派用“數(shù)的和諧數(shù)的和諧”來建立關(guān)于宇宙的理來建立關(guān)于宇宙的理論。認為天體的形狀是論。認為天體的形狀是球形球形，天上應(yīng)該有，天上應(yīng)該有1010個天體，當中是個天體，當中是中心火團，中心火團，1010個天體圍繞中心火團做同心圓周運動，恒星緊個天體圍繞中心火團做同心圓周運動，恒星緊系在天的最高圓頂。系在天的最高圓頂。1010個天體到中心火團之間的距離同音階個天體到中心火團之間的距離同音階之間的音程具有同樣的比例關(guān)系，以保證之間的音程具有同樣的比例關(guān)系，以保證“星球的和諧星球的和諧”，奏出奏出“天體的音樂天體的音樂”。天體必須作均勻的圓周運動的假設(shè)，天體必須作均勻

18、的圓周運動的假設(shè)，一直控制著天文學(xué)的發(fā)展，直到開普勒為止。一直控制著天文學(xué)的發(fā)展，直到開普勒為止。3.3.柏拉圖學(xué)派柏拉圖學(xué)派 非常崇尚數(shù)，繼承和發(fā)展了畢達哥拉斯學(xué)派對科學(xué)非常崇尚數(shù)，繼承和發(fā)展了畢達哥拉斯學(xué)派對科學(xué)美的追求。他認為，天體必須沿著完美的圓形軌道作均美的追求。他認為，天體必須沿著完美的圓形軌道作均勻有序的運動，或者沿著復(fù)合的圓周運動。他勻有序的運動，或者沿著復(fù)合的圓周運動。他提出：有提出：有沒有任何一種假說能把行星運動在外表上的無序轉(zhuǎn)化為沒有任何一種假說能把行星運動在外表上的無序轉(zhuǎn)化為有序、美和簡單呢？其學(xué)生歐多克索和亞里士多德提出有序、美和簡單呢？其學(xué)生歐多克索和亞里士多德提出

19、了同心球?qū)幽Ｐ停簹W多克索假設(shè)了了同心球?qū)幽Ｐ停簹W多克索假設(shè)了2626個同心球個同心球，亞里士，亞里士多德發(fā)展到多德發(fā)展到5656個個，太陽、月亮和地球為一個同心球，且，太陽、月亮和地球為一個同心球，且太陽和月亮以地球為中心運動。太陽和月亮以地球為中心運動。4.4.地心說地心說 古希臘后期的阿波羅尼（約前古希臘后期的阿波羅尼（約前247247前前205205）為了克服同）為了克服同心球?qū)幽Ｐ偷睦щy，提出了心球?qū)幽Ｐ偷睦щy，提出了“本輪本輪均輪均輪”結(jié)構(gòu)模型：行星結(jié)構(gòu)模型：行星沿著本輪做圓周運動，本輪的中心又沿著在以地球為中心的沿著本輪做圓周運動，本輪的中心又沿著在以地球為中心的均輪上做圓周運動。

20、之后的希帕克斯又發(fā)展了偏心輪和本均輪上做圓周運動。之后的希帕克斯又發(fā)展了偏心輪和本輪輪均輪體系。直到托勒密（約均輪體系。直到托勒密（約9016890168）進一步發(fā)展了）進一步發(fā)展了地地心說心說宇宙結(jié)構(gòu)：他用宇宙結(jié)構(gòu)：他用8080個輪來解釋天體的運動，與實測數(shù)據(jù)個輪來解釋天體的運動，與實測數(shù)據(jù)符合的較好。后來被宗教利用來宣傳教義，流行了符合的較好。后來被宗教利用來宣傳教義，流行了14001400多年。多年。5.5.太陽中心說太陽中心說 阿里斯塔克（約前阿里斯塔克（約前310310前前230230）提出了與眾不同的見）提出了與眾不同的見解：太陽是宇宙的中心，地球和行星都圍繞太陽運轉(zhuǎn)，地球解：太陽

21、是宇宙的中心，地球和行星都圍繞太陽運轉(zhuǎn)，地球每年繞太陽轉(zhuǎn)一周，又每天自轉(zhuǎn)一周。因為恒星距離我們太每年繞太陽轉(zhuǎn)一周，又每天自轉(zhuǎn)一周。因為恒星距離我們太遠，其視差太小，我們看不出來，所以看起來恒星在遠處不遠，其視差太小，我們看不出來，所以看起來恒星在遠處不動?？上目捶ú粸楫敃r人們的理解，其思想也就被淹沒動?？上目捶ú粸楫敃r人們的理解，其思想也就被淹沒了。了。第三節(jié)第三節(jié) 古希臘的物理學(xué)知識古希臘的物理學(xué)知識 古希臘的物理知識主要集中在古希臘的物理知識主要集中在力學(xué)和光學(xué)力學(xué)和光學(xué)兩兩個方面。力學(xué)主要有亞里士多德的動力學(xué)思想和阿個方面。力學(xué)主要有亞里士多德的動力學(xué)思想和阿基米德的靜力學(xué)?；?/p>

22、德的靜力學(xué)。一一 力學(xué)知識力學(xué)知識1.1.亞里士多德的力學(xué)研究亞里士多德的力學(xué)研究 關(guān)于空間：關(guān)于空間：他認為空間即意味著不動。并提出了空間位他認為空間即意味著不動。并提出了空間位置的相對性，如置的相對性，如“同一位置可以是右也可以是左，可以是上同一位置可以是右也可以是左，可以是上, ,也可以是下。也可以是下。” ” 但他認為宇宙有限和天球以外是空虛的。但他認為宇宙有限和天球以外是空虛的。 關(guān)于時間：關(guān)于時間：他認為時間就是描述運動的數(shù)。他說他認為時間就是描述運動的數(shù)。他說“時間是時間是使運動成為可以記數(shù)的東西使運動成為可以記數(shù)的東西”“”“我們不僅用時間計量運動，也我們不僅用時間計量運動，也

23、用運動計量時間，因為他們是相互確定的用運動計量時間，因為他們是相互確定的”。他認為時間不同。他認為時間不同于運動，運動有快有慢，而時間的流失則是均勻的。于運動，運動有快有慢，而時間的流失則是均勻的。 關(guān)于運動：關(guān)于運動：他認為運動就是變化，并將自然界的運動分為他認為運動就是變化，并將自然界的運動分為自然運動和強迫運動。自然運動和強迫運動。 自然運動是自然運動是指由于物體在指由于物體在“內(nèi)在目的內(nèi)在目的”的支配下尋找其的支配下尋找其“天然位置天然位置”的運動，與物質(zhì)所含元素有關(guān)，如重物的垂的運動，與物質(zhì)所含元素有關(guān)，如重物的垂直下落和輕物豎直上升。含土元素的重物的天然位置在地直下落和輕物豎直上升

24、。含土元素的重物的天然位置在地心，由火元素構(gòu)成的輕物的天然位置在天空等。心，由火元素構(gòu)成的輕物的天然位置在天空等。物體越重，物體越重，下落就越快；物體越輕，上升就越快。下落就越快；物體越輕，上升就越快。 強迫運動強迫運動指借助外力進行的運動，撤去外力，運動停止。指借助外力進行的運動，撤去外力，運動停止。物體的運動速度與施加的外力成正比，與在介質(zhì)中受到的物體的運動速度與施加的外力成正比，與在介質(zhì)中受到的阻力成反比。阻力成反比。 對拋體運動的解釋對拋體運動的解釋: :自然界害怕虛空自然界害怕虛空, ,填補空虛推動物體填補空虛推動物體. . 對自由落體速度越來越快的解釋對自由落體速度越來越快的解釋：

25、物體越接近其天然位：物體越接近其天然位置置, ,其奔向傾向就越強；上方空氣柱的重量越來越重等。其奔向傾向就越強；上方空氣柱的重量越來越重等。 意義：意義：亞里士多德能夠擺脫神的意志，并能形成一套自亞里士多德能夠擺脫神的意志，并能形成一套自圓其說的體系，在當時是有非常重要意義的。在科學(xué)史上，圓其說的體系，在當時是有非常重要意義的。在科學(xué)史上，他是一個重要的開拓者，盡管其許多觀點是錯誤的，但其歷他是一個重要的開拓者，盡管其許多觀點是錯誤的，但其歷史作用不可否定。史作用不可否定。2. 2. 阿基米德阿基米德（前（前287287前前212212） 古希臘最著名的物古希臘最著名的物 理學(xué)家，數(shù)學(xué)和力學(xué)大

26、師。后人稱理學(xué)家，數(shù)學(xué)和力學(xué)大師。后人稱其為其為“物理學(xué)之父物理學(xué)之父”。著有。著有論平面的平衡論平面的平衡論浮體論浮體，其數(shù)學(xué)其數(shù)學(xué) 研究在歐幾里德之后達到那個時代的頂點。研究在歐幾里德之后達到那個時代的頂點。 1 1）杠桿原理）杠桿原理：用了用了7 7條假設(shè)，論證表述了條假設(shè)，論證表述了1515個命題個命題. . 2 2）浮力定理）浮力定理（阿基米德定理）；（阿基米德定理）； 3 3）證明了正圓柱內(nèi)切球體的體積與該圓柱體積之比）證明了正圓柱內(nèi)切球體的體積與該圓柱體積之比 為為2:32:3；他采用了兩種方法：他采用了兩種方法： 實際制作了兩個材料相同的模型，稱其重量；實際制作了兩個材料相同的

27、模型，稱其重量； 從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)論證。從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)論證。 4 4）提出了重心的概念和物體重心的求法；）提出了重心的概念和物體重心的求法； 5 5）計算了）計算了的數(shù)值在的數(shù)值在3 3又又10/7110/71和和3 3又又1/71/7之間；之間； 6 6）發(fā)明了滑輪組；）發(fā)明了滑輪組； 7 7）發(fā)明了阿基米德螺旋提水器等。）發(fā)明了阿基米德螺旋提水器等。啟啟 明明 之之 光光: : 二二. . 古古 希希 臘臘 時時 期期 的的 物物 理理 進進 展展阿基米德像傳：傳：1)1)銅鏡燒船銅鏡燒船: :地中海，羅地中海，羅馬要滅亡敘拉古。阿基馬要滅亡敘拉古。阿基米德讓婦女用銅鏡組成米德讓婦女用銅鏡組成一

28、面聚光鏡燒戰(zhàn)船上的一面聚光鏡燒戰(zhàn)船上的帆，浸了油的繩與桅桿帆，浸了油的繩與桅桿和帆都燒起來了。和帆都燒起來了。 17471747年，法國科學(xué)家年，法國科學(xué)家布韋為了驗證這一情況，布韋為了驗證這一情況，用用360360面鏡子，拼成一個面鏡子，拼成一個大凹鏡，燒灼了大凹鏡，燒灼了7070米外米外的木堆。的木堆。啟啟 明明 之之 光光: : 二二. . 古古 希希 臘臘 時時 期期 的的 物物 理理 進進 展展2 2）發(fā)明的滑輪組：）發(fā)明的滑輪組：應(yīng)國王要求，利用機械裝置將應(yīng)國王要求，利用機械裝置將一艘巨輪拖動。這一機械裝置即是他發(fā)明的滑輪組。一艘巨輪拖動。這一機械裝置即是他發(fā)明的滑輪組。4)4)鑒

29、定王冠：鑒定王冠：傳阿基米德在洗澡時發(fā)現(xiàn)了鑒定王冠的純傳阿基米德在洗澡時發(fā)現(xiàn)了鑒定王冠的純金成分的方法，并在國王和大臣面前進行了表演：他先把金成分的方法，并在國王和大臣面前進行了表演：他先把一塊與王冠重量相等的純金放進一個盛水的容器中，稱出一塊與王冠重量相等的純金放進一個盛水的容器中，稱出溢出水的重量，接著再對王冠重復(fù)上述過程，發(fā)現(xiàn)溢出的溢出水的重量，接著再對王冠重復(fù)上述過程，發(fā)現(xiàn)溢出的水比前者多，從而說明王冠里摻進了比金輕（密度小）的水比前者多，從而說明王冠里摻進了比金輕（密度?。┑慕饘?。金屬。另一種說法是：用等重的金塊、銀塊和王冠，分別稱出它另一種說法是：用等重的金塊、銀塊和王冠，分別稱出

30、它們在水中的重量，算出它們在水中減少的量，即可斷定王們在水中的重量，算出它們在水中減少的量，即可斷定王冠是否摻了假。冠是否摻了假。 3) 3)豪言：豪言：傳阿基米德在敘拉古的王宮曾以這樣的豪言傳阿基米德在敘拉古的王宮曾以這樣的豪言評價杠桿的作用評價杠桿的作用:“:“給我一個支點，我可以撬動地球給我一個支點，我可以撬動地球”。意義：意義：阿基米德的力學(xué)研究方法具有阿基米德的力學(xué)研究方法具有“一般一般”的意義。的意義。阿基米德不僅提出了著名的浮力定律和杠桿原理，他在得阿基米德不僅提出了著名的浮力定律和杠桿原理，他在得出這兩個原理的過程中所采用的公理化方法出這兩個原理的過程中所采用的公理化方法( (

31、將實驗和數(shù)將實驗和數(shù)學(xué)推理結(jié)合起來學(xué)推理結(jié)合起來) )也成為近代甚至現(xiàn)代物理學(xué)研究的重要也成為近代甚至現(xiàn)代物理學(xué)研究的重要方法之一。方法之一。杠桿實驗圖歐幾里德歐幾里德（約前（約前330330前前275275）建立的優(yōu)美的幾何演繹體系，）建立的優(yōu)美的幾何演繹體系，是古代數(shù)學(xué)乃至整個數(shù)學(xué)史上的最偉大成果之一。他將是古代數(shù)學(xué)乃至整個數(shù)學(xué)史上的最偉大成果之一。他將幾何學(xué)引入到光學(xué)研究，將光學(xué)看作是幾何學(xué)的一個分幾何學(xué)引入到光學(xué)研究，將光學(xué)看作是幾何學(xué)的一個分支，著有支，著有反射光學(xué)反射光學(xué)，確認光的直進性，并建立了光，確認光的直進性，并建立了光的反射定律。確定了凹面鏡的聚焦點在球心或在球心與的反射定

32、律。確定了凹面鏡的聚焦點在球心或在球心與球面之間。但他卻認為視覺的產(chǎn)生是從人眼睛發(fā)射出的球面之間。但他卻認為視覺的產(chǎn)生是從人眼睛發(fā)射出的光線被物反射回來的結(jié)果。光線被物反射回來的結(jié)果。希隆希隆（前（前150150前前100100）：用光程最短原理論證了光的反射）：用光程最短原理論證了光的反射定律。定律。應(yīng)用：應(yīng)用： 著名天文學(xué)家著名天文學(xué)家阿里斯塔克阿里斯塔克（約前（約前310230310230）：）： 測量日地距離和月地距離之比；測量日地距離和月地距離之比； 埃拉多塞埃拉多塞（約前（約前270270前前196196）測量地球周長等。）測量地球周長等。二二 光學(xué)知識光學(xué)知識1.阿里斯塔克測量日

33、地距離和月地距離之比：阿里斯塔克測量日地距離和月地距離之比： 當月亮恰為半月時，日月地構(gòu)成直角三角形：日當月亮恰為半月時，日月地構(gòu)成直角三角形：日- -地間的直線為斜邊，日地間的直線為斜邊，日- -月和月月和月- -地間的直線均為直角邊，地間的直線均為直角邊，他測得月他測得月- -地邊和日地邊和日- -地邊之間的夾角，進而得出日地邊之間的夾角，進而得出日- -地地間的距離為月間的距離為月- -地間的距離的地間的距離的2020倍（實際為倍（實際為400400倍）。倍）。 在月蝕時，地球的影子投射到月球上，阿里斯塔克在月蝕時，地球的影子投射到月球上，阿里斯塔克根據(jù)這個影子的大小，計算出月亮的大?。?/p>

34、因為已知月根據(jù)這個影子的大小，計算出月亮的大?。ㄒ驗橐阎? -地距離），得出月亮直徑約為地球直徑的一半（實際地距離），得出月亮直徑約為地球直徑的一半（實際為為1/41/4），而太陽直徑約為地球直徑的），而太陽直徑約為地球直徑的1010倍（實際為倍（實際為100100倍）。倍）。 在阿里斯塔克的計算中，測量問題未能解決的很好，在阿里斯塔克的計算中，測量問題未能解決的很好，所以其數(shù)據(jù)誤差很大，但其研究方法是正確的，驚人的。所以其數(shù)據(jù)誤差很大，但其研究方法是正確的，驚人的。2.2.埃拉多塞埃拉多塞( (公元前公元前270-270-公元前公元前196)196)：用三尺長的：用三尺長的竹竿測地球周長。

35、竹竿測地球周長。埃及的尼羅河旁有兩個城市賽恩和亞歷山大，埃及的尼羅河旁有兩個城市賽恩和亞歷山大，由于已修路，聯(lián)系比較便利。在塞恩有一口很深的井，由于已修路，聯(lián)系比較便利。在塞恩有一口很深的井，夏至那天，陽光會照到井底，而陽光同時在亞歷山大夏至那天，陽光會照到井底，而陽光同時在亞歷山大對竹竿將有一個投影，我們可測出對竹竿將有一個投影，我們可測出角，根據(jù)幾何關(guān)角，根據(jù)幾何關(guān)系可知，系可知，AOS=AOS=，OS=0AOS=0A為地球半徑，則：為地球半徑，則：啟啟 明明 之之 光光: : 二二. . 古古 希希 臘臘 時時 期期 的的 物物 理理 進進 展展折算出的地球周長與當今折算出的地球周長與當

36、今的計算值相差僅幾百公里。的計算值相差僅幾百公里。啟啟 明明 之之 光光: : 二二. . 古古 希希 臘臘 時時 期期 的的 物物 理理 進進 展展)(2500002)(40000stadiaRLstadiaASR 1stadia=158.5米米 L39000千米千米 現(xiàn)在測量數(shù)據(jù)約為現(xiàn)在測量數(shù)據(jù)約為40000千米千米陽光陽光在埃及在埃及: :SOA:A:亞歷山大亞歷山大 S:S:賽恩賽恩A第四節(jié)第四節(jié) 中世紀的物理學(xué)知識中世紀的物理學(xué)知識一一 阿拉伯人的物理成就阿拉伯人的物理成就 1.1.阿勒阿勒哈增哈增（96510389651038） 著有著有光學(xué)全書光學(xué)全書：研究了眼睛的結(jié)構(gòu)，如：研究

37、了眼睛的結(jié)構(gòu)，如“網(wǎng)網(wǎng)膜膜”、“角膜角膜”、“玻璃狀體玻璃狀體”、“前房液前房液”等術(shù)語均出等術(shù)語均出自于他。自于他。 認為視覺是光線從物體發(fā)出進入人眼所致；認為視覺是光線從物體發(fā)出進入人眼所致； 認為光的入射線、反射線和法線都在一個平面內(nèi)；認為光的入射線、反射線和法線都在一個平面內(nèi)； 研究了球面鏡、拋物鏡成像問題；研究了球面鏡、拋物鏡成像問題； 正確解釋了太陽、月亮在地平線附近看起來較大的原正確解釋了太陽、月亮在地平線附近看起來較大的原因因。2.2.阿勒阿勒哈茲尼哈茲尼（1212世紀人）著有世紀人）著有智慧秤的故事智慧秤的故事： 由一根帶有由一根帶有5 5個秤盤的桿秤，可以測量空氣中和水中物

38、個秤盤的桿秤，可以測量空氣中和水中物體的重量體的重量, ,從而編出比重表；發(fā)現(xiàn)了水的比重隨溫度的不同從而編出比重表；發(fā)現(xiàn)了水的比重隨溫度的不同而不同；發(fā)現(xiàn)空氣有重量，因而阿基米德定律在空氣中也適而不同；發(fā)現(xiàn)空氣有重量，因而阿基米德定律在空氣中也適用；指出大氣的密度與高度有關(guān)；提出物質(zhì)的量與重量不同，用；指出大氣的密度與高度有關(guān)；提出物質(zhì)的量與重量不同，兩者成正比關(guān)系；他還用路程與時間之比表示速度。兩者成正比關(guān)系；他還用路程與時間之比表示速度。二二 歐洲人的研究工作歐洲人的研究工作 阿拉伯在阿拉伯在8-98-9世紀開始大量翻譯希臘的經(jīng)典著作。從世紀開始大量翻譯希臘的經(jīng)典著作。從1010世世紀中葉

39、開始，歐洲一些學(xué)者，紀中葉開始，歐洲一些學(xué)者，將阿拉伯文的書翻譯成拉丁文將阿拉伯文的書翻譯成拉丁文。到到1212世紀，翻譯活動形成了更高的浪潮。這種翻譯活動為后來世紀，翻譯活動形成了更高的浪潮。這種翻譯活動為后來的文藝復(fù)興和科學(xué)革命準備了學(xué)術(shù)上的重要條件。的文藝復(fù)興和科學(xué)革命準備了學(xué)術(shù)上的重要條件。 另一重要事件是另一重要事件是大學(xué)的建立大學(xué)的建立。1212世紀，在歐洲建立了牛津世紀，在歐洲建立了牛津大學(xué)、巴黎大學(xué)和波倫亞大學(xué)；后來人們仿照這三所大學(xué)又建大學(xué)、巴黎大學(xué)和波倫亞大學(xué)；后來人們仿照這三所大學(xué)又建立了一些大學(xué)，同時在大學(xué)內(nèi)又相繼成立了一大批專門的學(xué)院，立了一些大學(xué)，同時在大學(xué)內(nèi)又相繼

40、成立了一大批專門的學(xué)院，這些學(xué)院對中世紀晚期學(xué)術(shù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。這些學(xué)院對中世紀晚期學(xué)術(shù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。1 1. .羅吉爾羅吉爾培根（約培根（約1214-12941214-1294）的研究）的研究 英國人，是英國人，是1313世紀杰出的科學(xué)家。大膽同迷信、反動教世紀杰出的科學(xué)家。大膽同迷信、反動教會作斗爭，是近代自然科學(xué)的先驅(qū)。他提倡：會作斗爭，是近代自然科學(xué)的先驅(qū)。他提倡：重視對數(shù)學(xué)的研究重視對數(shù)學(xué)的研究 實驗方法和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合是近代物理學(xué)產(chǎn)生的重要實驗方法和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合是近代物理學(xué)產(chǎn)生的重要支柱。這種方法在西方始于阿基米德，經(jīng)培根提到原則的高支柱。這種方法在西方始于阿基米德，經(jīng)

41、培根提到原則的高度，預(yù)示著近代科學(xué)即將誕生。度，預(yù)示著近代科學(xué)即將誕生。倡導(dǎo)實驗方法研究自然倡導(dǎo)實驗方法研究自然 他是當時唯一旗幟鮮明地主張科學(xué)實驗的人。通過實驗他是當時唯一旗幟鮮明地主張科學(xué)實驗的人。通過實驗培根發(fā)現(xiàn)了火藥的成分；發(fā)明了暗室；用光線在雨滴中的折射培根發(fā)現(xiàn)了火藥的成分；發(fā)明了暗室；用光線在雨滴中的折射解釋了虹的成因；提出用平凸透鏡制成望遠鏡的設(shè)想；研究過解釋了虹的成因；提出用平凸透鏡制成望遠鏡的設(shè)想；研究過蒸汽的作用，并預(yù)言可以造出不用人力漿的航船，不用馬拉的蒸汽的作用，并預(yù)言可以造出不用人力漿的航船，不用馬拉的自動行駛的車，以及能在天上飛行的裝置等。自動行駛的車，以及能在天上

42、飛行的裝置等。2.2.沖力說沖力說 6 6世紀時的斐勞波諾斯在注釋希臘著作時，曾批評了亞里世紀時的斐勞波諾斯在注釋希臘著作時，曾批評了亞里士多德的空氣動力說，同時提出士多德的空氣動力說，同時提出“無形注入的力無形注入的力”。他否認天。他否認天體的運動是神靈推動的，而是上帝在初始時就賦予天體的一種體的運動是神靈推動的，而是上帝在初始時就賦予天體的一種力?？恐@種力來維持天體的運動，這種力是永恒的。力?？恐@種力來維持天體的運動，這種力是永恒的。 1414世紀牛津大學(xué)的威廉和巴黎大學(xué)校長布里丹又發(fā)展了世紀牛津大學(xué)的威廉和巴黎大學(xué)校長布里丹又發(fā)展了“無形力無形力”思想，提出思想，提出“沖力沖力”概念

43、，并認為沖力的大小與物概念，并認為沖力的大小與物體的密度、體積、速度成正比。這正是沖量的初步概念。體的密度、體積、速度成正比。這正是沖量的初步概念。 培根的思想遠遠超過了他的時代，并寫了很多著作。由培根的思想遠遠超過了他的時代，并寫了很多著作。由于培根的科學(xué)思想為當時的教會所不容，在教會的嚴格監(jiān)視于培根的科學(xué)思想為當時的教會所不容，在教會的嚴格監(jiān)視下，培根在巴黎寺院里生活了下，培根在巴黎寺院里生活了1010年，后來又被關(guān)進監(jiān)獄年，后來又被關(guān)進監(jiān)獄1414年年之久，出獄后兩年便與世長辭。他的主要著作之久，出獄后兩年便與世長辭。他的主要著作大著作大著作、小著作小著作、第三著作第三著作等也沒有流傳，

44、只有其中一小部等也沒有流傳，只有其中一小部分以手抄本的形式保留下來。分以手抄本的形式保留下來。3.3.運動學(xué)的研究運動學(xué)的研究 在分析落體運動時，布里丹等和其他學(xué)者一樣，也認為在分析落體運動時，布里丹等和其他學(xué)者一樣，也認為重量是運動變化的第一原因重量是運動變化的第一原因 。重力可使物體下落，同時。重力可使物體下落，同時也產(chǎn)生沖力的累積和增加；這種連續(xù)的增加，導(dǎo)致物體速也產(chǎn)生沖力的累積和增加；這種連續(xù)的增加，導(dǎo)致物體速度的持續(xù)增加。度的持續(xù)增加。 1414世紀早期，在牛津大學(xué)的梅頓學(xué)院，一批學(xué)者也開世紀早期，在牛津大學(xué)的梅頓學(xué)院，一批學(xué)者也開始討論運動問題，并定義了勻速運動和勻加速運動（后來始

45、討論運動問題，并定義了勻速運動和勻加速運動（后來伽利略直接利用了這些定義）。提出了伽利略直接利用了這些定義）。提出了平均速度定理平均速度定理：一：一個物體，從靜止開始均勻加速，在一定時間內(nèi)運行一段距個物體，從靜止開始均勻加速，在一定時間內(nèi)運行一段距離。如果同一物體在同一時間間隔內(nèi)用等于它的勻加速時離。如果同一物體在同一時間間隔內(nèi)用等于它的勻加速時間間隔的中點的瞬時速度作勻速運動，它將通過相等的距間間隔的中點的瞬時速度作勻速運動，它將通過相等的距離。這是中世紀物理學(xué)研究的最重要成果之一。離。這是中世紀物理學(xué)研究的最重要成果之一。 1350年前后，巴黎的年前后，巴黎的尼古拉尼古拉奧雷斯姆奧雷斯姆在

46、在論性質(zhì)的構(gòu)形論性質(zhì)的構(gòu)形中中對平均速度定理給出了最完美的對平均速度定理給出了最完美的證明：證明： SABC=S ABGF AB軸表示時間，軸表示時間，AC軸表示速度軸表示速度 奧雷斯姆的證明在奧雷斯姆的證明在14151415世紀的歐洲廣為人知。這對以世紀的歐洲廣為人知。這對以后伽利略關(guān)于運動的研究應(yīng)有深刻影響。后伽利略關(guān)于運動的研究應(yīng)有深刻影響。 另外，薩可森的另外，薩可森的艾爾波特艾爾波特也曾指出，兩個大小不同因而也曾指出，兩個大小不同因而重量不同的同質(zhì)物體在虛空中將以同等速度下落。這都為伽重量不同的同質(zhì)物體在虛空中將以同等速度下落。這都為伽利略關(guān)于運動的研究打下了基礎(chǔ)。利略關(guān)于運動的研究

47、打下了基礎(chǔ)。 總之，中世紀晚期的物理學(xué)研究已取得了很大的進步，總之，中世紀晚期的物理學(xué)研究已取得了很大的進步，并且為近代物理學(xué)的建立創(chuàng)造了一定條件。并且為近代物理學(xué)的建立創(chuàng)造了一定條件。 啟啟 明明 之之 光光: : 三三. . 古古 印印 度、巴度、巴 比比 倫倫 和和 阿阿 拉拉 伯伯 的的 貢貢 獻獻古印度天文臺古印度天文臺4.4.古印度、巴比倫和阿古印度、巴比倫和阿拉伯在天文學(xué)、數(shù)學(xué)方拉伯在天文學(xué)、數(shù)學(xué)方面的貢獻：面的貢獻： 據(jù)載，古印度發(fā)現(xiàn)了十據(jù)載，古印度發(fā)現(xiàn)了十進制記數(shù)法，經(jīng)阿拉伯傳到進制記數(shù)法，經(jīng)阿拉伯傳到歐洲，逐步演變?yōu)楫斀竦臍W洲，逐步演變?yōu)楫斀竦摹鞍⒗洈?shù)阿拉伯記數(shù)”。在祖沖之。在祖沖之之后之后10001000年，阿拉伯數(shù)學(xué)家年，阿拉伯數(shù)學(xué)家求得圓周率求得圓周率，準確到小數(shù)，準確到小數(shù)點之后點之后1717位。位。一一.古代物理學(xué)的特點古代物理學(xué)的特