走進(jìn)物理世界-物理探究之旅1經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展

1、走進(jìn)物理世界古代與經(jīng)典物理學(xué)探究之旅西北大學(xué)物理學(xué)系 田來科目錄第一章 物理學(xué)第二章 物理學(xué)的探究之旅 啟明之光古代物理學(xué)第三章 經(jīng)典力學(xué)的建立第四章 經(jīng)典熱力學(xué)基礎(chǔ)第五章 經(jīng)典電磁學(xué)的建立與發(fā)展第六章 經(jīng)典光學(xué)第一章 物理學(xué)宇宙世界宇宙世界是由物質(zhì)組成的，而一切物質(zhì)均處于永恒的運(yùn)動之中，一切運(yùn)動離不開物質(zhì)。而物質(zhì)的運(yùn)動軌跡、運(yùn)動狀態(tài)、運(yùn)動狀態(tài)的改變、物體的結(jié)構(gòu)形態(tài)及其運(yùn)動規(guī)律等是由物體受的作用力所決定，而力是由物體之間、或物體內(nèi)部不同部分之間的相互作用而產(chǎn)生的。物體的運(yùn)動是絕對的，對于物體運(yùn)動的描述則是相對的。 第一章 物理學(xué) 物理學(xué)內(nèi)涵為什么蘋果會掉落于地面而不是失落空中？水為什么會呈現(xiàn)出

2、不同的狀態(tài)？物體為什么會在不同溫度下呈現(xiàn)不同狀態(tài)？不同狀態(tài)的物質(zhì)為什么表現(xiàn)出不同性質(zhì)？為什么金屬會導(dǎo)電？為什么會打雷閃電？為什么地球繞著太陽轉(zhuǎn)，月亮繞著地球轉(zhuǎn)？為什么地球在繞著太陽公轉(zhuǎn)的同時還做著自轉(zhuǎn)？而原子中的電子在繞著原子核轉(zhuǎn)動時也做著自轉(zhuǎn)？物理學(xué)是一門有趣的科學(xué)，它是研究聲、光、熱、電、力等形形色色的物理現(xiàn)象的 一門科學(xué)。第一章 物理學(xué) 物理學(xué)的內(nèi)涵物理學(xué)是探索研究宇宙自然世界的物質(zhì)組成、物質(zhì)形態(tài)結(jié)構(gòu)、物體之間、物體內(nèi)部不同部分之間相互作用和由相互作用引起的物體形態(tài)變化及其運(yùn)動的基本規(guī)律的科學(xué)。是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，物理學(xué)的一個永恒主題是尋找宇宙之中決定物質(zhì)構(gòu)成、運(yùn)動狀態(tài)的根本原

3、因及其基本規(guī)律。 第二章 物理學(xué)的探究之旅 啟明之光古代物理學(xué) 2.1 中國古代的物理學(xué)萌芽2.2 西方古代物理學(xué)進(jìn)展2.1 啟蒙之光 中國古代的物理學(xué)萌芽2.1.1 物質(zhì)本原思想 一元素與原子的觀點 1.陰陽學(xué)說 2.五行思想 （3.原子的觀點） 二 元氣說2.1.2 物理學(xué)知識的積累 一.力學(xué) 二.熱學(xué) 三.光學(xué) 四.電磁學(xué) 五.聲學(xué) 六.天文學(xué)概況 在古代，無論是古希臘還是中國，都談不上有“物理學(xué)”。當(dāng)時人們還不可能自覺地、系統(tǒng)地運(yùn)用實驗方法，也不可能通過嚴(yán)密的邏輯推理和數(shù)學(xué)形式進(jìn)行科學(xué)的概括，使之成為完整的知識體系。但這一階段仍是物理學(xué)形成和發(fā)展的先導(dǎo)和淵源。是物理學(xué)發(fā)展的孕育和萌芽時

4、期。 在中國，自夏、商、西周起，隨著手工技術(shù)的發(fā)展，物理知識開始積累。春秋戰(zhàn)國時期科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，中國古代物理學(xué)開始形成 ；秦漢時期，形成一個發(fā)展高峰；宋元時期達(dá)到鼎盛。至此，在西方近代科學(xué)誕生之前，中國的科學(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域都居世界領(lǐng)先地位。明末至清初以后，科學(xué)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸落后于西方，這一時期，西方物理知識開始向中國輸入。一.元素與原子的觀點 1. 陰陽學(xué)說 陰陽是中國古代哲學(xué)的一對范疇劃分。陰陽的最初涵義是表示陽光的向背，向日為陽，背日為陰。 后來，又給它賦予了一定的意義，把自然界和社會上一切對立的現(xiàn)象抽象為陰陽，用陰陽概念來解釋自然界兩種對立和相互消長的物質(zhì)現(xiàn)象和社會現(xiàn)象，用來解

5、釋天文氣象、四季變化、萬物興衰、人體結(jié)構(gòu)和狀態(tài)變化等自然現(xiàn)象。 如氣候的寒暖，方位的上下、左右、內(nèi)外，運(yùn)動狀態(tài)的躁動和寧靜，以及天地、男女、晝夜、君臣、夫妻等。 陽代表積極、進(jìn)取、剛強(qiáng)、上升、溫?zé)?、明亮、雄性、太陽等陽性和具有這些特征的事物； 陰代表消極、退讓、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等陰性和具有這些特征的事物。2.1.1 物質(zhì)本原思想 陰陽學(xué)說認(rèn)為：陰陽的對立統(tǒng)一運(yùn)動，是自然界一切事物發(fā)生、發(fā)展、變化及消亡的根本原因。是自然界一切事物運(yùn)動變化的固有規(guī)律。陰陽的對立和消長是宇宙的基本規(guī)律。陰陽學(xué)說的基本內(nèi)容包括陰陽對立、陰陽互根、陰陽消長和陰陽轉(zhuǎn)化四個方面。陰陽學(xué)說認(rèn)為：“陰陽有序、

6、整體和諧”是世間的最佳狀態(tài)，也是事物穩(wěn)定的基本保證。.五行思想 五行：金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)或元素?！八谎咨?，木曰曲直，金曰從革，土爰稼穡（jia se ）?！保ㄉ袝榉叮?構(gòu)成：世界萬物皆由上述五種元素構(gòu)成。“以土與金、木、火、水雜，以成百物”（國語鄭語）。 相互關(guān)系：相生與相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生土；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。 發(fā)展：五行說的起源早于“太極”和“道” ，在殷末已普遍流傳；春秋戰(zhàn)國時期，五行說與陰陽說相結(jié)合，形成了陰陽五行說，形成了五行相生相克的關(guān)系。宋代以后，五行作為由太極到萬物的中間環(huán)節(jié)，被容納于宇宙生成體系之中。宇宙由太極而生，

7、太極生出陰陽，陰陽生出五行，五行相互作用，生出男女及世間萬物。和西方比較：古希臘的四根說，古印度的四大說，無金。 概述：中國古代的哲人們期望著將世界萬物本源歸結(jié)為一種統(tǒng)一的物質(zhì)，認(rèn)為世界應(yīng)該是由一種連續(xù)分布于整個空間的物質(zhì)所構(gòu)成，而不像“五形說”是各種元素的組合。在“道”和“太極”的思想指導(dǎo)下，逐漸形成并發(fā)展成為在中國古代自然觀中重要的、占主流地位的“元氣說”。 春秋戰(zhàn)國時期，老子認(rèn)為由最高范疇的道生出陰陽二氣，進(jìn)而產(chǎn)生萬物。莊子繼承和發(fā)揚(yáng)老子的學(xué)說，提出“通天下一氣”的思想。戰(zhàn)國末期的荀（xn）況也指出氣是構(gòu)成萬物的基本元素。 元氣說在春秋戰(zhàn)國時期出現(xiàn)，在漢代逐漸成熟，經(jīng)過唐、宋得到相當(dāng)大的

8、發(fā)展，明末清初達(dá)到高峰。由漢代的王充、唐代的柳宗元和劉禹錫為代表，形成了“元氣自然論”；由宋代張載和明末清初的王夫之為代表形成了“元氣本體論”。二 元氣說氣分陰陽，永遠(yuǎn)處于運(yùn)動變化之中物質(zhì)不滅思想 王夫之張子正蒙注太和：氣“散而歸于太虛，復(fù)其氤氳之本體，非消滅也。聚而為庶物之生，自氤氳之常性，非幻成也”“聚散變化，而氣本體不為之損益?！?；“車薪之火，一烈而盡，而為焰，為煙，為燼，木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見者?！保弧耙魂担▃eng）之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸；若蓋嚴(yán)密，則郁而不散?！?.2 物理學(xué)知識的積累一 力學(xué)1.物理計量：時間計量、度量衡2.時間、空間、運(yùn)動

9、： 空間和時間 運(yùn)動與靜止 運(yùn)動的相對性3.對力的認(rèn)識：4.力學(xué)知識的應(yīng)用一 力 學(xué)1.物理計量時間計量 a.干支紀(jì)法：春秋時魯隱公三年（前722）二月己巳日至清宣統(tǒng)年（1911）?！案芍А笔恰疤旄伞焙汀暗刂А钡暮戏Q。 天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。 地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍、亥。 組成“六十干支”：甲子、乙丑、癸酉、甲戊、乙亥癸亥。共60個組合，也稱“六十甲子”，周而復(fù)始，不斷循環(huán)。 b.十二時辰記時法： 子時：231時，丑時：13時，,亥時：2123時。 c.百刻時制（漏壺記時制）： 采用日晷（r gui又稱“日規(guī)”，是我國古代利用日影測得時刻

10、的一種計時儀器。其原理就是利用太陽投射的影子來測定并劃分時刻。日晷通常由銅制的指針和石制的圓盤組成。這種利用太陽光的投影來計時的方法是人類在天文計時領(lǐng)域的重大發(fā)明，這項發(fā)明被人類沿用達(dá)幾千年之久。或漏壺將一晝夜分為十時，一時分為十刻?？虨槁氐幕居洉r單位，在竹或木制的箭上100個等分刻度，其高度正好等于一晝夜漏壺滴水的高度。1刻等于現(xiàn)在的14.4分鐘。 d.機(jī)械記時： 東漢時期張衡117年發(fā)明渾天儀，用于測定天體位置，一天轉(zhuǎn)一周。后經(jīng)唐宋發(fā)展，成為世界上最早的天文鐘。星晷月晷圭表日晷漏壺： 漏壺有兩種形式：瀉水型和受水型。我國最早的西漢青銅挈壺為瀉水型漏壺，只有一把挈壺，出水口在壺底側(cè)。由于

11、挈壺里水位不同時出水速度不同，后來又發(fā)展出受水型。并逐漸由最初的兩壺發(fā)展成多壺。右圖為根據(jù)唐朝呂才歷象匯編歷法典99卷刻漏圖制作的四級漏壺。浮漏： 宋代沈括在多級漏壺的基礎(chǔ)上發(fā)明了浮漏，每晝夜誤差小于20秒。宋代燕肅制作的蓮花漏改進(jìn)了刻箭的刻度方法，精度提高到14.4秒；宋代趙友欽則將精度提高6秒。度量衡：度-長度 量-容量 衡-重量 漢書律歷志詳細(xì)記載：長度單位：引、丈、尺、寸、分，十進(jìn)制；容量單位：斛（h)、斗、升、合、龠（yu），十進(jìn)制。 重量單位：石、鈞、斤、兩、銖，非十進(jìn)制。長度：孔子家語記載：“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋”即：從中指的指端到第一橫紋叫一寸，拇指和中指一扎為一尺，兩

12、臂伸開長八尺，叫一尋。孫子算經(jīng)：“度之所起，起與忽。蠶吐絲為忽。十忽為一絲，十絲為一毫，十毫為一厘，十厘為一分?！?。 漢書律歷志記載：“度本起黃鐘之長。九十分黃鐘之長，一為一分，十分為寸，十寸為尺，十尺為丈，十丈為引”。容量：一手所盛為“溢”,二手合盛為“掬”,“掬四謂之豆”重量：古人將重量器具稱之為衡，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、桿秤。權(quán)就是砝碼或秤砣。漢書.律歷志記載秦代的度量衡制度為： 度制(五度)1引10丈100尺1000寸10000分； 量制(五量)1斛10斗100升1000合2000龠； 衡制(五衡)1石4鈞，1鈞30斤，1斤16兩，1兩24銖。 將秦制換算成現(xiàn)代計量單位：

13、 1尺23.2cm 1升200ml 1斤256g 漢承秦制，所以兩千石就是二十四萬斤 公元211年，秦始皇統(tǒng)一中國后，在商鞅變法的基礎(chǔ)上對度量衡進(jìn)行了統(tǒng)一，制發(fā)了一大批度量衡標(biāo)準(zhǔn)器，意義重大。2.時間、空間和運(yùn)動時間與空間尸子“上下四方曰宇，往古今來曰宙”。運(yùn)動的相對性呂氏春秋：“刻舟求劍”故事；隋書天文志：“乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游云以觀，日月常動而云不移” 。抱樸子塞難：“見游云西行，而謂月之東馳”。春秋緯元命苞（漢代）：“天左旋，地右動”。春秋緯考靈曜（yo）“地恒動不止，而人不知，比如人在大舟中，閉牖（yu）而坐，舟行而人不覺”。比伽利略（1564-1642）相對性原理早一千

14、多年。3 對力的認(rèn)識（1）力的概念 墨經(jīng)：“力，刑之所以奮也”，這里刑即形，指物，奮即飛，動的意思。即力是物體產(chǎn)生運(yùn)動的原因。 王充論衡效力篇：“人有知學(xué)，則有力矣。文吏以理事為力，而儒 生以學(xué)問為力”，“舉重拔堅，壯士之力也”，“故 夫墾草殖谷，農(nóng)夫之力也”（東漢）。 西方，17世紀(jì)初弗蘭西斯培根提出：“知識就是力量”。（3）杠桿原理 墨經(jīng)中對不等臂天平的論述：“衡，加重于其一旁，必捶，權(quán)、重相若也。相衡，則本短標(biāo)長。兩加焉，重相若，則標(biāo)必下，標(biāo)得權(quán)也?！保?）外力與內(nèi)力 王充論衡：“古之多力者，身能負(fù)荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉不能離地?！保?）浮力：曹沖稱象等。（5）彈力：弓箭的制作等

15、（東漢鄭玄127-200）。（6）大氣壓力 西漢時期已利用虹吸管-渴烏，東漢時已廣泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。 關(guān)尹子：“瓶存二竅，以水實之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則水不降。” 唐代王冰素問：“虛管灌滿，捻上懸之，水固不瀉，；空瓶小口，頓灌不入，為氣不出而不能入也?！保?）慣性：春秋戰(zhàn)國時期的考工記中描述：“馬力既竭，軸猶能一取焉”4 力學(xué)知識應(yīng)用 尖劈、轆轤、滑輪、水轉(zhuǎn)筒車、水轉(zhuǎn)連磨、水碓（du 舂米用具）、水排鼓風(fēng)機(jī)（公元31年東漢南陽太守杜詩發(fā)明）、被中香爐、記里鼓車、水運(yùn)渾象儀等。 古代建筑學(xué)上力學(xué)的應(yīng)用：如隋代李春建造的趙州橋，是我國古代留傳至今最古老、跨度

16、最大、弧度最淺的石拱橋，距今已1300年； 公元1056年建造的遼代山西應(yīng)縣木塔，是世界上現(xiàn)存的最高的古代木構(gòu)建筑，高67.31米，經(jīng)受近十個世紀(jì)的風(fēng)雪襲擊，12次六級以上地震，至今安然屹立。 宋代建筑師喻皓曾在開封建“開寶寺塔”斜塔：“塔初成，望之不正，而勢傾西北。人怪而問之。皓曰：京師地平無山，而多西北風(fēng)，吹之不百年當(dāng)正也?！睔w田錄。 明代的北京故宮群等等。水排鼓風(fēng)機(jī)（取自王禎農(nóng)書）二 熱學(xué)1.對熱現(xiàn)象和熱本質(zhì)的認(rèn)識溫度、濕度及其測量“火候”：在燒制陶器和冶煉金屬的過程中，通過對“火候”的觀察，來定性的判斷溫度的高低?？脊び浻涊d了青銅冶煉時火色與溫度的關(guān)系：“凡鑄金之狀，金與錫。黑濁之氣竭

17、，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也?！奔串?dāng)“爐火純青”時，爐溫達(dá)到1200度 左右，雜質(zhì)揮發(fā)，銅錫融合，可以用來澆鑄了?；鹕珜嶋H為物質(zhì)原子的發(fā)射光譜及其強(qiáng)度的表現(xiàn)。濕度：淮南子：“琴弦緩，天且雨”“風(fēng)雨之變，可以音律知之”，即現(xiàn)在毛發(fā)濕度計的原理.熱脹冷縮與熱應(yīng)力 熱脹冷縮；增大熱應(yīng)力：在公元前250年都江堰水利工程中的 應(yīng)用記載：“大灘江中，其崖嶄峻不可鑿，乃積薪燒之?！边@種增大熱應(yīng)力開鑿巨石的記載很多。熱的本性 五行說：熱（火）是構(gòu)成物質(zhì)的一種元素； 元氣說：熱這種物質(zhì)的本原仍是氣。2 熱能利用與熱功高溫技術(shù)：殷商時期在高溫冶煉鑄造技術(shù)方面就已卓有成效：殷代

18、文物司母戊鼎、商代的四羊尊、戰(zhàn)國的銅尊盤、秦始皇陵的大型銅馬車等。春秋末期制造的白口鐵和中碳鋼劍，表明當(dāng)時的冶煉已達(dá)到1300的高溫。 松脂燈（孔明燈）： 走馬燈：利用冷熱空氣對流帶動紙輪旋轉(zhuǎn)。 熱氣球：14世紀(jì)初，元朝仁宗登基時在元大都（北京）升起世界上第一個熱氣球。 火藥：四大發(fā)明之一?；鹌鳎瑹熁ǖ?。 火箭：宋代的管形火器“突火槍”。元代的銅炮；明代的多種多發(fā)火箭。萬虎：明代官員，是“第一個企圖利用火箭飛行的人。他用47只最大的火箭綁在椅子背后，手拿兩個大風(fēng)箏，想借助火箭的推力和風(fēng)箏上升的力量飛向空中。1970年國際天文學(xué)會為了紀(jì)念他，把月球背面的一個環(huán)行山命名為“萬虎環(huán)行山”。三 光學(xué)

19、1.光的直線傳播與小孔成像 2.光的反射與鏡面成像 3.光的折射與透鏡 4.光的色散1.光的直線傳播與小孔成像 墨經(jīng)：景倒，在午有端與。景：光之人，照若射，下者之人也高， 高者之人也下。足蔽下光，故成景與 上。首蔽上光，故成景與下。(午：交叉； 端：小孔)。 趙友欽實驗（宋末元初）：趙友欽實驗在中國古代史上占有重要地位，其實驗?zāi)康拿鞔_，設(shè)計合理，步驟清晰，結(jié)果可靠，是中國物理學(xué)史上的的一個首創(chuàng)。 夢溪筆談：“若鳶（yun）飛空中，其影隨鳶而移；或中間為窗所 束則影與鳶相違，鳶東則影西，鳶西則影東。又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂?！壁w友欽實驗：實驗中他固定幾個條件，改變一個條件來觀察

20、成像情況。實驗分五步進(jìn)行：改變孔的大小，比較成像情況；改變光源強(qiáng)度，作日月蝕模擬實驗；改變像距；改變光源距離，觀察小孔成像的變化；改變孔的大小和形狀，做大孔成像實驗。小罅xia光景影象平面鏡：“景，日之光反燭人，則景在日與人之間” 凸面鏡：“鑒團(tuán)，景一。鑒者近，則所鑒大，景亦大；其遠(yuǎn)，所鑒小，景亦小，而必正?！?即鑒團(tuán)只成一縮小的正立的像（虛）。 凹面鏡：“鑒洼，景，一小而易，一大而正，說在中之外、內(nèi)。 中之內(nèi)，鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠(yuǎn)中，則所鑒小，景亦小，而必正，起于中緣正而長其直也。中之外，鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠(yuǎn)中，則所鑒小，景亦小而必易。合于中長直也?！薄拌b洼”即凹面鏡，“

21、中”為焦點，“易”即倒置。2.光的反射與鏡面成像 墨經(jīng)中論述了光的反射，包括平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的反射情況。鏡術(shù)：利用平面鏡成像制成“萬花筒”樣的“魔鏡”：日月鏡、四規(guī)鏡等。 “燈衢qu”(清代黃履莊造)：“做小屋一間，內(nèi)懸燈數(shù)盞，人入其中，如至通街大市，人間稠雜，燈火連綿，一望數(shù)里。” “羅漢堂”(清代鄭復(fù)光造)：從側(cè)面小洞向里看“千門萬戶，百千羅漢”。 凹凸面鏡：殷武丁時期就出現(xiàn)了凹、凸面銅鏡。 透光鏡：現(xiàn)上海博物館珍藏有西漢時期的“透光鏡”（青銅）。 隋唐古鏡記記載：“承日照之，則背上文字，墨入影內(nèi)，纖毫無失”。沈括：“陽燧面洼，以一指迫而照之則正，漸遠(yuǎn)則無所見，過此遂倒。” “小鑒不

22、能全觀人面，故令微凸，收人面令小，則鑒雖小而能全納人面。仍覆量鑒之小大增損高下，常令人面與鑒大小相若?！?.光的折射與透鏡 冰透鏡：西漢淮南萬畢術(shù)記載：”削冰令圓，舉向以日，以艾承其影，則火生。“ 鯽魚杯：宋代春渚（zh）紀(jì)聞：“有一鯽，長寸許，游泳可愛。水倒出，魚不復(fù)見。復(fù)酌水酒中，須臾一魚泛然而起。” “蝴蝶杯”、“蘭花杯”等。4.光的色散雨后成虹和造虹實驗： 唐初孔穎達(dá)禮記注疏“日照雨滴則虹生” 唐代張志和玄真子“雨色映日而為虹”“背日噴乎水，成虹霓之狀?！?南宋蔡卞毛詩名物解：“云薄漏日，日照雨滴則虹生。今以水噴日，自側(cè)視之，則暈為虹霓。故今雨氣成虹，朝陽射之則在西，夕陽射之則在東?！?/p>

23、雞子石英證含光圖： 著名道士張果修煉內(nèi)丹的著作修真歷驗鈔圖：講到從白石英看到：“映日則光玉也，五色玄英”。白石英為無色透明晶體，屬六角晶系。用白石英作的三棱鏡對日光產(chǎn)生了色散。 明末方以智物理小識四 電磁學(xué)1.對電的認(rèn)識2.對磁的認(rèn)識3.電與磁的應(yīng)用1.對電的認(rèn)識 摩擦起電：*東漢王充論衡：“頓牟掇芥，磁石引針?biāo)愋に?，不能掇取者，何也？氣性異殊，不能相感動也?！鳖D牟指玳瑁（爬行動物，形狀象龜，這里指其殼）。（用元氣解釋靜電現(xiàn)象）；*西晉張華博物志記載：“今人梳頭，脫著衣時，有隨梳、解結(jié)有光者，也有吒聲?！?唐代酉陽雜俎“貓黑者，暗中逆循其毛，即著火星”。 雷電現(xiàn)象：沈括夢溪筆談：“雷火自窗間

24、出，赫然出檐，人以為堂屋已焚，皆出避之，及雷止，其舍宛然，墻壁窗紙皆黔（黑）。有一木格，其中雜儲諸器，其漆器銀扣者，銀悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一寶刀，極堅剛，就刀室中熔為汁，而室亦儼然?！泵鞔揭灾牵骸袄谆鹚?，金石銷熔，而漆器不壞。” 武當(dāng)山天柱峰金頂三大奇觀之一的“雷火練殿”。1.對電的認(rèn)識 淮南子記載：“陰陽相薄為雷，激揚(yáng)為電?！?.對磁的認(rèn)識 磁性：呂氏春秋：“慈石召鐵，或引子也”；鬼谷子：“慈石取針”；高誘注釋呂氏春秋時指出：“石，鐵之母也，以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。 磁石吸引物質(zhì)只限于鐵：淮南子：“若以慈石之能連鐵也，而求其引瓦，則難矣”，“及其于銅則不通

25、”。 屏蔽：明末劉獻(xiàn)廷廣陽雜記：“慈石吸鐵，隔礙潛通。或問余曰：慈石吸鐵，何物可以隔之？猶子阿儒曰：唯鐵可以隔之耳。其人去而復(fù)來，曰：試之果然?！?.電與磁的應(yīng)用 避雷針： 磁性指南器： 磁化 地磁場磁化法： 1044年出版的宋代曾公亮武經(jīng)總要：“魚法，以薄鐵葉剪裁，長二寸闊五分，首尾銳如魚形，置碳火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐（qin 印、章)魚首出火，以尾正對子位，蘸水盆中，沒尾數(shù)分則止，以密器收之，用時置水碗于無風(fēng)處，平放魚在水面令浮，其首常南向午也?！睂㈣F片燒紅的是使磁疇重新分布成為順磁體，淬火使磁疇穩(wěn)定。 磁石磁化法： 沈括夢溪筆談：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東（地磁偏角），

26、不全南也。中國古代科技 指南車模型 啟 明 之 光: 一. 中 國 古 代 的 物 理 學(xué) 萌 芽五 聲學(xué)1.聲音的產(chǎn)生（略）2.聲音的傳播3.共振4.共鳴及其消除5.聲音的反射6.古代樂器7.律學(xué)聲音的傳播荀子勸學(xué)篇：順風(fēng)而呼，聲非加疾也，而聞?wù)哒谩?1.共振 莊子徐無鬼：“為之調(diào)瑟，廢于一堂，廢于一室。鼓宮宮動，鼓角角動，音律同矣。夫改調(diào)一弦，于五音無當(dāng)也，鼓之，二十五弦皆動?！?夢溪筆談：“琴瑟弦皆有應(yīng)聲，宮弦則應(yīng)少宮，商弦則應(yīng)少商，其余皆隔四相應(yīng)。今曲中有聲音，須依此用之。欲知其應(yīng)者，先調(diào)諸弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應(yīng)弦，則紙人躍，他弦則不動。聲律高下茍同，雖在他琴鼓之，應(yīng)弦亦震，

27、此謂之正聲?！保ü舱駥嶒烎~洗）2.共鳴及其消除 南北朝時期劉敬叔異苑：“晉中朝有人蓄銅澡盆，晨夕恒鳴如人扣，乃問張華。華曰：此盆與洛鐘宮商相應(yīng)，宮中朝暮撞鐘，故聲應(yīng)爾。可錯（挫）令輕，則韻乖。鳴自止也。依其言，后不復(fù)鳴。” 唐代韋絢劉賓客嘉話錄記載了當(dāng)時的太樂令曹紹 為一僧人治病的事：該僧人因僧房內(nèi)一磬無故自鳴，而驚恐成疾。3.聲音的反射 北京天壇：回音壁、三音石、對話石 山西永濟(jì)“鶯鶯塔”：普救寺舍利塔，因“西廂記”而稱“鶯鶯塔”，是一座空心磚塔，初建于唐武則天，后重建于明嘉靖42年（1564），因其 可產(chǎn)生蛙鳴般的回聲，而列河?xùn)|“清八景”之一。（ 普救蟾聲） 河南三門峽“蛤蟆塔”：建于金大

28、定十六年，在塔外十余米處擊石拍掌，有蛙鳴回音。 四川潼南“石琴”：實為登山石階，鑿于江邊完整無縫凹處，沿石階拾級而上，自第四級到第十九級，凡步履所觸，便會發(fā)出悠揚(yáng)婉轉(zhuǎn)的古琴聲在洞內(nèi)回蕩。其中有七級石蹬的發(fā)音特別洪亮，稱為七步彈琴。題為石蹬琴聲。編種4.古代樂器 新石器時代：陶塤（xn）和骨哨。 詩經(jīng)記載：有29種之多，包括各種彈琴、吹奏、打擊等樂器。 戰(zhàn)國曾侯乙墓：出土的有：編鐘、磬qng 、笙sheng、排蕭等。5.律學(xué) 商代：已有五聲音階：宮、商、角、徵（zh）、羽（1、2、3、5、6）。后又增加了兩個半音：變徵（近4）、變宮（7），成為七聲音階。 西周：已發(fā)展為十二律：黃鐘、大呂、太簇、

29、夾鐘、姑洗、仲呂、蕤ru賓、林鐘、夷則、南呂、無射(y)、應(yīng)鐘。樂律的計算： 三分損益法：最早見于管子地員（公元前4世紀(jì)），是世界上最早的樂律計算方法。根據(jù)某一標(biāo)準(zhǔn)音的管長或弦長，推算其余一系列音律的管長或弦長時，須依照一定的長度比例，三分損益法提供了一種長度比例的準(zhǔn)則。此方法的記載最早見于春秋時期管子地員篇，是同關(guān)于宮、徵、商、羽、角五音的記載聯(lián)系在一起的；到呂氏春秋音律篇，又開始與關(guān)于黃鐘、林鐘等十二律長度規(guī)范的記載聯(lián)系在一起。按三分損益法生律的次序 ， 求上方五度音之律 ， 古代稱為“下生”；求下方四度之律，古代稱為“上生”。從一律出發(fā)，下生5次，上生6次，便可得出十二律。 十二平均律：

30、 發(fā)明者：朱載育（1536-1610？）朱元璋的九世孫，成于1581年左右，在律學(xué)新說和律呂精義有記載。和十二律的產(chǎn)生已相距2000余年。是一種相臨律間音程差數(shù)相等的律制。方法：以公比 的等比級數(shù)分配音律，也就是在八度音之間，分成十二個等音程的半音，兩相臨音律間的頻率比都是 ，這樣可以使十二律自“黃鐘為始，應(yīng)鐘為鐘，終而復(fù)始，循環(huán)無窮?！鄙w天說：起源于殷周時期。周 ：“天圓如張蓋，地方如棋局”，后發(fā)展為“天似蓋笠，地法覆 ”渾天說：代表人物是東漢張衡(公元78年-139年)，生于河南南陽石橋鎮(zhèn)，公元111年擔(dān)任太史令，主持天象觀測、編訂歷法，發(fā)明了渾天儀、候風(fēng)地動儀。張衡在渾天儀圖注中寫到：“

31、渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃?！闭J(rèn)為大地是球形的、運(yùn)動的，地球是宇宙的中心。用一個天殼和附天而行的日月五星來解釋天文現(xiàn)象。和西方同一時期的“地心說”相似。張衡強(qiáng)調(diào):“宇之表無極，宙之端無窮”。國際天文學(xué)組織用他的名字命名了一顆小行星和月球上的一座環(huán)行山。宣夜說：晉書天文志記載：“宣夜之書亡，惟漢秘書郎 萌記先師相傳云：天了無質(zhì)，仰而瞻之，高遠(yuǎn)無極，眼 精絕，故蒼蒼然也。日月眾星，自然浮生虛空之中，其行其止，皆須氣焉?！绷?天文學(xué)啟 明 之 光: 一. 中 國 古 代 的 物 理 學(xué) 萌 芽水力渾象與地動儀2.3.1 古希臘物質(zhì)本原思想2.3.2 古希臘時期對宇宙的認(rèn)識2.3.3 古希臘

32、的物理學(xué)知識2.3.4 中世紀(jì)的物理學(xué)知識2.3.5 亞里士多德的物理學(xué)2.3 西方古代物理學(xué) 1.古希臘時期：前8世紀(jì)-4世紀(jì) 2.中世紀(jì)：515世紀(jì)分期2.3.1古希臘物質(zhì)本原思想 一 元素論 二 數(shù)的和諧思想 三 原子論一 元素論1.城邦時期（公元前8世紀(jì)前4世紀(jì)） 米利都學(xué)派創(chuàng)始人泰勒斯(公元前624-前547)認(rèn)為萬物本原是水； 其學(xué)生阿那克西曼德(公元前610-前547)，認(rèn)為世界的本原應(yīng)是無任何固定性質(zhì)的“無限者”，即沒有固定的界限、形式和性質(zhì)的東西，由它生出土、水、氣、火等。 阿那克西曼德的學(xué)生阿那克西米尼(公元前585-前528)，則將萬物的本原看作是“空氣”； 赫拉克利特（

33、公元前540-前475，一城邦邦主）認(rèn)為是“火”； 恩培多克勒(公元前493-前433）：西西里島的一位王子，提出“四根說”，即物質(zhì)由土、水、氣、火四種元素構(gòu)成。2.亞歷山大時期 亞里士多德在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，提出：地上萬物由土、水、氣、火四種元素組成，月層以上的天體由以太組成，而元素又由冷、熱、干、濕這四種更基本的基質(zhì)構(gòu)成。二 數(shù)的和諧思想 創(chuàng)始人：畢達(dá)哥拉斯（約前584-前497）。認(rèn)為世界是一個超感性世界，是一個“數(shù)”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、面和立體，有了立體才有土、水、氣、火四種元素等。 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(dá)哥拉斯

34、定理（勾股定理）與音樂上的五度相生律。認(rèn)為世界上的一切現(xiàn)象和規(guī)律都服從“數(shù)的和諧”，這種“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。 畢達(dá)哥拉斯學(xué)派對數(shù)的尊崇形成了對數(shù)的神秘主義，但他們對“數(shù)的和諧”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?！皵?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)原則。由“數(shù)的和諧”發(fā)展為“宇宙的和諧”的觀念成為歷代科學(xué)家的指導(dǎo)思想與科學(xué)方法。三 原子論 創(chuàng)始人：米利都學(xué)派的留基伯(公元前500-前440)和其學(xué)生德謨克利特(公元前460-前370)。接受了畢達(dá)哥拉斯的超感性世界的認(rèn)識，但不接受“數(shù)”的本原觀點。他將微觀的

35、幾何點同“存在”結(jié)合起來，認(rèn)為“存在”是不可分的、不變的、球形的。并將“存在”取名為“原子”。 100年后雅典的伊壁鳩魯（公元前341-前270）發(fā)展了這一學(xué)說：原子本身不僅有形式上的差別，還有大小和重量的不同。只要不遇到任何阻抗，原子在虛空中以同樣的速度運(yùn)動著。但是，由于原子內(nèi)部的原因，原子在運(yùn)動中會發(fā)生偏斜，由于這種偏斜使原子產(chǎn)生渦旋運(yùn)動。 羅馬科學(xué)家盧克萊修（ 約公元前95-前55）也繼承和傳播了原子論。并用塵埃在陽光中的飛舞比喻原子的運(yùn)動。 到17世紀(jì)，法國科學(xué)家伽桑狄（1592-1655)重新發(fā)現(xiàn)和傳播了原子論。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(zhǔn)備和中介。2.3.2

36、 古希臘時期對宇宙的認(rèn)識1.畢達(dá)哥拉斯學(xué)派 認(rèn)為天體的形狀是球形，天上應(yīng)該有10個天體，當(dāng)中是中心火團(tuán)，10個天體圍繞中心火團(tuán)做同心圓周運(yùn)動，恒星緊系在天的最高圓頂。10個天體到中心火團(tuán)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“星球的和諧”，奏出“天體的音樂”。天體必須作均勻的圓周運(yùn)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。2.柏拉圖學(xué)派 繼承和發(fā)展了畢達(dá)哥拉斯學(xué)派對科學(xué)美的追求。他認(rèn)為，天體必須沿著完美的圓形軌道作均勻有序的運(yùn)動，或者沿著復(fù)合的圓周運(yùn)動。其學(xué)生歐多克斯(Eudoxus,前409-前355)和亞里士多德提出了同心球?qū)幽Ｐ停簹W多克斯假設(shè)了26個同心球，亞里士多

37、德發(fā)展到56個，地球為運(yùn)動中心。3.地心說的發(fā)展與完善 同心球?qū)幽Ｐ鸵筇祗w永遠(yuǎn)和地球保持同一距離，但行星亮度的變化和日食有時是全食、有時是環(huán)食的現(xiàn)象，說明行星、太陽、月亮離地球的距離是不斷變化的。 為了克服這一困難，阿波羅尼（Apollonius,約前247前205）提出了“本輪均輪”結(jié)構(gòu)模型：行星沿著本輪做圓周運(yùn)動，本輪的中心又在以地球為中心的均輪上做圓周運(yùn)動。之后的希帕克斯(Hipparchus,前161-前126)又發(fā)展了偏心輪和本輪均輪體系。4.太陽中心說 阿里斯塔克（Aristarchus,約公元前310前230）：他在所寫的太陽和月亮的大小與距離(On the Sizes and

38、 Distances of the Sun and Moon)一書中提出：太陽是宇宙的中心，地球和行星都圍繞太陽運(yùn)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遠(yuǎn)，其視差太小，我們看不出來，所以看起來恒星在遠(yuǎn)處不動。由于這一思想遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時的天文學(xué)和力學(xué)的知識水平，所以不為當(dāng)時的人們所接受，并長期受到教會的壓制。2.3.3 古希臘的物理學(xué)知識 古希臘的物理知識主要集中在力學(xué)和光學(xué)兩個方面。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)。一 力學(xué)知識1.亞里士多德的力學(xué)研究 關(guān)于空間：他認(rèn)為空間即意味著不動。并提出了空間位置的相對性，如“同一位置可以是右也可以是左，可以是上,

39、也可以是下?！?但他認(rèn)為宇宙有限和天球以外是空虛的。 關(guān)于時間：他認(rèn)為時間就是描述運(yùn)動的數(shù)。他說“時間是使運(yùn)動成為可以記數(shù)的東西”“我們不僅用時間計量運(yùn)動，也用運(yùn)動計量時間，因為他們是相互確定的”。他認(rèn)為時間不同于運(yùn)動，運(yùn)動有快有慢，而時間的流失則是均勻的。 關(guān)于運(yùn)動：他認(rèn)為運(yùn)動就是變化，并將自然界的運(yùn)動分為自然運(yùn)動和強(qiáng)迫運(yùn)動。 強(qiáng)迫運(yùn)動指借助外力進(jìn)行的運(yùn)動，撤去外力，運(yùn)動停止。物體的運(yùn)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。 對拋體運(yùn)動的解釋:自然界害怕虛空,填補(bǔ)空虛推動物體. 對自由落體速度越來越快的解釋：物體越接近其天然位置,其奔向傾向就越強(qiáng)；上方空氣柱的重量越來越重等。

40、自然運(yùn)動是指由于物體在“內(nèi)在目的”的支配下尋找其“天然位置”的運(yùn)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心，由火元素構(gòu)成的輕物的天然位置在天空等。物體越重，下落就越快；物體越輕，上升就越快。 意義：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(dāng)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，但其歷史作用不可否定。2. 阿基米德（前287前212） 古希臘最著名的物理學(xué)家，數(shù)學(xué)和力學(xué)大師。后人稱其為“物理學(xué)之父”。著有論平面的平衡論浮體，其數(shù)學(xué)研究在歐幾里德之后達(dá)到那個時代的頂點。 1）杠桿原理：用了7條假

41、設(shè)，論證表述了15個命題. 2）浮力定理（阿基米德定理）； 3）證明了正圓柱體 內(nèi)切球的體積與該圓柱體積之比 為2:3；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； 從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)論證。 4）提出了重心的概念和物體重心的求法； 5）計算了的數(shù)值在3又10/71和3又1/7之間； 6）發(fā)明了滑輪組； 7）發(fā)明了阿基米德螺旋提水器等。啟 明 之 光: 二. 古 希 臘 時 期 的 物 理 進(jìn) 展故事1)銅鏡燒船:在保衛(wèi)敘拉古免受羅馬海軍攻擊的戰(zhàn)斗中，阿基米德利用杠桿技術(shù)制造了遠(yuǎn)、近距離的投石機(jī)攻擊敵艦，并用滑輪組把敵艦的船頭拉倒。據(jù)說阿基米德讓婦女用銅鏡組成一面聚光鏡燒戰(zhàn)船上的帆，浸

42、了油的繩與桅桿和帆都燒起來了。1747年，法國科學(xué)家布韋為了驗證這一情況，用360面鏡子，拼成一個大凹鏡，燒灼了70米外的木堆。2)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:“給我一個支點，我可以撬動地球”。3)鑒定王冠：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(jìn)行了表演。意義：阿基米德的力學(xué)研究方法具有“普遍”的意義。阿基米德在提出了著名的浮力定律和杠桿原理的過程中所采用的公理化方法-將實驗和數(shù)學(xué)推理結(jié)合起來，成為現(xiàn)代物理學(xué)研究的重要方法之一。歐幾里德（約前330前275）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

43、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，著有反射光學(xué)(Catoptrica)，確認(rèn)光的直進(jìn)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球面之間。但他卻認(rèn)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。二 光學(xué)知識希隆（Heron,前150前100）：用光程最短原理論證了光的反射定律。 光反射時通過的路程SMS比任何其他的路程SMS都短。這個原則后來為費(fèi)馬(Fermat)所發(fā)展。2.3.4 中世紀(jì)的物理學(xué)知識一 阿拉伯人的物理成就 1.阿勒哈增（9651038）著有光學(xué)全書：研究了眼睛的結(jié)構(gòu)，如“網(wǎng)膜”、“角膜”、“玻璃狀體”、“前房液”等術(shù)語均出自于他。認(rèn)為

44、視覺是光線從物體發(fā)出進(jìn)入人眼所致；認(rèn)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；正確解釋了太陽、月亮在地平線附近看起來較大的原因。 2.阿勒哈茲尼（12世紀(jì)人）著有智慧秤的故事，可以測量空氣中和水中物體的重量,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，兩者成正比關(guān)系；最早提出速度的概念：用路程與時間之比表示速度。二 歐洲人的研究工作 阿拉伯在8-9世紀(jì)開始大量翻譯希臘的經(jīng)典著作。從10世紀(jì)中葉開始，歐洲一些學(xué)者，將阿拉伯文的書翻譯成拉丁文。到12世紀(jì)，翻譯活動形

45、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(zhǔn)備了學(xué)術(shù)上的重要條件。 另一重要事件是大學(xué)的建立。12-13世紀(jì)，在歐洲建立了牛津大學(xué)(1168)、劍橋大學(xué)(1209)、巴黎大學(xué)(1253)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，這些學(xué)院對中世紀(jì)晚期學(xué)術(shù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。羅吉爾培根（約1214-1294） 英國人，是13世紀(jì)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：倡導(dǎo)實驗方法研究自然 他是當(dāng)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解釋了虹的成

46、因；提出用平凸透鏡制成望遠(yuǎn)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，不用馬拉的自動行駛的車，以及能在天上飛行的裝置等。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)培根提到原則的高度，預(yù)示著近代科學(xué)即將誕生。 培根的思想遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dāng)時的教會所不容，在教會的嚴(yán)格監(jiān)視下，培根在巴黎寺院里生活了10年，后來又被關(guān)進(jìn)監(jiān)獄14年之久，出獄后兩年便與世長辭。他的主要著作大著作、小著作、第三著作等也沒有流傳，只有其中一小部分以手抄本的形式保留下來。2.3.5 亞里士多德的物理學(xué)1.亞里士多德

47、（希臘，約公元前384-公元前322）: 出生于希臘北部的一個城邦，18歲進(jìn)入柏拉圖學(xué)園 ，并在此學(xué)習(xí)和工作了20年之久。柏拉圖死后，亞里士多德離開了學(xué)園，不久到了馬其頓，任宮廷教師，約在公元前342年，他成為王子亞力山大的私人教師。公元前335年，又回到雅典，創(chuàng)辦了呂克昂學(xué)園。亞里士多德的研究很廣泛，建立了一個龐大的理論體系，被稱為“學(xué)術(shù)理論帝國”。他系統(tǒng)研究了邏輯學(xué)、政治學(xué)、論理學(xué)、文學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等，著述甚豐，據(jù)說上千卷，包括形而上學(xué)、物理學(xué)、論理學(xué)、工具篇等。被稱為古希臘思想史上的“百科全書”。在科學(xué)領(lǐng)域里起著奠基性的作用。由于他和弟子們常在散步時進(jìn)行哲學(xué)討論，所以被稱為“

48、逍遙學(xué)派”。亞 里 士 多 德 的 物 理 學(xué)：二. 亞 里 士 多 德 的 物 理 學(xué)3.1.哥白尼與“天體運(yùn)行論”、第谷與開普勒3.2 運(yùn)動學(xué)的奠基人伽利略3.3 牛頓的偉大綜合和理論飛躍3.4 牛頓后力學(xué)的發(fā)展（略）第三章 經(jīng)典力學(xué)的建立2.主要觀點1)提出物理學(xué)名稱的第一人，強(qiáng)調(diào)科學(xué)分類。2)若物體不受力，運(yùn)動即停止。力是運(yùn)動的原因。3)物體越重，下落速度應(yīng)該越大。4)地球是宇宙的中心，太陽、行星和月亮圍繞它轉(zhuǎn)。 亞氏觀點從歸納日常生活出發(fā)，加上哲學(xué)思辯，后來發(fā)展為經(jīng)院哲學(xué)，成為自然科學(xué)的障礙。亞 里 士 多 德 的 物 理 學(xué)：二. 亞 里 士 多 德 的 物 理 學(xué)經(jīng)院哲學(xué): 西歐

49、中世紀(jì)主要哲學(xué)思想的總稱。因產(chǎn)生于天主教的學(xué)院，故稱經(jīng)院哲學(xué)。主張理性服從信仰，目的在于論證基督教的教條，維護(hù)教會和封建主的統(tǒng)治。主要代表為托馬斯阿奎那。 宣揚(yáng)科學(xué)的根本目的在于適應(yīng)神學(xué)。3.1.哥白尼與“天體運(yùn)行論”、第谷與開普勒一.哥白尼與“天體運(yùn)行論”二.第谷與開普勒新 芽 破 土 ：二. 哥 白 尼 與 “天 體 運(yùn) 行 論”哥白尼像一.哥白尼與“天體運(yùn)行論” 哥白尼日心體系的提出，是自然科學(xué)向神學(xué)的第一次嚴(yán)正挑戰(zhàn)，標(biāo)志著自然科學(xué)從神學(xué)中獨立出來。 哥白尼是波蘭偉大的天文學(xué)家，18歲入克拉科夫大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和天文學(xué)；1496年到文藝復(fù)興的意大利留學(xué)，波倫亞大學(xué)天文學(xué)教授諾瓦拉(Novar

50、a)關(guān)于托勒密體系過于復(fù)雜，不符合數(shù)的諧和原則的評論，對哥白尼產(chǎn)生了影響。在留學(xué)期間，他還閱讀了大量古希臘學(xué)者的著作，受到了其中有關(guān)地球運(yùn)動的思想（阿里斯塔克）的啟發(fā)，為他創(chuàng)立新的宇宙體系奠定了思想基礎(chǔ)。 1503年，哥白尼回到波蘭后，在擔(dān)任牧師職務(wù)期間堅持進(jìn)行天文學(xué)觀測和新的宇宙體系的研究。 哥白尼分析了托勒密體系中的行星運(yùn)動，發(fā)現(xiàn)每個行星都有三種共同的周期運(yùn)動,即:一天一周、一年一周和相當(dāng)于歲差的周期運(yùn)動。他認(rèn)為，如果把這三種運(yùn)動都?xì)w到被托勒密視為靜止不動的地球身上，就可消除他的體系里不必要的復(fù)雜性。只有月球繞地球轉(zhuǎn)動。恒星則在離太陽很遠(yuǎn)的一個天球面上靜止不動。這樣，哥白尼提出了一個以太陽

51、為中心的宇宙體系。在這個體系中，天體從遠(yuǎn)到近的順序是：恒星不動；土星，30年轉(zhuǎn)一周；木星，12年一周；火星，2年一周；地球和月亮一年一周；金星，9個月一周；水星，80天一周等。哥白尼把統(tǒng)率整個宇宙的支配力量賦予太陽，而各個天體則都有其自然的運(yùn)動。 由于擔(dān)心教會譴責(zé)，他遲遲沒有公開發(fā)表自己的見解。1530年，哥白尼才將他的學(xué)說寫成一個小冊子綱要，以手稿形式在友人中流傳。直到1542年，在他生命垂危之際，才同意將他的主要著作天體運(yùn)行論交付印行。并且在書的序中寫明，將他的著作獻(xiàn)給教皇保羅三世。他認(rèn)為，在這位比較開明的教皇的庇護(hù)下，天體運(yùn)行論也許可以問世。 除了這篇序之外，天體運(yùn)行論還有另外一篇別人寫

52、的前言。前言中說，書中的理論不一定代表行星在空間的真正運(yùn)動，不過是為編算星表、預(yù)推行星的位置而想出來的一種人為的設(shè)計。 應(yīng)該說，哥白尼并不是一個想要徹底推翻全部傳統(tǒng)觀念的革命派，而是一個深受畢達(dá)哥拉斯學(xué)派思想影響的人，他的出發(fā)點是：考慮能否用盡可能少的勻速圓周運(yùn)動的組合來構(gòu)造一個宇宙體系，以符合畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的簡單、均勻等和諧思想。因此，在很大程度上可以說，哥白尼太陽中心說體系的建立，是深受畢達(dá)哥拉斯學(xué)派和諧思想影響的結(jié)果。天體運(yùn)行論出版后很少引起人們的注意。一般人不能了解，而許多天文工作者則正如奧塞安德爾所說的那樣，只把這本書當(dāng)作編算行星星表的一種方法。天體運(yùn)行論在出版后七十年間，雖然遭到馬

53、丁路德的斥責(zé)，但未引起羅馬教廷的注意。后因布魯諾和伽利略公開宣傳日心地動說，危及教會的思想統(tǒng)治，羅馬教廷才開始對這些科學(xué)家加以迫害，并于公元1616年把天體運(yùn)行論列為禁書。 哥白尼的學(xué)說不僅改變了那個時代人類對宇宙的認(rèn)識，而且根本動搖了歐洲中世紀(jì)宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ)?！皬拇俗匀豢茖W(xué)便開始從神學(xué)中解放出來”，“科學(xué)的發(fā)展從此便大踏步前進(jìn)”二.第谷與開普勒 1.第谷(Tycho Brahe,1546-1601)的天文觀測 丹麥人，生于貴族家庭，1576年在丹麥國王腓特烈二世資助下在哥本哈根海峽的一個小島上修建了一座完善的天文臺，測量精度較前人提高了幾十倍至上百倍，在21年的觀測中，各行星角位置的誤差

54、僅為2(即0.033，1=60)。他將亞里士多德理論和哥白尼體系進(jìn)行了折中，認(rèn)為，除地球和圍繞它的月亮外，其他天體都繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽率領(lǐng)眾行星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，地球是靜止不動的。被人譽(yù)為“星學(xué)之王”。 腓特烈二世逝世后，第谷失去了資助。1599年，他在布拉格得到了奧皇盧道夫的一份贈款，于是他把部分儀器搬到了布拉格。在這里，他得到了一個青年助手開普勒。他們共同進(jìn)行觀察，直到1601年第谷去世。 開普勒是德國近代著名的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家。他以數(shù)學(xué)的和諧性探索宇宙，在天文學(xué)方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。被后世的科學(xué)史家稱為“天上的立法者”。 開普勒出生在一個貧民家庭，四歲時患上了天花和猩紅熱，導(dǎo)

55、致視力衰弱，一只手半殘。但開普勒頑強(qiáng)的進(jìn)取精神，使其學(xué)習(xí)成績一直名列前茅。1587年進(jìn)入蒂賓根大學(xué)，在校中遇到秘密宣傳哥白尼學(xué)說的天文學(xué)教授麥斯特林。在他的影響下，很快成為哥白尼學(xué)說的忠實維護(hù)者。大學(xué)畢業(yè)后，開普勒獲得了天文學(xué)碩士的學(xué)位，被聘請到格拉茨新教神學(xué)院擔(dān)任教師。后來，由于學(xué)校被天主教會控制，開普勒離開神學(xué)院前往布拉格，與第谷一起專心地從事天文觀測工作。第谷死后，開普勒接替了他的職位，被聘為皇室的數(shù)學(xué)家。 第谷在臨終前將自己多年積累的天文觀測資料全部交給了開普勒，于是開普勒一邊根據(jù)第谷的觀測資料重新編制行星表，并于1627年出版了盧道夫行星表，一邊進(jìn)行著對行星軌道特點的研究。2.德國天

56、文學(xué)家開普勒(1571-1600)： 對火星軌道的研究是開普勒重新研究天體運(yùn)動的起點。開始，開普勒用正圓編制火星的運(yùn)行表，發(fā)現(xiàn)火星老是出軌。他便將正圓改為偏心圓?？墒?，依照這個方法來預(yù)測火星的位置，跟第谷的觀測數(shù)據(jù)仍然不符，產(chǎn)生8的誤差。 開普勒知道第谷觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以他沒有將這一誤差“觀測范圍內(nèi)的允許誤差”，而是認(rèn)為“勻速圓周運(yùn)動”的假設(shè)存在錯誤。此后，開普勒轉(zhuǎn)向了用第谷的觀測數(shù)據(jù)去確定行星的運(yùn)行軌道。從而發(fā)現(xiàn)火星軌道是一種橢圓，并進(jìn)而發(fā)現(xiàn)每個行星都沿橢圓軌道運(yùn)動，太陽就在一個焦點上；接著又發(fā)現(xiàn)面積定律。上述兩定律發(fā)表在1609年出版的新天文學(xué)上。在1619年出版的世界的和諧中公布了周

57、期定律。 開普勒的上述重要發(fā)現(xiàn)，為牛頓創(chuàng)立天體力學(xué)理論奠定了基礎(chǔ)。開普勒是用數(shù)學(xué)公式表達(dá)物理定律并成功的人之一。從此開始，數(shù)學(xué)方程就成為表達(dá)物理定律的基本方式。一.伽利略的運(yùn)動理論二.意義3.2.運(yùn)動學(xué)的奠基人伽利略1.伽利略(1564-1642)簡介： 伽利略發(fā)現(xiàn)月亮表面和地球一樣是粗糙不平的；他將望遠(yuǎn)鏡指向天空的任一方向，都可以看到無數(shù)的星體；他發(fā)現(xiàn)銀河也是由無數(shù)顆暗淡的星星組成的；木星有四顆衛(wèi)星等。這些發(fā)現(xiàn)既否定了古代天體只有7個或10個斷言，又表明地球并不是所有天體繞之運(yùn)轉(zhuǎn)的中心。有力的支持了日心說。 星界信使使伽利略獲得極大榮譽(yù)，1610年7月，被邀到佛羅倫薩任宮廷數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家。

58、出生于意大利比薩。奠定了經(jīng)典力學(xué)中運(yùn)動學(xué)的基礎(chǔ)。 1609年5月，用一塊凸透鏡和一塊平凹面鏡制成一放大9倍的望遠(yuǎn)鏡，（因此獲終身教授），后經(jīng)改進(jìn)，制成一放大約千倍的望遠(yuǎn)鏡。在1610年的最初的幾個星期內(nèi)，伽利略便獲得幾項重大發(fā)現(xiàn)，并于當(dāng)年出版在星界信使中。一.伽利略的運(yùn)動理論1.運(yùn)動的描述和分類 提出將運(yùn)動分為勻速運(yùn)動和變速運(yùn)動。2.自由落體定律首先從思想實驗得出的一個佯謬入手，對亞里士多德的落體學(xué)說反駁：重物和輕物綁在一起下落時的速度？通過數(shù)學(xué)推到出自由落體為勻加速運(yùn)動：利用三角形面積和一對應(yīng)的矩形面積相等確定g= s/t2=常量設(shè)計了“沖淡重力”實驗，即著名的“斜面實驗”為了把斜面實驗推廣

59、到豎直情況的自由落體運(yùn)動，提出了“等末速度假設(shè)”，并用一個單擺實驗驗證了假設(shè)。由等末速度假設(shè)得到了沿斜面下滑的加速度g1和重力加速度g之間的關(guān)系。3.慣性原理 “等末速度假設(shè)”和單擺擺球的等高性實驗，把伽利略引向另一個理想實驗，如右圖所示。 “任何速度一旦施加給一個運(yùn)動著的物體，只要除去加速或減速的原因，此速度就可保持不變；不過，這是只能在水平面上發(fā)生的一種情形?！边@一思想實驗，有力地證明了外力不是物體運(yùn)動的原因，而是運(yùn)動速度變化的原因。 在談話中，他也表達(dá)過這一思想“當(dāng)一個物體在水平面上運(yùn)動，沒有碰到任何阻礙時它的運(yùn)動將是勻速的，并將無限繼續(xù)進(jìn)行下去，假如平面是在空間無限延伸的話?！?.拋體

60、運(yùn)動軌跡-運(yùn)動的獨立進(jìn)行原理 在兩門新科學(xué)的第四天談話中，詳細(xì)研究了拋體運(yùn)動，指出：假設(shè)物體以水平初速度拋出，這時物體將同時參與一個勻速的水平運(yùn)動和一個勻加速的下落運(yùn)動這兩個運(yùn)動既不彼此影響、干擾，也不互相妨礙”。這就是運(yùn)動的獨立進(jìn)行原理。 伽利略把各種仰角下物體的射程一一計算出來作成表格，從而得出仰角為=450 時射程最大，以及兩個仰角等于=450下射程相等得結(jié)論。5.相對性原理 在批駁“倘若地球運(yùn)動，就會把地球上面的物體拋到后面去”的謬論時，伽利略指出，從行駛的航船的桅桿上落下的石子，仍會落在桅桿腳下；只要船的運(yùn)動是均勻的，也不忽左忽右擺動，人們所觀察到的現(xiàn)象同船靜止時完全一樣，人們跳向船