科学技术史第八讲.

Toprotecttheconfidentialandproprietaryinformationincludedinthismaterial,itmaynotbedisclosedorprovidedtoanythirdpartieswithouttheapprovalofNickLuo.科学技术史第八讲：古典科学的全面发展电子科技大学22019/12/20目录1电学的早期发现2电磁理论的建立3进化论的创立4物理、化学原子论的兴起32019/12/20人类很早就注意到了电与磁的自然现象（1）公元前585年，希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀吸引碎草等轻小物体，以及天然磁矿石吸引铁的现象。（2）春秋战国时期（公元前770—221年），已有“山上有慈石者，其下有铜金”，“慈石名铁，或引之也”等磁石吸铁的记载。42019/12/20吉尔伯特的开创性贡献•吉尔伯特“小地球”实验。他用一块天然磁石磨制成一个大磁石球，用小铁丝制成小磁针放在磁石球上面，结果发现这根小磁针的全部行为和指南针在地球上的行为十分相似。吉尔伯特把这个大磁石球叫做“小地球”。由此，吉尔伯特提出一个假设：地球是一个巨大的磁石，它的两极位于地理北极和地理南极附近。这个假设后来经德国数学家高斯从数学上加以论证和完善，至今仍是地磁理论的典型概念。52019/12/20三、拉瓦锡化学革命吉尔伯特第一次明确的区分了电的吸引和磁的吸引。在吉尔伯特看来：①磁性是天然的，而电性需经摩擦产生；②磁力作用只在少数物体间发生，电力作用则是普遍的；磁力有两种——引力和斥力，电力仅有引力；③磁体之间作用不受中间物体影响，而带电体则不然。因此，吉尔伯特得出电与磁是两种截然无关的现象的结论。这个结论，影响后人在随后的两百多年里一直把电现象和磁现象分开研究。。62019/12/20①1729年英国的格雷研究琥珀的电效应是否可传递给其它物体时，发现导体和绝缘体的区别。1733年法国的杜费把电区分为“玻璃的”和“树脂的”两种，他得到：带相同电的物体互相排斥，带不同电的物体彼此吸引。他把电想象为二元流体，当它们结合在一起时，彼此中和。②1745年荷兰莱顿的穆欣布罗克为了避免电在空气中逐渐消失，试图寻找一种保存电的方法。从而发明了电容器的原形—莱顿瓶。这种贮存电的方法同时也被德国的克莱斯特独立地发现。十八世纪电的研究迅速发展起来72019/12/20电学史上第一个保存电荷的容器诞生了。它是一个玻璃瓶，瓶里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，棒的上端是一个金属球，由于它是在莱顿城发明的。所以叫做莱顿瓶，这就是最初的电容器。莱顿瓶82019/12/20莱顿瓶-人类最早的电容器莱顿瓶的发明使物理学第一次有办法得到很多电荷，并对其性质进行研究。1746年，英国伦敦一名叫柯林森的物理学家，通过邮寄向美国费城的本杰明.富兰克林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了使用方法，这直接导致了1752年富兰克林著名的费城实验。92019/12/20从天空中收集闪电的富兰克林•富兰克林在1752年进行了著名的费城实验——从天空中收集闪电富兰克林提出的电荷守恒定律⑴正电和负电，在本质上不应有什么差别；⑵摩擦起电过程中，总是形成等量的异种电荷；⑶摩擦起电过程中，一方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。于是，在上述推论的基础上，他总结出一个普遍的原理：电荷既不能创生也不能消灭，只不过是从某一个带电体转移到另外一个带电体；在电荷转移过程中，电荷的总量是不变的。这就是电荷守恒定律的最原始的表述方式。102019/12/20十八世纪后期，开始电作用的定量研究。①1766年普里斯特利由实验猜测电力与万有引力有相似的平方反比律；②1769年罗宾逊由实验第一次直接测定得到验证；③1773年卡文迪许由实验推出方次与2相差不超过2%，1879年由麦克斯韦整理公诸于世。④1785年库仑由“库仑扭秤”直接测定了两个静止点电荷的作用力的库仑定律。从此电学的研究开始进入科学行列。⑤1811年泊松把势论用于静电学，发展了静电学的解析理论。静电学的逐步建立112019/12/20扭秤的原理：先使两个小球各带一定的电荷，这时横杆会因带电小球受电力作用而偏转。转动悬丝上端的旋钮，使小球回到原来位置。这时是丝的扭力矩等于施于杆端小球上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定，则由旋钮上指针转过的角度和横杆的长度，可知在此距离下两带电小球之间的相互作用力。库伦扭秤•库仑扭秤是研究电荷间相互作用的一种实验装置。122019/12/20库伦定律：两个点电荷所受到的作用力的大小与两者所带电荷的乘积成正比，与两者距离的平方成反比，同性相斥，异性相吸高斯定律：通过一个闭合的曲面的电通量等于这个曲面所围区域内的电量的代数和除以静电常数。由库伦定律可以推导出高斯定理，不过有意思的是，对运动的电荷而言，库伦定律不再成立，但高斯定理却依然正确，所以，库伦定律只能适用于静止的点电荷。132019/12/201电学的早期发现2电磁理论的建立3进化论的创立4物理、化学原子论的兴起142019/12/20十九世纪的科学技术1．经典电磁学的创立[丹]奥斯特[法]安培[英]法拉第[英]麦克斯韦[德]赫兹（1787-1851）（1775-1836）（1791-1867)（1831-1879）（1857-1894）152019/12/201820年丹麦物理学家奥斯特（1787—1851）发现了电流磁效应，首次揭开了电与磁的内在联系，使电磁学的研究开始进入了一个迅速发展的时期。他的发现奠定了电动机的基本原理，包含了后来电报、电动机、电磁铁等电力技术应用的巨大可能性。从1820年至1825年，法国物理学家安培（1775—1836）进行了一系列精心设计的电磁学实验。电流磁效应的发现162019/12/20安培明确提出了电流激发磁场及电流在磁场中受力的概念，他发现的安培定律决定了两个电流间的相互作用力。他发现的安培定则是表示电流和它所引起的磁场之间的关系的定则。安培还提出了物质磁性的分子电流假说，从微观上解释了磁性的起源。安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验，并运用高度的数学技巧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。后来人们把这定律称为安培定律。安培定律172019/12/20①发现了安培定则；②发现电流的相互作用规律；③发明了电流计；④提出分子电流假说；⑤总结了电流元之间的作用规律—安培定律。安培的科学贡献安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中，成为电磁学史上一部重要的经典论著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的成就之一”，还把安培誉为“电学中的牛顿”。为了纪念他在电磁学上的杰出贡献，电流的单位“安培”以他的姓氏命名。182019/12/201820年10月30日法国物理学家毕奥（1774—1862）和萨伐尔（1791—1841）发现直流电流对磁针作用的规律，即毕奥—萨伐尔定律。毕奥（1774-1862）毕奥=萨伐尔定律192019/12/20拉普拉斯对这一结果作了进一步分析，提出电流的作用可以看作它的电流元的单独作用之总和。毕—萨伐尔—拉普拉斯定律奠定了电动力学数学理论的基础。拉普拉斯(1749—1827）法拉第(1791-1867)法拉第是19世纪英国伟大的物理学家。从1822年起他开始寻找磁产生电的效应。经过10年的研究，终于在1831年发现了电磁感应现象。电动力学的数学理论202019/12/20法拉第发现的电磁感应定律不论采用何种形式，只要穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。这就是法拉第发现的著名的电磁感应定律。法拉第发现的该定律成为发电机的理论基础，开创了人类利用电力的新时代。法拉第圆筒实验电磁感应定律212019/12/20麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的第三次大综合。麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组的积分形式:（1）描述了电场的性质。麦克斯韦方程组的积分形式:（2）描述了变化的磁场激发电场的规律麦克斯韦方程组的积分形式:（3）描述了磁场的性质。麦克斯韦方程组的积分形式:（4）描述了变化的电场激发磁场的规律222019/12/20思考问题1、静电学确立的标志是什么？2、法拉第和麦克斯韦在电磁学理论建立过程中所做的贡献是什么？3、在19世纪先后出现的电磁学理论当中，为什么看起来最简单的欧姆定律发现的时间最晚？232019/12/201电学的早期发现2电磁理论的建立3进化论的创立4物理、化学原子论的兴起242019/12/201809年拉马克又在《动物哲学》一书中把生物演变看成是由简单到复杂的进化过程，从简单的生物开始逐渐上升到高等动物。拉马克第一次成功地描述了动物进化过程，这是拉马克不可磨灭的历史功绩。在拉马克即将谢世（1829）之前，英国的生物学家达尔文出生（1809）。生物进化论的提出•第一个提出生物进化学说的人是法国生物学家拉马克（1744—1829）。1802年他发表《对有生命天然体的观察》，阐明了他关于生物进化的创建。252019/12/20达尔文•位于伦敦东南郊外的唐恩小村达尔文的故居。达尔文在此居住长达40年（1842-1882）•达尔文写作进化论的书房262019/12/20物种起源说提出人——达尔文272019/12/20在随“贝格尔”到南美进行考察出发前，达尔文的老师剑桥大学生物学教授汉斯罗曾劝他带一批书以便途中阅读，其中也包括刚刚出版的赖尔的《地质学原理》，他奉劝达尔文不要接受这部书的观点。但达尔文出发后常把这部书带在身边，它成了达尔文此次进行科学考察的理论指南。他把赖尔的观点和方法从地质学推广到生物学中去。前往“上帝之岛”的考察•“贝格尔”号军舰282019/12/20达尔文随“贝格尔”号航行5年线路图（1831—1836）注红线：出行图；蓝线：返回图292019/12/20当达尔文回到英国时，他已坚定不移地相信物种不是被分别创造出来的，一个物种是从原有的另一个物种传下来的。但在当时它还不能说明物种为什么能变化得如此巧妙地适应环境。为了探讨这一问题，达尔文回国后便着手收集动植物在家养状况下发生变异的材料。在研究工作的进行中，他很快觉察到，在创造作物和家畜的品种方面，新品种所以能适应人类的需要，其关键在于选择。自然选择的提出302019/12/20继而他进一步探讨选择原理能否运用于自然界，以及选择是如何在自然状况下起作用的。达尔文在研究中发现：自然界的动物和植物都具有巨大的繁殖能力，各种生物的实际数量，在一定条件，总是保持相对的稳定，没有多大变化，生物实际生存的数量和它们繁殖的数量之间相差很大。312019/12/20达尔文据此得出结论（3条）：(1)在生物界进行着生存斗争每一种生物，为了生存繁殖都需要进行斗争，它们或者是为了争取食物、光线、空间；或者是为了抵御敌害，对抗不良环境。(2)生物界普遍存在着变异，生存斗争是在不完全相同的个体之间进行的凡是能够较好地适应环境的变异的个体，在斗争中将有较多的机会得到生存繁殖，反之则被淘汰。322019/12/20(3)生存斗争导致自然选择在自然选择过程中，被选择的有利性状将在近代传递过程中逐渐积累，从较小的变异转变为较大的变异，并由于中间类型的死亡，变种转变为界限分明的物种。物种就是这样演变，新种就是这样产生的。也就是说，生物在生存斗争中，适者生存，不适者淘汰。物种在生存斗争中经过自然选择，逐渐产生新的物种，实现生物的进化。332019/12/20思考问题1、达尔文学说的要点是什么？2、达尔文学说对后来的社会有什么超越科学维度的深远影响？342019/12/201电学的早期发现2电磁理论的建立3进化论的创立4物理、化学原子论的兴起352019/