59经典物理学.近代篇3

第三章经典物理学的诞生与发展从16世纪到18世纪，大约有300年的时间,是近代自然科学形成和发展时期。这一时期，在资产阶级民主革命和资本主义生产发展的推动下，自然科学摆脱了宗教神学的束缚和坚持对自然界进行精密的观察和实验的研究，以前所未有的速度发展起来。第谷、开普勒、伽利略、笛卡尔、牛顿等科学家都为新时代科学思想的建立作出了贡献。其中最杰出的成就是牛顿创立了经典力学体系，实现了以力学为中心的科学知识的第一次大综合。经典力学体系的建立热力学与统计物理学的诞生光学的发展经典电磁学的创立和发展第一节经典力学体系的建立一、近代力学知识的积累杰出的观测家第谷.布拉赫德国天文学家开普勒意大利科学家伽利略荷兰科学家惠更斯英国科学家胡克二、牛顿力学体系的建立英国科学家牛顿经典力学是从伽利略和开普勒时代开始的，到牛顿时代到达成熟阶段。丹麦天文学家第谷（1546-1601）出身贵族家庭，13岁进入哥本哈根大学学习法律。14岁时，他根据预报观察到一次日食，使他对天文学产生了极大的兴趣，并阅读了托勒密的著作。1563年他写出了第一份天文观测资料，记载了木星、土星和太阳在一直线上的情况。从此他开始了毕生的天文研究工作。最重要的发现是1572年11月11日观测了仙后座的新星爆发。1576年，在丹麦与瑞典间的赫芬岛开始建立“观天堡”，这是世界上最早的大型天文台。一、近代力学知识的积累1、开普勒三定律的发现——(1)星学之王：第谷1599年，第谷移居布拉格。后与德国天文学家开普勒相遇，邀请开普勒为自己的助手。1601年10月24日，第谷逝世，终年57岁。第谷是一位杰出的观测家，为后人留下了大量精确的天文观测资料,尤其是第谷对行星的观测为天文学后来的发展有着重要意义。但他的宇宙观却是错误的，第谷本人不接受任何地动的思想。第谷的天文学工作主要在实测方面，他研究了精密天文学的大多数问题，包括研制建造高精度的天文仪器，获得精确而系统的观测资料，以很高的精度测定了许多重要的天文常数。开普勒三定律的发现——(2)天空的立法者开普勒（1751-1630）1571年12月27日出生于斯图加特附近魏尔市的一个中等家庭。3岁时得过天花，致使手眼留下残疾。为了找到一份合适的工作，开普勒进入杜宾根大学学习神学。求学期间，他显示了出众的数学才华。开普勒从他的老师——杜宾根大学天文教授麦斯特林那里得知了哥白尼的日心说，并成为哥白尼学说的坚定拥护者。大学毕业后，开普勒来到了奥地利，由麦斯特林推荐到格拉茨大学当了一名天文学讲师。开普勒对数学的爱好、对自然界数的和谐的神秘感受，始终支配着他对天空奥秘的探索活动。开普勒在第谷观测资料的基础上，进行深入研究得到行星运动的三大定律。开普勒能在行星运动理论上取得突破性的成就，获益于他能获得的三大遗产：(1)哥白尼的日心体系。(2)第谷的精确观测资料――火星的位置资料。(3)威廉·吉尔伯特（1544－1603）的《论磁》（1600），在书中他认为地球是一个巨大的球形磁体。1600年初他应邀到现为捷克的布拉格拜访第谷；年末在奥地利的格拉茨受到宗教迫害之后回到布拉格成为第谷的助手，并于1601年成为第谷的接班人。在1609年出版的《新天文学》中，开普勒发表了行星运动的第一定律和第二定律。1619《宇宙和谐论》揭示行星轨道大小和周期数学模型；第一定律——轨道定律：行星沿椭圆轨道绕日运行，太阳位于椭圆的一个焦点上。（抛弃圆）第二定律——等面积定律：在相等时间间隔内，行星和太阳的连线（向径）所扫过椭圆的面积相等。即行星的运动不是匀速的，离太阳越近则速度越快。（偏心问题）第三定律——周期定律：行星绕日公转周期的平方，与行星各自离太阳平均距离的立方成正比.2、天空的哥伦布、近代科学之父——伽利略1564年2月15日生于意大利的比萨。1581年进入比萨大学学习医学。但对数学非常着迷，执意不肯学医。后来辍学离开比萨大学。倾心研究欧几里得几何学和阿基米德力学。先后在比萨大学、帕多瓦大学担任教授。1624－1630年写作《两大世界体系的对话》.1638年出版《关于力学和局部运动的两门新科学的对话及其数学证明集》,并提出自由落体和抛物体运动规律。1642年1月9日去世.伽利略的力学贡献单摆的发明落体规律——自由落体定律“稀释重力”不同的斜面——匀加速运动定律，开创了以可控性实验为基础的近代科学的新时代运动合成——抛射体运动定律惯性原理；运动的船——运动相对性原理?从现象中抽出物理规律，并用数学公式表述之的研究方法——实验研究和数学推理有机结合。3、流体力学与真空问题托里拆利（意1608－1647）、帕斯卡（法1623－1662）、波义尔(英1627-1691)和格里凯（德1602—1685）等人在这个时期把流体力学提高到与固体力学同样高的水平。真空问题是其中涉及的一个核心问题。4、荷兰科学家惠更斯对经典力学的贡献惠更斯生于海牙。1645年起进入莱顿大学，1647年转到布雷达大学学习法律和数学。1650年起开始研究光学，同时对天文观测产生了兴趣。1655年获得法学博士学位。1663年被选为英国皇家学会会员，他是该学会的第一个外籍会员。对力学、光学、天文学的研究都有杰出贡献。他根据伽利略所发现的摆的等时性，制成了第一座机械钟。1673年，惠更斯根据他所作的摆的实验和一般圆周运动实验，推算出了向心力定律；但由于受笛卡尔的“物体坠地说”的影响太深，他没有能够正确地总结和坚持向心力定律。在光学方面，他于1678年完成并于1690年正式出版了《光论》一书，提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理，利用该原理可以预料光的衍射现象的存在。向心力定律F=mv²/r5、英国科学家哈雷对经典力学的贡献哈雷（1656-1742）生于伦敦，他的父亲是个商人。哈雷从小热爱天文学。他就学于牛津大学。1676年，年近20岁的哈雷便承担起了南天星表的编制任务，并获得了巨大成功。1678年被选为皇家学会会员。1703年任牛津大学教授。1720年成为皇家天文学家，并担任格林威治天文台台长。哈雷在天文学方面的贡献很大，在天体力学研究上功绩卓著，有“南方的第谷”之称。他是牛顿忠实的朋友。是第一个把万有引力定律应用于实际天体的人，并根据万有引力定律预测了“哈雷彗星”。他的主要著作有《磁针的磁差理论》（1683年）、《彗星天文学概要》（1705年）、《天文表》（1752年）等。1684年，哈雷请教牛顿在与距离平方反比的力作用下行星作何运动，牛顿肯定运动轨道是椭圆，并于当年11月就行星运动轨道与按距离平方反比的作用力之关系作了透彻的数学证明。1685年，牛顿运用他自己发明的微积分证明了，地球吸引外部物体时，如同全部的质量集中在球心一样。在哈雷的鼓励下，牛顿系统总结他关于动力学和引力问题的研究，于1686年撰成《原理》。皇家学会当时资金不足，不能资助出版此书，哈雷便决定自己出资出版这部著作。1687年7月,牛顿的《自然哲学的数学原理》以拉丁文初版问世，立刻轰动全欧学术界。6、英国科学家胡克英国化学家、生物学家、物理学家胡克（1635-1703）曾在奥克斯福德大学学习两年，没有取得学位，但他在这里结识了罗波特·波义耳。20岁时，加入了以威尔金森为核心的科学家俱乐部，当了罗波特·波义耳的实验助手。他为波义耳设计并制造了空气泵，波义耳于1660年利用这一装置发现了著名的波义耳定律。1660年他发表了有关毛细管现象的论文。1665年发表《显微图》一书。他是皇家学会创始人之一，他是创始人中唯一一个没有学位称号的。1684年1月胡克的平方反比定律：天体间的引力与两天体之间的距离平方成反比，但他未能做出数学证明。1675年发现著名的“胡克定律”，发现弹簧的变形与施加的重量成正比，并以这一事实为依据，创造性地设计了发条钟。另外，胡克在很多方面都有贡献：他发明了气压计，设计了湿度计。1703年3月3日，在伦敦去世，终年68岁。牛顿（1643-1727）对近代科学的贡献牛顿：超一流的科学家;研究范围：力学、光学、数学、化学和神学；牛顿的工作是科学史上的第一次大综合。二、牛顿力学体系的建立牛顿生平简介牛顿(1643—1727)是英国著名的物理学家、数学家和天文学家，是十七世纪最伟大的科学巨匠。1643年1月4日（儒略历1642年12月25日）牛顿诞生于英格兰林肯郡的小镇乌尔斯索普的一个自耕农家庭。少年牛顿不显聪明但善于制作仪器;牛顿虽辍学在家助耕，但仍继续攻读.1661年6月5日，牛顿考上剑桥大学三一学院。1665年获学士学位。1665～1666年伦敦大疫。剑桥离伦敦不远，为恐波及，学校停课。牛顿于1665年6月回故乡乌尔斯索普。这是他科学创造精力最为旺盛、科学成绩最大的时期。1667年牛顿返剑桥大学，10月1日被选为三一学院的仲院侣，次年3月16日被选为正院侣。1669年10月27日巴罗便让年仅26岁的牛顿接替他担任卢卡斯讲座的教授。1669-1687年，牛顿制造了反射式望远镜，提出了光微粒说，发展了流数法，系统研究了理论力学，并以1687年7月《自然哲学的数学原理》的出版而达到高潮。1672年起他被接纳为皇家学会会员，1703年被选为皇家学会主席并于1696年谋得造币厂监督职位，1699年升任厂长，1701年辞去剑桥大学工作。1705年受封为爵士。牛顿晚年患有膀胱结石、风湿等多种疾病，于1727年3月30日深夜睡梦中在伦敦去世，葬在威斯特教堂，英国历史上第一个获得国葬待遇的科学家。终年84岁。人们为了纪念牛顿，特地用他的名字来命名力的单位，简称“牛”。牛顿故事1．关于苹果落地的故事2．科学研究的痴情3．喜欢养猫4．终身未婚之迷我的成就当归于精力的思索。胜利者往往是从坚持最后五分钟的时间中得来成功。聪明人之所以不会成功，是由于他们缺乏坚韧的毅力。你该将名誉作为你最高人格的标志。牛顿名言牛顿的贡献对于光学，牛顿致力于光的颜色和光的本性的研究，也作出了重大贡献。牛顿在数学方面，总结和发展了前人的工作，提出了“流数法”，建立了二项式定理，创立了微积分。在天文学方面，牛顿发现了万有引力定律，创制了反射望远镜，并且用它初步观察到了行星运动的规律。牛顿在17世纪70年代设计的望远镜。它一般被称为反射望远镜，效果远优于伽利略所设计的著名的折射望远镜。对机械论的自然科学概念赋予新的意义；通过所有这些为整个自然科学领域开创了新的前景。牛顿在物理学上最主要的成就，是创立了经典力学的基本体系，从而完成了物理学史上第一次大综合。Ontheshouldersofgiants如果我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上牛顿终身没娶。1727年，牛顿遗言:我不知道世人怎么看，但在我自己看来，我只不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为比别人找到一块更光滑、更美丽的卵石和贝壳而感到高兴，而在我面前的真理的海洋，却完全是个谜。数学---〉欧几里德——笛卡尔——莱布尼兹力学---〉达.芬奇——伽里略——惠更斯天文学---〉哥白尼——第谷——开普勒引力思想---〉吉尔伯特——布里阿德——玻列利牛顿经典力学体系的创立牛顿经典力学体系，是以绝对化的四个基本概念空间、时间、质量、力为基础，以著名的三大定律为核心，以万有引力定律为最高的综合，用微积分来描述物体运动的因果律的一个结构严谨、逻辑严密、以实验和观察对结果进行验证的科学体系。1687年问世的《自然哲学之数学原理》就是这个体系的集中表现。是人类认识史上对自然规律的第一次理论的概括和综合。它总结了近代天体力学和地面力学的成就，为经典力学规定了一套基本概念，提出了力学的三大定律和万有引力定律，从而使经典力学成为一个完整的理论体系。《自然哲学的数学原理》是第一次科学革命的集大成之作，被认为是古往今来最伟大的科学著作，它在物理学、数学、天文学和哲学等领域产生了巨大影响。在写作方式上，牛顿遵循古希腊的公理化模式，从定义、定律（公理）出发，导出命题；对具体的问题（如月球的运动），他把从理论导出的结果和观察结果相比较。全书共分五部分，首先