【精品】自然科学导论.doc

科学的历史经验科学的产生条件:惊异、闲暇和自山 源泉：生产实践、社会实践和科学实验动力：人类的求知本性和在大自然中生存发展的需要科学发展的基本特点：科学知识、理论和方法的历史继承和发展科学的意义：发现和创新科学对生产力和社会进步的推动：1:对社会生产效率、产品品质和多样性、生产和经营方式和社会整体经济结构2：对人们的生活方式和社会观念科学的开放性和国际性：古代科学是多源的：古埃及、古巴比伦、古印度、中国和古希腊公元前7世纪至公元2也纪末：古希腊公元6世纪至公元15世纪：阿拉伯公元16世纪以后：欧洲、美国科学与教育：科学是现代教育的主要内容教育是科学和人类文明得以持续发展的必要基础科学的社会建制■国家科研管理部门的建立，科学基金的设立，科学产业的形成及大科学城、科技园区的建 立，国际学术团体的出现，跨国研究机构的出现■某种已经具有相当规模的活动因其具有重要的价值而被社会认可，成为一个特定的领域， 并旦在这个领域中存在肴有自身特点的社会组织形式、价值准则和行为规范等■科学的价值观：求真 科学的精神：创新李约瑟难题自然经济的阻碍 封建专制的束缚 科技自身存在的缺陷文艺复兴（14"6世纪）：实质：人为中心vs神为中心人权VS神权 人性VS神性 理性VS神启新大陆的发现（1492年10月12日）十六世纪：第一次环球航行（1522年9月2日）积极意义：1：地球是一个球体 2：地球上的水体是连在一起的3：对气候带和风系有了进一步的认识4： —•批反映时代新内容的地理著作和地图相继出版问世5：刺激了欧洲其他国家的航海热情哥白尼天体运行论（1543）：1：太阳为宇宙的中心 2：所有行星都在以太阳为圆心的同心圆上运动3：行星离太阳越近，运转的越快时代局限性：1：同避了宇宙是有限还是无限的问题 2：没能摆脱-•切天体都是做匀速运动的传统观念 3：没有追究地球和行星运动的原因与教义搏斗的布鲁诺文艺复兴时代的唯一的真正哲学家 《论无限性、宇宙和诸世界》1584年与教义搏斗的赛尔维特《基督教的复兴》1553年1：描述了根据人体解剖结果发现的血液小循环的情景2：科学和宗教是永远不能调和的，其著作也同时被焚17世纪上半叶伽利略及其运动理论■《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（1632年）■相对性原理（在描述力学过程方面各个惯性系都是等效的）■匀加速运动的定义 自山落体定律 动量的定义开普勒的新宇宙■第一定律（轨道）：行星沿椭圆形路径运动，太阳位于这些椭圆的一个焦点上；■第二定律（等面积）：在相等的时间间隔内，太阳和行星的连线在任何地点沿轨道所扫过 的面积相等；■第三定律（周期）：行星绕日公转周期的平方与行星各自离日的平均距离的立方成正比。

哈维及其血液循环学说的创立■师从帕多瓦大学的法布里修斯（《论静脉瓣膜》）■在动脉和静脉的末端必有一种微小的通道将二者相连笛卡尔的解析几何学■将具有直观具体优点的几何学与具有刻划数量和表述一般性威力的代数结合起来■其核心思想是用代数方程来表示几何曲线•奠定了坐标系方法的思想 进一步提出了变量的概念•把数学造成一个双面的工具 给数学研究带来了更有力的方法17世纪下半叶牛顿的创造性综合《自然哲学的数学原理》（1687年）■使天上的力学和地上的力学得以统一•开普三定律修正的哥白尼日心说只给出天体运动的几何学•伽利略等人提出的力学定律仅能用于地上的物体■使得文艺复兴后的新的科学研究活动确立为新的科学传统• 直观分解、数学演绎、实验证明古希腊科学内部的两种科学传统■毕达哥拉斯一柏拉图的唯理主义科学传统■亚里士多德一托勒密的准经验主义科学传统科学实验■是主体按一定目的（验证假设、析出事物联系的特定方面、探索新事物等）对客体活动的 主动干预，从而产生自然界不能自发出现的客体活动■科学实验能在一定限度内精确地重复进行大多数的科学实验还能在一定精度内测量客 体的量的某些方而■Nature and NatureJ s laws lay hid in night, God sai d a let Newton be and al 1 was light.光的本性之争（17世纪）■以牛顿为代表的微粒说，能很容易解释光的直线传播、光的反射和折射；■以胡克、惠更斯为代表的波动说，无法解释偏振效应，无法清晰地解释光的宜线传播。

微积分的创立■牛顿发明微积分（1665-1666年）：先有导数概念，后有积分概念；以无限小量“瞬”作 为出发点，只是为了说明它才引进有限差；注重的是“实体”概念，“瞬”与有限量，然后 发现它们彼此过渡的运算具有某种互逆性■莱布尼茨发明微积分（1676年以后）：先有求积概念，后有求导概念；从有限差出发，以 类比过渡到无限小；注重“关系”概念，一开始就得出求积与求导是两种互逆的运算，至于 它们施行于什么实体上，则是次要的从炼金术向现代化学的过渡（16世纪）■将其用于医药方面，形成了医药化学运动其始祖是帕拉塞尔苏斯，他大大扩展了炼金术 的概念，使其包括一切化学过程在医学上主要页献是引进了矿物质作为药物■将其用于矿物冶炼方面，形成了早期的矿物学阿格里柯拉是近代矿物学之父，其所著 《金属学》于1556年首版从炼金术向现代化学的过渡（17世纪）■赫尔蒙特是从炼金术向现代化学过渡时期最重要的人物精心设计和实施了柳树实验，提 出了气体的概念，被誉为气体化学之父■波义尔为化学开始被确立为科学作出了重大贡献认为化学研究的目的在于认识物质的本 性，通过专门的实验，收集所观察到的事实，事物变化的规律，使之发展成为一门探索物质 世界化学变化奥秘的独立学科。

代表作《怀疑的化学家》（1661年）18世纪上半叶■有序的太阳系近圆性 共面性 同向性太阳系起源的历史探讨■ 1644年，笛卡尔提出最早的星云说；■ 1745年，布丰提出行星起源假说；■ 1755年，康德提出太阳系起源假说康德的太阳系起源假说■《宇宙发展史概论》（1755年）■最初整个宇宙空间充满多种多样的微粒（具有促使它们相互运动的基本能力），混沌就在 吸引作用较强的微粒所在的地方形成，正是这种混沌后来按规律运动逐渐形成太阳系■宇宙在有限夭体的生灭中形成永恒的无限运动■重要意义在于他提出宇宙中的天体是山演化而来的化学领域的燃烧问题■ 1703年，斯塔尔提出燃素说■火是山无数极细小而活泼的微粒构成的实体；■一切与燃烧有关的化学变化，都可归结为物体吸收燃素与释放燃素的过程拉瓦锡的化学革命■《化学纲要》（1789年）■全书详尽地论述了推翻燃素说的各种实验依据和以氧为中心的新的燃烧氧化理论■把系统的严格的定量方法引入化学实验的研究之中，从而使化学研究的基本方法发生了质 的飞跃■为近代化学带来了前所未有的条理性和系统性两种分类系统■人为分类法（辩识）■自然分类法（本性）林耐及其分类系统■《自然系统》（1735年）■第一个明确了种的概念并拟出了形态学和生理学上的鉴定标准；■统一了科学命名，促进了学科发展；■确立了一•个较完善的动植物分类体系；■发现并鉴定了 285个新种，并予以定名。

18世纪下半叶渐成论与预成论（个体发育问题）■预成论一一胚体是已成形个体的体积增长和扩大（神创论）；后分裂为卵原论（斯旺迈达、 马尔辟基）和精原论（列文霍克、哈特索克）■渐成论 切动物来自卵细胞（哈维）；动植物体的各部分永远是通过当时还不在的新的部分山简到繁变化发展而成的（沃尔夫）生源说与非生源说（生命起源问题）■生源说（神创论）的有力支持：雷迪实验（腐肉上的蛆虫并非自生而系外源）；斯帕朗扎 尼实验（生命不能自生）■非生源说（自生论）的有力支持：列文霍克的观察报告（腐肉生菌还是可能的）；对斯帕 朗扎尼实验结果的不同解释（不能说明自然发生不存在）水成论与火成论（地质学）■水成论一一以维尔纳为首，认为水是改造地球表面的决定因素■火成论一一以赫顿为代表，认为地球的内部火是改变地球血貌的主导因素和主要力量拉普拉斯的星云说■在宇宙自然物质（星云）和自然力（万有引力）的基础上讨论太阳系是如何通过渐变的方 式形成的■主要内容：太阳可能起源于一团旋转看的巨大星云山于引力作用，星云气体不断收缩， 较外围的星云团因离心力的作用保持在外轨道上绕中心转动，并且自身在引力作用下收缩成 行星星云的核心则收缩成太阳。

卵原论■各类生物的第一个卵细胞就包含着其后一切未来此代个体的预成微型，它们在被创造时以 套匣形式预藏于卵中精原论■主张宇宙间布满各种能为生物所吸收的雄性种子，它在被同种生物选择吸收后即运行至雌 性生殖器官并使之繁殖后代雷迪实验•将一块鲜肉分成数份分别投入洁净敞11容器内，以不同方式处理容器11使之与外界不通、 半通或全通•过段时间，不同条件下的同质腐烂肉块表面出现不同情况：敞口容嘴内出现蛆虫；封口和 蒙纱容器内无蛆虫但纱布上有•山此得出：腐肉上的蛆虫并非自生而系外源斯帕朗扎尼实验■以煮沸的肉汁替代鲜肉灌入瓶内，一组封口一组敞口，结果敞口瓶内肉汁腐烂发臭且从中 找到细菌，封口组内肉汁澄清未变■山此得出：生命不能自生19世纪上半叶（一）■道尔顿及其科学原子论■光的波动说的复兴■奥斯特和法拉第对电磁学发展的贡献■天文学的进展道尔顿科学原子论（1803年）■背景：化学基本定律的发现，表明物质的质变和它的量的构成之间存在看深刻的依 赖关系■质量守恒定律（1789年，拉瓦锡）：化学反应前后物质的总重量之间相等■当量定律（1791年，李希特）：化学反应中反应物间存在着固定质量比■定组成定律（1799年，普鲁斯特）：两种或以上元素相化合成化合物时，其重量之 比例是天然一•定的。

科学原子论的内容■化学元素是山非常微小的、不可再分的物质粒子一原子所组成，它是不可改变的；■同一元素的所有原子均相同，不同元素的原子不同，主要表现为里量的不同；■只有以整数比例的元素的原子相结合时，才会发生化合；■在化学反应中，原子仅仅是更新排列，而不会创生或消灭；■化合物山分子组成，而分子是由几种原子化合而成，是化合物的最小粒子（阿伏伽 德罗于1811年系统提出、坎尼札罗于1858年统一分歧）光的波动说的复兴■托马斯•杨于1801年首次提出光的干涉理论；■菲涅耳于1815年提出光的波动说；■托马斯•杨和阿拉哥合作于1819年提供了相互垂直的偏振光不相干涉的证明；■斐索和傅科对光速的测定奥斯特和法拉第对电磁学发展的贡献■奥斯特于1820年发现电流的磁效应；■安培于1820年一1825年提出电流磁效应的定量规律、明确表述电流是电荷沿着导 线运动的思想及提出分子电流的概念；■ 法拉第于1831年发现电磁感应现象，1837年提出场的概念，1845年发现磁的旋光 效应，1846年提出光的本性是电力线和磁力线的振动天文学的进展■威廉•赫歇尔开创恒星天文学，他发现了太阳的运动（1783年），第一个给银河系画 像（1785年，其重要性在于开创性），第一个观察到银河系的恒星集团一星团（1786 年。

■约翰•赫歇尔继续其父开创的关于双星、星云和银河系结构的研究，弥补了银河系结 构研究中南天资料的不足（1834年一1838年），发现恒星有亮度的变化■恒星周年视差的发现（当恒星与地球的连线垂直.地球轨道半径时，恒星对口地平均 距离所张的角叫恒星的周年视差）。