自然科学基础知识课件第一章-自然科学的萌芽和发展.ppt

第一章第一章 自然科学的萌芽和发展自然科学的萌芽和发展自然科学基础知识目录目录第一节古代自然科学第二节近代自然科学第三节现代自然科学本章导读本章导读我们把研究自然界各种物质和现象的科学，统称为自然科学一般来说，自然科学包括物理学、化学、数学、生物学、植物学等学科人类自然科学的发展经历了一个数千年的漫长的过程从人类的文明起源开始，自然科学的发展就始终推动着人类文明的进步16世纪开始，西方开始诞生近代自然科学，20世纪起，自然科学开始进入现代阶段目标透视目标透视1了解古代自然科学的发展过程2了解近代自然科学的发展过程3了解现代自然科学的发展趋势第第一一节节 古代自然科学古代自然科学一、古代西方的自然科学西方自然科学发源于古希腊，当时以阿基米德、亚里士多德等古希腊科学家为代表的自然科学发展到一个相当完善的高水平当时，古希腊的自然科学家对组成世界的物质的本原持许多不同的观点，相互之间进行了激烈的争论其中，影响最大的赫拉克利特派认为：万物的本原是火，世界上的一切物质都是由火衍生而来的，最后又都复归于火原子论派的代表德谟克利特等人则主张世界上的万物都是由原子组成的在力学和机械领域，阿基米德达到了相当高的理论水平。

当时的欧洲，在工程和日常生活中，经常使用一些简单机械，如螺丝、滑车、杠杆、齿轮等，阿基米德花了许多时间去研究，发现了“杠杆原理”和“力矩”的观念，对于经常使用工具制作机械的阿基米德而言，将理论运用到实际的生活上是轻而易举的他自己曾说：“给我一个支点，我可以撬起整个地球阿基米德对于机械的研究源自于他在亚历山大城求学时期有一天阿基米德在久旱的尼罗河边散步，看到农民提水浇地相当费力，经过思考之后他发明了一种利用螺旋作用在水管里旋转而把水吸上来的工具，后世的人叫它为“阿基米德螺旋提水器”，埃及一直到两千年后的现在，还有人使用这种器械这个工具成了后来螺旋推进器的先祖在浮力的相关研究中，阿基米德也做出了出色的成就，浮力定律也因此被称为阿基米德定律说起浮力定律的来源，还有一个有趣的故事相传叙拉古赫农王让工匠替他做了一顶纯金的王冠，做好后，国王疑心工匠在金冠中掺了假，但这顶金冠确与当初交给金匠的纯金一样重，到底工匠有没有捣鬼呢？既想检验真假又不能破坏王冠，这个问题不仅难倒了国王，也使诸大臣们面面相觑后来，国王请阿基米德来检验最初，阿基米德也是冥思苦想而不得要领一天，他在家洗澡，当他坐进澡盆里时，看到水往外溢，同时感到身体被轻轻托起。

他突然悟到可以用测定固体在水中排水量的办法，来确定金冠的比重他兴奋地跳出澡盆，跑了出去，大声喊着：“尤里卡(意思是“我知道了”)！尤里卡！”阿基米德经过了进一步的试验后来到王宫，他把王冠和同等重量的纯金放在盛满水的两个盆里，比较两盆溢出来的水，发现放王冠的盆里溢出来的水比另一盆多这就说明王冠的体积比相同重量的纯金的体积大，密度不相同所以证明了王冠里掺进了其他金属阿基米德从这次试验中发现了浮力定律（阿基米德原理），并写在他的浮体论著作里，也就是物体在液体中所获得的浮力，等于它所排出液体的重量一直到现代，人们还在利用这个原理计算物体比重和测定船舶载重量等二、我国古代的自然科学二、我国古代的自然科学从春秋战国时期开始，我国的科学技术长期处于世界的前列，中国也因此名列世界四大文明古国之一四大发明之一的指南针，是世界上最早利用磁性指示方向的发明记载指南针的原型最初见于西汉典籍中的司南勺，后来直到北宋时期，经过历代人们的不断实践改良，逐渐发展成为指南针，并在人类历史上第一次广泛地应用于航海造纸术大约发明于公元前2世纪当时正是中国的东汉时期，人们已经开始在纸上书写文字东汉和帝时期，蔡伦任中常侍，掌管宫廷御用手工作坊，他系统地研究和总结了前人用麻织纤维造纸的经验，然后利用麻头、碎布、树皮等原料，采用改良的工艺造出了更加优质的纸张，受到汉和帝的赞扬，蔡伦的造纸术从此得以推广，蔡伦也被后人尊为造纸术的发明人。

到了公元600年前后的隋朝，中国人从印章技术中得到启发，发明了雕版印刷术北宋中期，毕昇为了克服雕版印刷制版时间长的弊端，系统研究和总结了雕版印刷术的经验，经过反复实验改进，于宋仁宗庆历年间(10411048)制成了胶泥活字，在人类历史上第一次进行了排版印刷，完成了印刷史上的一次重大革命在唐代的时候，史书就记载有用硫黄、硝酸钾和木炭制成的火药，到了宋代，火药已用于武器中国的四大发明通过丝绸之路传到阿拉伯，又通过阿拉伯人传到欧洲，对人类文明的发展起到了巨大的推动作用中国的古代科学技术取得了辉煌的成就第第二二节节 近代自然科学近代自然科学一、近代自然科学的诞生（一）哥白尼提出日心说在远古年代，人们说，天是由站在地上的擎天神扛在肩上的盖天说”由此形成了：地是平的，天是圆的，中间隆起，四周下垂，就像盖在地上的一个半球形的大帐篷可是以后人们又发现，日月星辰的东升西落是“盖天说”解释不了的，只有在“盖天说”的半个球壳下面再加上半个球壳才对于是“浑天说”产生了，“浑天说”最初认为地球不是孤零零地悬在空中的，而是浮在水上；后来又有发展，认为地球浮在气中，因此有可能回旋浮动，这就是“地有四游”的朴素地动说的先河。

浑天说”认为全天恒星都布于一个“天球”上，而日月五星则附丽于“天球”上运行到公元前6世纪，古希腊学者毕达哥拉斯根据圆是最完美形状的思想，第一次肯定了大地是球形的接着，公元前4世纪的另一位学者柏拉图提出，圆周是最完美的图形，天上的物体都有神明，所以它们都应该沿着最完美的圆周做匀速运动随后，他的学生亚里士多德进一步提出了大地是球形的无可辩驳的事实，首创了“地心说”亚里士多德说：“宇宙是一个有限的球体，分为天地两层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球运行，物体总是落向地面地球之外有九个等距天层，由里到外的排列次序是月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天此外空无一物各个天层自己都不会运动，是上帝推动了恒星天层，恒星天层才带动了所有的天层人居住的地球，岿然不动地居于宇宙中心托勒密作为古希腊最后一位大天文学家，全面承袭了亚里士多德的“地心说”他把亚里士多德的九层天扩大为十一层，把原动力天改为晶莹天，又往外添加了最高天、净火天他设想，各行星都绕着一个较小的圆周运动，而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动他把绕地球的那个圆叫“均轮”，每个小圆叫“本轮”，他又设想地球并不恰好在均轮的中心，而偏开一定的距离，均轮是一些偏心圆：日、月、行星除做上述轨道运行外，还与众恒星一起每天绕地球转动一周，从而使计算结果达到了与实测的一致，取得了航海的实用价值。

1473年2月19日，哥白尼诞生于波兰一个富裕商人的家庭在他10岁那年，瘟疫夺去了他父亲的生命从那时起，哥白尼一家开始跟随舅父务卡施生活哥白尼18岁那年，舅父把他送进了克拉科夫的雅盖隆大学克拉科夫的大学是当时东欧传播资产阶级思想文化的重要基地，这里的资产阶级人文主义学派的教授，不满经院哲学的死板教条，在科学上有许多新的见解在这样的环境下，思想敏锐的哥白尼对天文学和数学产生了极大的兴趣他钻研数学，阅读了大量古代天文学书籍，钻研了“地心说”和“日心说”，做了许多笔记和计算，并开始用仪器观测天象，头脑里孕育着新的天文体系这时，正在三年级读书的哥白尼收到舅父的来信，要他到意大利学教会法这对热爱天文学、厌恶教会的哥白尼来说，无疑是晴天霹雳可当他得知这是为了打击十字骑士团对祖国的侵犯时，就毅然穿起袈裟前往意大利从1496年秋天起，哥白尼在意大利留学10年他曾在学术空气更活跃的帕多瓦大学学习该校天文学教授诺瓦拉对“地心说”表示怀疑，认为宇宙结构可以通过更简单的图式表示出来哥白尼从诺瓦拉那里进一步熟悉了“地心说”和“日心说”，产生了关于地球自转及行星围绕太阳公转的见解而且他还学习了医学和解剖学，获得了教会法博士学位。

1506年，哥白尼回到波兰舅父把他留在自己身边，协助反击十字骑士团6年后舅父务卡施逝世，哥白尼来到波兰东北部的弗隆堡，购置了城堡里七座箭楼中的一座，开始了进一步的天象观测通过长期天象观测和研究，以及对地球大小的精确计算，哥白尼认定了大的太阳绕小的地球转是根本不可能的，只能是小的地球围绕大的太阳转，太阳是宇宙的中心回到祖国，他通过对木星和土星重合的观察，以及对行星顺行、逆行的研究，进一步认定了太阳是宇宙的中心因为行星的顺行、逆行是地球和其他行星绕太阳公转的周期不同造成的假象，表面上看起来好像太阳在绕地球转，实际上则是地球和其他行星一起，在绕太阳旋转就像我们坐在船上，明明是船在走，而却看到岸在走一样在务卡施身边的日子里，哥白尼曾把他的“日心说”主要观点写成一篇浅说，抄赠给一些朋友他的观点立即引起了欧洲各国的重视，可他不敢把它们全部写出来发表，害怕招致教会的迫害后来，他还是在踌躇中开始了天体运行论一书的写作一直到1543年，哥白尼终于鼓起了勇气，决定反击“地心说”他坚定地表示：“我不会在任何人的责难面前退缩下来如果有人对我的设想横加指责，我将不予理睬我认为他们的判断是粗暴的，为此我完全蔑视他把人们长期期待的手稿拿到纽伦堡付印，经过一番周折，天体运行论终于艰难地问世了。

可当印好的书送到哥白尼手上时，他已经处于生命的最后1个小时二）胡克发明显微镜（二）胡克发明显微镜公元前1世纪的时候，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时可以使其放大成像，后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识1590年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器1610年前后，意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合理的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制造、推广和改进17世纪中叶，英国的罗伯特胡克和荷兰的列文虎克都对显微镜的发展作出了卓越的贡献1665年前后，胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台这些部件经过不断改进，成为现代显微镜的基本组成部分列文虎克制成单组元放大镜式的高倍显微镜,其中9台保存至今胡克的显微镜胡克和列文虎克利用自制的显微镜在动、植物机体微观结构的研究方面取得了杰出的成就1665年，胡克用他的显微镜观察软木切片的时候，惊奇地发现其中存在着一个一个“单元”结构复合式显微镜胡克把它们称为“细胞”19世纪，高质量消色差浸液物镜的出现使显微镜观察微细结构的能力大为提高。

1827年，阿米奇第一个采用浸液物镜19世纪70年代，德国人阿贝奠定了显微镜成像的理论基础这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展，并为19世纪后半叶包括科赫、巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具在显微镜结构发展的同时，显微观察技术也在不断创新：1850年出现了偏光显微术，1893年出现了干涉显微术，1935年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他为此在1953年被授予诺贝尔物理学奖复合式显微镜是詹森制造的第一台复合式显微镜使用两个凸透镜，一个凸透镜把另外一个所成的像进一步放大，这就是复合式显微镜的基本原理如果两个凸透镜一个能放大10倍，另一个能放大20倍，那么整个镜片的放大倍数就是1020=200倍不过，詹森时代的复合式显微镜并没有真正显示出它的威力，它们的放大倍数低得可怜，荷兰人列文虎克制造的显微镜让人们大开眼界列文虎克自幼学习磨制眼镜片的技术，热衷于制造显微镜他制造的显微镜其实就是一片凸透镜，而不是复合式显微镜不过，由于他的技艺精湛，磨制的单片显微镜的放大倍数将近300倍，超过了以往任何一种显微镜光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼作为接收器来观察放大的像。

后来在显微镜中加入了摄影装置，以感光胶片作为可以记录和存储的接收器现代又普遍采用光电元件、电视摄像管和光电耦合器等作为显微镜的接收器，配以计算机后构成完整的图像信息采集和处理系统电脑图像显微成像系统。