绪论1力学发展分析课件.ppt

物理学发展简介物理学发展简介 1 1、中国的物理学、中国的物理学2 2、物理学进展、物理学进展（力学）（力学）3 3、力学物理学的建立、力学物理学的建立 在中国，在中国，自夏、商、西周起自夏、商、西周起，随着手工技术的发展，，随着手工技术的发展，物理知识开始积累物理知识开始积累春秋战国时期春秋战国时期科学技术蓬勃发展，中科学技术蓬勃发展，中国古代物理学开始形成国古代物理学开始形成 ；；秦汉时期秦汉时期，形成一个发展高峰；，形成一个发展高峰；宋元时期宋元时期达到鼎盛达到鼎盛 至此，在西方近代科学诞生之前，中国的科学技术在至此，在西方近代科学诞生之前，中国的科学技术在各个领域都居世界领先地位各个领域都居世界领先地位 明末至清初以后明末至清初以后，科学和科学技术的发展逐渐落后于，科学和科学技术的发展逐渐落后于西方，这一时期，西方物理知识开始向中国输入西方，这一时期，西方物理知识开始向中国输入一、中国的物理学一、中国的物理学 《《周易周易》》以阴阳的范畴为基础，说明天地变化及各种以阴阳的范畴为基础，说明天地变化及各种现象：现象：“易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦”（（《《易经易经·系辞上系辞上》》）。

意思是：宇宙的的本原是）意思是：宇宙的的本原是‘太极太极’（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四时（春、夏、秋、冬），再生出时（春、夏、秋、冬），再生出‘八卦八卦’（天、地、山、泽、（天、地、山、泽、水、火、风、雷）水、火、风、雷）空白空白称为无极，画上一个称为无极，画上一个圆圈圆圈，称，称为无极生太极（宇宙）为无极生太极（宇宙） 中间一条曲线分成黑白两个部分，中间一条曲线分成黑白两个部分，称为太极生两仪，中间的称为太极生两仪，中间的曲线曲线表示了表示了阴阳的相互运动和相互转化阴阳的相互运动和相互转化黑白两个半球中各有一个与之颜色黑白两个半球中各有一个与之颜色相反的相反的小圆圈小圆圈，称为阴阳子，表示阴，称为阴阳子，表示阴中有阳，阳中有阴中有阳，阳中有阴 1 1、基本思想、基本思想五行思想五行思想 五行五行：金、木、水、火、土五种基本物质或元素金、木、水、火、土五种基本物质或元素水曰水曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑《《尚书尚书·洪范洪范》》）） 构成构成：世界万物皆由上述五种元素构成。

世界万物皆由上述五种元素构成以土与金、木、以土与金、木、火、水杂，以成百物火、水杂，以成百物”（（《《国语国语·郑语郑语》》） 相互关系相互关系：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生金；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土火、火生金；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土 发展：发展：五行说的起源早于五行说的起源早于“太极太极”和和“道道” ，在殷末已普遍流传；春秋战国时期，五，在殷末已普遍流传；春秋战国时期，五行说与阴阳说相结合，形成了阴阳五行说，形行说与阴阳说相结合，形成了阴阳五行说，形成了五行相生相克的关系成了五行相生相克的关系星星晷晷月月晷晷圭圭表表日日晷晷2 2、物理计量、物理计量：：①①时间计量时间计量漏漏壶壶：： 漏壶有两种形式：漏壶有两种形式：泻水型泻水型和和受水型受水型我国最早的西汉青铜挈壶为泻水型漏壶，我国最早的西汉青铜挈壶为泻水型漏壶，只有一把挈壶，出水口在壶底侧只有一把挈壶，出水口在壶底侧由于由于挈壶里水位不同时出水速度不同，后来挈壶里水位不同时出水速度不同，后来又发展出受水型。

并逐渐由最初的两壶又发展出受水型并逐渐由最初的两壶发展成多壶发展成多壶右图为根据唐朝吕才右图为根据唐朝吕才《《历历象汇编历法典象汇编历法典》》9999卷刻漏图制作的四级卷刻漏图制作的四级漏壶浮漏：浮漏： 宋代沈括在多级漏壶的基础上发明宋代沈括在多级漏壶的基础上发明了浮漏，每昼夜误差小于了浮漏，每昼夜误差小于2020秒宋代燕秒宋代燕肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，精度提高到精度提高到14.414.4秒；宋代赵友钦则将精秒；宋代赵友钦则将精度提高度提高6 6秒②②度量衡：度量衡：度度------长度长度 量量------容量容量 衡衡------重量重量 《《汉书汉书• •律历志律历志》》详细记载：详细记载：　　　　长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制；长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制；　　容量单位：斛、斗、升、合、龠，十进制　　容量单位：斛、斗、升、合、龠，十进制 重量单位：石、钧、斤、两、铢，非十进制重量单位：石、钧、斤、两、铢，非十进制 公元前公元前221221年，秦始皇统一中国后，年，秦始皇统一中国后，在商鞅变法的基础上对度量衡进行了统在商鞅变法的基础上对度量衡进行了统一，制发了一大批度量衡标准器，意义一，制发了一大批度量衡标准器，意义重大。

重大3.3.时间、空间和运动时间、空间和运动①①时间与空间时间与空间上下四方曰宇，往古今来曰宙上下四方曰宇，往古今来曰宙②②运动的相对性运动的相对性《《吕氏春秋吕氏春秋》》：：““刻舟求剑刻舟求剑””故事；故事；比伽利略（比伽利略（1564-16421564-1642）相对性原理早一千多年）相对性原理早一千多年《《隋书隋书• •天文志天文志》》：：““乘船以涉水，水去船不徙也乘船以涉水，水去船不徙也””，，““仰仰游云以观，日月常动而云不移游云以观，日月常动而云不移”” 4. 4. 对力的认识对力的认识（（1 1）力的概念）力的概念 《《墨径墨径》》：：“力，刑之所以奋也力，刑之所以奋也”，这里，这里刑刑即形，指物，即形，指物，奋奋即飞，动的意思即飞，动的意思 （（3 3）杠杆原理）杠杆原理 《《墨径墨径》》中中对不等臂天平的论述对不等臂天平的论述：：“衡，加重于其一衡，加重于其一旁，必捶，权、重相若也相衡，则本短标长两加焉，重旁，必捶，权、重相若也相衡，则本短标长两加焉，重相若，则标必下，标得权也相若，则标必下，标得权也2 2）外力与内力）外力与内力 王充王充《《论衡论衡》》：：“古之多力者，身能负荷千钧，手能决古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举不能离地。

角伸钩，使之自举不能离地（（4 4）浮力）浮力：：曹冲称象等曹冲称象等5 5）弹力）弹力：：弓箭的制作等弓箭的制作等（（6 6）大气压力）大气压力 西汉时期已利用西汉时期已利用虹吸虹吸管管------渴乌，东汉时已广泛用于渴乌，东汉时已广泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程 唐代王冰唐代王冰《《素问素问》》：：““虚管灌满，捻上悬之，水固不虚管灌满，捻上悬之，水固不泻，泻，……；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也7 7）惯性）惯性：：春秋战国时期的春秋战国时期的《《考工记考工记》》中描述：中描述：“马力既马力既竭，轴犹能一取焉竭，轴犹能一取焉”被中香炉被中香炉（（8 8）） 力学知识应用力学知识应用水排鼓风机水排鼓风机（取自（取自《《王祯农书王祯农书》》））5.5.对热现象的认识对热现象的认识（（1 1）温度）温度“火候火候”：：在在烧制陶器烧制陶器和和冶炼金属冶炼金属的过程中，通过对的过程中，通过对“火候火候”的观察，来定性的判断温度的高低的观察，来定性的判断温度的高低。

热胀冷缩；增大热应力：热胀冷缩；增大热应力：在公元前在公元前250250年都江堰水利工程中年都江堰水利工程中的应用记载：的应用记载：“大滩江中，其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之大滩江中，其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之这种增大热应力开凿巨石的记载很多这种增大热应力开凿巨石的记载很多（（2 2）） 热能利用热能利用高温技术高温技术：：殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成效：殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、秦始皇陵殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、秦始皇陵的大型铜马车等春秋末期制造的白口铁和中碳钢剑，表明当的大型铜马车等春秋末期制造的白口铁和中碳钢剑，表明当时的冶炼已达到时的冶炼已达到1300℃1300℃的高温 松脂灯（孔明灯）：松脂灯（孔明灯）：利用冷热空气对流带动纸轮旋转利用冷热空气对流带动纸轮旋转 热气球：热气球：1414世纪初，元朝仁宗登基时在元大都（北京）升起世世纪初，元朝仁宗登基时在元大都（北京）升起世界上第一个热气球界上第一个热气球火药：火药：四大发明之一火器，烟花等四大发明之一火器，烟花等火箭：火箭：万虎：明代官员，是万虎：明代官员，是“第一个企图利用火箭飞行的人。

第一个企图利用火箭飞行的人他用他用4747只最大的火箭绑在椅子背后，手拿两个大风筝，想借助只最大的火箭绑在椅子背后，手拿两个大风筝，想借助火箭的推力和风筝上升的力量飞向空中为了纪念他，火箭的推力和风筝上升的力量飞向空中为了纪念他，19701970年年国际天文学会把月球背面的一个环行山命名为国际天文学会把月球背面的一个环行山命名为“万虎环行山万虎环行山”镜术：镜术：利用平面镜成像制成利用平面镜成像制成“万花筒万花筒”样的样的“魔镜魔镜”：日月镜、：日月镜、四规镜等四规镜等 凹凸面镜：凹凸面镜：殷武丁时期就出现了凹、凸面铜镜殷武丁时期就出现了凹、凸面铜镜6.6.对光现象的认识对光现象的认识光的折射光的折射※※鲫鱼杯鲫鱼杯：宋代：宋代《《春渚（春渚（zhzhŭ）纪闻）纪闻》》：：“有一鲫，长寸许，有一鲫，长寸许，游泳可爱水倒出，鱼不复见复酌水酒中，须臾一鱼泛游泳可爱水倒出，鱼不复见复酌水酒中，须臾一鱼泛然而起※※ “蝴蝶杯蝴蝶杯”、、“兰花杯兰花杯”等磁性：磁性：《《吕氏春秋吕氏春秋》》：：“慈石召铁，或引子也慈石召铁，或引子也”；；《《鬼谷子鬼谷子》》：：“慈石取针慈石取针”磁石吸引物质只限于铁：磁石吸引物质只限于铁：《《淮南子淮南子》》：：“若以慈石之能连铁也，若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣而求其引瓦，则难矣”，，“及其于铜则不通及其于铜则不通”。

摩擦起电：摩擦起电：西晋张华西晋张华《《博物志博物志》》记载：记载：“今人梳头，脱着衣今人梳头，脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有吒声时，有随梳、解结有光者，也有吒声 *唐代唐代《《酉阳杂俎酉阳杂俎》》““猫猫……黑者，暗中逆循其毛，即著火星黑者，暗中逆循其毛，即著火星””7.7.对电、磁现象的认识对电、磁现象的认识电与磁的应用电与磁的应用 地磁场磁化法地磁场磁化法：： 10441044年出版的宋代年出版的宋代曾公亮曾公亮《《武经总要武经总要》》：：““鱼法，以鱼法，以薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置碳火中烧薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置碳火中烧之，侯通赤，以铁钤钤（之，侯通赤，以铁钤钤（qiqiá án n 印、章印、章) )鱼首出火，以尾正鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之，用时置对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之，用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也将铁片烧红的是使磁畴重新分布成为顺磁体，淬火使磁畴将铁片烧红的是使磁畴重新分布成为顺磁体，淬火使磁畴稳定。

稳定磁石磁化法：磁石磁化法： 沈括沈括《《梦溪笔谈梦溪笔谈》》：：“方家以磁石磨针锋，则能指方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东（地磁偏角），不全南也南，然常微偏东（地磁偏角），不全南也中中国国古古代代科科技技 ——指指南南车车模模型型 （（1 1）共振）共振 《《梦溪笔谈梦溪笔谈》》：：“琴瑟弦皆有应声，宫弦则应少宫，商弦则琴瑟弦皆有应声，宫弦则应少宫，商弦则应少商，其余皆隔四相应今曲中有声音，须依此用之欲应少商，其余皆隔四相应今曲中有声音，须依此用之欲知其应者，先调诸弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，知其应者，先调诸弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，则纸人跃，他弦则不动声律高下苟同，虽在他琴鼓之，应他弦则不动声律高下苟同，虽在他琴鼓之，应弦亦震，此谓之正声弦亦震，此谓之正声2 2）共鸣及其消除）共鸣及其消除 南北朝时期刘敬叔南北朝时期刘敬叔《《异苑异苑》》：：“晋中朝有人蓄铜澡盆，晨夕晋中朝有人蓄铜澡盆，晨夕恒鸣如人扣，乃问张华华曰：恒鸣如人扣，乃问张华华曰：‘此盆与洛钟宫商相应，宫此盆与洛钟宫商相应，宫中朝暮撞钟，故声应尔。

可错（挫）令轻，则韵乖鸣自止中朝暮撞钟，故声应尔可错（挫）令轻，则韵乖鸣自止也’依其言，后不复鸣依其言，后不复鸣 8.8.对声现象的认识对声现象的认识（（3 3）声音的反射）声音的反射北京天坛：北京天坛：回音壁回音壁 四川潼南四川潼南“石琴石琴”：：实为登山石阶，凿于江边完整无缝凹处，实为登山石阶，凿于江边完整无缝凹处，沿石阶拾级而上，自第四级到第十九级，凡步履所触，便会发沿石阶拾级而上，自第四级到第十九级，凡步履所触，便会发出悠扬婉转的古琴声在洞内回荡其中有七级石蹬的发音特别出悠扬婉转的古琴声在洞内回荡其中有七级石蹬的发音特别洪亮，称为七步弹琴题为石蹬琴声洪亮，称为七步弹琴题为石蹬琴声编种编种（（4 4）乐器）乐器 新石器时代：新石器时代：陶埙和骨哨陶埙和骨哨 《《诗经诗经》》记载：记载：有有2929种之种之多，包括各种弹琴、吹奏、多，包括各种弹琴、吹奏、打击等乐器打击等乐器 战国曾侯乙墓：战国曾侯乙墓：出土的有：出土的有：编钟、磬、笙、排萧等编钟、磬、笙、排萧等盖盖天天说说：：起起源源于于殷殷周周时时期期天天圆圆如如张张盖盖，，地地方方如如棋棋局局”，后发展为，后发展为“天似盖笠，地法覆天似盖笠，地法覆”浑浑天天说说：：代代表表人人物物是是东东汉汉张张衡衡( (公公元元7878年年-139-139年年) )，，生生于于河河南南南南阳阳石石桥桥镇镇，，公公元元111111年年担担任任太太史史令令，，主主持持天天象象观观测测、、编编订历法，发明了浑天仪、候风地动仪。

订历法，发明了浑天仪、候风地动仪9. 9. 对天文现象的认识对天文现象的认识二、西方物理学二、西方物理学古希腊的物理知识主要集中在古希腊的物理知识主要集中在力学力学和和光学光学两个方面两个方面力学主要有亚里士多德的动力学和阿基米德的静力学力学主要有亚里士多德的动力学和阿基米德的静力学亚里士多德亚里士多德（前（前384384—前前322322年），古年），古希腊斯吉塔拉人，世界古代史上最伟希腊斯吉塔拉人，世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一大的哲学家、科学家和教育家之一是柏拉图的学生，亚历山大的老师是柏拉图的学生，亚历山大的老师公元前公元前335335年，他在雅典办了一所叫吕年，他在雅典办了一所叫吕克昂的学校，被称为逍遥学派马克克昂的学校，被称为逍遥学派马克思曾称亚里士多德是古希腊哲学家中思曾称亚里士多德是古希腊哲学家中最博学的人物，恩格斯称他是古代的最博学的人物，恩格斯称他是古代的黑格尔1 1、古希腊的物理学知识、古希腊的物理学知识主要观点主要观点1)1)提出物理学名称的第一人提出物理学名称的第一人，强调科学分类强调科学分类2)2)若物体不受力，运动即停止力是运动的原因。

若物体不受力，运动即停止力是运动的原因3)3)物体越重，下落速度应该越大物体越重，下落速度应该越大4)4)地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮围绕它转地球是宇宙的中心，太阳、行星和月亮围绕它转 亚氏观点亚氏观点从归纳日常生活出发，加上哲学思辩从归纳日常生活出发，加上哲学思辩，后来，后来发展为经院哲学，成为自然科学的障碍发展为经院哲学，成为自然科学的障碍经院哲学经院哲学: : 西欧中世纪主要哲学思想的总称因产生于天主教西欧中世纪主要哲学思想的总称因产生于天主教的学院，故称经院哲学主张理性服从信仰，目的在于论的学院，故称经院哲学主张理性服从信仰，目的在于论证基督教的教条，维护教会和封建主的统治证基督教的教条，维护教会和封建主的统治 宣扬科学的根本目的在于适应神学宣扬科学的根本目的在于适应神学阿基米德阿基米德（前（前287287—前前212212）） 古希腊最著名的物理学家，数学和力学大师后人称古希腊最著名的物理学家，数学和力学大师后人称其为其为“物理学之父物理学之父”著有《《论平面的平衡论平面的平衡》《》《论浮体论浮体》》，，其数学研究在欧几里德之后达到那个时代的顶点。

其数学研究在欧几里德之后达到那个时代的顶点 1 1）杠杆原理）杠杆原理；； 2 2）浮力定理）浮力定理（阿基米德定理）；（阿基米德定理）； 3 3）证明了正圆柱体）证明了正圆柱体 内切球的体积与该圆柱体积之比内切球的体积与该圆柱体积之比 为为2:32:3 4 4）提出了重心的概念和物体重心的求法；）提出了重心的概念和物体重心的求法； 5 5）计算了）计算了ππ的数值在的数值在3 3又又10/7110/71和和3 3又又1/71/7之间；之间； 6 6）发明了滑轮组；）发明了滑轮组； 7 7）发明了阿基米德螺旋提水器等发明了阿基米德螺旋提水器等阿基米德曾这样评价杠杆的作用阿基米德曾这样评价杠杆的作用: :“给我一个支点，我可以撬动地球给我一个支点，我可以撬动地球”意义：意义：阿基米德的力学研究方法具有阿基米德的力学研究方法具有“一般一般”的意义阿基米德在提出了著名的浮力定律和杠杆原理的过程中所采用阿基米德在提出了著名的浮力定律和杠杆原理的过程中所采用的的公理化方法公理化方法------将实验和数学推理结合起来，成为近代甚至将实验和数学推理结合起来，成为近代甚至现代物理学研究的重要方法之一现代物理学研究的重要方法之一。

2 2、阿拉伯人的物理成就、阿拉伯人的物理成就 1.1.阿勒阿勒—哈增哈增（（965—1038））著有著有《《光学全书光学全书》》：：研究了眼睛研究了眼睛的结构的结构，，如如“网膜网膜”、、“角膜角膜”、、“玻璃状体玻璃状体”、、“前房液前房液”等术语均出自于他等术语均出自于他 2.2.阿勒阿勒•哈兹尼哈兹尼（（1212世纪）世纪）著有著有《《智慧秤的故事智慧秤的故事》》，可以测，可以测量空气中和水中物体的重量量空气中和水中物体的重量, ,从而编出比重表；发现了水的从而编出比重表；发现了水的比重随温度的不同而不同；发现空气有重量，因而阿基米德比重随温度的不同而不同；发现空气有重量，因而阿基米德定律在空气中也适用；指出大气的密度与高度有关；提出物定律在空气中也适用；指出大气的密度与高度有关；提出物质的量与重量不同，两者成正比关系；质的量与重量不同，两者成正比关系；最早提出速度的概念：最早提出速度的概念：用路程与时间之比表示速度用路程与时间之比表示速度3 3、欧洲人的研究工作、欧洲人的研究工作 阿拉伯在阿拉伯在8-98-9世纪开始大量翻译希腊的经典著作从世纪开始大量翻译希腊的经典著作。

从1010世纪中叶开始，世纪中叶开始，欧洲一些学者，将阿拉伯文的书翻译成拉丁欧洲一些学者，将阿拉伯文的书翻译成拉丁文到到1212世纪，翻译活动形成了更高的浪潮这种翻译活动世纪，翻译活动形成了更高的浪潮这种翻译活动为后来的文艺复兴和科学革命准备了学术上的重要条件为后来的文艺复兴和科学革命准备了学术上的重要条件 另一重要事件是大学的建立另一重要事件是大学的建立 12-13 12-13世纪，在欧洲建立了牛津大学世纪，在欧洲建立了牛津大学(1168)(1168)、剑桥大学、剑桥大学(1209)(1209)、巴黎大学、巴黎大学(1253)(1253)和波伦亚大学；后来人们仿照这三和波伦亚大学；后来人们仿照这三所大学又建立了一些大学，同时在大学内又相继成立了一大所大学又建立了一些大学，同时在大学内又相继成立了一大批专门的学院，这些学院对学术发展发挥了重要作用批专门的学院，这些学院对学术发展发挥了重要作用(1).(1).哥白尼与哥白尼与“天体运行论天体运行论”(2).(2).第谷与开普勒第谷与开普勒(3).(3).运动学奠基人运动学奠基人——伽利略伽利略(4).(4).牛顿的综合和理论飞跃牛顿的综合和理论飞跃4、经典力学的建立、经典力学的建立哥白尼像（（1 1）哥白尼与）哥白尼与“天体运行论天体运行论” 哥白尼日心体系的提出，是自然科哥白尼日心体系的提出，是自然科学向神学的第一次严正挑战，标志着自学向神学的第一次严正挑战，标志着自然科学从神学中独立出来。

然科学从神学中独立出来 由于观测技术的进步由于观测技术的进步, , 哥白尼提出了一个以太阳为中心哥白尼提出了一个以太阳为中心的宇宙体系的宇宙体系 由于担心教会谴责，他迟迟没有公开发表自己的见解由于担心教会谴责，他迟迟没有公开发表自己的见解15301530年，哥白尼才将他的学说写成一个小册子年，哥白尼才将他的学说写成一个小册子《《纲要纲要》》，以手，以手稿形式在友人中流传直到稿形式在友人中流传直到15421542年，在他生命垂危之际，才同年，在他生命垂危之际，才同意将他的主要著作意将他的主要著作《《天体运行论天体运行论》》交付印行交付印行 《《天体运行论天体运行论》》出版后很少引起人们的注意一般人不能出版后很少引起人们的注意一般人不能了解《《天体运行论天体运行论》》在出版后七十年间，虽然遭到斥责，但在出版后七十年间，虽然遭到斥责，但未引起罗马教廷的注意未引起罗马教廷的注意 后因布鲁诺公开宣传日心地动说，危及教会的思想统治，后因布鲁诺公开宣传日心地动说，危及教会的思想统治，罗马教廷才开始对这些科学家加以迫害，并于公元罗马教廷才开始对这些科学家加以迫害，并于公元16161616年把年把《《天体运行论天体运行论》》列为禁书。

列为禁书 哥白尼的学说改变了那个时代人类对宇宙的认识，从根本哥白尼的学说改变了那个时代人类对宇宙的认识，从根本动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论基础 “自然科学开始从神学中解放出来自然科学开始从神学中解放出来”，，“科学的发展从此便科学的发展从此便大踏步前进大踏步前进”（（2 2））. .第谷与开普勒第谷与开普勒 1.1.第谷第谷(Tycho Brahe)(Tycho Brahe)的天文观测的天文观测 丹麦人，生于贵族家庭，丹麦人，生于贵族家庭，15761576年在丹麦国王腓年在丹麦国王腓特烈二世资助下在哥本哈根海峡的一个小岛上修建特烈二世资助下在哥本哈根海峡的一个小岛上修建了一座完善的天文台，测量精度较前人提高了几十了一座完善的天文台，测量精度较前人提高了几十倍至上百倍进行了倍至上百倍进行了2121年的观测，被人誉为年的观测，被人誉为““星学星学之王之王””第第谷谷使使用用的的天天文文仪仪器器第谷的墙壁象限仪第谷的墙壁象限仪 开普勒是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和开普勒是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。

他以数学的和谐性探索宇宙，在天文学方面做出了巨哲学家他以数学的和谐性探索宇宙，在天文学方面做出了巨大的贡献大的贡献被后世的科学家称为被后世的科学家称为“天上的立法者天上的立法者”2.2.德国天文学家开普勒：德国天文学家开普勒： 对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点开对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点开始，开普勒用正圆编制火星的运行表，发现火星老是偏离轨道始，开普勒用正圆编制火星的运行表，发现火星老是偏离轨道他便将正圆改为偏心圆可是，依照这个方法来预测火星的位他便将正圆改为偏心圆可是，依照这个方法来预测火星的位置，跟第谷的观测数据仍然不符，产生置，跟第谷的观测数据仍然不符，产生8’的误差 开普勒知道第谷观测数据的准确性，所以他没有将这一误开普勒知道第谷观测数据的准确性，所以他没有将这一误差差“观测范围内的允许误差观测范围内的允许误差”，而是认为，而是认为“匀速圆周运动匀速圆周运动”的的假设存在错误假设存在错误 此后，开普勒转向了用第谷的观测数据去确定行星的运行此后，开普勒转向了用第谷的观测数据去确定行星的运行轨道从而发现火星轨道是一种椭圆，并进而发现每个行星都从而发现火星轨道是一种椭圆，并进而发现每个行星都沿椭圆轨道运动，太阳就在一个焦点上；接着又发现面积定律。

沿椭圆轨道运动，太阳就在一个焦点上；接着又发现面积定律上述两定律发表在上述两定律发表在16091609年出版的年出版的《《新天文学新天文学》》上在16191619年出年出版的版的《《世界的和谐世界的和谐》》中公布了周期定律中公布了周期定律 ※※开普勒的上述重要发现，为牛顿创立天体力学理论奠定开普勒的上述重要发现，为牛顿创立天体力学理论奠定了基础开普勒是用数学公式表达物理定律并成功的人之一开普勒是用数学公式表达物理定律并成功的人之一从此开始，数学方程就成为表达物理定律的基本方式从此开始，数学方程就成为表达物理定律的基本方式(3).(3).伽利略伽利略(1564-1642)(1564-1642) ：： 意大利物理学家、天文学家和哲学意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者其成就包家，近代实验科学的先驱者其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测，括改进望远镜和其所带来的天文观测，以及支持哥白尼的日心说以及支持哥白尼的日心说当时，人们争相传颂：当时，人们争相传颂：“哥伦布发现了哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙新大陆，伽利略发现了新宇宙”史蒂芬史蒂芬·霍金说，霍金说，“自然科学的诞生要归自然科学的诞生要归功于伽利略，他这方面的功劳大概无人功于伽利略，他这方面的功劳大概无人能及。

能及1.1.运动的描述和分类运动的描述和分类 提出将运动分为匀速运动和变速运动提出将运动分为匀速运动和变速运动2.2.自由落体定律自由落体定律①①首先从思想实验得出的一个佯谬入手，对亚里士多德的落体首先从思想实验得出的一个佯谬入手，对亚里士多德的落体学说反驳：重物和轻物绑在一起下落时的速度？学说反驳：重物和轻物绑在一起下落时的速度？②②通过数学推到出自由落体为匀加速运动通过数学推到出自由落体为匀加速运动; ;③③设计了著名的设计了著名的““斜面实验斜面实验””; ;④④为了把斜面实验推广到竖直情况的自由落体运动，提出了为了把斜面实验推广到竖直情况的自由落体运动，提出了““等末速度假设等末速度假设””，并用一个单摆实验验证了假设并用一个单摆实验验证了假设3.3.惯性原理惯性原理 “任何速度一旦施加给一个运动着的物体，只要除去加任何速度一旦施加给一个运动着的物体，只要除去加速或减速的原因，此速度就可保持不变；不过，这是只能在速或减速的原因，此速度就可保持不变；不过，这是只能在水平面上发生的一种情形水平面上发生的一种情形这一思想实验，有力地证明了这一思想实验，有力地证明了外力不是物体运动的原因，而是运动速度变化的原因。

外力不是物体运动的原因，而是运动速度变化的原因 在著作中，他也表达过这一思想在著作中，他也表达过这一思想“当一个物体在水平面上当一个物体在水平面上运动，没有碰到任何阻碍时运动，没有碰到任何阻碍时…它的运动将是匀速的，并将无限它的运动将是匀速的，并将无限继续进行下去，假如平面是在空间无限延伸的话继续进行下去，假如平面是在空间无限延伸的话4.4.抛体运动轨迹抛体运动轨迹----运动的独立进行原理运动的独立进行原理 在在《《两门新科学两门新科学》》中，详细研究了抛体运动，指出：中，详细研究了抛体运动，指出：假设物体以水平初速度抛出，假设物体以水平初速度抛出，这时物体将同时参与一个匀这时物体将同时参与一个匀速的水平运动和一个匀加速的下落运动速的水平运动和一个匀加速的下落运动……这两个运动既不这两个运动既不彼此影响、干扰，也不互相妨碍彼此影响、干扰，也不互相妨碍””这就是运动的独立进这就是运动的独立进行原理 5.5.相对性原理相对性原理 在批驳在批驳“倘若地球运动，就会把地球上面的物体抛到后倘若地球运动，就会把地球上面的物体抛到后面去面去”的谬论时，伽利略指出，从行驶的航船的桅杆上落下的谬论时，伽利略指出，从行驶的航船的桅杆上落下的石子，仍会落在桅杆脚下；的石子，仍会落在桅杆脚下；……只要船的运动是均匀的，也只要船的运动是均匀的，也不忽左忽右摆动，人们所观察到的现象同船静止时完全一样，不忽左忽右摆动，人们所观察到的现象同船静止时完全一样，人们跳向船尾不会比跳向船头更远；从挂着的水瓶中滴下的人们跳向船尾不会比跳向船头更远；从挂着的水瓶中滴下的水滴仍会滴进下方的罐子里；蝴蝶和苍蝇四处飞行，决不会水滴仍会滴进下方的罐子里；蝴蝶和苍蝇四处飞行，决不会向船尾集中，或者是为了赶上船的运动而显出疲劳的样子。

向船尾集中，或者是为了赶上船的运动而显出疲劳的样子…………这些现象表明，在船里所做的任何观察和实验，都不能这些现象表明，在船里所做的任何观察和实验，都不能够判断船究竟是在运动还是停止不动够判断船究竟是在运动还是停止不动 相对性原理的发现，是人类科学史上的一个重大飞跃，相对性原理的发现，是人类科学史上的一个重大飞跃，对物理学基础理论的发展产生了深刻的影响对物理学基础理论的发展产生了深刻的影响6.6.伽利略的研究方法伽利略的研究方法 对现象的一般观察对现象的一般观察→→提出工作假设提出工作假设→→运用数学和逻辑的运用数学和逻辑的手段得出特殊结论手段得出特殊结论→→通过物理的或思想的实验对推论进行检通过物理的或思想的实验对推论进行检验验→→对假设进行修正和推广对假设进行修正和推广 能够认识到具体实验中出现的偏差或误差并摆脱其影响，能够认识到具体实验中出现的偏差或误差并摆脱其影响，而而以理想实验并通过数学逻辑的推倒得出结论以理想实验并通过数学逻辑的推倒得出结论，这就是伽利，这就是伽利略的伟大之处略的伟大之处(4).(4).牛顿的综合和理论飞跃牛顿的综合和理论飞跃1.1.牛顿的牛顿的《《自然哲学数学原理自然哲学数学原理》》（（16871687年发表）年发表）2.2.万有引力定律的建立、检验和意义万有引力定律的建立、检验和意义3.3.牛顿的局限牛顿的局限由好朋友哈雷资助出版。

由好朋友哈雷资助出版该书的出版该书的出版标志着经典力学体标志着经典力学体系的建立系的建立 1. 1687年出版年出版《《自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理》》 2. 2. 万有引力定律的建立、检验和意义万有引力定律的建立、检验和意义（一）万有引力定律的建立（一）万有引力定律的建立 英国的胡克、伦恩和哈雷在引力问题的研究上都做出了英国的胡克、伦恩和哈雷在引力问题的研究上都做出了重要贡献重要贡献 胡克最早觉察到引力与重力有同样本质胡克最早觉察到引力与重力有同样本质，，16801680年初，在年初，在给牛顿的信中，胡克提出了引力反比距离的平方的猜想；给牛顿的信中，胡克提出了引力反比距离的平方的猜想；16791679年哈雷和伦恩导出了作用于行星的引力与它们到太阳的年哈雷和伦恩导出了作用于行星的引力与它们到太阳的距离的平方成反比距离的平方成反比 1684 1684年年8 8—1010月，牛顿作了月，牛顿作了《《论运动论运动》》的演讲，明确叙述的演讲，明确叙述了向心力定律，证明了椭圆轨道运动的平方反比关系。

后来了向心力定律，证明了椭圆轨道运动的平方反比关系后来又定义了质量的概念，探讨了引力和质量的关系，才把他引又定义了质量的概念，探讨了引力和质量的关系，才把他引向万有引力定律的发现向万有引力定律的发现 在在《《原理原理》》中，牛顿描述了从高山顶上平抛一个铅球的中，牛顿描述了从高山顶上平抛一个铅球的思想实验，我们称为思想实验，我们称为牛顿月亮或小月球思想实验，从而把地牛顿月亮或小月球思想实验，从而把地球上物体的重力和天体之间的引力联系到一起球上物体的重力和天体之间的引力联系到一起1.1.牛顿通过靠近地面的牛顿通过靠近地面的“小月亮小月亮”运动的思想实验，论运动的思想实验，论证了证了“使月球保持在它轨道上的力，就是我们通常称为使月球保持在它轨道上的力，就是我们通常称为重力的力重力的力”2.2.通过通过“月月—地检验地检验”说明了月球所受引力与地面上物说明了月球所受引力与地面上物体所受引力遵循相同的规律：引力与半径的平方成反比体所受引力遵循相同的规律：引力与半径的平方成反比关系3.3.并将此结果推广到行星的运动上去，从而得出宇宙间并将此结果推广到行星的运动上去，从而得出宇宙间所有物体之间的引力遵循的规律都相同的结论。

所以称所有物体之间的引力遵循的规律都相同的结论所以称为为万有引力万有引力（二）万有引力定律的检验（二）万有引力定律的检验1)1)关于地球的形状关于地球的形状2)2)哈雷彗星哈雷彗星3)3)“笔尖下的行星笔尖下的行星” ------海王星海王星4)4)卡文迪什测定万有引力常数卡文迪什测定万有引力常数1 1）关于地球的形状：）关于地球的形状： 牛顿指出，牛顿指出，行星由于自身的旋转运动，赤道部分应该隆行星由于自身的旋转运动，赤道部分应该隆起，使行星成为两极扁平的扁球体起，使行星成为两极扁平的扁球体 为了得到更准确的大地测量结果，法国科学院于为了得到更准确的大地测量结果，法国科学院于1735-1735-17361736年先后派出两个测量远征队，分赴赤道地区的秘鲁和高年先后派出两个测量远征队，分赴赤道地区的秘鲁和高纬度地区的拉普兰德，分别在两地的经度圈上测量等角的一纬度地区的拉普兰德，分别在两地的经度圈上测量等角的一段弧长测量结果基本证实了牛顿的结论测量结果基本证实了牛顿的结论 18 18世纪世纪3030年代，当牛顿的学说传到法国时，受到巴黎天年代，当牛顿的学说传到法国时，受到巴黎天文台台长雅克文台台长雅克•卡西尼（卡西尼（Jacques Cassini,1677-1756Jacques Cassini,1677-1756）等人）等人的强烈反对。

的强烈反对2)哈雷彗星哈雷彗星 16821682年以前，人们认为彗星出现时，它将给人类带来灾难年以前，人们认为彗星出现时，它将给人类带来灾难 牛顿根据天文资料，应用万有引力定律，说明和计算了彗牛顿根据天文资料，应用万有引力定律，说明和计算了彗星的运动轨迹星的运动轨迹 牛顿的好朋友，英国天文学家哈雷牛顿的好朋友，英国天文学家哈雷(1656-1742)(1656-1742)，根据牛，根据牛顿理论进一步计算了大量彗星的运动轨道，得出顿理论进一步计算了大量彗星的运动轨道，得出15311531年、年、16071607年、年、16821682年出现的彗星轨道相同，因此应是同一彗星由此预年出现的彗星轨道相同，因此应是同一彗星由此预言这彗星言这彗星17581758年还将出现年还将出现 17431743年，克雷洛计算了木星和土星对这颗彗星的摄动作用，年，克雷洛计算了木星和土星对这颗彗星的摄动作用，指出它将推迟于指出它将推迟于17591759年年4 4月经过近日点月经过近日点 17591759年年3 3月月1212日，这颗星出现了。

迟到的原因，正是因为日，这颗星出现了迟到的原因，正是因为它受木星和土星的吸引，这正说明了万有引力定律的成功它受木星和土星的吸引，这正说明了万有引力定律的成功3)“笔尖下的行星笔尖下的行星” —海王星海王星 17811781年，赫舍尔发现天王星，踞太阳约年，赫舍尔发现天王星，踞太阳约2828亿公里，绕一亿公里，绕一周要周要8484年但根据牛顿理论，其运动有偏差，于是预言，还年但根据牛顿理论，其运动有偏差，于是预言，还应该存在另一颗星应该存在另一颗星 柏林天文学家伽勒柏林天文学家伽勒(Johann Gottfried Galle,1812-1910)(Johann Gottfried Galle,1812-1910)于于18461846年年9 9月月2323日，在勒威尔推算出在相距不到日，在勒威尔推算出在相距不到1°1°的地方发现的地方发现了这颗星了这颗星——海王星，大大拓宽了天文科学家的视野海王星，大大拓宽了天文科学家的视野 1843-1845 1843-1845年英国青年大学生亚当斯年英国青年大学生亚当斯(John Couch Adams)(John Couch Adams)、、18451845年法国天文学家勒威尔年法国天文学家勒威尔(Leverrier)(Leverrier)各自分别独立地根据牛各自分别独立地根据牛顿的理论计算出了该未知行星的质量、轨道和位置。

顿的理论计算出了该未知行星的质量、轨道和位置4)卡文迪什测定万有引力常数卡文迪什测定万有引力常数 从牛顿于从牛顿于16871687年出版年出版《《自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理》》，整，整整一百年时间，还没有任何实验或事实能整一百年时间，还没有任何实验或事实能证明在任意的两证明在任意的两个物体之间确实存在引力，以及引力大小个物体之间确实存在引力，以及引力大小 直到直到17971797年，卡文迪什在实验室条件下，用扭秤实年，卡文迪什在实验室条件下，用扭秤实验测量了两个物体间微小引力和万有引力常数，才最终验测量了两个物体间微小引力和万有引力常数，才最终解决了定律的验证问题解决了定律的验证问题1.站在巨人的肩上，勤奋学习，积累知识站在巨人的肩上，勤奋学习，积累知识欧几里德欧几里德——笛卡尔笛卡尔——莱布尼兹莱布尼兹数学数学哥白尼哥白尼——第谷第谷——开普勒开普勒天文学天文学吉尔伯特吉尔伯特——布里阿德布里阿德——玻列利玻列利引力思想引力思想达达.芬奇芬奇——伽里略伽里略——惠更斯惠更斯力学力学牛顿的成功之路牛顿的成功之路2.讲求科学研究方法讲求科学研究方法 1)1)分析综合法分析综合法 牛顿在牛顿在《《光学光学》》一书中曾说：从结果到原因，从特殊原一书中曾说：从结果到原因，从特殊原因到普遍原因，一直论证到最普遍的原因为止，这就是分析因到普遍原因，一直论证到最普遍的原因为止，这就是分析的方法；而综合的方法则假定原因已经找到，并已把他们立的方法；而综合的方法则假定原因已经找到，并已把他们立为原理，再用这些原理去解释由他们发生的现象。

为原理，再用这些原理去解释由他们发生的现象归纳归纳演绎演绎实验实验规律规律实际问题实际问题2)2)归纳与演绎相结合归纳与演绎相结合3) 追求简单、和谐的公理体系追求简单、和谐的公理体系 牛顿根据月球受地球吸引的现象，归纳出一切天体相互牛顿根据月球受地球吸引的现象，归纳出一切天体相互吸引的关系，进而得出了引力定律吸引的关系，进而得出了引力定律 牛顿在原理中写道：牛顿在原理中写道：“自然界喜欢简单化，而不爱用什自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸耀自己么多余的原因以夸耀自己4) 数学物理方法数学物理方法:原理是数学与物理的完美结晶原理是数学与物理的完美结晶 大大自自然然追追求求的的是是一一本本用用数数学学语语言言所所写写的的巨巨著著，，他他追追求的是一个精确的，完完本本用数学表示的定律求的是一个精确的，完完本本用数学表示的定律——牛顿牛顿5) 实验实验——抽象方法抽象方法 万有引力定律既有观测实验的基础，同时也是科学抽象的万有引力定律既有观测实验的基础，同时也是科学抽象的产物经典物理学的完成和局限经典物理学的完成和局限•大约到了大约到了1895年前后，以经典力学、经典热力学年前后，以经典力学、经典热力学和统计力学、经典电动力学为三大支柱的经典物和统计力学、经典电动力学为三大支柱的经典物理学，结合成一座具有雄伟的建筑体系和动人心理学，结合成一座具有雄伟的建筑体系和动人心弦的弦的“美丽的殿堂美丽的殿堂”，达到了它的颠峰时期。