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物理学导论 本章要点： 1、 物理学的形成与发展； 2、 物理学的特点； 3、 物理学的方法及思想。 中国自古就有一个美丽的传说——嫦娥奔月，多少年来，多少代中国人孜孜不倦地探求，终于神话变成了现实。2003年10月，由宇航员杨利伟（1965- ）驾驶神州5号飞船，环绕地球14圈，圆了中国人的千年飞天梦。从意大利航海家哥伦布（c.colombo,1446-1506）的帆船航海，到美国莱特兄弟的飞机上天，直至今天的宇宙飞船漫游天际，人类就象插上了翅膀，在浩瀚的宇宙间翱翔。回首过去，我们不禁感叹，世界变化得多么快！我们不禁要问，谁使我们这个世界变化得这么快？这就是现代科学技术，是现代科学的基础——物理学！ 1.1 物理学的形成与发展 本节我们将沿着物理学发展的历程，介绍经典物理学的建立过程，以及20世纪物理学的革命，使大家对物理学的理论体系、研究方法及其作用有一个初步的了解。 1.1.1 从自然哲学到物理学 物理学的前身称为自然哲学。早期的物理学含义非常广泛，它在直觉经验基础上探寻一切自然现象的哲理。中国作为发明指南针、火药、造纸和印刷术的文明古国，在哲学思考上很有特色。我国春秋战国时代的《墨经》是一本最古老的科学书籍，里面记载了许多关于自然科学问题的研究。其中有一句话：“力，刑之所以奋也。”“刑”即“形”，可解释为“物体”，“奋”可解释为“运动的加速”，这与牛顿第二定律（F=ma）有一定的联系。书中并载有万物都是由“不可斫”的“端”即“点”所构成。（斫，zhuo,用刀斧砍的意思。）与差不多同时的希腊“原子”说，是世界上关于物质组成问题的最早文字记载。但是这些观察和分析，仅仅是定性的，没有系统化、定量化。 公元前7―前6世纪，古希腊文化进入一个繁荣时期，人才辈出。其杰出的代表——亚里士多德（Aristoteles，公元前384―前322），这位百科全书式的学者，系统研究了运动、空间和时间等物理及相邻自然科学方面的问题，著有《物理学》、《力学问题》、《论天》及14本巨著《玄学》等书籍。他的著作处于古希腊及整个中世纪自然哲学的皇冠地位，其中《物理学》一书，是physics一词最早的起源（虽然今天含义已不同了）。他提出了许多概念，但有一些观念是错误的。如“在地球上重物比轻物落得快”的观念，直到伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)在1590年登上比萨(pisa)一座八层楼高的斜塔（建于1174年），用实验证明了一个100磅重和一个半磅重的两个球体几乎同时落地，才纠正过来。又如他的“地心说”，认为地球位于整个宇宙的中心，整个宇宙由环绕地球的七个同心球壳所组成，月亮、太阳、星星在其上做完美的圆运动。当然，用今天的知识我们很容易指出其错误，但昨天终归不是今天。在两千年前，亚里士多德敢于主张“地球是球形”，较之远古人的“大地是平坦的”，客观地说，那是人类认识上的一大飞跃。但后来被神学所利用，在封建和教会的统治下，欧州中世纪的科学发展十分缓慢。直到15世纪后，工业革命使得科学技术获得了快速的进步，为科学实验开展提供了前所未有的条件，带动了科学理论的飞速发展。 1.1.2 经典物理学的建立 波兰天文学家哥白尼(N.Copernicus,1473-1543),在他的不朽著作《天体运行论》中，提出“太阳是宇宙的中心，地球是围绕太阳旋转的一颗行星”的日心说，引起了宇宙观的大革命。日心说使教会感到恐慌，因为若地球是诸行星之一，那么圣经上所说的那些大事件就完全不能够在地面上出现了。“日心说”被称为“邪说”，《天体运行论》被列为禁书。为捍卫真理，当时的科学家进行了不屈不挠、可歌可泣的斗争。意大利天文学家布鲁诺（G.Bruno,1548-1600）为此付出了生命。这种科学的精神和崇高的胸怀永远让人崇敬,值得我们永远学习。 在十五世纪以后，科学空前发展，逐步建立了比较完整的系统理论。物理学先驱伽利略研究了落体和斜面运动，做了著名的比萨斜塔实验，发展了科学实验方法，并提出了物质惯性等重要概念。到十七世纪，杰出的英国物理学家牛顿（I.Newton,1642-1727)在前人工作的基础上，于1678年发表了他的名著《自然哲学的数学原理》，提出牛顿三大定律，这成为经典力学的理论基石。后来，他在开普勒(J.Keppler,1571-1630)提出的行星运动三定律的基础上，提出了万有引力定律，这是牛顿对物理学的两大杰出的贡献。牛顿还是位数学家，他和莱布尼兹同时创立了微积分，并应用于力学，使力学与数学不断结合。后来，欧勒等人进一步使力学沿分析方向发展，建立了分析力学。至此，在常速情况下宏观物体的机械运动所遵循的规律——经典力学已建立起来了。我们常把经典力学称为牛顿力学，它的建立被认为是第一次科学革命。牛顿