三经典力学的建立.pptVIP

二.第谷与开普勒 1.第谷(Tycho Brahe,1546-1601，丹麦人，贵族家庭) 1)新天文台修建：1576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了一座完善的天文台，测量精度较前人提高了几十倍。 2)天文观测：21年持之以恒的观测中，各行星角位置的误差仅为2’(即0.033°，1°=60’)。 3)观点：他将托勒密的地心体系和哥白尼的日心体系进行了折中，认为：除地球和围绕它的月亮外，其他天体都绕太阳运转，太阳率领众行星围绕地球运转，地球是静止不动的。被人誉为“星学之王”。 腓特烈二世逝世后，第谷失去了资助。1599年，他在布拉格得到了奥皇卢道夫的一份赠款，于是他把部分仪器搬到了布拉格。在这里，他得到了一个青年助手开普勒。他们共同进行观察，直到1601年第谷去世。 一.伽利略(1564-1642, Galileo Galilei )生平 二.伽利略的贡献 主要有三个方面：力学、天文学（略）和哲学（略）。 1.发现了摆的等时性 1582年（18岁），一次去教堂做礼拜，注意到教堂里吊灯在摆动，他按自己脉博的跳动来计时，发现它们往复运动的时间总是相等。从而发现了摆的等时性。后来荷兰物理学家惠更斯根据这个原理制成挂摆时钟，人们称之为伽利略钟。 2.自由落体定律 ①首先从思想实验得出的一个佯谬入手，否定了亚里士多德的落体学说：重物比轻物下落速度快？ ②通过数学推到出自由落体为匀加速运动：利用三角形面积和一对应的矩形面积相等确定 s/t2=常量 ③设计了“冲淡重力”实验，即著名的“斜面实验” ④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”，并用一个单摆实验验证了假设。由等末速度假设得到了沿斜面下滑的加速度g1和重力加速度g之间的关系。 6.相对性原理 在批驳“倘若地球运动，就会把地球上面的物体抛到后面去”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；…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，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，都不能够判断船究竟是在运动还是停止不动。” 这一原理的发现，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。 7.材料力学研究：正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。他指出，对长度相似的圆柱形梁，抗弯力矩和半径立方成比例。 8.温度计的发明。 三.万有引力定律的建立、检验和意义 （一）万有引力定律的建立 胡克的工作：胡克最早觉察到引力与重力有同样本质，他曾在山顶和矿井下进行实验，以确定重力随离地心的距离而变化的关系，但没得出结果。1680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； 伦恩和哈雷的工作：1679年哈雷和伦恩导出了作用于圆形轨道运动的行星的引力与它们到太阳的距离的平方成反比，但他们还不能证明行星在椭圆轨道下也是如此。 牛顿：1684年8—10月，牛顿作了《论运动》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。 在《原理》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。 1.牛顿通过靠近地面的“小月亮”运动的思想实验，论证了“使月球保持在它轨道上的力，就是我们通常称为‘重力’的力”。 （二）万有引力定律的检验 4)卡文迪什测定万有引力常数 从牛顿于1687年出版《自然哲学的数学原理》，整整一百年时间，还没有任何实验或事实能证明在任意的两个物体之间确实存在引力，以及引力大小。直到1797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，才最终解决了定律的验证问题。 （三）万有引力定律建立的意义 1.人类第一次完成了天体运动与地面物体运动的统一。 2.建立了天体力学； 3.是人类科学认识的一次重大综合和飞跃。 3)海王星的发现 1781年，赫舍尔发现天王星，踞太阳约28亿公里，绕一周要84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。 牛 顿 的 伟 大 综 合 和 理 论 飞 跃 柏林天文学家伽勒(Johann Gottfried Galle,1812-1910)于1846年9月23日，在距离勒威尔