《物理学的历史与思想》全套PPT课件.pptx

第一篇 经典物理学的发展第一章 力学的发展第二章 热学的发展第三章 电磁学的发展第四章 光学的发展第一章 力学的发展§1.1 哥白尼与天体运行论§1.2 开普勒三定律§1.3 运动学的奠基人——伽利略§1.4 牛顿的伟大综合和理论飞跃公元前 6 世纪左右，古希腊诞生了分别以泰勒斯和毕达哥拉斯为代表的两大著名学派。两大学派逐渐发展和演化为涉及多个领域的多个学派。亚里士多德是最早发展运动理论的科学家，但由于没有正确的科学研究方法，得不到正确的科学结论。16世纪之后，力学研究真正发展起来。人们试图通过研究天体的运动认知机械运动的规律。1543年，哥白尼的《天体运行论》出版，引起了人类宇宙观的巨大变革，标志着自然科学想神学发出的第一次严正挑战。1609年和1619年，开普勒先后从第谷的星体运动观测数据中找到了描述行星运动的“开普勒三定律”，进一步推动力学和天文学的发展。1632年和1637年，伽利略先后出版两部著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》，为力学的发展奠定了思想基础，开创了以实验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学。1687年，牛顿出版巨著《自然哲学的数学原理》，形成了以“牛顿三定律”和万有引力定律为基础的力学体系，标志着经典力学的建立，完成了物理学史上的第一次大综合。§1.1 哥白尼与天体运行论 自古希腊以来，占统治地位的是地心说。这种观点认为地球是不动的宇宙中心，在西方和东方都起着主导作用。地心说预报的行星位置与实际位置差不多，而且符合《圣经》的内容，被欧洲中世纪的教会统治所利用，对人们的思想和科学发展的禁锢已达千年之久。 较为完整的地心说模型是托勒密在公元2世纪提出的。这个模型继承了古希腊所谓圆球美满的观点，把宇宙设计成大球套小球，小球边上还要穿插小球的复杂圆球体系。行星沿着本轮做圆周运动，本轮的中心又在以地球为中心的均轮上做圆周运动。地心说思想示意图 “地心说”这种宇宙观来源于实际观测，在当时的历史条件下是具有进步意义的。但由于仅仅是古人从局部靠肉眼直接观察所得的印象中得到的对宇宙的一种看法，地心说对各行星的描述越来越不能和谐统一。 14-15世纪，随着生产的发展，欧洲文化出现了新的运动——文艺复兴。它的主要内容就是反对中世纪的神学世界观，摆脱教会对人们思想的束缚。 由于天文学的发展越来越多地揭示了地心说的荒谬，于是以哥白尼为代表的一场关于宇宙观的革命拉开了序幕，人们把这场革命称为“哥白尼革命”。它推翻了自古希腊以来一直占据统治地位的地心说，打开了自然科学的大门。 尼古拉·哥白尼（ Nicolaus Copernicus， 1473—1543），波兰天文学家和数学家，1491年进入克拉科夫大学学习数学和天文学；1496年到意大利留学。波伦亚大学天文学教授诺瓦拉（ Domenico di Novara， 1453—1504）关于托勒密地心体系过于复杂，不符合数的和谐原则的评论，对哥白尼启发很大。哥白尼像 1503年，哥白尼回到波兰后，自制了观测仪器继续进行天文学观测和新的宇宙体系的研究。他认为，要消除地心说体系里不必要的复杂性，唯一的出路就是把类似于地心说中行星绕地球的运动（自转、公转和地轴的回转）赋予地球本身。 只有月球绕地球转动，恒星则在离太阳很远的一个天球面上静止不动。这样，哥白尼提出了一个以太阳为中心的宇宙体系。在这个体系中，天体从远到近的顺序是：恒星不动；土星，30年转一周；木星，12年一周；火星，2年一周；地球和月亮一年一周；金星，9个月一周；水星，80天一周等。哥白尼把统率整个宇宙的支配力量赋予太阳，而各个天体则都有其自然的运动。哥白尼“日心说”体系 由于担心教会谴责，他迟迟没有公开发表自己的见解。1530年，哥白尼将他的学说写成一个小册子《纲要》，以手稿形式在友人中流传。1542年，他生命垂危之际，才同意将他的主要著作《天体运行论》交付印行。1543年，著作出版。 《天体运行论》分为六卷：第一卷：总论，只要介绍了日心说的基本思想，即太阳居于宇宙中心，地球和其他行星以圆形轨道绕太阳运行；第二卷：用三角学论证天体运动的基本规律；第三卷：论述地球的运动，太阳视运动、岁差和黄道赤道交角的测定；第四卷：论述月球的运行和日月食；第五、六卷：论述五大行星(水、金、火、土、木)的运动。日心说 《天体运行论》出版后70年间，很少引起人们的注意，许多天文工作者只是把这本书当做便算行星星表的一种方法，后因意大利哲学家布鲁诺（ Giordano Bruno，1548—1600）和著名物理学家伽利略公开宣传日心说，危及教会的思想统治，罗马教廷开始对这些科学家加以迫害。布鲁诺被判处死刑，在罗马被活活烧死，伽利略则被终身监禁。自1616年起，《天体