科学技术与工业第3次作业市公开课金奖市赛课一等奖课件

第12讲科学、技术与工业吴国盛/wugshpku北大科学史与科学哲学第1页第3次作业题目：论培根科学要求1000-1500字，少写多写均不好，要学会思想明确、表述简练建立在文件阅读基础之上，要有规范文件征引（允许引用网上文件），不得有任何剽窃剽窃(一旦查出即记为零分)下周（12月7日）下午6点之前经过电邮交给各自助教，当晚课上将公布未交作业名单，有疑问者课间处理，过时不再受理。请相互转告，勿谓言之不预。第2页上讲目录启蒙运动与数理精神传输物理科学中两大传统融合生命科学试验化与分析化第3页本讲目录与科学无关第一次工业革命科学应用于工业第二次工业革命20世纪大科学第4页工业革命概览恩格斯说：“工业革命对于英国意义，就好象哲学革命对于德国，政治革命对法国一样。”产业革命即工业革命（industrialrevolution）表现在：以机器取代人力以大规模工厂生产取代个体工场手工生产以技术革新带来经济无限制增加。第5页产业革命首先发生在英国，几大产业相互促进炼铁业－要求煤炭煤炭业－要求蒸汽机抽水，要求运输蒸汽动力开发纺织业—蒸汽动力推进纺织业汽船－运河火车－铁路第6页炼铁业英国炼铁业历史悠久，但燃料短缺限制了铁产量17，工程师达比（AbrahamDarby）用焦炭代替木炭炼铁取得成功，1735年新工艺开始广泛利用1760年，斯密顿创造水力驱动鼓风机，提升了焦炭温度，提升了炼铁效率1784年，亨利·科特创造搅拌法18世纪英国铁产量增加了10倍第7页纺织技术进步（1）英国人喜爱从印度进口棉布，冲击了传统毛纺织业。国会于17颁布禁止进口棉布法令，给本国棉纺织业以发展机会。纺纱技术与织布技术交替革新，造成相互促进和相互加速，你追我赶局面1733年，约翰·凯创造飞梭，改进了织布技术。1765年，詹姆斯·哈格里夫斯创造锭子垂直放置“珍妮机”，这是一个立式多滚轮纺纱机。1769年，阿克莱特创造动力纺纱机，所纺棉纱十分坚固，改变了从前棉纱只能做纬线不能做经线局面。第8页纺织技术进步（2）1779年，塞缪尔·康普顿将阿克莱特纺纱机与哈格里夫斯珍妮机相结合，创造了新走锭纺纱机，称为“骡机”，可同时纺400枚纱锭。1785年，卡特莱特造出了动力织机英国纺织业就是在你追我赶创造中成为工业革命龙头产业。纺织业新创造要求了工厂制度发展方向：大机器价格昂贵（只能为少数大资本家全部）、体积庞大（只能安装在固定大建筑即车间里）、需要许多人维护（这些人就是工人）1764年－18，纺织工人劳动生产率提升了200倍第9页蒸汽机创造与改进（1）蒸汽动力机创造将工业革命推向纵深原始蒸汽机模型：让蒸汽压力将水提升，蒸汽冷却后形成真空，又能够将水从低处吸入。1679年，法国工程师巴本创造蒸煮器（高压锅），并在此基础上创造蒸汽机。1698年，英国工程师萨弗里创造专门用来抽水蒸汽泵，主要靠真空吸水，蒸汽压力压水。17，纽可门创造大气机，主要靠大气压力做功。由一个带活塞气缸做功，蒸汽锅炉与之分离，气缸中加冷水喷射器。第10页蒸汽机创造与改进（2）纽可门机缺点：热量浪费太大，效率不高；只有简单往复式线性运动。格拉斯哥大学机修工瓦特（1736－1819）改革1，为了使汽缸保持温度，单独增加一个冷凝器（事先抽成真空以引入高温蒸汽）2，将活塞直线往复运动转化成轮轴旋转运动瓦特蒸汽机出现掀起了一场动力革命纺织业、采矿业、冶金业在瓦特机带动下迅猛发展。瓦特蒸汽机是否得益于科学？否。瓦特成功得益于正确营销手法第11页瓦特是一个科学家吗？是。他是皇家学会会员，但提交论文并不是他对于蒸汽机改进，而是“人造气体药用价值”瓦特更多代表，是一个新兴商人阶层精神气质，而不是希腊科学精神气质。他散布谣言说，高压蒸汽机安全有问题，使得他竞争对手特里威西克没能成功他埋怨贝托莱把他发觉氯化漂白过程公开了，无法申请专利以赢利第12页运输机械革命（汽船）1785年，美国菲奇将瓦特蒸汽机用于帆船上18左右，美国富尔顿继续制造汽船，18造出克莱蒙特号，采取明轮推进。1838年，英国商船天狼星号利用蒸汽动力横渡大西洋成功第13页运输机械革命（火车）由木路到铁路（采矿业）1796年，英国特里维西抑制造了第一辆火车18，英国斯蒂芬逊造出第一辆实用火车。用于拉煤。1823年，斯蒂芬逊火车投入商用1830年，利物浦与曼彻斯特铁路线连通美国（1828）、法国（1830）、德国（1835）铁路业与钢铁业相互促进第14页从蒸汽机到内燃机蒸汽压加大，瓦特又创造了无冷凝器双向式蒸汽机特里维西克18创造高压蒸汽机汽缸材料、加工、燃料，由外燃到内燃燃料：煤气（1792）、煤油（1850）1860年，法国勒努瓦（1822－1900）造出第一台煤气内燃机1862年，法国德罗夏提出四冲程理论1876年，德国奥托造出四冲程煤气内燃机1883年，德国戴姆莱造出第一台汽油内燃机第15页运输机械革命（汽车）1885年，戴姆莱研制出第一台汽油发动机两轮“摩托车”同年，德国本茨创造了汽油内燃机为引擎三轮汽车1886年，本茨（飞驰）创造四轮汽车1888年，英国邓洛普创造充气轮胎1892年，美国福特研制了美国第一部汽车19，美国汽车销量4千辆；19，60万；19，89万；1927年，370万19，福特企业生产1万辆；19，生产线上马生产30万。1924年200万辆。售价由850降至290美元。组装时间由12小时（1908），到93分钟（1913），到24秒（1927）第16页福特意义使汽车由奢侈品变成为必需品创造是需要之母创造了技术型企业典范：当代汽车工业严密组织机构，充分表示了技术系统特征汽车工业对其它产业拉动作用汽车工业对石油工业依赖汽车经济汽车文化第17页工业革命意义蒸汽动力机大量使用，使人从繁重体力劳动中解放出来，人开始以其聪明头脑而非四肢肌肉为自己造福。工业革命解除了对技术革新和经济增加约束工业革命使全体人民受到教育，客观上推进了“平等”观念。第18页工业文明诞生新型动力能源：自然力－机械力可再生能源－不可再生能源新型劳动组织形式手工作坊－大生产。1770－80年代，阿克赖特创办机械化纺织厂，雇佣了上千名工人，成了近代第一批当代工厂。标准化、流水线。19代，美国福特在汽车工业正式完善了流水线生产制度。新型融资伎俩：货币经济出现新型思想观念：由国家重商主义到自由经济第19页工业文明扩散城市人口首次到达50％时间：英格兰1850年德国19法国、美国，19中国当前43％关键产业：钢铁、纺织、铁路运输、电气化新产业：建筑、食品加工、当代农业、服务业殖民主义－帝国主义扩张。19，西方列强征服了全世界84％土地。帝国主义殖民扩张有利条件：战争工业化铁甲－蒸汽动力－炮舰铁路运兵一战作为化学家战争，毒气使用第20页与科学无关工业革命直到19世纪，技术进步和工业革命都与哲学家传统无关皇家学会早期为政府服务。钟表制造靠是钟表匠纽可门并未得到胡克指点瓦特也未受到布莱克潜热理论启发19世纪之前技术并未应用科学，哲学家传统与工匠传统不相往来在工业革命中发挥作用工程师，主要是那些未受过任何科学教育民间工程师（civilengineer）第21页第二次工业革命第22页第二次工业革命电磁学发展使电气时代成为可能，并直接推进了第二次工业革命电力工业电讯技术。电报，电话，无线通讯。电照明工业巴斯德灭菌法、免疫法化学合成染料第23页电力革命18，法拉第成功地使一根小磁针绕通电导线不停旋转，创造历史上第一台“婴儿”电动机1822年，法国物理学家阿拉果发觉电磁铁1829年，亨利发觉绝缘导线做线圈能够产生更强大磁场。1831年用一块电磁铁吸引1吨重铁1834年，德国雅可比用电磁铁做转子，制成第一台实用电动机。1838年以此制成电动汽船1850年，美国佩奇制造一台10马力电动机早期电动机都是直流电，但费用极其昂贵，看不到商业价值。1831年，法拉第发觉动磁能够生电，并制作出第一台模型发电机第24页1831年，法国创造家皮克希制造出手摇发电机，输出直流电，但电流微弱1857年，英国惠斯通用电磁铁代替永磁铁，创造自激式发电机1867年，德国西门子创造自馈式发电机电动机械和电动器具机动性好、噪音小、无污染1880年左右开始进入工厂车间进入千家万户从电灯开始。1879年，爱迪生电灯照亮了新泽西州洛帕克主要街道。1882年，爱迪生直流发电机为几千户提供照明用电。电力供给成为问题第25页直流电在远距离供电时损耗严重，而交流电能够处理有效传输问题，轻易变压1885年，交流感应电动机创造1891年，三相交流发电机、三相异步电动机以及变压器均创造出来并投入使用。奥地利劳芬水电站交流电经过170公里传到德国法兰克福，输电效率到达80％技术自闭：早期直流电商家抑制交流电。爱迪生攻击交流电。第26页爱迪生爱迪生（1847－1931），美国大创造家，美利坚民族英雄。1860年代，电气开发烧席卷美国。1869年，创造自动收报机1876年，创造留声机1879年，创造碳化竹子做灯丝电灯1882年，在纽约建成世界上最大规模电力系统，直流发电机到达六百多千瓦，为几千户提供照明，为电力事业发展提供示范1894年，制成第一台电影放映机。第一部电影《列车抢劫》第27页电讯与大众传媒电气化两个战线，一是电力，一是电讯。电报：莫尔斯电码电话：贝尔无线电：马可尼、波波夫电讯技术与大众传媒发展，充分显示了技术创造文化力量广播与电视：由广告向音乐、戏剧、新闻、时事评论扩展，与传统报刊杂志等媒体相竞争第28页电报（1）电报：当代科技结晶。电流一旦能被检测出来，它就成了信号传输工具。电流一旦成为传输工具，瞬间传输就成了现实18，奥斯特发觉电流磁效应，通电导线周围磁针发生偏转。1822年，安培设计出了磁针通信机。26个导线。1836年，英国威廉库抑制作了五磁针电报机1838年，莫尔斯创造电报机和莫尔斯电码1844年，在莫尔斯鼓动下，由美国国会架设第一条电报线路在美国铺通（巴尔摩－华盛顿）1846年，英国成立第一家电报企业1847年，英法在英吉利海峡铺设第一条海底电缆1858年，大西洋海底电缆铺成第29页电报（2）当初诗曰：“富兰克林手，抓住了飞驰骏马，驾驭这匹骏马，是莫尔斯教授。”电报激起民众巨大热情梭罗反对。电报传来只是阿德莱德公主得百日咳之类消息。电报并没有处理人与人之间沟通问题。电报改变了传统报纸时效性差局面，把新闻性突出出来。科学经过传媒对社会发生作用，充分显示了技术不只是伎俩，而是一个世界结构方式第30页电话1875年，贝尔创造第一部实用电话机1877年，爱迪生创造碳精话筒19，载波法利用于电话线路中，至70年代，一根电缆能够同时传递数千话路代80年代以来，光纤通信成为主要通讯方式电话技术对于意识形态颠覆意义。慈禧。互联网。第31页无线电1865年，麦克斯韦从理论上预言电磁波存在1886年，赫兹在试验室证实了电磁波存在1894年，马可尼制成金属粉屑检波器，经过安装天线和地线，提升了无线电发射和接收效率1895年，马可尼实现1英里无线电通讯。1896年，9英里。1897年12英里。1898年18英里。19实现了英国与加拿大之间无线通讯19，获诺贝尔物理学奖19，俄国波波夫研制出无线电话接收机19，美国费森登创造无线电话第32页无线电广播19圣诞之夜，美国费森登实现了无线电广播19，美国匹茨堡地域首次出现定时广播电台无线电迷推进了无线电广播事业发展无线电广播创造了新文化空间，1939年一项调查显示，70％美国人把广播作为取得新闻主要路径。1884年，德国尼普科设计出图像分解方案即尼普科扫描圆盘。1929年，英国贝尔德实现了电视传输，television一词听说就是他首先创造。1930年电视机进入市场。第33页20世纪大科学典范原子能开发航空航天第34页原子能开发（1）19，英国卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，使其嬗变成氧原子。1932年，查得威克发觉中子1934年，法国约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝，产生了一个磷同位素，但很快放出正电子蜕变为硅。卢瑟福（1933）和爱因斯坦（1935）均没有意识到原子能实际利用近在眼前。第35页原子能开发（2）1934年，意大利物理学家费米用中子轰击原子核，并发觉经过石蜡减速之后慢中子，裂核能力更强。费米所以获38年诺贝尔物理奖。1938年，德国哈恩发觉铀嬗变后出现新元素与铀相距甚远。奥地利女物理学家迈特纳提出核裂变猜测，以解释铀试验。并称裂变过程要放出大量能量。费米提出链式反应概念。1939年9月1日，第二次世界大战正式打响第36页原子能开发（3）1933年，爱因斯坦移居美国1938年，费米逃往美国德国还有普朗克、玻恩、海森堡、魏扎克、劳厄、哈恩、盖革1933年，匈牙利物理学家齐拉德（1898－1964）已经意识到核能开发可能用于军事1935年，提议物理学家暂缓发表研究结果1939年，玻尔认为核能利用为时尚早1939年，说服美国政府抢在德国之前抓紧研制原子弹。爱因斯坦、萨克斯、罗斯福第37页原子能开发（4）1940年，美国政府正式大量拨款，开启“曼哈顿工程”，格罗夫斯将军为行政首脑1941年12月－1942年12月，费米在芝加哥研制原子反应堆铀235、钚239提纯1943年1月－1945年7月。奥本海默在新墨西哥州洛斯阿拉莫斯主持原子弹研制。7月16日凌晨5时30分，第一颗铀原子弹试爆成功。比一千个太阳都亮。曼哈顿工程：动员50万人，花费22亿美元，占用全国三分之一电力第38页原子能开发（5）1944年底，盟军特工小组已经发觉德国造不出原子弹科学家犹豫：继续干吗？缺乏政治和道义上支持不干吗？不符合当代科学技术精神好理由：应该让全人类知道它威力齐拉德、爱因斯坦态度1945年8月6日，铀弹小男孩投到广岛；8月9日，钚弹胖子投在长崎第39页原子能开发（6）核军备竞赛：盟国之争45年8月，斯大林下令抓紧研制原子弹1949年8月，苏联成功地进行了核试验1952年11月1日，美国试爆第一颗氢弹1953年8月，苏联研制氢弹成功1952年10月3日，英国研制成功原子弹1960年2月13日，法国研制成功钚弹1964年10月16日，中国试爆成功原子弹第40页原子能开发（7）1千克核燃料相当于2500吨煤1954年，苏联建成第一座小型原子能电站；1956（英国），1957（美国）核电站：成本低、污染小、效率高，但事故太可怕1986年4月26日切尔诺贝利核电站第4号机组发生爆炸。人为造成三道安全办法无效1979年3月28日三里岛核电站二号堆事故，因为多重安全系统发挥作用，后果不严重核聚变第41页航空技术（1）气球与飞艇：18世纪气球热滑翔机：升举与推进难题。又轻又有强度机翼材料、动力机马力重量比19世纪下半叶：航空技术与科学理论相脱节德国工程师李林塔尔（1848－1896）：18种滑翔机，2500次滑翔飞行试验要想学会飞行，就要做出牺牲。从1896年开始，莱特弟兄开始钻研飞机制造，升举、推进与控制三要素中，着重处理“控制”问题，突破固定机翼模式第42页航空技术（2）1912月17日，美国威尔伯.莱特和奥维尔.莱特制造第一架动力飞行器“飞行者1号”飞上了天空，连续59秒，260米。19，法国人布雷里奥飞越英吉利海峡，36分钟飞行42公里1927年，美国人林白飞越大西洋19，美国开始生产军用飞机19，第一次世界大战时有千架飞机参战。10月5日，法国飞机用机枪将德国侦察机击落，开空前之先河。第43页航空技术（3）194月1日，英国成立世界上第一支独立空军：皇家空军一战后飞机：全金属单翼结构、可收放起落架、封闭式座舱、大功率发动机、无线电及仪表技术二战时期，军用飞机达70多万架。制空权成为战争胜败决定性原因由活塞式发动机到喷气式发动机1952年，美国波音研制B－52重型轰炸机飞行就是自由，飞行就是力量第44页航天技术（1）从天空（sky)到太空（space)火箭：古代火箭与当代火箭俄国齐奥尔科夫斯基（1857－1935）科幻小说《在地球之外》，系统完整地描述了宇宙航行全过程。液体火箭、多级火箭、宇航服、失重、登月车1926年，美国高达德（1882－1945）成功发射第一枚液体火箭，飞行高度12米，距离56米1930年，德国冯布劳恩（1912－1977）创造液氧与煤油混合燃料。1942年制成A－4火箭，速度每秒2公里，射程190公里。第45页航天技术（2）1943年，布劳恩造出V－2导弹，重6吨，射程达300多公里，速度是音速6倍1954年赫鲁晓夫上台，重视洲际导弹计划1957年8月21日，苏联在科罗列夫（1906－1966）领导下发射第一枚洲际弹道火箭，射程达8千公里，领先于美国1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星。重83.6千克，直径58厘米，能发射电码。1957年12月4日，苏联发射第二颗卫星，重500千克，还装了一只小狗。第46页航天技术（3）1958年1月31日，由布劳恩设计火箭将美国第一颗卫星送上轨道1959年1月2日发射了第一颗人造行星“梦想1号”1958年7月，美国成立国家航天局1959年9月12日，苏联“梦想2号”在月球硬着陆，使月球上第一次出现人造物1960年10月4日，梦想3号成为月球卫星8月10日，美国成功回收卫星8月15日，苏联也将载有两条狗太空舱2号回