物理学史力学

物理学史力学第一页，共四十四页，编辑于2023年，星期三资本主义萌芽带来的契机哥白尼与“天体运行论”

第谷与开普勒

舍生取义的布鲁诺

运动学的奠基人——伽利略

牛顿的伟大综合和理论飞跃

第二页，共四十四页，编辑于2023年，星期三一、资本主义萌芽带来的契机1.社会物质条件欧洲社会生产力迅速发展，农耕得到改进，风力水力得到普遍使用。特别是我国的四大发明经蒙古，丝绸之路传入欧洲，更为其发展推波助澜。哥伦布1492年发现美洲，麦哲伦1519年环游世界，这些都刺激了资产阶级对生产技术的兴趣，科学的发展有了社会物质条件。第三页，共四十四页，编辑于2023年，星期三2.社会文化思想方面:出现了以文艺复兴和宗教改革为标志的思想解放运动。但丁的神曲，米开朗基诺的雕塑，莎氏比亚的“罗米欧与朱丽叶”的出现，代表了人们要求思想自由，科学要求摆脱神学附庸地位，反对迷信和权威的心声。第四页，共四十四页，编辑于2023年，星期三3.代表人物及其观点1)培根:“证明前人说法的唯一方法，只有观察和实践。”2)达·芬奇（1452-1519）：“实验在任何情况下都是我的老师。”第五页，共四十四页，编辑于2023年，星期三列奥纳多·达·芬奇（1452年4月15日—1519年5月2日），意大利文艺复兴三杰之一，也是整个欧洲文艺复兴时期最完美的代表。他是一位思想深邃，学识渊博，多才多艺的画家、寓言家、雕塑家、发明家、哲学家、音乐家、医学家、生物学家、地理学家、建筑工程师和军事工程师。他是一位天才，他一面热心于艺术创作和理论研究，研究如何用线条与立体造型去表现形体的各种问题；另一方面他也同时研究自然科学，为了真实感人的艺术形象，他广泛地研究与绘画有关的光学、数学、地质学、生物学等多种学科。他的艺术实践和科学探索精神对后代产生了重大而深远的影响。文艺复兴精神的代表——列奥那多

第六页，共四十四页，编辑于2023年，星期三蒙娜丽莎蒙娜丽莎的微笑中含有83%的高兴，9%的厌恶，6%的恐惧，2%的愤怒这就是名画《维特鲁威》（HomoVitruvianus）出自文艺复兴艺术巨匠达•芬奇之手，画名是根据古罗马杰出的建筑家维特鲁威（Vitruvii）的名字取的，该建筑家在他的著作《建筑十书》中曾盛赞人体比例和黄金分割。

第七页，共四十四页，编辑于2023年，星期三最后的晚餐

第八页，共四十四页，编辑于2023年，星期三

15世纪70年代，意大利天才莱昂纳多·达芬奇画出了一种由飞行员自己提供动力的飞行器，并称这种飞行器为“扑翼飞机”。它模仿鸟儿、蝙蝠和恐龙时代的翼龙，具有多个膜状翅膀。达芬奇认为只有扑翼机才能既具备推力，又具备提升力。后来，有许多人开始模仿达芬奇设计制造飞机，然而结果都逃不过失败的命运，理想情况下能上下蹦跳几下，最坏的结果则是摔成碎片。第九页，共四十四页，编辑于2023年，星期三第十页，共四十四页，编辑于2023年，星期三三、第谷与开普勒1.丹麦人第谷(1546-1601)，经过20年的反复的天文观测，积累了大量准确的星体运动观测资料，被人誉为“星学之王”。二、哥白尼与“天体运行论”1.日心说的提出2.“天体运行论”于1543年写成，它被誉为自然科学的独立宣言。第十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期三2.德国天文学家开普勒(1571-1630)是第谷的学生与助手，从第谷对火星的观测资料与他理论计算的8分之差入手，发表了开普勒三定律。写出“宇宙和谐论”，使我们对天穹星空的认识，由杂乱到有序。开普勒的一生，虽多病贫穷，但都未动摇他破解天体奥秘的决心，他把他的一生都贡献给了科学事业。第十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期三四、舍生取义的布鲁诺布鲁诺（1548-1600）：因宣扬日心说，1592年被捕。1600年，面对宗教法庭的审判，他说：“我希望你们到大庭广众中去把我点燃，这是我最大的快乐，因为我可以以自身燃起的大火，去照亮后人的道路。”布鲁诺英勇就义于罗马的鲜花广场。总之，16世纪中期，日心说与地心说的血与火的斗争，是自然科学从宗教桎梏下解放的标志，教会的权威受到挑战，自然科学在批判经院哲学的斗争中开创着自己的道路。第十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期三近代科学之父

——伽利略

伽利莱·伽利略（GalileoGalilei1564—1642）五、运动学的奠基人——伽利略第十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期三对运动无知，也就对大自然无知。——西方谚语伽利略(1564-1642)出生于意大利比萨。奠定了经典力学中运动学的基础，改进了望远镜，使之能放大32倍。代表作《两大世界体系的对话》。1633年，69岁高龄时曾被罗马宗教裁判所判处终身监禁。仍致力于科研，于1638年又写出了《关于两门新科学对话》一书。直到1979年，300多年后，教会才宣布为伽利略平反。第十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期三

人物生平1564年2月15日生于比萨。1581年11月入比萨大学学医。1585年5月从比萨大学毕业，未获得学位。1589年11月，26岁的伽利略受聘于比萨大学，成为一位数学教师。1592年到帕杜亚大学任教。1616年开始，伽利略开始受到罗马宗教裁判所长达二十多年的残酷迫害。1633年，69岁高龄的伽利略被押送到罗马接受审判。1642年1月8日卒于比萨。

第十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期三之一：论证了哥白尼的日心说的正确性

主要贡献

结论：在船中所做的任何力学实验，都不能判断出船是静止还是匀速前进着。

地心说：如果地球在运动，那么地面上的一切自由落体的下落路线将不会是竖直的，而应该向地球运动方向的相反方向偏离，因为当物体下落的那一瞬间地球离开了原来的位置。

伽利略：把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，再让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其它小飞虫，舱内放一只大水碗，其中放几条鱼，然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。当船匀速运动时，这些物体的运动情况会改变吗？第十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期三亚里士多德认为：物体运动的快慢有两个原因（1）运动所通过的介质不同（如通过水或土或空气）（2）运动物体自身轻或重的程度不同之二：他发现物体下落的速度与时间成正比以及抛射物体的抛物线规律伽利略：进行了比萨斜塔实验并进一步研究了自由落体运动和抛体运动规律。第十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期三之三：他发现了摆的等时性

据说有一天黄昏，他看见一个司事（教堂里的杂役）在点燃一盏吊灯上的蜡烛时，使这盏吊灯摆动起来。怀有巨大好奇心和探索精神的伽利略，立即注意观察这盏吊灯的运动。他对照自己脉搏的跳动测量吊灯摇动一个来回所需要的时间，他发现，尽管吊灯摆动的幅度在不断减少，但是每摆动一个周期所需要的时间大致相等。为了证实这一结果，他立即反复地进行实验，经测量证明，摆动确实具有等时性，他还发现摆的长度与摆动周期之间有正比关系。利用这一发现，伽利略制造了一架脉搏仪，用以测量病人的脉搏。第十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期三

主要著作1615年《关于用圣经解释科学事物问题》1631年《关于太阳黑子的书信》1632年《关于托勒密与哥白尼两个世界体系的对话》1638年《关于力学和位置运动的两种新科学的对话与数学证明》第二十页，共四十四页，编辑于2023年，星期三经典物理学的缔造者——牛顿艾萨克·牛顿（IsaacNewton1643-1727)六牛顿的伟大综合和理论飞跃

第二十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期三牛顿简介

1.牛顿1642年生于英国。从小是一个苦命的孩子，还未出生，父亲逝世，两岁母亲改嫁，在舅舅和姥姥家长大。2.1661年考入剑桥大学。由于学习勤奋，受到巴罗教授的赏识，1664年成为研究生。3.1665年开始研究微分和积分及万有引力定律。1665年伦敦大瘟疫，一个夏天病逝3万人。牛顿回到家乡，留下了脍炙人口的“苹果落地”的故事。（据说是法国作家伏尔泰从牛顿侄女那儿听来的。）第二十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期三6.2牛顿取得成功的历史条件

1.生产力发展的需要航海的发展，需要对天体的运行规律进行研究，对机械加工作物理原理的解释。2.物理方面的进展哥白尼的“日心说”，摧毁了附着在神学上的宇宙观，得到了几乎所有科学家的认同，教会的迫害反而使真理的声音广为传播。伽利略奠定了在运动观上的正确理论，各种力正在被发现。3.在英国，政局比较稳定，商业发展使新兴资产阶级从自身的角度，开始注重科学研究。4.科学的国际研究联系加强。英法成立了“皇家学会”和“皇家科学院”。第二十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期三之一：1665年发现了二项式定理

主要贡献(a+b)n=

二十二岁的牛顿发现了二项式定理，这对于微积分的充分发展是必不可少的一步。二项式定理在组合理论、开高次方、高阶等差数列求和，以及差分法中有广泛的应用。二项式级数展开式是研究级数论、函数论、数学分析、方程理论的有力工具。

第二十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期三之二：

微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就

他超越前人的功绩在于，他将古希腊以来求解无限小问题的各种特殊技巧统一为两类普遍的算法－－微分和积分，并确立了这两类运算的互逆关系，如：面积计算可以看作求切线的逆过程。VS牛顿莱布尼茨第二十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期三之三：

构筑力学大厦、奠定了经典物理学的基础

惯性定律牛顿第二定律作用力与反作用力定律万有引力定律物质不灭定律能量守恒定律动量守恒定律

第二十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期三进行了著名的色散试验，发现了白光是由各种不同颜色的光组成的设计和制造了反射望远镜发现并解释了“牛顿环”的光学干涉现象牛顿还提出了光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径。之四：

光学上的巨大成就

第二十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期三

终身未娶的原因

牛顿一生中有过两次恋爱。牛顿23岁正在剑桥大学求学时，由于剑桥发生了瘟疫，学校放假。牛顿回到乡下，住在舅父家里。在那里，他一次爱上了美丽、聪明、好学、富有思想的表妹。表妹也很喜欢这个学识渊博、卓见非凡的大学生。他们常常一起散步。牛顿喜欢即兴发表长篇讲话，他的讲话内容又多是他正在学习和研究的问题。表妹虽听不懂，但她还是耐心地听，似乎觉得很有趣。牛顿在心里想：“这样一个可爱的女子，对于我所讲的觉得这样有味，我一定很不错。当然，她的脑筋一定也很好，是个不平凡的女子。如果能得到她的帮助，解决我的许多困难问题，与我共同工作，那该多好啊！”

但是牛顿生性腼腆，并未及时向表妹表白心中的爱情。等他回到剑桥大学后，又聚集会神地沉浸到科学研究中去了。他早已忘记了远方的乡村还有一位美丽的少女在等着他。他对个人生活一直不予重视，而她的表妹却误以为牛顿对她冷淡，便择夫另嫁了。牛顿因醉心于科学研究而耽误了一次爱情的大好时机。

牛顿实在太忙了，他连做梦想是宇宙、世界。他往往领带不结，鞋带不系好，马裤也不扣好，就走进大学餐厅。尽管如此，牛顿毕竟是个年轻人，还有一颗浪漫的心。有一次，“青春迫不及待的激情”，催使他向一位年轻姑娘求婚。他轻轻地握着她的手，含情脉脉地看着这位美人。正在这紧要关头，他的心思忽地溜到另一个世界去了。他的头脑中只剩下无穷量的二项式定理。他象做梦似的，下意识地抓住情人的一个手指，把它当成是通烟斗的通条，硬往烟斗里塞。姑娘痛得大叫一声，他才清醒过来。面对吃惊的姑娘，他连忙象只绵羊似的柔声道歉：“啊，亲爱的，饶恕我吧！我知道，我是不行了。看来，我是该打一辈子光棍！”

姑娘饶恕了牛顿，却无法理解他，爱情又成了泡影。科学上许多新的问题不断扑向牛顿的脑海，他整个热情都集中到了科学事业上。此后那种“青春的热情”再也没有涌现《多彩的旋律》.

第二十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期三吹肥皂泡的疯老头

牛顿搬进一幢新楼以后，开始研究光线在薄面上是怎样反射的。他每天都在读书、思考。早上起床穿衣服，突然想到了研究中的问题，他就像被定身法定住了一样，呆住了，然后开始实验或工作，所以他时常穿错了袜子或者在夏天穿上秋天的衣服。“太阳光是最好的光源，肥皂泡是最理想的薄面，太阳光照到上面，它为什么会变得五颜六色呢？”牛顿的脑子里翻江倒海了。他提着一桶肥皂水走到院子里，吹起了肥皂泡。你看，他那两只眼睛直盯着飘来飘去的肥皂泡，一个泡破了，接着又吹一个，从太阳一出来他就吹，一吹就是几个小时。邻居家的小孩子从楼窗上伸出头来，冲他叫：“疯老头！你一只脚没穿袜子！”邻居家的老太太摇着头：“老小，老小，老了倒成了孩子！”后来人们知道了这疯老头就是英国皇家学会的研究员，他吹肥皂泡是在研究学问，不禁对他肃然起敬了。第二十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期三1.它将个别特殊的情况抽象概括为普遍理论，是当时力学规律的伟大综合。2.它成为当时科学上判断正误的准绳。3.它向后来者提供了一种科学研究的方法。4.它发挥了科学理论的预言作用，引导人们从已知的现象去预测未来。第三十页，共四十四页，编辑于2023年，星期三

1)哈雷彗星

1682年彗星出现时，有人说，它是人类的罪恶造成的，因此人们纷纷跪地祈祷，惊恐万分。第三十一页，共四十四页，编辑于2023年，星期三牛顿根据天文资料，应用万有引力定律，说明和计算了彗星的运动轨道。牛顿的好朋友，英国天文学家哈雷(1656-1742)，根据牛顿理论进一步计算了大量彗星的运动轨道，得出1531年、1607年、1682年出现的彗星轨道相同，因此应是同一彗星。由此预言，1758年还将出现这一彗星。1758年，这成了当时一件众人十分瞩目的大事。彗星到期未出现，科学家着急得很。1759年3月12日，这颗星出现了，迟到的原因，是因为它受木星和土星的吸引而姗姗来迟了，这正说明了万有引力定律的成功。第三十二页，共四十四页，编辑于2023年，星期三2)“笔尖下的行星”的发现1781年，赫舍尔（1738-1822）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。列威尔(法)、亚当斯（英）根据牛顿的理论计算出了该星的轨道。柏林天文家伽列于1846年9月23日，在列威尔推算处相距不到1°的地方发现了这颗星——海王星，大大拓宽了天文科学家的视野。总之《自然哲学数学原理》第一次显示了科学理论所具有的知识飞跃和能动作用，它为后来的物理研究开拓了一条传统思路，奠定了经典力学的基础，促进了物理学向前发展。第三十三页，共四十四页，编辑于2023年，星期三6.4牛顿的成功之路

1.站在巨人的肩上，勤奋学习，积累知识

数学欧几里德——笛卡尔——莱布尼兹力学达.芬奇——伽里略——惠更斯天文学哥白尼——第谷——开普勒引力思想吉尔伯特——布里阿德——玻列利第三十四页，共四十四页，编辑于2023年，星期三六牛顿的伟大综合和理论飞跃

6.1牛顿简介

1.牛顿1642年生于英国。从小是一个苦命的孩子，还未出生，父亲逝世，两岁母亲改嫁，在舅舅和姥姥家长大。2.1661年考入剑桥大学。由于学习勤奋，受到巴罗教授的赏识，1664年成为研究生。3.1665年开始研究微分和积分及万有引力定律。1665年伦敦大瘟疫，一个夏天病逝3万人。牛顿回到家乡，留下了脍炙人口的“苹果落地”的故事。（据说是法国作家伏尔泰从牛顿侄女那儿听来的。）第三十五页，共四十四页，编辑于2023年，星期三6.2牛顿取得成功的历史条件

1.生产力发展的需要航海的发展，需要对天体的运行规律进行研究，对机械加工作物理原理的解释。2.物理方面的进展哥白尼的“日心说”，摧毁了附着在神学上的宇宙观，得到了几乎所有科学家的认同，教会的迫害反而使真理的声音广为传播。伽利略奠定了在运动观上的正确理论，各种力正在被发现。3.在英国，政局比较稳定，商业发展使新兴资产阶级从自身的角度，开始注重科学研究。4.科学的国际研究联系加强。英法成立了“皇家学会”和“皇家科学院”。第三十六页，共四十四页，编辑于2023年，星期三6.5牛顿的局限1)绝对时空观牛顿在《自然哲学的数学原理》一开头，就以极其精炼的语言提出一系列定义，为后面的运用奠定逻辑基础，其中有：“物理的量”、“运动的量”、“物质固有的力”（按：即惯性）、“外加的力”等等。接着，又以公理的形式提出了三大运动定律，即惯性定律、运动定律和作用反作用定律。其中运动定律是这样叙述的“定律2．运动的改变和外加的力成正比，并且发生在外加力的那个直线方向上。”第三十七页，共四十四页，编辑于2023年，星期三紧接着三个定律之后，牛顿提出了6个推论。推论1和推论2涉及力的合成和分解以及运动的叠加原理；推论3和推论4，得出了动量守恒定律；推论5和推论6，包括了伽利略相对性原理。这样，牛顿就把前人的各不相关的独立成果系统化，综合在一起，形成了有逻辑联系的整体。在这个理论体系的框架中，有一些必不可少的基本要素。牛顿以注释的方式写在定义的后面，这就是他对空间、时间和运动的观点。第三十八页，共四十四页，编辑于2023年，星期三关于时间“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着，它又可名为‘期间’；相对的、表观的和通常的时间，是期间的一种可感觉的、外部的或者是精确的，或者是变化着的量度，人们通常就用这种量度，如小时、日、月、年来代表真正的时间。”第三十九页，共四十四页，编辑于2023年，星期三关于空间“绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。相对空间是绝对空间的某一可动部分或其量度，是通过它对其他物体的位置而为我们的感觉所指示出来的，并且通常是把它当作不动的空间的。”第四十页，共四十四页，编辑于2023年，星期三关于运动“绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对处所的移动。”“真正的、绝对的静止，是指这一物体在不动的空间的同一个部分继续保持不动。”时间与