科学技术进化论

一、科学技术进化的模式（一、创新逻辑的概念什么是创新逻辑？创新逻辑就是科学发现创新逻辑的研究对象只限于研究科学的认识论与逻辑的课题法、远缘杂交法等，都不属于创新逻辑研究的范畴。H赖欣巴哈在《科学哲学的兴起》一联系，去探索未知的因果联系。因此说，创新逻辑才是探索未知领域的逻辑方法。种逻辑有以下共同的推理形式；----->～PB推论：B----->P实验：B----->P而它们的不同点一个是A～B（完全归纳的推论是必然的，而创新逻辑的推论是或然的，需要实验（实践）来检验。（二、创新逻辑的模式：已知：A -----> P联想推论：A：B～B（个别～个别）-----> P实验：B-----> P式中：→：因果关系或实体与性质的关系～：相似关系、相异关系、相反关系、整体与部分的关系（三、创新逻辑的推理形式：1（原因可能导致相似的结果。推理形式：已知：A-----> P～----->B（相似关系）P实验：B发现实例：----->P（非P）科学家发现单原子分子气体氦是惰性气体是科学家通过实验发现氙化学性质稳定属惰性气体。1相似推理：已知：氦----->惰性气体实验：氙～----->----->氙（相似关系惰性气体惰性气体【2（原因可能导致相异的结果）推理形式：已知：A -----> P联想：A～B（相异关系推论：B--/-->P实验：B--/-->P（非发现实例：17477•富兰克林（B.Franklin,1706～1790）推测相互摩擦的不同和负电荷。相异推理：已知：摩擦的一方物体-----> P种电荷联想：一方物体～另一方物体（相异关系推论：摩擦的另一方物体--/--> P种电荷实验：摩擦的另一方物体--/--> P种电荷【3（因可能导致相反的结果。推理形式：已知：A -----> P联想：A～B（相反关系推论：B----->反P实验：B----->反P（P）发明实例：变成”相反推理：已知牙齿相咬” -----> 车速慢联想牙齿相咬”～“平轮平轨型（相反关系推论平轮平轨” -----> 车速快实验平轮平轨” -----> 车速快【4】逆向推理：事物的变化有时是可逆的（事物的因果关系在一定条件下可以互相转化推理形式：已知：A -----> P联想：→～←（逆向关系推论：P -----> A实验：P -----> A （非发现实例：21820年，丹麦哥本哈根大学物理学教授奥斯特发现了电流（通过闭合导线）可以产生磁，那么是否磁（通过闭合导线可以产生电流呢？183110会感生出电流。逆向推理：已知：电 -----> 磁联想：→～←（逆向关系推论：磁 -----> 电实验：磁 -----> 电【5】聚焦推理：若某一事物具有性质P，那么即可推测其部分也具有性质P（在某些性质上有可能相似。推理形式：已知：A -----> P联想：A ～B（整体～部分推论：B -----> P实验：B -----> P（非发现实例：法国物理学家贝克勒尔（H.A.Becquerel,1852～1908）发现硫酸钾铀复盐会不停地放出不可年5月，贝克勒聚焦推理：已知：硫酸钾铀复盐 -----> 放出不可见射联想：硫酸钾铀复盐～纯硫酸钾（铀（整体～部分）推论：纯硫酸钾（铀）-----> 放出不可见射线实验：纯硫酸钾 --/--> 放出不可见射纯铀粉-----> 放出不可见射线【6】扩展推理：若某一事物的部分具有性质P，那么即可推测其整体也具有性质P（和部分在某些性质上有可能相似。推理形式：已知：A----->P联想：A～B（部分～整体）推论：B----->P实验：B----->P（非P）发现实例：1829年，德国人德贝莱纳在已知的54个相似元素组，这些三元素组的元素性质和原子量之间存在一定的关系。1862de定的关系呢？于是尚古多从当时已知的623系。应该说，尚古多的螺旋线图是向揭示周期律迈出了有力的第一步。扩展推理：已知：部分元素-----> 性质和原子量有内在联联想：部分元素～全部元素（部分～整体）推论：全部元素-----> 性质和原子量有内在联实验：全部元素-----> 性质和原子量有内在联（四——（A.ristotle,公元前推理形式：已知：A -----> P联想：A～B（属～种）推论：B-----> P实验：B-----> P事例：凡是树都有根，因为杨树是树，所以杨树也有根。演绎推理：已知：树 -----> 根联想：树 ～ 杨树 （属～种推论（阐述：杨树-----> 根实验：杨树 -----> 根（五、归纳逻辑的模式——创始人是英国哲学家弗兰西斯•培根（Francis Bacon ，1561—1626）推理形式：已知：A1A2…An -----> P联想：A1A2…An ～B（种～属推论：B -----> P实验：B -----> P事例：因为松树有根，柳树有根，杨树有根，……。所以，凡是树都有根。归纳推理：已知：松树 -----> 根柳树 -----> 根…… …… ……杨树 -----> 根联想：松树、柳……杨树～树（种～属推论（综述：树-----> 根实验：树 -----> 人物简介：亚里士多德（Aristoteles公元前384-322年）342～339年担任亚历ft大一世的老师。1737岁（学习36717岁的亚里士多德，离开了马其顿王国，来到了雅典，师从柏拉图。他在这里一住就是20年，大1010他最早的著作被认为是在这一时期写成的3749岁（研究：柏拉图逝世之后，大半是为了避免学院的人事纠葛，公元前3474年37岁的他离开雅典到了小亚细亚，在这里他充分利用了沿海礁岛林立的地理条件进行研期写成的。4961岁（教师335496162岁（避难：公元前323年亚历ft“”32362岁。亚里士多德一生在哲学及古代知识的许多领域中都取得了巨大的成果《政治学》、《诗学》等。弗兰西斯•培根（FrancisBacon，1561—1626）是一名英国皇家司法高官，是归纳“”。英国著名哲学家罗素BertrandRussell，1872-1970）尊称他为“”“”的名言。13岁时进入英国著名的剑桥大学攻读法律。15822316031603封为爵士，1604席检察官，1617年受封为子爵。年；但是培根最重要的著作是论述科学哲学的。他从16051605主张要全面改造人类的知识1609年，在培根任副检察长时，他出版了第三本著作《论古人的智慧》。他认为智慧。1620年出版的《新工具》是培根最重要的哲学、逻辑学著作。他提出了经验认识原1621年，培根因被国会指控在任大法官期间犯有受贿罪而被监禁并从此驱逐政坛。培根成为平民之后，将全部精力从事理论著述，仅用几个月时间就完成了《亨利七世本纪》一书，这部著作被誉为“近代史学的里程碑”。5大约在1623的科学主宰一切的理想社会的蓝图。此外，培根的著作还有１６２６年４月培根病逝，终年65岁。二、科学发现过程的创新逻辑分析（一、天文学【1】哥白尼日心体系创立过程的逻辑分析发现实例：希腊著名数学家、天文学家托勒，约90～168）所建立的以80多个圆形轨道的宇宙几何模型显得十分复杂，极不协调。•哥白尼是波兰的一名牧师，酷爱天文学，他把自己全部余暇时间用于天文观测和宇宙体系的研究上体系是把地球的自转和公转的运动转嫁给了每一个天体，这就使地心体系不必要的复杂化“为什么不承认天穹的周日旋转只是一种视运动，实际上是地球运动的反映呢？”“是否假定地球有某种运动能比假定天球旋转得到更好地解释呢？”那么，能否建立一个结构简单的宇宙几何模型呢？“哥白尼经过30多年的努力，终于在1543年写成了他的巨著《天体运行论》,书中详细阐述了他所创立的以太阳为中心的宇宙几何模型。这个宇宙结构模型是这样的：“天球从远到近的顺序如下，最远的是恒星天体，包罗一切，本身是不动的,它是其它天体的年转1年转一周的地球和它在一起的月亮。”哥白尼的日心体系还提供了行星到太阳的相对距离：行星名称哥白尼值现代值水星0.37630.3871金星0.71390.7233地球1.00001.0000火星1.51981.52木星5.21925.20土星9.17439.5389634个圆形轨道，这比托勒密的地心体系减少了许多。所以，哥白尼提供了用匀速圆周运动解释天体现象的最简单的方案，从而使天文学的测算变得更加容易了。哥白尼所结构的日心体系是一个崭新的宇宙体系无论观测对象（等速平行运动时不能互相察觉的”哥白尼日心体系的创立是近代科学史上一件划时代的大事等人按照全新的方式来考虑行星的真实轨道，进而又为引力理论的发展开辟了道路。创新逻辑分析：相反推理：已知：地静日动-----> 地心体系复联想：地静日动～地动日静（相反关系）推论：地动日静-----> 日心体系简实验：地动日静-----> 日心体系简（波兰：哥白尼）哥白尼伟大的波兰天文学家，日心说的创立者，近代天文学的奠基人。10岁进入著名的克科1496年去意大利留学，先后在波伦亚、帕多瓦、裴拉拉等大150315121530年才将他的学说写成一本小册1542年才同意将他的著作《天体70岁的哥白尼在弥留之际看到了这部巨著的印刷本，并为此书写对数学一窍不通的无聊的空谈家会摘引《圣经》的章句加我绝不予以理睬，我鄙视他们，把他们的议论视同痴人说梦加以摒弃。可惜哥白尼的这一序言被出版者撰写的序言所取代，直到300年后，哥白尼的序言才得以公诸于世。——从此自然科学恩格斯《自然辩证法。托勒密约90～168）是古希腊晚期亚历ft大城的数学家、天文学家。生于埃及一个希腊化城市赫勒热斯蒂克。他在所写的《天文大全》一书的前言中提出，“……7……；就位置来说，它恰在”托勒密是依据当时人们普遍接受的动力学原理，来否定地动思想的。于是，（附图）柏拉图的学生欧多克斯（E.Cnidos,约公元前409～前是第一个致力于建立宇宙几何模型的天文学家，他通过长期的天文27个以地球为中心的同心球壳来解释附着于球壳上的天体视运动。后经许多天文学家的努力，最后由托勒密完成。【2】行星运动三大定律发现过程逻辑分析行星运动的轨道定律1576年丹麦国王拨款修建了天文台赠给了天文学家第谷 •布拉赫（Tycho Brahe,1546～第谷改进了观测仪器提高了仪器的精度修正了大气折射效应从而使他的天观测的准确性远远超过了前人观测的几十到几百倍。它在212‟。作为第谷的助手曾担任德国格拉茨大学数学讲师的年仅30岁的开普勒认真整理研究了第谷留给他的大量天文观测资料。他在对火星8ˊ，这个误差远远大于第谷只有2ˊ1609年，开普勒由此走上了改革整个天文学的道路。他从第谷有关火星的观测资圆轨道运行，太阳就在这些椭圆的一个焦点上。这就是著名的行星轨道定律。创新逻辑分析：①相异推理：已知：圆形轨道 --/--> 火星的真实轨联想：圆形轨道～M形轨道（相异关系）推论：M形轨道 -----> 火星的真实轨实验：椭圆轨道 -----> 火星的真实轨道（德国：开普勒）②相似推理：已知：火星 -----> 椭圆轨道联想：火星～金星（木（相似关系）推论：金星（木…）-----> 椭圆轨道实验：金星、木… -----> 椭圆轨（德国：开普勒）、行星运动的面积定律发现实例：开普勒在确定了行星绕日运行的轨道之后，他又发现了地球距太阳近时运动得快，8而距太阳远时就运动得慢。也就是说，地球绕日旋转的线速度是不均匀的。他想，行星到太阳的连线（矢径）在单位时间内扫过的面积（面速度）是否均匀呢？创新逻辑分析：相异推理：已知：线速度（地绕日）--/--> 均联想：线速度～面速度（相异关系）推论：面速度（地绕日）-----> 均实验：面速度（地绕日）-----> 均（德国：开普勒）、行星运动的和谐定律T2═R3的关系式。这就是行星运动的和谐定律。1619年，开普勒在《世界和谐》一书中公布这一定律时，他欣然写道：“17年来，我对第谷观测数据所作的刻苦研究同我当初认为是梦想的目前研究结果是完全符合的，……认识到这一真理，这是超出我最美好的期望的”。创新逻辑分析：相反推理：已知：线速度（V）-----> 与矢径成反比联想：线速度 ～ 周期 （相反关系）推论：周期-----> 与矢径成正实验：T2=R3（德国：开普勒）人物简介：开普勒是一位天文学家。出生于德国符腾堡手落下了残疾。他17绩名列前茅。毕业后，于1594年在格拉茨大学新教神学院担任数学和天文学讲师。1596年他1年1609年他1619年他在《世界的1627夫命名的星表，这一星表比当时流行的星表要准确得多、有效得多。开普勒在行星运动定律的探索过程中，除了进行繁重复杂的数学计算之外，他还忍26岁时他与一个出身名门而头脑简单、喜欢胡搅蛮缠的有钱寡妇结婚，916131216301115日，他在前往布拉格索要薪俸的途中，因贫病交困而死。开普勒的一生是坎坷不幸的一生，也是为人类做出重大贡献的一生。第谷•布拉赫（Tycho,Brahe,1546～1601）丹麦天文学家，生于丹麦斯坎尼亚省基乌德斯特普（今属瑞典）布拉赫为子，1566学攻读天文学。1572年11月11日他发现在仙后座中的一颗新星——第谷新星，现已测知是银河157621部最精确的恒星表（原收入7颗星，后又补充3颗未经最后核对的星，并积累了大15971600（二、经典力学【1】阿基米德浮力定律发现过程的逻辑分析发现实例：古代地中海西西里岛上有一个叙拉古王国，相传国王海埃罗让金匠做了一顶金冠，他怀疑其中掺了假，便请大科学家阿基米德（公元前287～212）来鉴别。于是于是他喜出望外，跑回王宫，找来一块和金冠等重的纯金块进行实验，结果发现王冠溢出的水比金块多。阿基米德由此证明了金冠掺了假。人们知道，浸没在水中比水轻的物体会受到一个向上的浮力，阿基米德由此想到，浸没在水中比水重的物体是否也会受到一个向上的浮力呢？于是，阿基米德对浸没在水中比水重的物体进行了称量，发现物体的重量在水中减量。创新逻辑分析:①相似推理：已知：人 体 -----> V浸水=V溢联想：人体～金冠（金块（相似关系）推论：金冠（金块） >V浸水=V溢水实验：金冠（金块） >V浸水=V溢水同重金冠的体积 ≥ 同重金块的体积10（古希腊：阿基米德）②相似推理：已知：轻物 -----> 浮力联想：轻物～重物（相似关系推论：重物----->浮力实验：重物----->浮力（古希腊：阿基米德）人物简介：阿基米德（公元前287～212）元前287（今意大利锡拉库萨阿基米德在11岁时，到埃及的文化中心亚历ft大城去学习，进入欧几里德创办的阿基米德在亚历ft“一名被彼”，但是为了抵御罗马人的进攻，他接受了亥尼洛国王的命令，制造许多作战机器。他在科学上的主要贡献是发现了浮力定律、杠杆原理，他在确定各种几何图形的面积和物体的表面积、体积的计算方法时，创立了“穷竭法”。公元前212年，入侵的罗马军队进入叙拉古城时，在家中杀害了他，终年75岁。【2】伽利略自由落体定律发现过程逻辑分析发现实古希腊大科学家亚里士多（A.ristotle the Stagirite ,公元前384～前322）发现不同比重的物体在同一介质中有不同的下落速度，既重（比重）的下落得快，轻（比重）的下落得慢。那么，相同比重的物体在同一介质中，是否有相同的下速度呢？相传意大利比萨大学物理学教授伽利略（Galileo Galilei,1564～1642）在1589～1592年间，在比萨斜塔做过实验：他把相同比重大小的铅球带到塔顶，让它们同时从同一高度下落结果同时到达地面伽利略还推断不同比重的物体在毫无阻力的真空中有相同的下落速度，即自由落体有相同的下落速度。后来人们用实验证实了这一推断。伽利略通过对自由落体运动的观察和研究，发现自由落体的下落速度时间（t）成正比。那么，自由落体下落的距离与下落的时间（t）是否也成正比呢？16096425～30厘米的木板造成一个斜面，在上面刻上一条宽约1,离（h）与时间的平方（t2）成正比。这就是自由落体定律，其数学形式：v═gt,h═1╱2gt2同时落到地面。创新逻辑分析：①相反推理:已知:不同比重的物体（同一介质）----->有不同下落速度联想:不同比重的物体～相同比重的物体（相反关系）推论:相同比重的物体（同一介质）----->有相同下落速度实验:相同比重的物体（同一介质）----->有相同下落速度11②相反推理:已知不同比重的物体（有介)-----> 不同下落速联:有介质～无介质（真空（相反关系）推测不同比重的物体无介) -----> 相同下落速度实验不同比重的物体 真空) -----> 相同下落速（意大利：伽利略）③相似推理:已知:下落速度 -----> 与下落时间成正联想：下落速度～下落距离（相似关系）推论：下落距离 -----> 与下落时间成正比实验：下落距离 -----> 与下落时间平方成正比（v=gt，h=1╱2•gt2，h=1╱2g•v2）（意大利：伽利略）人物简介：伽利略（Galileo Galilei,1564～1642）是意大利文艺复兴后期意大利天文学家、物理学家，是近代实验物理学的开拓者，被誉近代科学之”。他是为维护真理而进行不屈不挠的战士25～45岁任大学教,46～69岁任宫廷数学家和哲学家他的重大贡献是在业余时间和在家监禁期间完成的伽利略的两项发明使他得到了工作的机会，而他写的两本书却使他遭受迫害。伽利略出生于意大利西海岸比萨城的一个破落贵族家庭，1581年，17岁的伽利略1585店铺，但仍抽空坚持看书学习。1589年，25岁的伽利略因发明液体比重秤被聘回比萨大学任教，在工作之余，他1592年将他排挤出比萨大学。同年，经朋友帮助受聘到威尼斯公国的帕多瓦大学任教。1609年，45岁的伽利略4.41.21610年初，ft,由此伽利略声名大振。同年7月他被邀请到佛罗伦萨任宫廷数学家和哲学家。这期间，他仍利用余暇时间163268163362270岁的伽利略终生监禁。伽利略在家监禁期间，继续他的力学研究。又用了三年的心血，74岁的伽利略写成了《关于力学和局部运动两门新学科的谈话和数学证明》一书（16381637164218日3501983年才得以平反昭雪。【3】牛顿力学三定律发现过程的逻辑分析、牛顿第一定律发现过程的逻辑分析（A.ristotle,384～依据观1612物理学家伽利略•Galilei,1564～1642）认真研究了亚里士多德的这一结论，并尝试让同一物体在不同路面上作匀速直线运动动力越小。伽利略由此想到，若路面极其光滑（没有摩擦力，是否维持物体作匀速直线运0呢？于是，伽利略作了如以下的斜面实验：他让具有一定速度运动的物体，沿斜面向下时，（重力在这个方向上不起作用）那它的速度必将保持不变。惯性运动的发现证明了物体不仅有保持静止状态不变的特性，而且有保持其匀速直——直到它受到外力的作用迫使它改变这种状态为止。这就是牛顿第一定律。创新逻辑分析：①相反推理已知：在粗糙路面上 → 需要的推力联想：粗糙路面～光滑路面（相反关系）推论：在光滑路面上 → 需要的推力实验：在光滑路面上 → 需要的推力②相反推理已知：有摩擦力路面 → 有推联想：有摩擦力～无摩擦力（相反关系）推论：无摩擦力路面 → 无推力实验：无摩擦力路面 → 无推力（意大利：伽利略）、牛顿第二定律发现过程的逻辑分析F表示物体所受的外力，用m表示物体在受外力时产生的加速度，上述规律可写成：a=F∕m 或 F=ma这个物体运动的变化（即加速度）和受力以及质量的关系叫做牛顿第二定律。创新逻辑分析:相反推理：已知：不受外力的物体→匀速运动联想：不受外力～受外力（相反关系推论：受外力的物体→变速运动实验：受外力的物体→变速运动a=F∕m 或 F=ma（英国：牛顿）、牛顿第三定律发现过程的逻辑分析13。当任意一个物体对另一物体施加作用力时同时分别作用在两个物体上。那么这两个力的大小是否相同呢？下面的实验回答了这个问题。把两个弹簧秤相互勾起来，然后分别用两手拉它们，使它们发生相互作用。不论两力在任何时候都是大小相同，且方向相反。创新逻辑分析：①相似推理：已知：A1对B1有作用力 → B1对A1有反作用力联想：A1对B1有作用力对B2有作用力（相似关系）推论：A2对B2有作用力 → B2对A2有反作用实验：A2对B2有作用力 → B2对A2有反作用力A3和、A4和B4. 有作用力和反作用力（英国：牛顿）②相异推理：已知：正、反作用力的方向 → 不联想：力的方向～力的大小（相异关系）推论：正、反作用力的大小 → 相实验：正、反作用力的大小 → 相（英国：牛顿）人物简介：牛顿（Newton,1642～1727）是英国剑桥大学数学教授。他出生于英格兰东就辍学回家。在务农的日子里，他仍坚持自学。经过不懈的努力，他在舅父的资助下，于1661年以优异的成绩考进了剑桥大学。1665～1667年，因伦敦流行鼠疫，牛顿中断学业回到家乡。在家乡18个月的时间里，牛顿在力学、天文学、数学和光学等方面做出了巨大的成就。后来他写道：“……在（自然哲学）”。牛顿一生的绝大部分成就是在这个时期创造的。牛顿并没有把他的科技16671669～1701年留校担任剑桥大学数学教授，他从教时间从27～59321668镜，并用它观测了行星运动，解释了潮汐、岁差现象，预言了地球不是正球体。1687年45岁的牛顿发表了他的科学巨1703～1727年担任英国皇家学会会长，1705年牛顿被封为爵士。牛顿1699年被任命为造币厂厂长。牛顿终生未婚，晚年由他外甥女照料生活。1727年3月20日因病去世，在维斯敏斯特教堂为他举行了国葬。14牛顿由于发现了万有引力定律而创立了二项式定理和无限理论从而创立了科学的数学”【4】惠更斯向心力定律发现过程的逻辑分析发现实例：荷兰数学家、天文学家惠更斯1629～1695）依据惯性定律关于匀速直线运动的物体不受外力（合外=0）这一事实联想到，是否匀速圆周运动的物体也不受外力（合外=0）呢？于是他做了如下实验：将绳子的一端系上一个小球用手捏着绳子的另一端当使小球作圆周运动时手总是通过绳线拉着小球，并且拉力的方向总是沿着半径指向圆心这表明作圆周运动的物体受到一个指向圆心的力惠更斯认为，一个做匀速直线运动的物体，当受到一个指向圆心的强迫作用力，就会作圆周运动一个做匀速圆周运动的物体由于他时刻受到向心力的作用，所以尽管他的速度大小是不变的，但是他的速度的方向却始终在变化，因此说，匀速圆周运动的实质是变速曲线运动。牛顿第二定律告诉人们，变速直线运动的物体因受外力而产生加速度且a=F∕m，a=F∕m呢？惠更斯通过实验证实了匀速圆周运动物体的加速度也是a=F∕m=υ2∕R（向心力的方向和加速度的方向是一致的，都指向圆心）F=ma=mυ2∕R=4π2Rm∕T2创新逻辑分析：①相似推理：已知：匀速直线运动的物体 -----> 不受外联想：匀速直线运动～匀速圆周运动（相似关系）推论：匀速圆周运动的物体 -----> 不受外实验：匀速圆周运动的物体 -----> 受外力②相似推理：已知：变速直线运动的物体 -----> a=F∕m联想：变速直线运动～变速曲线运动（相似关系）推论：变速曲线运动的物体 -----> a=F∕m实验：匀速圆周运动的物体 ----->a=F∕m=υ2∕R（英国：牛顿）人物简介：惠更斯1629～1695）是荷兰物理学家、天文学家和数学家。出～1650）时常到他家做客讨论数学问题。他16岁进1665年他获得法学博士学位后转入科学研2年他在巴黎访问期间结识了德国年轻学者莱布尼茨～，4年1681惠更斯在数学、力学、光学、天文学等方面都有杰出的贡献，他是近代自然科学的151651年他用自“土星怪现象”之谜。1673年他通过对摆的研究测定出了重力加速度的值，1675年发表了概率论方面的第一篇论文《关于股子游戏或赌博的计算1678年他在长期研究牛顿环的基础上对光波的传播过程提出了一个著名的惠更斯原理不仅把它的运动传给跟它位于同一条由发光点引出的直线上的下一个粒子”。1666年他当选为荷兰科学院院士和巴黎科学院院士。惠更斯衣冠楚楚、举止文雅，颇有学者风度，他喜欢音乐和诗歌。他终身未娶，1695年7月9日在海牙病逝，终年66岁。【5】万有引力定律发现过程的逻辑分析:9•胡克（～、天文学家哈雷和数学家伦恩按照哥白（C.Huygens,1629～在1673和德国天文学家开（行星公转周期的平方同它们到太阳平均距离的立方成正比，即r3∕T2=K日）它们之间的距离的平方成反比的关系（F=4π2K日m∕r2）1609年开普勒已经证明太阳系中行星绕日运行的真实轨道是椭圆而不是哥白尼所8月，哈雷到剑桥大学向牛顿请教，牛顿表示1684年底，牛顿根据回忆重新行所受到的引力与它们之间的距离的平方成反比的关系，即F=4π2K日m∕r2。随后，牛顿又把引力公式中的常数K4π2KGM,那么上述引力F=GMm∕r2的引力与它们之间的距离平方是否也成反比呢？牛顿在《自然哲学数学原理》一书中，详细阐述了他著名的关于平方反比关系的“月—地检验”。月地之间的平均距离约为地球半径的 60倍，大地测量得出地球的周长是123249600123249600×60=7394960000巴黎尺。月球绕地球一周为27天7小时43分，由此可计算出月球离开直线路径向地球坠落的速度为15英尺分。如果平方反比关系是正确的，这个力在地面处应比在月球处强倍，所以在地面处物体坠落的速度应为（60）2×15英尺/分或15英尺/秒，这同惠更斯用单摆在巴黎测出的一个物体从静止落下时每秒钟通过的距离相符（F=GMm∕r2）牛顿的上述引力定律是在对天体运动的研究中得出并被证实的，那么任意两个物体之间是否也存在这个规律呢？牛顿曾估计地面上的两个物体之间的相互吸引力太小179816精巧的方法测出了两个球体之间的引力的大小G的数值，G=6.67×10-112/kg2。这就更使人相信天上地上的物体是由统一规律支配的。因此人们把上面的公式叫做万有引力定律牛顿根据万有引力定律建立了天体力学的严密的数学理论，把天体的运动纳入到根据地面上的实验得出的力学原理之中，这是人类认识史上一个重大突破。1846年，法国天文学家勒维列应用牛顿引力定律预言了海王星的存在，并由德国1913又发现了更远的一颗行星——冥王星。创新逻辑分析：①相似推理：已知匀速圆周运动行星----->F=4π2K日m∕r2联想:匀速圆周运动行星～椭圆运动行星（相似）推论：椭圆运动的行星----->F=4π2K日m∕r2证明：椭圆运动的行星----->F=4π2K日m∕r2即太阳∕Mm∕r2（GM=4π2K日）（英国：牛顿）②相似推理：已知：太∕行星 -----> F=GM中m转联想：太∕行星～地∕月亮（相似关系）推论：地∕月亮 -----> F=GM中m转证明：地∕月亮 -----> F=GM中m转（英国：牛顿）③相似推理：∕月亮∕月亮～----->物体1∕物体2F=GMm∕r2（相似关系）推论：物体1∕物体2----->F=GMm∕r2实验:1∕2----->F=GMm∕r2（英国：卡文迪许）人物简介：卡文迪许18世纪英国著名物1742—1748年他在伦敦附近的海克纳1749—1753年期间在剑桥彼得豪斯学院求学。在伦敦定居后，在他父亲的实501760年被选为伦敦皇家学会成员。他在科学上的主要贡献：1766年发现了氢气。他还确定了水的化学组成，测定了万有引力的常数，第一个计算出地球的质量。另外，他在静电学方面也很有研究。卡文迪许曾被物理学家毕奥称为“最富有的学者，最有学问的富翁”，但他对金钱和19汤姆逊（开尔文）勋爵发现了他留下的20多扎没有发表的科学手稿，这些手稿1879年才由英国著名卡文迪许因早年丧母，性情怪癖，喜欢离群索居。他终身未娶。17三、相对论力学【1】伽利略相对性原理发现过程逻辑性分析•笛卡尔1650）创立了坐标系。科学界依据哥白尼日心体系把与太阳系中心相连接的坐标系称伽利地面参照系以及与其作匀速直线运动的参照系都是惯性系。要观察一个物体的运动规律，人们通常选取静止于地面的物体作参考系。伽利略想，如果选取相对地面做匀速直线运动的物体做参考系——萨尔维阿蒂大船实验：他描述了一个做匀速直线运动的船舱里所发生的物理现象。他发现，当船以任何速创新逻辑分析：相似推理：已知：相对静止参考系中 -----> 物体遵从物理规律P联想：相对静止参考系～匀速直线运动参考系（相似关系）推论：匀速直线运动参考系中 -----> 物体遵从物理规律P实验：匀速直线运动参考系中 -----> 物体遵从物理规律P（意大利：伽利略）人物简介：勒奈•笛卡尔（ReneDescartes,1596～1650）出生于法国图伦的一个贵族家庭，8～16岁在一所耶稣会学校读书，1616年获法学博士学位。1628年,他为逃避迫害（因参加荷兰军队）从巴黎移居荷兰，开始了长达20年的1637年他发表了具有划时代意义的论文《几何学《方法论》、《哲学原理》、《论世界》。笛卡尔否定宗教是真理的来源，主张科学认识的自由和探索的精神，他提出的“怀疑原则”对科学的发展起到了积极作用。1649105点钟为女王讲课，他因身体虚弱，难以忍受北欧的严冬，最后受寒而死。【2】光速不变原理发现过程的逻辑分析也与参照系有关呢？1887年7月，美国航海年历局进行光速测量的实验物理学家迈克尔逊（A.A.Michelson,1852-1931）和美国化学家莫雷一起按照9年麦克斯韦提出的实验原理来测定以太漂移速度（如图：18实验原理是这样的，如果地球相对于以太运动，那么根据经典速度合成法则，在地同惯性系内的实验。实验的具体设计如图所示，由光源S发出的光线，遇到半透镜A以后，一部分光线透C镜的反射后又回到DA反射的光线经过B镜的反射后也回到DSC方向以速VA-C-A-DA-B-A-D传播的光所用的时间是不一样的，那么这两束光的传播时间差是：△t≈L/c.v2/c2LACAB的长度。利用两束光之间的干涉现象，就可以测量这个时差。可。迈克尔逊由这个零结果得出结论”50一再被确认。近些年来，利用激光来提高实验的精度，但结论仍没有任何变化。创新逻辑分析：相似推理：已知：物速联想：物速----->～与参照系有关（相似关系）推论：光速----->与参照系有关实验：光速----->与参照系无关（美国：迈克尔逊、莫雷）注：在经典物理学中的速度合成公式：ｖ＝ｖ＇＋ｕ（适合低速）狭义相对论的速度合成公式：ｖ＝ｖ＇＋ｕ/1＋ｖ＇ｕ/c2（适合一切速度）只有光速（Ｃ）是不变的，也就是光速与光源运动状态无关（与参照系无关物体运动速度与参照系有关。人物简介：迈克尔逊原籍是德国，四岁时随父母移居美18731878年，他用傅科法测定光速，得到良好的结果。因而被美国航海年历局局长纽科姆调来进行光速测量；并由于纽科姆的帮助，迈克尔逊在1880～1882年到欧洲深造，在柏18811887年7月，迈克尔逊和美国化学家莫雷（E•W•Morley，1838～1923）用更精密的干涉仪重复这一实验，但仍与预想的结果相太风，从而证明了光速是不变的。【3】狭义相对论创立过程的逻辑分析发现实例:1865年,英国物理学家麦克斯韦（1831～1879）在法拉第电磁学说的基础上建立了著名的电动力学方程组（麦克斯韦方程组19——（时空与参照系无关（时空与参照系无关基础的伽利略变换用以相对时（时空与参照系有关呢？1905年，爱因斯坦在长达30几页的狭义相对论的第一篇论文《论运动物体的电动k和kˊ（如图）变换关系：一、相对性原理：物理学定律在所有惯性系中具有相同的数学形式。也就是说，物理学定律的数学形式与参照系无关（—萨尔维阿蒂大船实验）是说，光速与参照系无关（迈克尔逊－莫雷实验）爱因斯坦发现，只要这两个基本假设同时成立，不同惯性系的各个时空坐标之间必然存在着一种确定的数学关系，即(公式、图表无法上传)xˊ=(x-vt)/(1-v2/c2)1/2，yˊ=yzˊ=ztˊ=t-(vx/c2)/(1-v2/c2)1/2理论物理学家洛仑兹已经在1904年发表了这个变换方程11的，是以上两个基本假设的必然的逻辑推论。然后，爱因斯坦证明了麦克斯韦的电动力学方程组经洛仑兹变换后可在所有惯性系同的数学形式呢？于是，爱因斯坦将牛顿力学定律的原有形式经洛仑兹变换后，所得到的以相对时空为基础的牛顿力学定律在所有惯性系中也具有相同的数学形式。至此，爱因斯坦概括出如下的结论：经洛仑兹变换后的牛顿力学定律和电动力学定律等一切物理学定律在所有惯性系中具有相同的数学形式。这一结论就是狭义相对论。狭义相对论的创立，使伽利略和牛顿以来经典力学的绝对时空观发展到爱因斯坦狭方面：、狭义相对论时空观表明了空间、时间的相对性。牛顿的绝对时空观是建立在光速与参照系有关的假定基础上的（空间两点间的距离、两个事件的时间间隔以及两事件的同时性都与参照系的选择无关；狭义相对论由于依据了光速不变原理（光速与参照系无关，从而使空间间隔和时间间隔的量度与20、狭义相对论时空观表明了时空整体的绝对性。1908年，爱因斯坦的老师德国数学家明可夫斯基“间隔——“”。其公式，S2=h2-c2T2式中：h－两事件的空间间隔T－时间间隔C－光速（真空）S、狭义相对论时空观为因果关系提供了明确的物理证据。狭义相对论虽然否定了“同时性”的绝对性，却肯定了事件的因果性；并且根据任何相互作用的传递都不可超过光速这一物理事实的新的特征。（E=1905年9月爱因斯坦发表了他的第二篇狭义相对论论文《物体的惯性同所含的能量L的物体，由于辐射的结果，物体的质量要减少L∕C2物体1907“”的量度，由此他推导出了著名的质能关系式：E=mc2其中，E：表示物体的能量（活力）m：表示物体的质量（惯性）c：表示真空中的光速这个公式表明，一个物体只要它的能量增加，它的质量也会成比例的增加。也就是说，一个物体的质量和能量是可以互相转化的。在经典物理学中，质量守恒和能量守恒是两个彼此孤立的自然定律；而在狭义相对最重要的成就之一。创新逻辑分析：①相似推理：已知：牛顿力学定律（伽变）----->与惯性参照系无关联想：牛顿力学定律～电动力学定律（相似关系）推论：电动力学定律（伽变）----->与惯性参照系无关实验：电动力学定律（伽变）----->与惯性参照系有关②相反推理：已知：电动力学定律（伽变联想：伽变（绝对时空）～新变（相对时空（相反）推论：电动力学定律（新变（德国：爱因斯坦）③相似推理：已知：电动力学定律（洛变）----->与惯性参照系无关21联想：电动力学定律～牛顿力学定律（相似关系）推论：牛顿力学定律（洛变实验：牛顿力学定律（洛变（爱因斯坦）综述（归纳）:在任何惯性系中，物体运动遵从同样的物理规律。即物理规律（物理学定律的数学形式）与惯性参照系无关。——狭义相对论注：狭义相对论创立的心路历程：、牛顿绝对时空观：光的传播速度与惯性参照系有关（先验假定）→时间和空间间隔与惯性参照系无关（推论）→牛顿力学定律的数学形式（伽变）与惯性参照系无关（推论）→电动力学定律的数学形式（伽变）与惯性参照系有关（推论）狭义相对论时空观光的传播速度与惯性参照系无关（迈克尔逊－莫雷实验）→时间和空间间隔与惯性参照系有关（思想实验)（爱因斯坦）→电动力学定律的数学形式（洛变）与惯性参照系无关（推论）→牛顿力学定律的数学形式（洛变）与惯性参照系无关（推论）→综述（一切物理学定律的数学形式（)与惯性参照系无关。人物简介：出生于德国西南部的古城乌尔姆一个小业主家庭。1880年,全家迁往慕尼黑，在这里他读完了小学和中学，他数学成绩较好，其他科189610月～19008月他就读于苏黎世高等工业大学，毕业后，因是犹太人而一度失业。19026月经朋友介绍前往瑞士联邦专利局任职员，直到1909年。这期间，他19051909～1914格大学和苏黎世母校任教，并在大学同学、数学教授格罗斯曼（M.Grossmann,1878～10191511月建立了广义相对论。1914～1933授。1933年10月，541955年病逝。这期间，他把主要精力集中在统一场论的研究上。洛仑兹（H.A.Lorentz,1853～1928）是19世纪末至20世纪初最有成就的荷兰”1893—莫雷实验——,使物5年，公布了收缩系数的精确值为组在不同的惯性参照系中具有相同的数学形式。这组坐标变换关系就是著名的“洛仑兹变换”。【4】广义相对论创立过程的逻辑分析发现实例：爱因斯坦在1907文中指出，物理学规律既然与匀速运动的惯性参照系无关（狭义相对论，那么物理学规律22是否与匀加速运动的非惯性参照系也无关呢？也就是说状态无关呢？即伽利略的相对性原理是否可推广到匀加速参照系呢？18321（Galileo”阐述了物理匀速直线运动的坐标系中的哪一个并无关系电梯来证明物理学规律与匀加速参照系也无关呢？于是，爱因斯坦设计了如下的思想实验——“爱因斯坦电梯实验”：处在电梯内的观他无法通过自己在电梯内所看到的物理现象。换句话说，在任何参照系中，物体运动遵从同样的物理规律。这一结论就是广义相对论。在任何一个局部惯性系中，我们是看不到引力作用的，而只能在这些局部惯性系之斯坦为了寻找引力场方程，他依据以下两个基本原理：1、等效原理：一个作匀加速直线运动的非惯性系所看到的物理现象与存在引力场的一个存在均匀引力场的惯性系。2、在引力场中，一切物体都具有同一加速度。这一定律可以表述为引力质量和惯性质量严格相等的定律{匈牙利物理学家厄缶（B.R.vonEǒdvǒs,1848--1919）同他的合作者历经0年的实验，于8}在德国数学家格罗斯曼（M.Grossmann,1878～1936）的帮助下，爱因斯坦经过1915基本方程：Rμυ=-8πG（Tμυ-1/2gμυT）其中Gυ和里奇张量υ为物质的能量动量张量，T为Tμυ的标量，它们是描写物理性质的物理量。这样过去认为物体是通过引力来对其它物体的运动发生影响，现在则认为是一个物体影响其它物体在其中作自由运动的空－时几何广义相对论推论的验证。1915年，爱因斯坦通过复杂的计算，提出了以下可供验证的推论并得到了后人的实验证实：缓慢变化，这种进动很小，每百年转过5600″，其中有43″相对论对水星轨道近日点的这种反常进动问题给出了理论答案阳引力场（弯曲空间）中的短线运动，并计算出水星的剩余进动δф0=6π2GM日∕c2a（1-e2）=43″∕百年这个1915年所得到的理论数据与1975年所观测的实际数据41.4″±0.9基本相符。23第二个是时钟在强引力场中走得慢。1925年美国天文学家亚当斯（W.S.Adams,1876～1956）观测了天狼伴星所发出的谱线相对频移为6.6×10-5，这同广义相对论的理论预测值5.9×10-5基本一致。1912年爱因斯坦依据广义相对论的引力场方程计算出光线经过太阳边沿要偏转1.75″。英国天文学家爱丁顿（A.S.Eddington,1882～1944）19195291.61″±0.30″，这与爱因斯坦的理论数据基本相符。1964～1968年间，天文学家沙皮罗240微妙。第五个是预言了引力波的存在。1916～1918年，爱因斯坦由引力场方程推导出波1974年底，美国射电天文学家泰勒（等三人对新发现的射电脉冲星双星PSR1913+16进（观测精度可达百亿分之几（每转一周减少，这与爱因斯坦广义相对论的理论预言相符合。这一事实为引力波的存在提供了间接证据。创新逻辑分析：①相似推理：已知：物理学定律 → 与匀速参照系无关联想：匀速参照系～匀加速参照系（相似关系）推论：物理学定律 → 与匀加速参照系无实验：物理学定律 → 与匀加速参照系无等效原理：一个作匀加速直线运动的参照系，等效于一个存在均匀引力场的惯性系。②相似推理：已知：匀速参照系之间的坐标变换关系 → 洛联想：匀速参照系～匀加速参照系（相似关系）推论：匀加速参照系之间的坐标变换关系 → 洛变实验：匀加速参照系之间的坐标变换关系 → 引力方程（引力场方程洛仑兹变换伽利略变换）综述（归纳——人物简介：黎曼（B.Riemann,1826～1866）是德国哥廷根大学数学教授，他创1847林大学学习，l850～1866年在哥廷根大学任教。１８５４年黎曼提出了一种新的几何学。在这种几何学中，他把欧氏几何的第五公设改为“”。由此可推出“三角形内角和大于π”的命题，更重要的是他把欧几里得三维空间推广到ｎ维空间，从而得到一种新的几何学——24另一方面也由于他的部分工作不够严谨。1866720岁的黎曼在意大利的马佐列湖畔患肺病去世。格罗斯曼（M.Grossmann,1878～1936）是德国苏黎世高等工业大学的数学教授，是爱因斯坦在大学时的同班同学，他给爱因斯坦所创立的广义相对论提供了数学的帮助。（四）两个基本定律【1】物质转化与守恒定律发现过程逻辑分析炼金术士们依据金、气、水、火、土五种元素能相互转化的观点，推测沉淀产生是“土”了很久。18世纪中叶，从事化学实验的近代化学之父——法国化学家拉瓦锡注意到玻璃瓶烧水出现沉淀的现象，并对未经实验证实的原有解释产生怀疑，他想，“沉淀的产生，是否水中会有杂质的缘故呢？”于是他使用很纯的蒸馏水放在玻璃瓶中加热，发现仍有沉淀产生。那么瓶中的沉淀究竟是什么物质产生的呢？拉瓦锡设计了如下实验：他在一个玻璃瓶中倒进蒸馏水，然后，把玻璃瓶密封起来，再接上循环的冷凝管，对玻璃瓶连续加热100天。第101水中出现了不少沉淀。①他重新称量了玻璃瓶、水以及沉淀物的重量，发现它们的总重量并没有变。这表明瓶底的火，并未跑到水中，沉淀并不是由“火”产生的。②因玻璃瓶是密封的，与外界隔绝，所以空气不能进入瓶中。这表明沉淀也不是由“气”产生的。③他称量了水的重量，和100天前完全一样，这说明沉淀也不是由水变成的。④他又称量了玻璃瓶的重量，发现玻璃瓶的重量减少了，而玻璃瓶减少的重量，恰的成分和玻璃瓶完全相同。上述实验表明，物质从一种形态转化为另一种形态，变化前后，物质的总量是相等的。物质既不会消灭，也不会创生——这就是物质不灭定律。创新逻辑分析：聚焦推理：已知：整体（纯火气瓶） → 沉联想：整体～部分（火、气、水、瓶）推论：部分（火、气、水、瓶） → 沉实验：瓶 → 沉淀（法国：拉瓦锡）人物简介：拉瓦锡（A•L•Lavoisier,1743-1794）出生于法国巴黎一个律师家庭，25179458日，拉瓦锡因被指控犯有贪污罪而被处决，年仅51岁。【2】能量转化与守恒定律发现过程逻辑分析1819世纪初，自然科学已进入到一个蓬勃发展的新时期，电磁运动等之间的联系和转化。1782年，英国格拉斯哥大学仪器修理工詹姆斯•瓦特（James Watt, 1736～1819）在英国铁匠纽可门研制的往复式蒸汽机的基础上，成功地研制出旋转式蒸汽机。瓦特蒸汽机的问世直接推动了18•汤普逊（B.Thompson,1753～1814）和英国化学家戴维分别在1798年和1799年用实验独立地证明了机械运动向热运动的转化。18211834年，法国钟表匠帕耳帖发现了电流转化为热的效应。他在由铜导线和锑导线连成的回路上，发现当电流由铜流向锑时，节点上冷却了5。C。18401842—1821“”就是电流产生机械运动的过程。关于电和磁之间的相互转化的发现是19世纪前半期最重大的物理学成就之一。1820年，丹麦哥本哈根大学物理学教授奥斯特发现了电年，英国实验物理学家法拉第发现了电磁感应现象。1800年，意大利巴维亚大学自然哲学教授伏打年5～～——浸入水中,结果一端有氢气发生，另一端则被氧化；如果用白金丝或黄金丝来代替黄铜丝，化学运动的转化。关于化学运动和生物运动的相互转化。拉瓦锡证明了动物发出的热量和动物呼出的CO2的量之比，大致上等于烛焰产生的热和CO2的量之比。量。1840年，俄国化学家赫斯提出了关于化学反应中释放热量的重要原理。这的，释放的总热量总是恒定的。总之，到了19世纪四十年代，各种不同运动形式之间的相互转化的事实已被相继（能量26量守恒定律。•迈尔年1月～1841年1于是，迈尔以蒸汽机的热能向机械能的转化为例，对热功当量进行了具体的计算。1cm31。则Qp=Cpm△t=0.000347卡Qp=Cvm△t=0.000244卡迈尔所用的数据是Cp=0.267卡∕克.度，Cv=0.188卡∕克.度，空气的密度为0.0013克∕cm3卡。另外，气体在定压膨胀时，温度每改变。C，体积约增大1∕2741.033kg的力，移动1∕274cm时的功，即△A=1.033×1∕27400Kgm=3.78×10-5kgm,于是得出热功当量J=△A∕△Q=365Kgm∕=3.48∕卡。这个计算过程实质上就是Cp－Cv=R的另一种形式。焦耳（T.P.Joule,1818～1889）是英国业余科学家。1842年，焦耳为了准确测定热功当量的数值，他设计了一个特殊的实验（如图：他用一个保温性能良好的容器装上水，再浸入一个叶轮，叶轮由绳筒带动，而绳筒法来求出热功当量。经测定，焦耳发现427kgm1千卡的热量。焦耳测定热1878423.85kgm∕千卡。（W.R.Grove是恩格斯所说的同时发现能量守恒1842“自然界”迈尔是一名医生，焦耳是一个无业者，格罗夫是一名律师，他们三人的工作都有业余研究的性质，并且他们几乎同时即1842年发现了能量转化与守恒定律。能量转化与守恒定律和细胞学、遗传学并列为19世纪自然科学的三大发现。这一—”扬提出来的，但没有马上被科学界所接受，人们还力”一词来表达。只是到了1853汤姆逊才给予能个给定状态无论什么方式过渡到任意一个固定的零态时”（W.J.M.Rankine首先把这个1960快就成为全部物理学和全部自然科学的重要基石27一。相似推理：人物简介：

已知：物质 → 量守恒联想：物质～能量（相似：在质上互相转化）推论：能量→量守恒实验：能量→量守恒（德国：迈尔，英国：焦耳、格罗夫等）罗伯特•迈尔是一位德国医生，能量守恒定律的发现者1832学习，18381839年，251840到1841年初，迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。这段船上的生活虽然不长，却是他1841)的守恒与转化问题。1842年发表论文《论无机界的力（用因等于果的命题论证一切自然力即能量是不灭的。他还论证了落体力即势能可以转化为运动(动能)积为1卡＝克厘米5年，他出版了——一篇有关自然科学的论文1849年他因发生能量守恒定律优先权的争执而1851年秋天，迈尔因得脑炎而被送进疯人院，直到1862年才恢复了科学活动。1858年瑞士巴塞尔自然科学院接受迈尔荣誉院士。1871年，他获得英国皇家学会的科普利奖章。恩格斯高度评价了迈尔的工作。焦耳PrescoteJoule,1818～1889）是无业者。他是英国曼彻斯特一187840400多次实验，最后得到的热功当量的值为423.85kgm∕1840～1841年间，他在研究电流的热效应时，测量了电流通过电——这就是焦耳定律。格罗夫（W.R.Grove,1811～1896）是一名英国律师，他是恩格斯所说的同时罗夫电池（电压较高）的发明人。五、电磁理论

【1】磁发现过程的逻辑分析发现实例：2500多年前，传说在土耳其西海岸的马格尼西亚城市的近郊，有一个牧童在爬越ft粘”此感到这块石头很奇特，便把它带回了家并告诉了周围的人。当时那个地方有个叫泰勒斯的人得知后，就认真地研究了这种奇特的石头。他通过28市的名字给这种奇特的石头命名为磁石（magmet）创新逻辑分析：相似推理：已知磁”石 → 吸引联想：铁～其它物质（相似关系）推论：其它物质→吸引铁实验：其它物质→不吸铁【2】磁的库仑的定律发现过程的逻辑分析1600•吉尔伯特,人们知道，磁体能吸引铁物质。于是吉尔伯特就尝试用磁铁的磁极去靠近另一个悬挂的磁铁的磁极，结果发现磁极之间存在着作用力，而且同种磁极相斥，异种磁极相引。18世纪中叶，法国工程师库仑1736～1806）和英国物理学家,猜测磁?于是,他们为了排除同一磁体中的两磁极间的影响,便各自制作了又细又长的磁体，对磁极之间相互作用力的大小进行了大量的实验结果他们发现两个磁极之间的磁（不管是引力还是斥力的大小跟它们的磁极强度的乘积成正比跟它们之间的距离的平方成反比作用力的方向在这两个磁极的连线上。如果分别以M1、M2代表两个磁极的磁极强度代表它们之间的距离则它们之间的磁力的大小F便可以表示为：F=KM1M2∕R2 （K是比例常数。这就是著名的磁现象的库仑定律。创新逻辑分析：①聚焦推理：29已知：磁体（整体） → 磁联想：整体～部分推论：磁体（部分） → 磁实验：磁体两端（磁极）→ 磁性（英国：吉尔伯特）②相似推理：已知：铁 → 能被磁体吸联想：铁～磁体（相似关系）推论：磁体→能被磁体吸引实验：磁体→能被磁体吸引或排斥（同性相斥、异性相引）③相似推理：已知：万有引力 → F=KM1M2∕R2联想：万有引力～磁力（相似关系）推论：磁力 → F=KM1M2∕R2实验：磁力 → F=KM1M2∕R2（K：常数）（法国：库仑，英国：卡文迪许）人物简介:是英国著名的医生、物理学家。他生于年担任英国女王伊丽莎白一世的御医。吉尔伯特在科学方面的兴趣，远远超出了医学范围。他利用余暇时间，用观察和实30发现磁针在球形磁体上的指向和磁针在地面上不同位置的指向相仿；还发现了球形磁体的磁轴“”1600年，他出版“研究，他揭示了自然界中某种普遍的相互作用。吉尔伯特还研究了摩擦起电现象，发现除了琥珀（泰勒斯）经摩擦可以带电外，还伽利略一样主张科学应建立在实验的基础上。【3】磁场发现过程的逻辑分析（振动力）是通过空气作为媒介向周围物体传递的；爆炸力是通过辐射的物质作为媒介来传递。那么，磁力在相隔一定距离的两个物体之间是否也需要传力媒介呢？实验得知，在它们之间并不需要有任何宏观物质（由原子、分子组成的物质）作为传力媒介。那么,磁力又是怎样传递的呢?对这个问题当时有三种基本假设:一、以科茨为代表的一种观点认为，磁力的传递不需要这就是所谓超距作用的观点；二、以笛卡尔为代表的一种观点认为，磁力是通过一种永远充满空间的弹性物质——太的应变和运动来传递的，不存在任何超距作用；三、英国实验物理学家法拉第认为，磁体是一种非同寻常的物质，它向四面八方伸拉“触须场）作为媒介来传递的。311832312现1938年才被启封磁作用的传播需要时间，即当一个磁铁作用于另一个远处（我认为可以称之为磁”磁”逐渐磁“”近代科学发展证明，“场”，不仅是磁场还是电场、引力场……等是一种物质，它具有自己的动量和能量，在广阔无垠的宇宙之中，它确确实实地存在着，磁力、静电引力、万有引力就是通过磁场、电场、引力场来传递的。创新逻辑分析：①相似推理：已知：振动力（声音） →有传力媒联想：振动力～磁力（相似：空间传递）推论：磁力→有传力媒介实验：磁力→无宏观物质传力媒介②相反推理：已知：宏观物质 → 不是传磁媒介联想：宏观物质～微观物质（相反关系推论：微观物质 → 是传磁媒介实:磁场（微观物质）→ 是传磁媒介以太不存在（迈克尔逊—莫雷实验）③相似推理：已知：爆炸力 → 靠辐射物质传递联想:爆炸力～磁力（相似：向周围辐射）32推论：磁力→靠辐射物质传递实验：磁力→靠辐射磁场传递（英国：法拉第）（场”是一种物质；在磁体的周围，存在着一种叫做磁的）人物简介：法拉第（M.Faraday,1791～1867）出生于英国伦敦近郊的一个农村，他的父亲是一个铁匠。因家境贫寒，小学未毕业就失了学。他12岁当报童，13～21岁在印刷厂当装订学徒工，他利用这个机会自学了很多科学书籍，从中获得了丰富的知识。法拉第这种积极上进、热爱科学的精神，赢得了著名化学家戴维的欣赏。1813年3月在戴维的推荐下，21岁的法拉第进入了皇家研究实验室成了戴维的一181310月他随同戴维到欧洲大陆进行了历时18个月的学术考察。他在这次名科学家。1815年春，回到英国后，法拉第在戴维的支持和指导下，开始了独立地研究工作，并于6年连续发表了几篇科学论文193日，他制成了世界上第一个原始电动机。他又经过101831的装置就是发电机的始祖。法拉第是一个品德高尚的人，他一生淡泊名利、质朴无私。他虽收入不高，却多次但他一生却过着清贫的生活，他的人格魅力和科学探索精神，赢得了人们的敬仰。1876825日，他33以76一个简单的仪式，只有他的亲人在场，仅在一块石头上刻下了他的名字。法拉第一生的贡献是巨大的，是他给人类带来了光明。他是19世纪最伟大的科学家之一。【4】电发现过程的逻辑分析发现实例：2500（宝石）这与磁石的吸引完全不同。泰勒斯写下了他所做的实验。1570年左右，英国皇家御医威廉•吉尔伯特（w.Gilbert,1544～1603）读到了泰?对此他进行了实验，发现其它宝石（钻石、蓝宝石、欧白石等）被摩擦后也能吸引轻小东西。于是吉尔伯特将经过摩擦后具有吸引力的一切东西，用琥珀的名字命名为“electivcs”。公元1650年前后，英国人沃尔特•查尔赖把这种能吸引轻小东西的奇异力量电（。1672年，德国人奥托•冯•格里凯发现了硫磺经摩擦后可以带电，他用硫磺作带电体发明了第一台摩擦起电机。1729年，英国的斯蒂芬•格雷（StephenGray,1670～1736）发现了玻璃经摩擦后可以带电。后来人们相继发现了凡是绝缘体经摩擦后都可以带电。那么，导体经摩擦后是否也可以带电呢？1733年，法国皇家植物园园长杜菲Fay,1698～1739）找到了导体摩实了所有物体经过摩擦后都能带电。3417477•富兰克林对相互将这两种电荷分别命名为正电荷和负电荷。创新逻辑分析：①相似推理：已知：磁石 → 吸引联想：磁石～宝石（相似关系）推论：宝石 → 吸引实验；宝石 → 不吸铁琥珀（宝石）→ 摩擦后吸引轻小东西（土耳其：泰勒斯）②相似推理：已知：琥珀 → 摩擦后吸引轻小东联想：琥珀～钻石（相似：宝石）推论：钻石 → 摩擦后吸引轻小东实验：钻石等宝石→摩擦后吸引轻小东西（英国：吉尔伯特）③相似推理：已知：宝石 → 摩擦后带电联想：宝石～硫磺（相似：外观像宝石推论：硫磺 → 摩擦后带电实验：硫磺 → 摩擦后带电（德国：奥托•冯•格里凯）④相似推理：已知：宝石 → 摩擦后带电35联想：宝石～玻璃（相似：外观相似推论：玻璃 → 摩擦后带电实验：玻璃 → 摩擦后带电绝缘体 → 摩擦后带（英国：斯蒂芬•格雷）⑤相反推理：已知：与环境不绝缘的导体 → 摩擦后不带电联想：与环境不绝缘的导体～与环境绝缘的导体（相反关系）推论：与环境绝缘的导体→摩擦后带电实验：与环境绝缘的导体→摩擦后带电（法国：杜菲）⑥相异推理：已知：相互摩擦的一方物体 → P电联想：一方物体～另一方物体（相异关系）推论：相互摩擦的另一方物体→P电荷实验：相互摩擦的另一方物体→P电荷（美国：富兰克林）•富兰克林是一个实验物理学家，1210几年的印刷工作之余他勤”育青年的学院，这就是宾夕法尼亚大学的前身。富兰克林在科学上做出了重大贡献。1747年7月，他用实验证明了相互摩擦的物体带有相反的正负电荷，并提出了电荷守恒原理。1752年6月的一个雷雨天，他冒着生命危险进行了著名的“费城实验”，证明了闪36电是一种电火花，云层中产生的电与实验室里磨擦产生的电具有相同的特性。1753年，他发现的金属尖端放电现象被他用于避雷针的发明上，这使电学的研究第一次找到了实际的应用。1775“”178377岁的富兰3“”，从此英国正式承认了美国的独立。1785年，79岁的富兰克林当选为宾夕法尼亚州长，1790年4月17日，富兰克84。【5】电的库仑定律发现过程的逻辑分析发现实例：人们知道，磁体之间能相互吸引（排斥吸引（排斥）呢？1773•（duFay,做了如下实验：1785年，法国工程师库仑（C.A.Coulomb,1736～1806）将电荷之间的作用力和磁极之间的作用力进行类比后推测的规律呢？于是，他设计制造了一台精密的扭秤，用以测定电荷之间作用力大小的实验：库仑在一个直径和高均为12木制小球，另一端贴一纸片作配平用，圆缸上有360个刻度。悬丝自由放松时，横杆上的188.5个刻度，结果悬丝分别扭转36144、575.5个刻度，其比例：间距为37的作用力（不管是斥力和引力）与两电荷电量的乘积成正比，与电荷间距离的平方成反比，作用力的方向在这两个电荷的连线上。其数学式为：F=K•Q1.Q2∕R2（K=9×109•2∕2）这就是被称为电相互作用力的库仑定律。创新逻辑分析：①相似推理：已知：磁体之间 → 相互引联想：磁体～带电体（相似关系）推论：带电体之间 → 相互引实验：带电体之间 → 相互引（法国：杜菲）②相似推理：已知：磁体间作用力 → F=K•Q1.Q2∕R2联想:磁力～电荷间作用力（相似关系）推论：电荷间作用力→F=K•Q1.Q2∕R2实验：电荷间作用力→F=K•Q1.Q2∕R2（法国：库仑）人物简介：库仑（C.A.Coulomb,1736～1806）是法国军事工程师。生于昂古莱姆。1761年毕业于军事工程学校，并作为军事工程师服役多年。由于他写的一篇题为《简单机械论》ess拿破仑执政后，他返回巴黎，继续进行研究工作。库仑一生致力于电和磁的研究，在实验的基础上他和英国物理学家卡文迪许（Henry Cavendish,1731～1810）各自独立地发现了磁和电的库仑定律。库仑还38【6】伽伐尼电流发现过程的逻辑分析年，意大利医生伽伐尼在用蛙腿进行动物电实验中，发现解剖刀（铁触及放在铜板上的青蛙腿时（个电火花，青蛙腿便猛烈地抽动了一下。于是他立即重复了这个实验，并观察到了同样的现”在起作用呢？于是他找了一个密闭的房间（，将青蛙腿放在铁板上，用铜丝接触它，结“两种不同的金属和青蛙腿接触，青蛙腿就会抽动。伽伐尼由此想到，既然两种不同的金属接触青蛙腿，蛙腿就会抽动，那么用两种不同的非金属接触青蛙腿，蛙腿是否也会抽动呢？于是他用诸如玻璃、松香、橡胶、石头、干木头等来代替金属导体进行实验，结果青蛙腿并未发生抽动现象。伽伐尼通过上述实验表明，只有两种不同的金属彼此连接又同时接触蛙腿，蛙腿才（但未得到实验证实。1791年，伽伐尼发表了《论肌肉运动中的电作用》一文，这篇文章引起了意大利样可产生通电一样的效果（通电能使蛙腿抽动，那么两种不同金属与蛙腿接触是否可以产39生电流呢？于是伏打用自制的微量电荷验电器发现了两种不同金属和蛙腿接触时所产生的激发出来的吗？如果用湿物体代替青蛙腿来接触两种不同的金属是否也会产生电流呢？1800年伏打将两块不同的金属与浸有酸溶液的湿布接触，再用导线将两块金属连接1800320伏打将这一发现写信告诉了英国皇家学会会长班克斯你们对我所要——用000片甚至更多的铜片（最好是银片，将它们中的每一片与一片锡片（最好是锌片”这一装置就是著名的伏打电堆。伏打据此否定了伽伐尼关于青蛙腿隐含动物电的猜想。他指出，青蛙的肌肉和神经（包括黄铁矿等矿石和木炭称干导体与湿的物体（含有金属元素的液体如盐、碱、酸等称湿导体）的作用。伽伐尼电流的发现使电磁学的研究从静电转入了动电的研究，从此，电磁学的研究进入到一个蓬勃发展的新时期。创新逻辑分析：①相似推理：已知：起电机放电 → 接触铁铜的蛙腿抽联想：起电机放电～雷雨天放电（相似关系）推论：雷雨天放电→接触铁铜的蛙腿抽动实验：雷雨天放电→接触铁铜的蛙腿抽动40（意大利：伽伐尼）②相反推理：已知：雷雨天放电 → 接触铁铜的蛙腿抽联想：雷雨天放电～晴天不放电（相反关系）推论：晴天不放电→接触铁铜的蛙腿不抽动实验：晴天不放电→接触铁铜的蛙腿抽动（意大利：伽伐尼）③相反推理：已知：大气电 → 接触铁铜的蛙腿抽联想：大气电～无大气电（相反关系）推论：室内无大气电→ 接触铁铜蛙腿不抽动实验：室内无大气电 → 接触铁铜蛙腿抽动即：铜+青蛙腿 → 蛙腿抽（意大利：伽伐尼）④相似推理：已知：铜青蛙腿 → 蛙腿抽联想：金属～非金属（相似关系）推论：两种不同非金属+青蛙腿→蛙腿抽动实验：两种不同非金青蛙腿 →蛙腿不抽动（意大利：伽伐尼）⑤相似推理：41已知：鳗鱼 → 有动物联想：鳗鱼～青蛙（相似关系）推论：青蛙→有动物电（意：伽伐尼）实验：青蛙→无动物电（意大利：伏打）⑥相似推理：已知：莱顿瓶（电源） → 电流联想：莱顿瓶（电源）～铜蛙腿（相似推论：铜蛙腿 → 电流实验：铜蛙腿 → 电流（意大利：伏打）⑦相似推理：已知：铜蛙腿 → 电联:蛙腿～湿物（相似关系）推论：铜湿物 → 电实验：铜湿物 → 电（意大利：伏打）人物简介：伽伐尼是意大利解剖医学家、动物学家和物理学家，17591766年任大42176817821791年他把12461岁。伏打（AlessandroVolta,1745～1827）是意大利巴维亚大学自然哲学教授。241774年，29年任巴维亚大学自然哲学教授。由于潜4917951797年伏打发现了仅两种不同——锌、铅、1800（称伽伐尼电流1800年3——伏打电堆。伏打将两种金属板（锌和铜）1801年伏打被拿破仑邀请前往巴黎访问并授予金质奖章和奖金。他还先后访问过181034岁到晚年一直在巴维亚大学任教，享年82岁。【7】欧姆定律发现过程的逻辑分析43年，法国数学家傅立叶在他出版的《热的分析理论》一书中，详细介绍了他所发现的热传导定律，指出：导（热）德国中学教师欧姆（G.S.Ohm,1787～1854）在极其艰苦的环境下研究了电传导（电（电（电势差（电阻）成反比呢？1826年，49岁的欧姆创造性地将奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑的扭秤法结合起来，研制成功了测定电流强度的电流扭力天平，其结构是这样的:用一个扭丝悬挂一磁针，让通电导线与该磁针都沿子午线方向平行放置；再用一铋和铜温差电池（提供稳定电流）并用两个水银槽作电如图)弱就由磁针的扭转角表示出来。欧姆在实验中用相同粗细的八根铜线，其长度分别为2、4、6、10、18、34、66、130英寸，把它们依次接进回路中，并测出每一次线路中的电流强度，从而得出了一组数=V∕R（表R代表导体的电阻，这就是著名的欧姆定律。创新逻辑分析：相似推理：已知：热传导→流量强度与驱动力成正比与阻力成反比联想：热传导～电传导（相似关系）推论：电传导→流量强度与驱动力成正比与阻力成反比实验：电传导→流量强度与驱动力成正比与阻力成反比得到了著名的欧姆定律：I=V∕R44（德国：欧姆）人物简介：欧姆是德国物理学家，他出生于德国科隆的一个锁匠1826年，49岁的欧姆研究了电的传导问题，他利用自己研制的电流扭力天平发现了著名的欧姆定律。同年发表了《金属导电定律的测定》的论文，