高中物理學(xué)史

1、高中物理學(xué)史nuebhm 10級 分類： 理工學(xué)科 被瀏覽2731次 2013.03.14 檢舉 課改區(qū)高中物理學(xué)史，麻煩去百.度幫忙整理下粘過來，格式簡潔點(diǎn)的，越多越好，不怕多就怕缺，謝啦！dwac6ca2 采納率：44% 11級 2013.03.15 物理學(xué)是研究物質(zhì)及其行為和運(yùn)動的科學(xué)。它是最早形成的自然科學(xué)之一，如果把天文學(xué)包括在內(nèi)則有可能是名副其實歷史最悠久的自然科學(xué)。最早的物理學(xué)著作是古希臘科學(xué)家亞里士多德的物理學(xué)。 形成物理學(xué)的元素主要來自對天文學(xué)、光學(xué)和力學(xué)的研究，而這些研究通過幾何學(xué)的方法統(tǒng)合在一起形成了物理學(xué)。這些方法形成于古巴比和古希臘時期，當(dāng)時的代表人物如數(shù)學(xué)家阿基米德

2、和天文學(xué)家托勒密；隨后這些學(xué)說被傳入阿拉伯世界，并被當(dāng)時的阿拉伯科學(xué)家海什木等人發(fā)展為更具有物理性和實驗性的傳統(tǒng)學(xué)說；最終這些學(xué)說傳入了西歐，首先研究這些內(nèi)容的學(xué)者代表人物是羅吉爾·培根。然而在當(dāng)時的西方世界，哲學(xué)家們普遍認(rèn)為這些學(xué)說在本質(zhì)上是技術(shù)性的，從而一般沒有察覺到它們所描述的內(nèi)容反映著自然界中重要的哲學(xué)意義。而在古代中國和印度的科學(xué)史上，類似的研究數(shù)學(xué)的方法也在發(fā)展中。 在這一時代，包含著所謂“自然哲學(xué)”（即物理學(xué)）的哲學(xué)所集中研究的問題是，在基于亞里士多德學(xué)說的前提下試圖對自然界中的現(xiàn)象發(fā)展出解釋的手段（而不僅僅是描述性的）。根據(jù)亞里士多德以及其后蘇格拉底的哲學(xué)，物體運(yùn)動是

3、因為運(yùn)動是物體的基本自然屬性之一。天體的運(yùn)動軌跡是正圓的，這是因為完美的圓軌道運(yùn)動被認(rèn)為是神圣的天球領(lǐng)域中的物體運(yùn)動的內(nèi)在屬性。沖力理論作為慣性與動量概念的原始祖先，同樣來自于這些哲學(xué)傳統(tǒng)，并在中世紀(jì)時由當(dāng)時的哲學(xué)家菲洛彭洛斯、伊本·西那、布里丹等人發(fā)展。而古代中國和印度的物理傳統(tǒng)也是具有高度的哲學(xué)性的。 力學(xué)的歷史背景 力學(xué)是最原始的物理學(xué)分支之一，而最原始的力學(xué)則是靜力學(xué)。靜力學(xué)源于人類文明初期生產(chǎn)勞動中所使用的簡單機(jī)械，如杠桿、滑輪、斜面等。古希臘人從大量的經(jīng)驗中了解到一些與靜力學(xué)相關(guān)的基本概念和原理，如杠桿原理和阿基米德定律。但直至十六世紀(jì)后，資本主義的工業(yè)進(jìn)步才真正開始為西

4、方世界的自然科學(xué)研究創(chuàng)造物質(zhì)條件，尤其于地理大發(fā)現(xiàn)時代航海業(yè)興起，人類鉆研觀測天文學(xué)所花費(fèi)的心力前所未有，其中以丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫和德國天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家約翰內(nèi)斯·開普勒為代表。對宇宙中天體的觀測也成為了人類進(jìn)一步研究力學(xué)運(yùn)動的絕佳領(lǐng)域。1609和1619年，開普勒先后發(fā)現(xiàn)開普勒行星運(yùn)動三大定律，總結(jié)了老師第谷畢生的觀測數(shù)據(jù)。 伽利略的動力學(xué) 在十七世紀(jì)的歐洲，自然哲學(xué)家逐漸展開了一場針對中世紀(jì)經(jīng)院哲學(xué)的進(jìn)攻，他們持有的觀點(diǎn)是，從力學(xué)和天文學(xué)研究抽象出的數(shù)學(xué)模型將適用于描述整個宇宙中的運(yùn)動。被譽(yù)為“現(xiàn)代自然科學(xué)之父”的意大利（或按當(dāng)時地理為托斯卡納大公國）物理學(xué)家、數(shù)學(xué)

5、家、天文學(xué)家伽利略·伽利萊就是這場轉(zhuǎn)變中的領(lǐng)軍人物。伽利略所處的時代正值思想活躍的文藝復(fù)興之后，在此之前列奧納多·達(dá)芬奇所進(jìn)行的物理實驗、尼古拉斯·哥白尼的日心說以及弗朗西斯·培根提出的注重實驗經(jīng)驗的科學(xué)方法論都是促使伽利略深入研究自然科學(xué)的重要因素，哥白尼的日心說更是直接推動了伽利略試圖用數(shù)學(xué)對宇宙中天體的運(yùn)動進(jìn)行描述。伽利略意識到這種數(shù)學(xué)性描述的哲學(xué)價值，他注意到哥白尼對太陽、地球、月球和其他行星的運(yùn)動所作的研究工作，并認(rèn)為這些在當(dāng)時看來相當(dāng)激進(jìn)的分析將有可能被用來證明經(jīng)院哲學(xué)家們對自然界的描述與實際情形不符。伽利略進(jìn)行了一系列力學(xué)實驗闡述了他關(guān)于運(yùn)

6、動的一系列觀點(diǎn)，包括借助斜面實驗和自由落體實驗批駁了亞里士多德認(rèn)為落體速度和重量成正比的觀點(diǎn)，還總結(jié)出了自由落體的距離與時間平方成正比的關(guān)系，以及著名的斜面理想實驗來思考運(yùn)動的問題。他在1632年出版的著作關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話中提到：“只要斜面延伸下去，球?qū)o限地繼續(xù)運(yùn)動，而且不斷加速，因為此乃運(yùn)動著的重物的本質(zhì)?！?，這種思想被認(rèn)為是慣性定律的前身。但真正的慣性概念則是由笛卡爾于1644年所完成，他明確地指出了“除非物體受到外因作用，否則將永遠(yuǎn)保持靜止或運(yùn)動狀態(tài)”，而“所有的運(yùn)動本質(zhì)都是直線的”。 伽利略在天文學(xué)上最著名的貢獻(xiàn)是于1609年改良了折射式望遠(yuǎn)鏡，并借此發(fā)現(xiàn)了木星的

7、四顆衛(wèi)星、太陽黑子以及金星類似于月球的相。伽利略對自然科學(xué)的杰出貢獻(xiàn)體現(xiàn)在他對力學(xué)實驗的興趣以及他用數(shù)學(xué)語言描述物體運(yùn)動的方法，這為后世建立了一個基于實驗研究的自然哲學(xué)傳統(tǒng)。這個傳統(tǒng)與培根的實驗歸納的方法論一起，深刻影響了一批后世的自然科學(xué)家，包括意大利的埃萬杰利斯塔·托里拆利、法國的馬林·梅森和布萊茲·帕斯卡、荷蘭的克里斯蒂安·惠更斯、英格蘭的羅伯特·胡克和羅伯特·波義耳。 牛頓三大定律和萬有引力定律 艾薩克·牛頓，1687年，英格蘭物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家、自然哲學(xué)家艾薩克·牛頓出版了自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書，

8、這部里程碑式的著作標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的正式建立。牛頓在人類歷史上首次用一組普適性的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)原理牛頓三大運(yùn)動定律和萬有引力定律來描述宇宙間所有物體的運(yùn)動。牛頓放棄了物體的運(yùn)動軌跡是自然本性的觀點(diǎn)（例如開普勒認(rèn)為行星運(yùn)動軌道本性就是橢圓的），相反，他指出，任何現(xiàn)在可觀測到的運(yùn)動、以及任何未來將發(fā)生的運(yùn)動，都能夠通過它們已知的運(yùn)動狀態(tài)、物體質(zhì)量和外加作用力并使用相應(yīng)原理進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)計算得出。 伽利略、笛卡爾的動力學(xué)研究（“地上的”力學(xué)），以及開普勒和法國天文學(xué)家布里阿德在天文學(xué)領(lǐng)域的研究（“天上的”力學(xué)）都影響著牛頓對自然科學(xué)的研究。（布里阿德曾特別指出從太陽發(fā)出到行星的作用力應(yīng)當(dāng)與距離成平方反比關(guān)

9、系，雖然他本人并不認(rèn)為這種力真的存在）。1673年惠更斯獨(dú)立提出了圓周運(yùn)動的離心力公式（牛頓在1665年曾用數(shù)學(xué)手段得到類似公式），這使得在當(dāng)時科學(xué)家能夠普遍從開普勒第三定律推導(dǎo)出平方反比律。羅伯特·胡克、愛德蒙·哈雷等人由此考慮了在平方反比力場中物體運(yùn)動軌道的形狀，1684年哈雷向牛頓請教了這個問題，牛頓隨后在一篇9頁的論文（后世普遍稱作論運(yùn)動）中做了解答。在這篇論文中牛頓討論了在有心平方反比力場中物體的運(yùn)動，并推導(dǎo)出了開普勒行星運(yùn)動三定律。其后牛頓發(fā)表了他的第二篇論文論物體的運(yùn)動，在這篇論文中他闡述了慣性定律，并詳細(xì)討論了引力與質(zhì)量成正比、與距離平方成反比的性質(zhì)以及引力

10、在全宇宙中的普遍性。這些理論最終都匯總到牛頓在1687年出版的原理一書中，牛頓在書中列出了公理形式的三大運(yùn)動定律和導(dǎo)出的六個推論（推論1、2描述了力的合成和分解、運(yùn)動疊加原理；推論3、4描述了動量守恒定律；推論5、6描述了伽利略相對性原理）。由此，牛頓統(tǒng)一了“天上的”和“地上的”力學(xué)，建立了基于三大運(yùn)動定律的力學(xué)體系。 牛頓的原理（不包括他的數(shù)學(xué)處理方法）引起了歐洲大陸哲學(xué)家們的爭議，他們認(rèn)為牛頓的理論對物體運(yùn)動和引力缺乏一個形而上學(xué)的解釋從而是不可接受的。從1700年左右開始，大陸哲學(xué)和英國傳統(tǒng)哲學(xué)之間產(chǎn)生的矛盾開始升級，裂痕開始增大，這主要是根源于牛頓與萊布尼茲各自的追隨者就誰最先發(fā)展了微

11、積分所展開的唇槍舌戰(zhàn)。起初萊布尼茲的學(xué)說在歐洲大陸更占上風(fēng)（在當(dāng)時的歐洲，除了英國以外，其他地方都主要使用萊布尼茲的微積分符號），而牛頓個人則一直為引力缺乏一個哲學(xué)意義的解釋而困擾，但他在筆記中堅持認(rèn)為不再需要附加任何東西就可以推論出引力的實在性。十八世紀(jì)之后，大陸的自然哲學(xué)家逐漸接受了牛頓的這種觀點(diǎn)，對于用數(shù)學(xué)描述的運(yùn)動，開始放棄作出本體論的形而上學(xué)解釋。 牛頓的絕對時空觀 牛頓的理論體系是建立在他的絕對時間和絕對空間的假設(shè)之上的，牛頓對時間和空間有著如下的理解：“ 絕對的、真正的和數(shù)學(xué)的時間自身在流逝著，而且由于其本性而在均勻地、與任何外界事物無關(guān)地流逝著。 ” “ 絕對空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關(guān)而永遠(yuǎn)是相同的和不動的。 ” 牛頓， 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 牛頓從絕對時空的假設(shè)進(jìn)一步定義了“絕對運(yùn)動”和“絕對靜止”的概念，為了證明絕對運(yùn)動的存在性，牛頓還在1689年構(gòu)思了一個理想實驗，即著名的水桶實驗。在水桶實驗中，一個注水的水桶起初保持靜止。當(dāng)它開始發(fā)生轉(zhuǎn)動時，水桶中的水最初仍保持靜止，但隨后也會隨著水桶一起轉(zhuǎn)動，于是