物理學史 (2)

1、PAGE PAGE 38- PAGE 38 -簡明物理學史前 言一、學習物理學史的目的1.物理學史是科學發(fā)展史，而科學是人類發(fā)展的核心部分，“科學是最高意義上的革命力量”。通過對物理學的知識、理論和方法的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律的研究，可以幫助我們了解過去，認識現(xiàn)在，展望美好的未來。2.物理學史可以培養(yǎng)我們的科學思維，使我們的知識立體化。拉普拉斯：“認識一位天才的研究方法，對于科學的進步，并不比發(fā)現(xiàn)本身更少用處，科學的研究方法經(jīng)常是極富興趣的部分。”華羅庚：“對書本的某些原理、定律、公式，我們在學習的時候，不僅應該記住它的結論，懂得它的道理，而且還應該設想一下，人家是怎樣想出來的，經(jīng)過多少曲折，攻破多少

2、難關，才得出這個結論?！睈垡蛩固梗骸翱茖W結論幾乎總是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前。讀者體會不到探索和發(fā)現(xiàn)的喜悅，感覺不到思想形成的生動過程，也很難達到清楚地理解全部情況?！倍锢韺W史將會把科學家在探索過程中的智慧之光帶給同學，力圖做到“授之以漁”。3.物理學史是培養(yǎng)同學愛國主義，辯證唯物主義的重要課程，以造就同學追求真理，獻身科學的崇高思想境界。愛因斯坦：“人只有獻身于社會，才能找出那實際上是短暫而有風險的生命的意義?！?.學習物理學史可以使我們思想活躍，眼界開闊。1992年中國科協(xié)調(diào)查，我國公眾具有較全面科學素養(yǎng)的人僅為0.3% ，是美國的1/23?？傊?，通過對物理學史的學習，可以進一步培養(yǎng)我

3、們的人文素質(zhì)、科學素質(zhì)、創(chuàng)新素質(zhì)、思想素質(zhì) 。二、學習方法1.善于分析物理學經(jīng)歷了一個漫長發(fā)展的歷史過程，我們在學習研究中，應該好好想一想，為什么一些科學家能夠有所發(fā)現(xiàn)，而另一些人卻與成功失之交臂？其社會背景是什么？ 我們應充分利用歷史寶庫提供給我們的資料，從中吸取營養(yǎng)。2.注意聯(lián)系1)物理學與生產(chǎn)和科學實驗的聯(lián)系物理理論是在生產(chǎn)實踐和科學實驗的基礎上發(fā)展的，實踐是物理學知識的源泉，是檢驗物理科學理論的正確與否的標準，而實踐的開展也離不開物理理論和思想的指導。2)必須注意物理學與數(shù)學的聯(lián)系數(shù)學是物理學家的思維工具，物理規(guī)律只有通過數(shù)學的形式才能完美地表達。畢達哥拉斯曾說“萬物皆數(shù)”，而物理被譽

4、為“萬物之理”，數(shù)理是人類智力訓練和科學發(fā)展的一個重要組成。3)物理學與社會發(fā)展、認識規(guī)律的聯(lián)系物理學的發(fā)展與人類社會的發(fā)展背景密切相關，也同樣充滿著新與舊，正確與錯誤甚至是水火不容的斗爭。物理理論的逐步完善符合個別到一般，一般到個別，實驗認識再實驗再認識的規(guī)律。三、物理學史的分期1.古代物理學時期：17世紀以前(即1600年以前)，是科學的萌芽時期。2.經(jīng)典物理學時期：17世紀到19世紀(即1900年以前)。3.近代物理學時期：20世紀至今。第一章 古代物理學第一節(jié) 啟明之光一.中國古代的物理學萌芽1.力學方面我國古代力學知識源遠流長，積累豐富。 早在2000多年以前的戰(zhàn)國時期，在“墨經(jīng)”中

5、，記述了墨子(公元前478前392)等哲學家對力學方面的一些精辟見解，如“力，刑之所以奮也?！?，表達了力是使人和物的“奮”即由靜到動的根本原因。還對杠桿進行了研究，指出:“相衡，則本短標長?！闭f明了在稱量重物時，要想與砝碼平衡，就要調(diào)整重臂“本”和力臂“標”，這一記錄比阿基米德早二百多年。我國科學家的樸素的宇宙觀，例東漢的張衡強調(diào):“宇之表無極，宙之端無窮”。明“武備志”記載:“水戰(zhàn)，可離水三。四尺燃火，即飛出水面二。三里去遠，如火龍出于江面，筒藥將完，腹內(nèi)火箭飛出，人船俱焚?！卑l(fā)展了二級火箭裝置。2.電磁學方面在靜電學方面，在西漢末年，(公元前20年)就有記載，在磁學方面更有驕人記錄:1)傳

6、:4000年前，黃帝與蚩尤打仗，但蚩尤作霧，黃帝則使用指南車來辨別方向，使蚩尤大敗。2)酈道元在“水經(jīng)注”中，寫到秦始皇為了防避刺客，用磁石建造阿房宮的北闕門，若刺客身懷刀刃將被磁門吸住。3)指南針比法人古約特早幾百年。3.天文學比較突出的是張衡(公元78年139年)，生于河南南陽石橋鎮(zhèn)，公元111年擔任了東漢主持天象觀測、編訂歷法的太史令，發(fā)明了渾天儀、候風地動儀。國際天文學組織用他的名字命名了一顆小行星和月球上的一座環(huán)行山。元朝的郭守敬等也取得了很大成績。4.的計算“”是物理、數(shù)學中經(jīng)常遇到的一個常數(shù)，測算它的精確值對科學的發(fā)展很重要。 先秦取圓周率為“周三徑一”魏晉時期的劉徽應用極限思想

7、，采用割圓法，算出了當時世界上=3.1416的數(shù)字。割圓法：劉徽指出：圓內(nèi)接正多邊形的邊長“割之又割，以至于不可割，”則其面積“將與圓周合體，而無所缺矣?！睋?jù)說他將正多邊形割至了3072條邊。南北朝的祖沖之(429500年)是世界上第一個把的值推算到3.14159263.1415927的人。祖沖之利用方法:方和圓的相互轉(zhuǎn)化。據(jù)說祖沖之做了更細致的工作，在圓內(nèi)接12288，個邊的多邊形，具體的研究方法寫入“綴術”，但這本書在宋朝失傳了。國際上已把月球背面的一個山谷命名為“祖沖之”。5.聲學1979年出土了戰(zhàn)國時期制造的曾侯已編鐘，說明了古代祖先對音節(jié)音律方面的極高造詣，北京天壇的回音壁等，巧妙地

8、應用了聲學原理，至今仍令人為之矚目。6.小結中國是世界上科學發(fā)展最早的國家，這是我們民族的驕傲。二、古希臘時期的物理進展古希臘時期(公元前5世紀-公元30年)在希臘哲學的多種多樣的形式中，差不多可以找到以后各種世界觀的胚胎、胚芽。恩格斯泰勒斯(公元前7世紀)的天文觀、德漠克利特的原子說都發(fā)展成古代科學的瑰寶。古希臘與中國成為東西方兩個交相輝映的中心。1.埃拉多塞(公元前275-公元前195)用三尺長的竹竿測地球周長。埃及的尼羅河旁有兩個城市賽恩和亞歷山大，由于已修路，聯(lián)系比較便利。在塞恩有一口很深的井，夏至那天，陽光會照到井底，而同時陽光在亞歷山大對竹竿將有一個投影，由此我們可測出角，根據(jù)幾何

9、關系可知，AOS=，OS=0A為地球半徑，則：折算出的地球周長與當今的計算值相差僅幾百公里。2.阿基米德(公元前287-公元前212年):出生在古希臘的敘拉古。1)銅鏡燒船:地中海，羅馬要滅亡敘拉古。阿基米德讓婦女用銅鏡組成一面聚光鏡燒戰(zhàn)船上的帆，浸了油的繩與桅桿和帆都燒起來了。1747年，法國科學家布韋為了驗證這一情況，用360面鏡子，拼成一個大凹鏡，燒灼了70 米外的木堆。2)杠桿定律:“給我一個支點，我可以撬動地球”。3)數(shù)學上，得出了球體、圓柱體體積和表面積的計算公式。三、古印度、巴比侖和阿拉伯的貢獻古印度、巴比倫和阿拉伯在天文學、數(shù)學方面的貢獻也很驚人。據(jù)載，古印度發(fā)現(xiàn)了十進制記數(shù)法

10、，經(jīng)阿拉伯傳到歐洲，逐步演變?yōu)楫斀竦摹鞍⒗洈?shù)”。在祖沖之之后1000年，阿拉伯數(shù)學家求得圓周率，準確到小數(shù)之后17位?？傊诠糯?，我們的祖先創(chuàng)造了瑰麗的文明，許多物理現(xiàn)象和規(guī)律被發(fā)現(xiàn)和記載下來，成為今后物理學發(fā)展的基礎。第二節(jié)亞里士多德的物理學一、古代物理學的特點1.物理現(xiàn)象雖被發(fā)現(xiàn)和記錄下來，但未形成系統(tǒng)的理論。2.受神學的支配很強。3.天才的臆測建立在籠統(tǒng)的直覺觀察之中。 二、亞里士多德的物理學1.亞里士多德(公元前384-公元前322）:馬其頓國王私人醫(yī)生的兒子，18歲進入柏拉圖學院 ，約在公元前342 年，他成為亞力山大大帝的私人教師。一生著作頗豐，在科學領域里起著奠基性的作用。

11、某些大科學家“比起亞里士多德不過是小學生?！边_爾文2.主要觀點提出物理學名稱的第一人，強調(diào)科學分類若物體不受力，運動即停止物體越重，下落速度應該越大地球是宇宙的中心，太陽、行星和月亮應該圍繞它轉(zhuǎn)亞氏觀點從歸納日常生活出發(fā)，加上哲學思辯，后來發(fā)展為經(jīng)院哲學，成為自然科學的障礙。經(jīng)院哲學:科學的根本目的在于適應神學，人的知識不必來自實踐，而是存在于教義之中。3.被利用亞氏的某些觀點符合封建與宗教統(tǒng)治者的利益，統(tǒng)治集團將其抬到嚇人的高度，企圖讓科學成為宗教和封建統(tǒng)治的裝飾。僧侶主義扼殺了亞里士多德學說中活的東西，而使僵死的東西永世長存。列寧第二章 經(jīng)典物理力學的發(fā)展第一節(jié)新芽破土一、資本主義萌芽帶來

12、的契機(15世紀后半期開始) 1.社會物質(zhì)條件歐洲社會生產(chǎn)力迅速發(fā)展，農(nóng)耕得到改進，風力水力得到普遍使用。特別是我國的四大發(fā)明經(jīng)蒙古，絲綢之路傳入歐洲，更為其發(fā)展推波助瀾。哥倫布1492年發(fā)現(xiàn)美洲，麥哲倫1519年環(huán)游世界，這些都刺激了資產(chǎn)階級對生產(chǎn)技術的興趣，科學的發(fā)展有了社會物質(zhì)條件。2.社會文化思想方面:出現(xiàn)了以文藝復興和宗教改革為標志的思想解放運動。但丁的神曲，米開朗基諾的雕塑，莎氏比亞的“羅米歐與朱麗葉”的出現(xiàn)，代表了人們要求思想自由，科學要求擺脫神學附庸地位，反對迷信和權威的心聲。3.代表人物及其觀點1)培根:“證明前人說法的唯一方法，只有觀察和實踐?！?)達芬奇（1452-151

13、9）：“實驗在任何情況下都是我的老師。”有道是“山雨欲來風滿樓”，一場科學革命的風暴已經(jīng)不可避免了。二、哥白尼與“天體運行論”1.地心說與日心說的主要觀點地心說:地球是絕對靜止的，一切運動都是相對于地球而運動的。地心說受到宗教的吹捧與肯定。日心說:如果是地心說，這樣的觀點來描述行星的運動時，行星有無法解釋的忽快、忽慢、逆行及留的現(xiàn)象。地動日心說可以對天體的運動給予完滿的解釋?！疤祚返闹苻D(zhuǎn)是一種視運動，實際是地球運動的反映。”2.“天體運行論”于1543年寫成，它被譽為自然科學的獨立宣言。三、第谷與開普勒1.丹麥人第谷(1546-1601)，經(jīng)過20年的反復的天文觀測，積累了大量準確的星體運動觀

14、測資料，被人譽為“星學之王”。2.德國天文學家開普勒(1571-1630)是第谷的學生與助手，從第谷對火星的觀測資料與他理論計算的8分之差入手，發(fā)表了開普勒三定律。寫出“宇宙和諧論”，使我們對天穹星空的認識，由雜亂到有序。開普勒的一生，雖多病貧窮，但都未動搖他破解天體奧秘的決心，他把他的一生都貢獻給了科學事業(yè)。四、舍生取義的布魯諾布魯諾（1548-1600）：因宣揚日心說，1592年被捕。1600年，面對宗教法庭的審判，他說： “我希望你們到大庭廣眾中去把我點燃，這是我最大的快樂，因為我可以以自身燃起的大火，去照亮后人的道路?！辈剪斨Z英勇就義于羅馬的鮮花廣場。總之，16世紀中期，日心說與地心說

15、的血與火的斗爭，是自然科學從宗教桎梏下解放的標志，教會的權威受到挑戰(zhàn)，自然科學在批判經(jīng)院哲學的斗爭中開創(chuàng)著自己的道路。第二節(jié)運動學的奠基人伽利略一、伽利略對落體問題的研究對運動無知，也就對大自然無知。西方諺語1.伽利略 (1564-1642)出生于意大利比薩。奠定了經(jīng)典力學中運動學的基礎，改進了望遠鏡，使之能放大32倍。代表作兩大世界體系的對話 。1633年，69歲高齡時曾被羅馬宗教裁判所判處終身監(jiān)禁。仍致力于科研，于1638年又寫出了關于兩門新科學對話一書。直到1979年，300多年后，教會才宣布為伽利略平反。伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著物理學

16、的開端。愛因斯坦2.對亞里士多德的觀點的懷疑:懷疑:如果輕物體m下降的速度比重物M慢，那么用一根繩子把m、M栓在一起又怎樣?“沖淡引力思想”斜面理論：為了研究落體的情況，伽利略設計了著名的斜面實驗以“沖淡引力”，延長落地時間，便于觀測。二、意義1.實驗方法與數(shù)學方法結合的成功不是單純做實驗，而是從明確的物理思想出發(fā)，進行數(shù)學推證，選典型實驗，最后得出結論。2.觀察假設邏輯推理實驗檢驗的成功之路實驗物理思維和數(shù)學演繹的巧妙結合。3.落體運動也是一種勻加速運動1586年，斯蒂文和德哥羅在一所二層樓做實驗，兩個不同重量的鐵球同時落地。4.伽利略的預見“一門廣博精深的科學已經(jīng)啟蒙，我在這方面的工作只是

17、它的開始，那些比我更敏銳的人所用的方法和手段將會探索到各個遙遠的角落?！钡谌?jié)牛頓的偉大綜合和理論飛躍一、牛頓簡介1. 牛頓1642年生于英國。從小是一個苦命的孩子，還未出生，父親逝世，兩歲母親改嫁，在舅舅和姥姥家長大。2.1661年考入劍橋大學31 學院。由于學習勤奮，受到巴羅教授的賞識，1664年成為研究生。3. 1665年開始研究微分和積分及萬有引力定律。1665年倫敦大瘟疫，一個夏天病逝3萬人。牛頓回到家鄉(xiāng)，留下了膾炙人口的“蘋果落地”的故事。（據(jù)說是法國作家伏爾泰從牛頓侄女那兒聽來的。）4. 1687年出版曠世之作“自然哲學的數(shù)學原理”。由好朋友哈雷資助出版。人們爭相購閱。5. 17

18、03年 任英國皇家學會終身會長。6. 1705年 被英國女王授予爵士稱號。7. 1727年逝世，葬于威斯敏斯特教堂?！耙了_克牛頓爵士安葬在這里，讓我們歡呼曾經(jīng)存在過這樣一位偉大的人類之光?！?碑文二、牛頓取得成功的歷史條件1.生產(chǎn)力發(fā)展的需要航海的發(fā)展，需要對天體的運行規(guī)律進行研究，對機械加工作物理原理的解釋。2.物理方面的進展哥白尼的“日心說”，摧毀了附著在神學上的宇宙觀，得到了幾乎所有科學家的認同，教會的迫害反而使真理的聲音廣為傳播。伽利略奠定了在運動觀上的正確理論，各種力正在被發(fā)現(xiàn)。3.在英國，政局比較穩(wěn)定，商業(yè)發(fā)展使新興資產(chǎn)階級從自身的角度，開始注重科學研究。4.科學的國際研究聯(lián)系加強

19、。英法成立了“皇家學會”和“皇家科學院”。三、牛頓的自然哲學數(shù)學原理的意義（1687年發(fā)表）序言:“我把這部著作叫做自然哲學的數(shù)學原理，因為哲學的全部任務看來就在于從各種運動現(xiàn)象來研究各種自然之力，而后用這些力去論證其他現(xiàn)象，我希望能用同樣的推理方法，從力學中推導出自然界的其他現(xiàn)象?！?1.它將個別特殊的情況抽象概括為普遍理論，是當時力學規(guī)律的偉大綜合。2.它成為當時科學上判斷正誤的準繩。3.它向后來者提供了一種科學研究的方法。4.它發(fā)揮了科學理論的預言作用，引導人們從已知的現(xiàn)象去預測未來。1)哈雷彗星1682年彗星出現(xiàn)時，有人說，它是人類的罪惡造成的，因此人們紛紛跪地祈禱，驚恐萬分。牛頓根據(jù)

20、天文資料，應用萬有引力定律，說明和計算了彗星的運動軌道。牛頓的好朋友，英國天文學家哈雷(1656-1742)，根據(jù)牛頓理論進一步計算了大量彗星的運動軌道，得出1531年、1607年、1682年出現(xiàn)的彗星軌道相同，因此應是同一彗星。由此預言，1758年還將出現(xiàn)這一彗星。1758年，這成了當時一件眾人十分矚目的大事。彗星到期未出現(xiàn)，科學家著急得很。1759年3月12日，這顆星出現(xiàn)了，遲到的原因，是因為它受木星和土星的吸引而姍姍來遲了，這正說明了萬有引力定律的成功。2)“筆尖下的行星”的發(fā)現(xiàn)1781年，赫舍爾（1738-1822）發(fā)現(xiàn)天王星，踞太陽約28億公里，繞一周要84年。但根據(jù)牛頓理論，其運動

21、有偏差，于是預言，還應該存在另一顆星。列威爾(法)、亞當斯（英）根據(jù)牛頓的理論計算出了該星的軌道。柏林天文家伽列于1846年9月23日，在列威爾推算處相距不到1的地方發(fā)現(xiàn)了這顆星海王星，大大拓寬了天文科學家的視野。 之自然哲學數(shù)學原理第一次顯示了科學理論所具有的知識飛躍和能動作用，它為后來的物理研究開拓了一條傳統(tǒng)思路，奠定了經(jīng)典力學的基礎，促進了物理學向前發(fā)展。四、牛頓的成功之路1.站在巨人的肩上，勤奮學習，積累知識數(shù)學歐幾里德笛卡爾萊布尼茲力學達.芬奇伽里略惠更斯天文學哥白尼第谷開普勒引力思想吉爾伯特布里阿德玻列利2.講求科學研究方法1)分析綜合法牛頓在“光學”一書中曾說：從結果到原因，從特

22、殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍的原因為止，這就是分析的方法;而綜合的方法則假定原因已經(jīng)找到，并已把他們立為原理，再用這些原理去解釋由他們發(fā)生的現(xiàn)象。2)歸納與演繹相結合3)追求簡單、明白的公理體系牛頓根據(jù)月球受地球吸引的現(xiàn)象，歸納出一切天體相互吸引的關系，進而得出了引力定律，再演繹出宇宙萬物間相互吸引的因果關系。牛頓在原理中寫道：“自然界喜歡簡單化，而不愛用什么多余的原因以夸耀自己?！彼运ふ抑渥匀唤绲谋M可能簡單的原理，總結其規(guī)律。 4)數(shù)學物理方法:原理是數(shù)學與物理的完美結晶大自然追求的是一本用數(shù)學語言所寫的巨著，他追求的是一個精確的，完完本本用數(shù)學表示的定律。牛頓5)實驗抽象方

23、法萬有引力定律既有觀測實驗的基礎，同時也是科學抽象的產(chǎn)物。3.熱愛科學，追求真理人們問:“你是怎么發(fā)現(xiàn)萬有引力的?”牛頓說:“By thinking on it continually.”牛頓終身沒娶。1727年，牛頓遺言:“我不知道世人對我是怎樣的看法，但是在我看來，我不過象一個在海邊玩耍的孩子，為時而發(fā)現(xiàn)一塊美麗的石子而高興，但那浩瀚的真理的海洋，卻還在我的面前未曾發(fā)現(xiàn)呢。”五、牛頓的局限1)絕對時空觀牛頓說：“絕對的數(shù)學的時間與外界無關地流逝著。”認為時間與空間無關，時空與運動無關，是絕對的物理量。2)當一些問題牛頓解釋不了時，它就只好用上帝的萬能來解釋，為此牛頓花費了后半生的心血，這正

24、是牛頓的悲劇。六、16世紀后，中國科技發(fā)展遲滯西方：恩格斯說:“這是一次人類從來沒有經(jīng)歷的最偉大的進步的變革，是一個需要巨人而且產(chǎn)生了巨人的時代?！敝袊河捎诜饨ńy(tǒng)治，閉關鎖國，教育僵化，科技發(fā)展遲滯。光緒時康有為的公車上書痛心疾首地指出：“姚燮謂：我之所為，彼皆知之，彼之所為，我獨不聞，安得不為所制乎！學塾經(jīng)費少于兵餉數(shù)十倍，士人能通古今達中外者，郡縣乃或無人焉。”也說明了這一問題。第四節(jié)力學的逐步發(fā)展一、實驗研究的開展1.對萬有引力常數(shù)的測定英國的物理學家卡文迪許等測定了萬有引力常數(shù)。因他們在實驗中采用了扭秤，全部儀器被放在用火漆密閉的密室中，因而被譽為“弦絲掛，火漆封”派。2.地球運動的

25、實驗研究二、獨立應用學科的出現(xiàn)1.流體力學的發(fā)展由于牛頓等建立了微積分的方法，數(shù)學工具得到加強，使力學的研究領域加強了。為了研究彈道和減少輪船的航行阻力，在伯努利、歐勒等人的努力下，流體力學得到了發(fā)展。2.分析力學的發(fā)展在牛頓以后，矢量力學發(fā)展起來，但生產(chǎn)中涌現(xiàn)出的多質(zhì)點、多約束的復雜情況，使其遇到一定困難。1747年，法國的莫培督發(fā)表了“最小作用量原理”。1788年，拉格朗日進一步論證力學可以整個建立在最小作用量原理的基礎上，分析力學與矢量力學平行發(fā)展起來，并成為推動理論物理和相對論發(fā)展的基本工具。3.天體力學的進展拉普拉斯發(fā)表了“天體力學”。三、力學概念的爭論與不斷完善牛頓定律出臺以后，經(jīng)

26、典力學形成比較牢固的理論，經(jīng)歷過18世紀至19世紀的無數(shù)爭論，這些爭論又進一步促進了人們對力學理論的不斷探索、修改，比如關于對牛頓絕對時空觀的爭論導致了相對論的出現(xiàn)。力學理論從而得到進一步豐富和完善。第三章 經(jīng)典光學的形成第一節(jié)光學的歷史概述一、早期光學1.古代光學:基本上停留在幾何光學的研究和總結上。公元前5世紀墨經(jīng)、北宋時期沈括的夢溪筆談都有記載。古希臘歐幾里德(Euclid，約公元前330-275） 研究光的反射。托勒密 (C.Ptolemaeus,希，約公元100-170) 研究光的折射。2.中世紀: 阿勒哈增（965-1038）(阿拉伯人)著光學。二、折射定律的建立荷蘭人斯涅耳最早提

27、出折射定律，由法國數(shù)學家費馬（1601-1665）提出費馬原理，予以確定，使幾何光學理論很快發(fā)展。三、光學儀器的研制1、1299年，發(fā)明了眼鏡，意大利人阿瑪?shù)僦圃炝搜坨R。2、1608年，荷蘭人李普塞制成第一臺望遠鏡，伽利略改進成放大32倍的望遠鏡。3、幾乎與望遠鏡同時，荷蘭人發(fā)現(xiàn)制造了顯微鏡。四、牛頓對光的色散的研究1666-1704年間，牛頓用色散原理解釋了天界神秘而瑰麗的彩虹。第二節(jié)光的波動說和微粒說的論爭一、光的微粒說1704年，牛頓：“光是一種細微的大小不同的而又迅速運動的粒子?！倍?、光的波動學說1.代表人物:惠更斯胡克：“光必然是一種振動。”2.波動說的困境:由于當時沒發(fā)現(xiàn)光的干涉、

28、衍射等波動現(xiàn)象，使光的波動說難以自圓其說。3.19世紀光的波動說的兩個英雄1)托馬斯楊（1773-1829）兩歲認字，四歲能讀圣經(jīng)，23歲獲醫(yī)學學位。牛頓反對波動說，光的微粒說在百年中占了上風，波動說幾乎銷聲匿跡。面對牛頓如日中天的氣勢，楊以不唯名的勇敢精神說：“盡管我仰慕牛頓的大名，但我并因此非得認為他是百無一失的。我遺憾地看到他也會弄錯，而他的權威也許有時甚至阻礙了科學的進步。”設計了楊氏雙縫實驗，證明了光的衍射現(xiàn)象。2)菲涅耳（1788-1827）：法國工程師。完善了惠更斯理論，提出了子波相干的思想。1818年法國科學院懸賞征文中一舉成名。菲涅耳的理論泊松的計算阿拉果的實驗找到了有利于波

29、動說的泊松亮點。這樣光的波動說贏得了第一回合的勝利。三、光應具有波粒二相性:光的波動說無法解釋光電效應，但粒子說可以解釋。它的思想是愛因斯坦光量子理論的起源。第三節(jié)光譜的研究一、巴爾末發(fā)現(xiàn)氫光譜規(guī)律1.背景:楊的干涉實驗提供了測定波長的方法。1814夫瑯禾費對太陽光譜也進行了細心的檢驗。1859基爾霍夫在研究堿金屬光譜發(fā)現(xiàn)了銫和銣。1868埃格斯特朗首先找到氫光譜的譜系。2.瑞士科學家巴爾末（1825-1898）的貢獻如何從浩繁的光譜資料中找出其中的規(guī)律?巴爾末，瑞士的一位中學數(shù)學教師，在哈根拜希教授的指點下將氫光譜的規(guī)律總結出來，于1884年6月25日正式發(fā)表:，n3，4，5，次年發(fā)表了論文

30、。1)由于埃氏對氫譜線的精確測量，提供了氫的可見光部分的四條譜線的精確波長，從中巴爾末提出了一個共同因子：B3645.6107毫米。2)氫的前四根譜線的波長可以從這一基數(shù)，相繼乘以系數(shù)9/5，4/3，25/21，9/8。初看起來，這四個系數(shù)，沒有構成規(guī)則數(shù)列，但如果將第二項與第四項分子、分母分別乘以4，則分子為33，44，55，66，而分母的完全平方相應的差4，這樣就出現(xiàn)了的規(guī)律。由于巴爾末公式的發(fā)現(xiàn)，光譜成因的神秘大門被打開了，人們研究原子內(nèi)部結構，又有了一個新的依據(jù)，此后光譜規(guī)律不斷被揭示， 一門新的系統(tǒng)的科學原子光譜形成了。二、廣義巴爾末公式巴爾末公式發(fā)表以后，不少科學家受到進一步的啟發(fā)

31、和鼓舞。又有人從恒星的光中拍攝到氫光譜，在紫外區(qū)的一些光也可從巴爾末公式中將n取7，8等得到。1890年，瑞典人里德伯將氫光譜規(guī)律總結為：，n3，4，5其中R=4/B，被稱為里德伯常量。該公式發(fā)表在論化學元素線光譜的結構一文中。第四節(jié)光速的測定光在真空中的傳播速度是一個極其重要的物理量，能否準確測定是物理實驗技術水平和理論水平的標志。一、早期的實驗1.伽利略提出:在已知距離的兩個高山峰上，放兩盞燈，利用接收燈閃亮的時間去除間距，來測光速，但誤差較大。二、天文學方法丹麥人奧羅斯羅末(1644-1710)于1675年提出。木星有13個衛(wèi)星， I0（木衛(wèi)一）是木星的一顆衛(wèi)星，繞木星旋轉(zhuǎn)一周的時間約4

32、2小時28分16秒，因此在地球上看木衛(wèi)蝕也應是42小時28分16秒一次，但是觀測后時間卻不一樣，原因是兩次觀測木星與地球的距離不一樣，從發(fā)出的光信號所傳遞的空間距離不同。用兩次木衛(wèi)蝕的時間差去除兩次木星與地球的距離差，即可求得光速?，F(xiàn)代人用此法可測光速為2.998108米/秒。三、地面方法1849年，法國人菲索（1819-1896）用齒輪旋轉(zhuǎn)法測得光速為米/秒。他是第一個首次證明光速可以在實驗中測得的人。另外，法國人付科、美國人紐克姆等都對光速測定做過貢獻。下面介紹阿爾伯特邁克爾遜(1926)旋轉(zhuǎn)棱鏡法：棱鏡旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速可以測定，由發(fā)光和接收光的時間、棱鏡轉(zhuǎn)速和光來回傳遞距離的數(shù)學關系，可以導出

33、光速來。1907年，他是第一位獲諾貝爾物理獎的美國科學家。第四章 電磁理論的建成第一節(jié)對電磁現(xiàn)象的早期認識1.中國西周(公元前1100-公元前771)青銅銘文就記載有“電”字和“雷”字。先秦:“陰陽相薄，感而為雷，激而為霆。霆，電也。”古人將磁石稱為慈石來形容磁石“以為母也，故能引其子”的功能。2.英國人吉爾伯特（1544-1623）論磁曾為英國伊麗莎白一世的御醫(yī)，1600年發(fā)表論磁石，總結了前人的經(jīng)驗，記載了大量實驗。3.1663年，蓋里克發(fā)明摩擦起電機。4.1720年，格雷研究了電的傳導現(xiàn)象。5.1733年，杜非分別了兩種電：松脂電和玻璃電。6.1745年，荷蘭人馬森布洛克發(fā)現(xiàn)了萊頓瓶，為

34、貯存電荷找到了一個方法。第二節(jié)富蘭克林對雷電現(xiàn)象的研究1.富蘭克林(1706-1790): 美國人在全家17個孩子中排行15，其父是小手工業(yè)者，家境貧困。他在10歲時綴學，12歲當印刷所學徒，閱讀了許多書籍，后來成為科學家和政治家。自己寫的墓志銘:“印刷工富蘭克林”。從蒼天那里取得了雷電，從暴君那里取得了民權。杜爾格（法）2.費城實驗富蘭克林40歲時，觀看了電學實驗，從而對電有了興趣。其中有一個想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎?1752年7月，一個電閃雷鳴的上午，他將一個風箏放到空中，風箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，麻繩的下一端拴絲線，繩線接觸處栓了一把鑰匙。銅鑰匙可以給萊頓瓶充電，與摩擦電

35、性質(zhì)完全相同?，F(xiàn)象:麻繩上的纖維向四周自立，猶如“怒發(fā)沖冠”富蘭克林的工作，揭開了雷電的奧秘，統(tǒng)一了“天電”和“地電”，震驚了科學界。小插曲：為了驗證“地電”與“天電”的相同處，富蘭克林想到雷可以擊死動物，于是他就實驗用“地電”去擊殺火雞，結果被電打昏了。蘇醒后，卻不介意地說：“我本想用電殺死一只火雞，結果差點電死了一個傻瓜。”然而，風險是的確存在的。1753年，俄國的里赫曼在做大氣電實驗時不幸中電身亡，為科學獻身。3.發(fā)明避雷針:富蘭克林并不滿足，將他的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為了新的發(fā)明。避雷針誕生了。 4.科學興趣廣泛命名了正電，負電，發(fā)現(xiàn)了電荷守恒定律，研究了火爐的改良，植物的移植，傳染病的防治。寫出

36、了電學的實驗和研究的著作。5.富蘭克林是獨立宣言和美國憲法的起草人之一，為祖國的獨立和解放作出了貢獻的政治活動家。第三節(jié)從定性到定量庫侖定律的發(fā)現(xiàn)一、類比法的成功1.普利斯特利(1733-1804):德國人，氧氣的發(fā)現(xiàn)者。化學家。2.富蘭克林的空罐實驗用絲線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木受到吸引。但把它懸掛在罐內(nèi)時，不論在罐內(nèi)何處，它都不受電力。當富蘭克林寫信將這一現(xiàn)象告之普利斯特利后，普氏想到:1687年牛頓曾證明:萬有引力若服從平方反比定律，則均勻的物質(zhì)球殼對殼內(nèi)物體應無作用。普利斯特利將空罐實驗與牛頓推理類比，聯(lián)想到電力也表現(xiàn)了這種特性，所以也應遵從平方反比定律。二、庫侖的引

37、力實驗1.庫侖(1736-1806): 法國人，當過法國部隊的技術軍官，后被選為法國科學院院士。2.庫侖的扭秤實驗金屬絲的扭力正比于扭轉(zhuǎn)角，將扭絲懸掛起來，可以測萬分之一格令的小力，1785年庫侖據(jù)此制成電秤，以測定電力。3.庫侖定律萬有引力定律4.庫侖定律的建立使電磁學進入了定量的研究，使電磁學真正成為一門科學，數(shù)學的引入，使這門科學更錦上添花。類比方法的成功如果不是與萬有引力進行類比，單靠實驗具體數(shù)據(jù)的積累，嚴格的庫侖定律的形式將很難得到。由此我們可以看到類比在科學研究中的作用。三、卡文迪許(1731-1810): 英國人，萬有引力的驗證人。他比歐姆更早發(fā)現(xiàn)歐姆定律，比庫侖用扭秤測電力早1

38、1年，是“弦絲掛，火漆封”派的帶頭人?？ㄎ牡显S也設計了庫侖定律的實驗，但卻未發(fā)表。第四節(jié)由靜電到動電電流的發(fā)現(xiàn)一、伽伐尼的研究(1737-1798): 意大利人，解剖學教授。1780年他與學生解剖青蛙，發(fā)現(xiàn)電火花會使蛙腿抽搐，后來他又發(fā)現(xiàn)當用銅鉤倒掛蛙腿，再用鐵梁橫挑，蛙腿也會痙攣。1791年發(fā)表了論文論肌肉運動中的電力。發(fā)現(xiàn)電流的第一人，但認為是一種動物電。二、伏打（1737-1798）的“金屬接觸說”1.伏打意大利帕維大學教授，否定了伽伐尼動物說。他認為，電來自兩種不同金屬的接觸，青蛙只不過是起了驗電器的作用。為了闡明自己的觀點，他比較了各種金屬，并把它們排成表，只要將其中兩種金屬接觸，就

39、可以產(chǎn)生接觸電勢差。2.伏打電池第一個直流電源1800年，伏打根據(jù)他自己的觀點，制成了伏打電池。得到了拿破侖授予的一枚金質(zhì)獎章。并成為法國科學院的院士。今天電學中的一個重要單位伏特，就是為了紀念他。3.意義電池的發(fā)明，提供了產(chǎn)生恒定電流的電源，使電學從靜電走向動電，為人們研究電流的各種效應提供了條件。從此電學進入了飛速發(fā)展時期。三、歐姆定律(1787-1854)歐姆，德國人，家境貧困，中斷大學學業(yè)后當了中學老師。后被慕尼黑大學任命為教授。將付里葉在熱學中提出的熱流、熱阻，類比電學中的電流、電阻，溫度差類比電勢差，通過實驗驗證，在1826年發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，由此與電流相關的物理量可以測定和出。人們

40、為紀念他，將電阻的單位定為“歐姆”。第五節(jié)電磁學的新時期自吉爾伯特開始以來的二百多年，電和磁一直是毫無關系的兩門學科，圍繞電與磁尋找自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，成為一種潮流。1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，建立了電與磁的聯(lián)系。一、發(fā)現(xiàn)電流磁效應1.電力與磁力都遵守平方反比定律，說明它們有類似的規(guī)律。1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)縫紉針過電后磁化了。但規(guī)律究竟在哪里？2.奧斯特 (1777-1851)丹麥人: 發(fā)現(xiàn)電流磁效應的第一人?！霸谟^察的領域內(nèi)，機遇只偏愛那種有準備的頭腦?！卑退沟聤W斯特尋找電與磁的關系的想法醞釀已久:1803年:“我們將把整個宇宙容納在一個體系中?！彼J為“自然力之統(tǒng)一”1812

41、年:“我們應該檢驗的是，究竟電是否以其最隱蔽的方式對磁體有類似的作用?！?818-1819年，與奧共事的人說:“奧斯特經(jīng)常在尋找這兩種大自然力之間的關系?！睓C會來了，1820年4月，奧斯特在一次講課中，發(fā)現(xiàn)磁針在通電導線的作用下動了一下!這才恍然大悟，原來以前總把電流的磁力想象為縱向，實際應為橫向。 奧斯特緊抓不放，經(jīng)過反復實驗，查明了電流具有磁效應。1820年7月21日，發(fā)表了電流對磁針的作用的實驗，引起了學術界的轟動。3.意義第一個解釋出了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系。為電報和電機的發(fā)明開辟了道路。為電磁場理論的發(fā)展奠定了基礎。二、安培和安培定律1.安培 (1775-1836) :法國科學家。安培

42、在法國長大時，正是法國社會變革時期，他幾乎沒受過正規(guī)教育，只好以他父親和百科全書做老師。個人遭遇不好，家庭幾經(jīng)磨難。即使這樣，也沒有動搖安培對科學的追求。1827年發(fā)表了名著從實驗導出的關于電動力學現(xiàn)象的數(shù)學理論。人們?yōu)榧o念他，將電流強度的單位定義為“安培”。2.兩篇論文阿拉果在1820年9月11日在法國科學院演示了奧斯特的實驗，引起了安培的興趣。安培夜以繼日地工作一周之后，于9月18日發(fā)現(xiàn)了電流間也存在著相互作用力，在1820年12月4日，又提出了著名的安培定律：其中dx，dy為電流線元。3.經(jīng)驗安培在總結他的經(jīng)驗時，這樣寫到：“從對實施的觀察開始，盡可能地改變伴隨事件，并佐以精確的測量，以

43、便導出完全基于試驗的一般規(guī)律，再從這些規(guī)律導出這些力的數(shù)學表達式這就是牛頓所遵循的路線?！卑才嗟碾娏髟g作用力的又一個平方反比規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，是人們對大自然力之間的內(nèi)在聯(lián)系又有了一個新的認識。安培的工作，為以后電動力學的研究和發(fā)展，開拓了一個新的基礎。第六節(jié)變磁生電的發(fā)現(xiàn)者法拉第一、法拉第(1791-1867): 英國物理學家。法拉第是一個窮鐵匠的兒子，兄妹10人。小學沒畢業(yè)就失學，當了裝訂工。但失學不失志，經(jīng)常閱讀書報。當了戴維助手。1821年受任為皇家研究所試驗室主任。1821年，開始電磁學的研究，總共工作四十年。寫出了電學的實驗研究。一生謝絕了許多獎賞?！霸谖锢韺W的全部歷史中最全能的實驗物

44、理學家卻是一個僅受過初等教育的人。他，就是法拉第。”薩莫斯（美）二、法拉第的主要貢獻1.電磁感應的發(fā)現(xiàn):一貫追求科學真理，相信自然力的統(tǒng)一。1831年8月29日，法拉第終于取得了突破性進展。變磁激發(fā)了電。一個月后，法拉第向英國皇家學會報告，產(chǎn)生感應電流的情況可以分為5類。1833年，楞茨發(fā)現(xiàn)楞茨定律，判斷感應電流的方向。(1867年，西門子創(chuàng)制了發(fā)電機)2.力線的提出者為了解釋電磁現(xiàn)象，必須找到一種直觀表示的方法。法拉第從大量的實驗中想象出描寫電磁作用的力線，經(jīng)數(shù)學家證明了其概念的正確，他為場的理論建立作出貢獻。湯姆遜說:“我想電場和磁場的許多性質(zhì)，借助力線就可以最簡單而富有暗示地表示出來?！?/p>

45、3.其他法拉第對光的磁化、電流的化學現(xiàn)象和反磁性的發(fā)現(xiàn)等都有自己獨到的見解。三、法拉第的研究思路1.對自然力的統(tǒng)一性可轉(zhuǎn)化性堅信不移?！拔以缫殉钟幸环N見解，它幾乎達到深信不移的程度，而且我想這也是其他許多自然科學愛好者的見解，即物質(zhì)之力所表現(xiàn)出來的各種形式具有普遍的起源?！?.對電磁波的朦朧預見:“磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動?！?.研究特色法拉第通過力線和場，將電場和磁場的重要性質(zhì)表現(xiàn)出來了。麥克斯韋:“在數(shù)學家看到相互超具吸引力的中心的時候，法拉第則用他特有的思維的眼睛看到穿過全空間的力線?！?.法拉第思想方法的一些局限性：將一切歸結于“力”等。四、對法拉第的高度評價一生最

46、大的發(fā)現(xiàn)，是發(fā)現(xiàn)了法拉第。 戴維我們把法拉第首先看作是科學家中最有成效最高尚的典型麥克斯韋鐵匠的兒子法拉第，在青年時代的早期，作過裝訂工人的學徒，臨死時是所有科學學會的會員，是那時物理學家公認的領袖。斯托列托夫當法拉第在演示他的電磁感應現(xiàn)象時，一位貴婦曾問道：“您的電流計指針動一下有什么意義呢？”法拉第回答道：“夫人，當一個嬰孩誕生的時候，您會想到他將會完成何等事業(yè)嗎？”法拉第如此至愛的這個“嬰兒”，的確有著驚人之舉。1867年西門子根據(jù)這一原理創(chuàng)造了發(fā)電機，從此人類有了“電”，它至今仍為我們帶來光明和幸福。當我們在盡情享受電燈、電視、電影這一切現(xiàn)代文明的時候，我們怎能不感謝這位鐵匠的兒子呢？

47、第七節(jié)麥克斯韋電磁場理論的建立從出生地來說他屬于愛丁堡，從功績上來說他屬于全世界。普朗克一、麥克斯韋(1831-1879)簡介英國物理學家、數(shù)學家。11月13日出生時，是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應后2個多月。15歲在“愛丁堡皇家學報”發(fā)表論文，1854年從劍橋大學畢業(yè)，卡文迪什試驗室首任主任。雖然只活了49 歲，但他卻寫了100多篇有價值的論文。麥克斯韋是一位可以與牛頓、愛因斯坦相提并論的科學家。二、建立電磁場理論的工作“把數(shù)學分析和實驗研究聯(lián)合使用所得到的物理知識，比之一個單純實驗人員或單純的數(shù)學家能具有的知識更堅實，有益和鞏固?！丙溈怂鬼f1.1856 年，麥克斯韋發(fā)表了論法拉第力線一文，受到法拉第

48、的贊賞。法拉第說：“我驚訝地看到，這個主題居然處理得如此之好”，麥克斯韋在文中認為法拉第將磁現(xiàn)象歸結為力和場的觀點，是一種更合適的科學語言。文中采用了類比法，將流線的數(shù)學表達式應用到靜電理論中。2.1860年，70歲的法拉第和30歲的年輕人麥克斯韋見面了，建立電磁理論的共同心愿超越了年齡的鴻溝，法拉第對麥克斯韋說:“你不要停留在用數(shù)學來解釋我的觀點上，而應該突破它?！?861年，麥克斯韋寫了論物理力線，提出:一個關于力線的機械模型，即電磁以太模型。創(chuàng)造性地提出位移電流和渦旋電場的兩大重要假設。提出光波就是電磁波的理論：“光本身乃是以波的形式在電磁場中按電磁規(guī)律傳播的一種電磁振動?！睂㈦姟⒋?、光

49、理論進行了一次偉大的綜合。3.1865年，發(fā)表了電磁場的動力學理，用場的觀點總結了電磁理論，構建了全新的理論框架。4.1873年，麥克斯韋出版了電磁學通論一書，進一步將電磁學實驗規(guī)律和定理定律，綜合概括在一個方程組中， 以簡潔的數(shù)學結構，揭示了電場和磁場內(nèi)在的完美對稱。電磁學通論是人類第一個有關經(jīng)典場論的不朽之作。1874年，麥克斯韋任卡文迪什實驗室首任主任，1879年11月3 日，49歲逝世。臨終之際，他仍堅信自己的預言電磁波理論，一定會插上翅膀飛向全球。三、麥克斯韋成功的基本要素1.尋找不同現(xiàn)象之間的聯(lián)系，對電光磁建立了統(tǒng)一的理論解釋。2.在科學發(fā)現(xiàn)中重視科學方法的應用。麥克斯韋曾寫道：“

50、為了采用某種物理知識而獲得物理思想，我們應當了解物理相似性的存在。利用這種類似，可以用其中之一，說明其中之二?！?.想象力豐富，大膽猜測假設?？茖W家也需要幻想，幻想不只是文學家的事。郭沫若4.知識底蘊豐厚。5.對理論完美和諧的不懈追求。麥克斯韋認為：自然界是和諧的，一種反映自然規(guī)律的理論，如果框架上不完善，不和諧，也就意味著要進一步改進和探索。四、意義經(jīng)典電磁理論的確立，成為人類改造自然，提高生產(chǎn)力的有力杠桿。據(jù)載，科技利用程度較高的生產(chǎn)率比之單純手工業(yè)生產(chǎn)率在1770年為4：1，而在電氣工業(yè)出現(xiàn)后這個比例為108：1。電磁學理論的成功，說明了科技是第一生產(chǎn)力。第八節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)盡管麥克斯韋理

51、論具有內(nèi)在的完美性并和一切經(jīng)驗相符合，但它只能逐漸地被物理學家接受。勞厄一、赫茲 (1857-1894) :德國物理學家1878 年是基爾霍夫和亥姆霍茲的學生。1880年獲博士學位。1885年發(fā)現(xiàn)電磁波，89年到波恩大學任教。1894年因血中毒而去世。二、電磁波的發(fā)現(xiàn)麥克斯韋電磁論發(fā)表后，由于理論難懂，無實驗驗證，并未受到重視。1886年，赫茲作成電磁波檢驗器并宣布“電磁感應是以波動形式在空氣中傳播的。”赫茲在1888年證明了電磁波的存在。這樣由法拉第開創(chuàng)，麥克斯韋建立，赫茲驗證的電磁場理論向全世界宣告了它的勝利。插曲：比赫茲實驗早七年，一位叫戴維的人也接收到了電磁波信號，他隨即向英國皇家協(xié)會

52、會長G斯托克斯匯報，但斯托克斯認為這只是普通的電磁感應現(xiàn)象，戴維過于迷信權威，對于這一天賜良機未與重視，使發(fā)現(xiàn)被埋沒了。三、成果無線電報(1901)廣播(1906)電話(1916)傳真(1923)電視(1929)微波(1933)雷達(1935)衛(wèi)星通訊電子計算機因特網(wǎng)等都與電磁波理論相關。*發(fā)明家愛迪生（1827-1931）:愛迪生發(fā)明電燈1.愛動腦筋由于愛提一些問題，老師不喜歡他，只上三個月就退學了，由母親教他。但愛迪生自強不息，方法得當，一生在專利局的發(fā)明就有1328項，平均15天就有一項發(fā)明問世。比如，他常想聲音能使細針顫動，反過來針的顫動能否變成聲音？正是采用正確的逆向思維的方法，在1

53、877年12月6日，愛迪生發(fā)明了留聲機。1879 年10月研制出電燈，另外蓄電池，電影等都是愛迪生發(fā)明的。2.1929年10月21日，愛迪生由美國總統(tǒng)親自攙扶，參加要會，廳內(nèi)各個角落的電燈大放光明，愛迪生說:“我這一生行將結束，我的人生哲學是工作，我要大膽揭示大自然的奧秘，并以此為人類造福?！钡谖逭?熱學發(fā)展史第一節(jié)早期發(fā)展簡述熱是人類最早發(fā)現(xiàn)的一種自然力，是地球上一切生命的源泉。恩格斯一、溫度的定義和熱機的研制1.對溫度的研究1593年，伽利略利用空氣熱脹冷縮的性質(zhì)，制成了溫度計的雛形。1702年，阿蒙頓制成空氣溫度計，但不準確。1724年，荷蘭工人華倫海特在他的論文中，建立了華氏溫標，首先

54、使用水銀代替酒精。1742年瑞典的攝爾修斯定義水的沸點為零度，冰的熔點為100度，后施勒默爾將兩個固定點倒過來，建立了攝氏溫標。1779年，全世界有溫標19種。1854年，開爾文提出開氏溫標，得到世界公認。2.熱機的發(fā)展“蒸汽機是一個真正的國際發(fā)明，而這個事實又證實了一個巨大的歷史進步?！?695年，法國人巴本第一個發(fā)明蒸汽機，但操作不便，不安全。1705年，鈕科門和科里制造了新蒸汽機，有一定實用價值，但用水冷卻氣缸，能量損失很大。1769年，英國技工瓦特改進了鈕科門機，加了冷凝器，使機器運作由斷續(xù)變連續(xù)，從而蒸汽機的使用價值大大提高，導致了歐洲的工業(yè)革命。1785年，熱機被應用于紡織。180

55、7年，熱機被美國人富爾頓應用于輪船，1825年被用于火車和鐵路。3.量熱學和熱傳導理論的建立在18世紀前半葉，人們對什么是溫度，什么是熱量的概念含糊不清，熱學要發(fā)展，有關熱學的一系列概念就需要有科學的定義。經(jīng)彼得堡院士里赫曼于1744年開始，英國人布拉克和他的學生伊爾文等逐步工作，終于在1780年前后，溫度、熱量、熱容量、潛熱等一系列概念都已形成。4.熱本性說的爭論1）認為熱是一種物質(zhì)，即熱質(zhì)說。代表人物：伊壁鳩魯、付里葉、卡諾。2）認為熱是物體粒子的內(nèi)部運動。代表人物：笛卡爾、胡克、羅蒙諾索夫，倫福德。他們認為：“盡管看不到，也不能否定分子運動是存在的。”第二節(jié)熱力學第一定律的建立一、定律誕

56、生的背景1）為蒸汽機的進一步發(fā)展，迫切需要研究熱和功的關系，以提高熱機效率，適應生產(chǎn)力發(fā)展的需要。2）能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的萌發(fā)俄國的赫斯，1836年：“不論用什么方式完成化合，由此發(fā)出的熱總是恒定的?！?830年，法國薩迪卡諾：“準確地說，它既不會創(chuàng)生也不會消滅，實際上，它只改變了它的形式?！钡ㄖZ患了猩紅熱，腦膜炎，不幸又雪上加霜，患了流行性霍亂，于1832年去世?？ㄖZ的這一思想，在1878年才公開發(fā)表，但熱力學第一定律已建立了。二、確立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的三位科學家德國的邁爾(1814-1878)邁爾曾是一位隨船醫(yī)生，在一次駛往印度尼西亞的航行中，給生病的船員做手術時，發(fā)現(xiàn)血的顏色比溫帶地

57、區(qū)的新鮮紅亮，這引起了邁爾的沉思。他認為，食物中含有的化學能，可轉(zhuǎn)化為熱能，在熱帶情況下，機體中燃燒過程減慢，因而留下了較多的氧。邁爾的結論是：“因此力（能量）是不滅的，而是可轉(zhuǎn)化的，不可稱量的客體”。邁爾在1841年、1842年撰文發(fā)表了他的觀點，在1845年的論文中，更明確寫道：“無不能生有，有不能變無。”“在死的或活的自然界中，這個力（能）永遠處于循環(huán)和轉(zhuǎn)化之中?！边~爾是將熱學觀點用于有機世界研究的第一人。恩格斯對邁爾的工作給予很高的評價。亥姆霍茲德國科學家，他認為，大自然是統(tǒng)一的，自然力(即能量)是守恒的。1847年，發(fā)表著名論文力的守恒，把能量概念從機械運動推廣到普遍的能量守恒。焦耳

58、的實驗研究焦耳是英國著名的實驗物理學家，家境富裕。16歲在名家道爾頓處學習，使他對科學濃厚興趣。當時電機剛出現(xiàn)，焦耳在1841年發(fā)表文章指出:“熱量與導體電阻和電流平方成正比?！边@就是著名的焦耳楞次定律。探求熱和得到的或失去的機械功之間是否存在一個恒定的比值，又成了焦耳感興趣的問題。1845年，焦耳為測定機械功和熱之間的轉(zhuǎn)換關系，設計了“熱功當量實驗儀”，并反復改進，反復實驗。1849年發(fā)表論熱功當量。1878年發(fā)表熱功當量的新測定，最后得到的數(shù)值為423.85公斤米/千卡。焦耳測熱功當量用了三十多年，實驗了400多次，付出大量的辛勤勞動。能量守恒和轉(zhuǎn)化定律是自然界基本規(guī)律，恩格斯曾將它和進化

59、論、細胞學說并列為三大發(fā)現(xiàn)。熱力學第一定律建立的成因）理論邁爾邁爾是明確提出“無不能生有”，“有不能變無”的能量守恒與轉(zhuǎn)化思想的第一人。而這理論正是建立熱力學第一定律的基礎。）實驗焦耳由于焦耳精心嚴謹?shù)剡M行了熱功當量測定等一系列實驗，奠定了熱力學第一定律的實驗基礎，得到了人們的認同。）一批科學家的不懈努力亥姆霍茲將能量守恒定律第一次以數(shù)學形式提出來，而卡諾、賽貝等人也都有過這方面的見解。）說明了客觀條件成熟，相應的自然規(guī)律一定會發(fā)現(xiàn)。熱力學第二定律的建立：在實際情況中，并不是所有滿足熱力學第一定律的過程都能實現(xiàn)，比如熱不會自動地由低溫傳向高溫，過程具有方向性。這就導致了熱力學第二定律的出臺?？?/p>

60、勞修斯、開爾文、玻爾茲曼等科學家為此做了重要貢獻。1917年，能斯特進一步提出“絕對零度是不可能達到的”熱力學第三定律。第三節(jié)分子運動論的發(fā)展一、早期的分子運動論1）德莫克里特（公元前460-前371）：認為物質(zhì)皆由各種不同微粒組成。2）1658年，伽桑狄提出，物質(zhì)是由分子構成的。二、克勞修斯的理想氣體分子模型1857年發(fā)表論熱運動的類型的文章，以十分明晰和信服的推理，建立了理想氣體分子模型和壓強公式，引入了平均自由程的概念。三、麥克斯韋的貢獻1860年，麥克斯韋發(fā)表了氣體動力論的說明，第一次用概率的思想，建立了麥克斯韋分子速率分布律。四、玻爾茲曼的工作在麥氏速率分布率的基礎上，第一次考慮了重