第三章 經(jīng)典力學(xué)的建立

1、§1.哥白尼、第谷、開普勒§2.運(yùn)動學(xué)的奠基人——伽利略§3. 牛頓的偉大綜合和理論飛躍§4.牛頓后力學(xué)的發(fā)展（略）,第三章 經(jīng)典力學(xué)的建立,§1.哥白尼、第谷、開普勒一.哥白尼與“天體運(yùn)行論”二.第谷與開普勒,新 芽 破 土 ：二. 哥 白 尼 與 “天 體 運(yùn) 行 論”,一.哥白尼與“天體運(yùn)行論” 哥白尼(1473～1543 )：波蘭偉大的天文

2、學(xué)家，日心體系的提出，是自然科學(xué)向神學(xué)的第一次嚴(yán)正挑戰(zhàn)，標(biāo)志著自然科學(xué)從神學(xué)中獨(dú)立出來。 18歲進(jìn)入克拉科夫大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和天文學(xué)； 23歲(1496年)到文藝復(fù)興的意大利留學(xué)。,1503年，哥白尼回到波蘭后，在擔(dān)任牧師職務(wù)期間堅(jiān)持進(jìn)行天文學(xué)觀測和新的宇宙體系的研究。,對其影響人物：1）諾瓦拉(Novara，波倫亞大學(xué)天文學(xué)教授)：認(rèn)為托勒密體系過于復(fù)雜、不符合數(shù)的諧和原則。2）阿里斯塔克：留學(xué)期間，他還閱讀了大量古希臘學(xué)

3、者的著作，受到了其中有關(guān)地球運(yùn)動思想的啟發(fā)，為他創(chuàng)立新的宇宙體系奠定了思想基礎(chǔ)。,1）托勒密的地心體系存在的問題：由于觀測技術(shù)的進(jìn)步,原來的八十個左右的均輪和本輪已不能滿足日益增加的觀測數(shù)據(jù)，必須增加更多的小輪。2）發(fā)現(xiàn)：哥白尼發(fā)現(xiàn)，在托勒密體系中，每個行星都有三種共同的周期運(yùn)動,即:一天一周、一年一周和相當(dāng)于歲差的周期運(yùn)動。3）他認(rèn)為：如果把這三種運(yùn)動都?xì)w到被托勒密視為靜止不動的地球身上，托勒密體系就一下簡單了很多。只有月球繞地球

4、轉(zhuǎn)動。恒星則在離太陽很遠(yuǎn)的一個天球面上靜止不動。4）日心體系的提出：這樣，哥白尼提出了一個以太陽為中心的宇宙體系。在這個體系中，天體從遠(yuǎn)到近的順序是：恒星不動；土星，30年轉(zhuǎn)一周；木星，12年一周；火星，2年一周；地球和月亮一年一周；金星，9個月一周；水星，80天一周等。,由于擔(dān)心教會譴責(zé)，他遲遲沒有公開發(fā)表自己的見解。1530年，哥白尼才將他的學(xué)說寫成一個小冊子《綱要》，以手稿形式在友人中流傳。直到1542年，在他生命垂危之際，才同

5、意將他的主要著作《天體運(yùn)行論》交付印行。并且在書的序中寫明，將他的著作獻(xiàn)給教皇保羅三世。他認(rèn)為，在這位比較開明的教皇的庇護(hù)下，《天體運(yùn)行論》也許可以問世。 除了這篇序之外，《天體運(yùn)行論》還有另外一篇奧塞安德爾寫的前言。前言中說，書中的理論不一定代表行星在空間的真正運(yùn)動，不過是為編算星表、預(yù)推行星的位置而想出來的一種人為的設(shè)計(jì)。,《天體運(yùn)行論》在出版后七十年間，雖然遭到馬丁?路德的斥責(zé)，但未引起羅馬教廷的注意。后因布魯諾和伽利略公

6、開宣傳日心地動說，危及天主教會的思想統(tǒng)治，羅馬教廷才開始對這些科學(xué)家加以迫害，并于公元1616年把《天體運(yùn)行論》列為禁書。 哥白尼的學(xué)說不僅改變了那個時代人類對宇宙的認(rèn)識，而且從根本上動搖了歐洲中世紀(jì)宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ)。“從此自然科學(xué)便開始從神學(xué)中解放出來”，“科學(xué)的發(fā)展從此便大踏步前進(jìn)”,,二.第谷與開普勒 1.第谷(Tycho Brahe,1546-1601，丹麥人，貴族家庭) 1)新天文臺修建：1576年，在丹麥國王腓

7、特烈二世資助下，在哥本哈根海峽的一個小島上修建了一座完善的天文臺，測量精度較前人提高了幾十倍。 2)天文觀測：21年持之以恒的觀測中，各行星角位置的誤差僅為2’(即0.033°，1°=60’)。 3)觀點(diǎn)：他將托勒密的地心體系和哥白尼的日心體系進(jìn)行了折中，認(rèn)為：除地球和圍繞它的月亮外，其他天體都繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽率領(lǐng)眾行星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，地球是靜止不動的。被人譽(yù)為“星學(xué)之王”。 腓特烈二世逝世后，第谷失去

8、了資助。1599年，他在布拉格得到了奧皇盧道夫的一份贈款，于是他把部分儀器搬到了布拉格。在這里，他得到了一個青年助手開普勒。他們共同進(jìn)行觀察，直到1601年第谷去世。,第谷像,新 芽 破 土 ：三. 第 谷 與 開 普 勒,第谷使用的天文儀器,第谷的墻壁象限儀,德國近代著名的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家。他以數(shù)學(xué)的和諧性探索宇宙，在天文學(xué)方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。被后世的科學(xué)史家稱為“天上的立法者”。 開普勒

9、出生在一個貧民家庭，由于生病 身有殘疾。1587年進(jìn)入蒂賓根大學(xué)，遇到秘密宣傳哥白尼學(xué)說的天文學(xué)教授麥斯特林，并很快成為哥白尼學(xué)說的忠實(shí)擁護(hù)者。大學(xué)畢業(yè)后，被聘請到格拉茨新教神學(xué)院擔(dān)任教師。后來，由于學(xué)校被天主教會控制，開普勒離開神學(xué)院前往布拉格，與第谷一起專心從事天文觀測工作。第谷死后，開普勒接替了他的職位，被聘為皇室的數(shù)學(xué)家。 第谷在臨終前將自己多年積累的天文觀測資料全部交給了開普勒，于是開普勒一邊根據(jù)第谷的觀測資料重新編

10、制行星表，并于1627年出版了《盧道夫行星表》，一邊進(jìn)行著對行星軌道特點(diǎn)的研究。,2.德國天文學(xué)家開普勒(1571-1630),1)發(fā)現(xiàn)問題：開普勒用正圓編制火星的運(yùn)行表時，發(fā)現(xiàn)火星老是出軌。后改為偏心圓，但依照這個方法來預(yù)測火星的位置，跟第谷的觀測數(shù)據(jù)仍然不符，產(chǎn)生8’的誤差。2)對軌道的懷疑：開普勒知道第谷觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以他沒有將這一誤差視為“觀測范圍內(nèi)的允許誤差”，而是認(rèn)為“勻速圓周運(yùn)動”的假設(shè)可能存在錯誤。3)新軌道的

11、研究：此后，開普勒轉(zhuǎn)向了用第谷的觀測數(shù)據(jù)去確定行星的運(yùn)行軌道。從而發(fā)現(xiàn)火星軌道是一種橢圓，并進(jìn)而發(fā)現(xiàn)每個行星都沿橢圓軌道運(yùn)動，太陽就在一個焦點(diǎn)上；接著又發(fā)現(xiàn)面積定律。上述兩定律發(fā)表在1609年出版的《新天文學(xué)》上。在1619年出版的《世界的和諧》中公布了周期定律。4)意義：開普勒的上述重要發(fā)現(xiàn)，為牛頓創(chuàng)立天體力學(xué)理論奠定了基礎(chǔ)。,,一.伽利略生平二.伽利略的貢獻(xiàn)二.伽利略在科學(xué)史上的地位,§2.運(yùn)動學(xué)的奠基人——伽利略,

12、,一.伽利略(1564-1642, Galileo Galilei )生平,出生于意大利比薩，卒于意大利比薩。運(yùn)動學(xué)的奠基人。 12歲時，進(jìn)入佛羅倫薩附近的瓦洛姆布洛薩修道院，接受古典教育。 17歲時，他進(jìn)入比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，同時潛心鉆研物理學(xué)和數(shù)學(xué)。未畢業(yè)輟學(xué)。 離開比薩大學(xué)期間，他深入研究古希臘學(xué)者歐幾里得、阿基米德等人的著作。寫了《天平》《論重力》，受到高度重視。 25歲（1589年）被聘為比薩大學(xué)的數(shù)

13、學(xué)教授。兩年后，伽利略因?yàn)橹谋人_斜塔實(shí)驗(yàn)，觸怒了教會，失去工作。 1592年，伽利略來到威尼斯的帕多瓦大學(xué)任教，開始了科學(xué)黃金期：研究了斜面運(yùn)動、力的合成、拋射體運(yùn)動等，取得了累累碩果。他還對液體與熱學(xué)作了研究，發(fā)明了溫度計(jì)。 1609年5月，制成望遠(yuǎn)鏡。幾個星期內(nèi)，伽利略使用這臺望遠(yuǎn)鏡便獲得幾項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年出版《星界信使》。并轟動了歐洲，也為伽利略贏得了崇高的榮譽(yù)。被稱為“天空的哥倫布”。伽利略被聘為“宮廷哲學(xué)

14、家”和“宮廷首席數(shù)學(xué)家”。 1611年到羅馬并擔(dān)任林嗣科學(xué)院的院士。,1613年，他發(fā)表《論太陽黑子》，明確指出了哥白尼學(xué)說是正確的，觸怒了教會，開始受到宗教裁制所的審訊。 1632年1月，出版《關(guān)于托勒密和哥白尼的兩大世界體系的對話》。宣告托勒密地心說破產(chǎn)，動搖了教會的最高權(quán)威。 1633年2月以“反對教皇,宣揚(yáng)邪學(xué)”被羅馬宗教裁判所判處終身監(jiān)禁。 1636年，伽利略在監(jiān)禁中偷偷地完成《關(guān)于兩種新科

15、學(xué)的對話》。1638年在荷蘭出版。 1638年以后，雙目逐漸失明，晚景凄涼。 1642年1月8日逝世。 1979年11月10日，羅馬教皇才宣布：1633年對伽利略的宣判是不公正的。 1980年10月重審這一案件，研究科學(xué)同宗教的關(guān)系，研究伽利略學(xué)說的科學(xué)價值及其對現(xiàn)代科學(xué)思想的貢獻(xiàn)。 1992年10月31日，獲得梵蒂岡教皇的平反。 為了紀(jì)念伽利略的功績，人們把木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木

16、衛(wèi)四命名為伽利略衛(wèi)星。,二.伽利略的貢獻(xiàn) 主要有三個方面：力學(xué)、天文學(xué)（略）和哲學(xué)（略）。1.發(fā)現(xiàn)了擺的等時性 1582年（18歲），一次去教堂做禮拜，注意到教堂里吊燈在擺動，他按自己脈博的跳動來計(jì)時，發(fā)現(xiàn)它們往復(fù)運(yùn)動的時間總是相等。從而發(fā)現(xiàn)了擺的等時性。后來荷蘭物理學(xué)家惠更斯根據(jù)這個原理制成掛擺時鐘，人們稱之為"伽利略鐘"。 2.自由落體定律①首先從思想實(shí)驗(yàn)得出的一個佯謬入手，否定了亞里士

17、多德的落體學(xué)說：重物比輕物下落速度快？②通過數(shù)學(xué)推到出自由落體為勻加速運(yùn)動：利用三角形面積和一對應(yīng)的矩形面積相等確定 s/t2=常量③設(shè)計(jì)了“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)，即著名的“斜面實(shí)驗(yàn)”④為了把斜面實(shí)驗(yàn)推廣到豎直情況的自由落體運(yùn)動，提出了“等末速度假設(shè)”，并用一個單擺實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了假設(shè)。由等末速度假設(shè)得到了沿斜面下滑的加速度g1和重力加速度g之間的關(guān)系。,3. 加速度概念的提出 加速度概念的提出，在力學(xué)史上是一個里程碑。有了加速度的概

18、念，力學(xué)中的動力學(xué)部分才能建立在科學(xué)基礎(chǔ)之上，而在伽利略之前，只有靜力學(xué)部分有定量的描述。4.慣性原理 伽利略通過另一個理想實(shí)驗(yàn)，非正式提出慣性原理?！墩勗挕罚骸爱?dāng)一個物體在水平面上運(yùn)動，沒有碰到任何阻礙時…它的運(yùn)動將是勻速的，并將無限繼續(xù)進(jìn)行下去，假如平面是在空間無限延伸的話?！?.運(yùn)動的獨(dú)立進(jìn)行原理--拋體運(yùn)動軌跡 在《兩門新科學(xué)》的第四天談話中，詳細(xì)研究了拋體運(yùn)動，指出：假設(shè)物體以水平初速度拋出，這時物體將同時

19、參與一個勻速的水平運(yùn)動和一個勻加速的下落運(yùn)動…這兩個運(yùn)動既不彼此影響、干擾，也不互相妨礙”。并得出仰角為α=45°時射程最大，以及兩個仰角等于α=45°±β下射程相等得結(jié)論。,,,,6.相對性原理 在批駁“倘若地球運(yùn)動，就會把地球上面的物體拋到后面去”的謬論時，伽利略指出，從行駛的航船的桅桿上落下的石子，仍會落在桅桿腳下；…只要船的運(yùn)動是均勻的，也不忽左忽右擺動，人們所觀察到的現(xiàn)象同船

20、靜止時完全一樣，人們跳向船尾不會比跳向船頭更遠(yuǎn)；從掛著的水瓶中滴下的水滴仍會滴進(jìn)下方的罐子里；蝴蝶和蒼蠅四處飛行，決不會向船尾集中，或者是為了趕上船的運(yùn)動而顯出疲勞的樣子?！@些現(xiàn)象表明，在船里所做的任何觀察和實(shí)驗(yàn)，都不能夠判斷船究竟是在運(yùn)動還是停止不動?！?這一原理的發(fā)現(xiàn)，是人類科學(xué)史上的一個重大飛躍，對物理學(xué)基礎(chǔ)理論的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。7.材料力學(xué)研究：正確地?cái)喽旱目箯澞芰蛶缀纬叽绲牧W(xué)相似關(guān)系。他指出，對長

21、度相似的圓柱形梁，抗彎力矩和半徑立方成比例。8.溫度計(jì)的發(fā)明。,運(yùn) 動 學(xué) 的 奠 基 人——伽 利 略：二. 意 義,,三. 伽利略在科學(xué)史上的地位 1.糾正了統(tǒng)治歐洲近兩千年的亞里士多德的錯誤觀點(diǎn)，動搖了宗教教會的統(tǒng)治。 2.創(chuàng)立了研究自然科學(xué)的新方法：對現(xiàn)象的一般觀察→提出工作假設(shè)→運(yùn)用數(shù)學(xué)和邏輯的手段得出特殊結(jié)論→通過物理的或思想的實(shí)驗(yàn)對推論進(jìn)行檢驗(yàn)→對假設(shè)進(jìn)行修正和推廣。即：觀察—假設(shè)—數(shù)學(xué)和邏輯推理

22、—實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。,后來，惠更斯繼續(xù)了伽利略的研究工作，他導(dǎo)出了單擺的周期公式和向心加速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 牛頓在系統(tǒng)地總結(jié)了伽利略、開普勒等人的工作后，得到了牛頓運(yùn)動三定律和萬有引力定律。 愛因斯坦的評價：“伽利略的發(fā)現(xiàn)，以及他所用的科學(xué)推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正的開端！”,伽利略視頻,§3.牛頓的偉大綜合和理論飛躍一.牛頓簡介二.牛頓的《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》的內(nèi)容和意義（16

23、87年發(fā)表）三.萬有引力定律的建立、檢驗(yàn)和意義四.牛頓取得成功的歷史條件五.牛頓的方法論六.牛頓的成就總結(jié)七.牛頓的局限,,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,一.牛頓簡介 1642年的12月25日出生于英格蘭的伍爾索普，出生三個月前，父親去世。 2歲時母親改嫁給一位史密斯牧師，牛頓由外祖母撫養(yǎng)。給牛頓心理和性格上造成了巨大影響。 6歲上學(xué)，性格怯弱，常受同學(xué)欺負(fù)。學(xué)習(xí)

24、也不太用功，但善于觀察和動手。 12歲時，在格蘭瑟姆中學(xué)讀書。住在克拉克夫人家里。期間，母親的后夫去世。 14歲，在母親的要求下，牛頓輟學(xué)回家，在家?guī)椭S持生計(jì)。但干活心不在焉，一心看書學(xué)習(xí)，思考問題。后被舅舅發(fā)現(xiàn)，牛頓又重新回到學(xué)校讀書。 19歲（1661年）進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院。 1664年牛頓被選為巴羅的助手； 1665年大學(xué)畢業(yè)獲學(xué)士學(xué)位。在這段學(xué)習(xí)過程中，牛頓掌握了算術(shù)、

25、三角，學(xué)習(xí)了歐幾里得的《幾何原理》，開普勒的《光學(xué)》，笛卡兒的《幾何學(xué)》和《哲學(xué)原理》，以及伽利略的《兩大世界體系的對話》，胡克的《顯微圖集》和早期的《哲學(xué)學(xué)報(bào)》等。,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,1665～1666年倫敦大疫。學(xué)校停課。牛頓于1665年6月回到故鄉(xiāng)烏爾索普。 牛頓在家躲避瘟疫的18個月內(nèi)，對力學(xué)、天文學(xué)、數(shù)學(xué)和光學(xué)等方面進(jìn)行了偉大的基礎(chǔ)性研究工作，幾乎孕育了他一生

26、作出重大貢獻(xiàn)的所有思想基礎(chǔ)。 他在自轉(zhuǎn)中寫到：“1665年初，我發(fā)現(xiàn)了……把任意指數(shù)（冪次）的二項(xiàng)式簡化為級數(shù)的法則。同年5月我發(fā)現(xiàn)了正切方法…11月發(fā)現(xiàn)了直接流數(shù)法（即微分學(xué)）。次年1月發(fā)現(xiàn)了色彩理論。接著5月著手研究流數(shù)法的逆運(yùn)算（積分）。同年我開始考慮如何把重力推廣到月球軌道…以及將維持月球在其軌道上運(yùn)動所需要的力與地球表面上的重力加以比較……”?！霸谶@些日子里，我正處在發(fā)現(xiàn)力最旺盛的時期?！?16

27、67年重返劍橋大學(xué)； 1668年7月獲碩士學(xué)位； 1669年巴羅推薦26歲的牛頓繼任盧卡斯講座教授， 同年發(fā)表《運(yùn)用無限多項(xiàng)方程》； 1671年發(fā)表《流數(shù)術(shù)與無窮級數(shù)》，并發(fā)明反射式望遠(yuǎn)鏡； 1672年成為皇家學(xué)會會員； 1676年發(fā)表《曲線求積術(shù)》三篇論文；,,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論

28、 飛 躍,1687年出版曠世之作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。 1689:國會議員。 1699:造幣廠長； 1701年辭去劍橋大學(xué)工作； 1703年任英國皇家學(xué)會終身會長。 1704年出版他的另一本科學(xué)經(jīng)典著作《光學(xué)》； 1705年被英國女王授予爵士稱號。 1727.3.20去世(85歲).隆重國葬，葬于威斯敏斯特教堂。,,二

29、.牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,序言:“我把這部著作叫做自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，因?yàn)檎軐W(xué)的全部任務(wù)看來就在于從各種運(yùn)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(xué)中推導(dǎo)出自然界的其他現(xiàn)象?！?(一) 內(nèi)容 （牛頓三定律，略）,牛頓的絕對時空觀： 時間是絕對的，空間是絕對的，運(yùn)動是絕對的，而靜止則是相對的 “絕對的、

30、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、與任何其他外界事物無關(guān)地流逝著”；(絕對時間) “絕對的空間，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”；(絕對空間) “絕對運(yùn)動是一個物體從某一絕對處所向另一絕對處所的移動”；(絕對運(yùn)動) “真正的、絕對的靜止，是指這一物體繼續(xù)保持在不動的空間中的同一個部分而不動”。(靜止是相對的),為給“絕對空間和運(yùn)動”尋找證據(jù)，提出著名的“水桶實(shí)驗(yàn)”,馬赫

31、對絕對時空的批判,17世紀(jì)后期，牛頓設(shè)計(jì)了一個水桶實(shí)驗(yàn),說明水面的平凹與桶之間的相對運(yùn)動無關(guān)，而與水相對絕對空間的運(yùn)動有關(guān)，從而試圖證明存在一個絕對空間(絕對慣性系),(二) 意義:1.《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的出版，標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的建立；是當(dāng)時力學(xué)規(guī)律的偉大綜合；2.絕對時空觀的形成；3.機(jī)械決定論的形成；,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,,三.萬有引力定律的建立、檢驗(yàn)和意義（一）萬有引

32、力定律的建立 胡克的工作：胡克最早覺察到引力與重力有同樣本質(zhì)，他曾在山頂和礦井下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定重力隨離地心的距離而變化的關(guān)系，但沒得出結(jié)果。1680年初，在給牛頓的信中，胡克提出了引力反比距離的平方的猜想；倫恩和哈雷的工作：1679年哈雷和倫恩導(dǎo)出了作用于圓形軌道運(yùn)動的行星的引力與它們到太陽的距離的平方成反比，但他們還不能證明行星在橢圓軌道下也是如此。牛頓：1684年8—10月，牛頓作了《論運(yùn)動》的演講，明確敘

33、述了向心力定律，證明了橢圓軌道運(yùn)動的平方反比關(guān)系。后來又定義了質(zhì)量的概念，探討了引力和質(zhì)量的關(guān)系，才把他引向萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)。 在《原理》中，牛頓描述了從高山頂上平拋一個鉛球的思想實(shí)驗(yàn)，我們稱為牛頓月亮或小月球思想實(shí)驗(yàn)，從而把地球上物體的重力和天體之間的引力聯(lián)系到一起。,1.牛頓通過靠近地面的“小月亮”運(yùn)動的思想實(shí)驗(yàn)，論證了“使月球保持在它軌道上的力，就是我們通常稱為‘重力’的力”。,2.通過“月—地檢驗(yàn)”說明了月球所受引

34、力與地面上物體所受引力遵循相同的規(guī)律：引力與半徑的平方成反比關(guān)系。并將此結(jié)果推廣到行星的運(yùn)動上去，從而得出宇宙間所有物體之間的引力遵循的規(guī)律都相同的結(jié)論。所以稱為萬有引力。（略）,（二）萬有引力定律的檢驗(yàn),1)關(guān)于地球的形狀2)哈雷彗星3)“海王星”的發(fā)現(xiàn)4)卡文迪什測定萬有引力常數(shù),1）關(guān)于地球的形狀：牛頓指出：行星由于自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，赤道部分應(yīng)該隆起，使行星成為兩極扁平的扁球體。隆起部分將一部分接近太陽和月亮，另一部分遠(yuǎn)離太

35、陽和月亮，它們受到的引力作用不同，使太陽和月亮的引力攝動作用不通過地球中心，從而使地球的軸作一種緩慢的圓周運(yùn)動，造成二分點(diǎn)的歲差現(xiàn)象，牛頓近似估算出地球的扁率為1/230。反對聲：18世紀(jì)30年代，當(dāng)牛頓的學(xué)說傳到法國時，受到巴黎天文臺臺長雅克?卡西尼（Jacques Cassini,1677-1756）等人的強(qiáng)烈反對，他們根據(jù)笛卡兒的旋渦理論假說和錯誤的緯度長度的測量，說地球使兩極凸出的橢球體。驗(yàn)證：為了得到更準(zhǔn)確的大地測量結(jié)果，

36、法國科學(xué)院于1735-1736年先后派出兩個測量遠(yuǎn)征隊(duì)，分赴赤道地區(qū)的秘魯和高緯度地區(qū)的拉普蘭德，分別在兩地的經(jīng)度圈上測量等角的一段弧長。測量結(jié)果基本證實(shí)了牛頓的結(jié)論。從而使拉普蘭德隊(duì)的領(lǐng)隊(duì)莫泊丟和成員克雷洛成為牛頓的支持者。,2)哈雷彗星早期對彗星的認(rèn)識：1682年以前，人們認(rèn)為彗星出現(xiàn)時，它將給人類帶來災(zāi)難。牛頓的計(jì)算：牛頓根據(jù)天文資料，應(yīng)用萬有引力定律，說明和計(jì)算出了彗星的運(yùn)動軌跡。哈雷的工作：英國天文學(xué)家哈雷(1656-1

37、742)，根據(jù)牛頓理論進(jìn)一步計(jì)算了大量彗星的運(yùn)動軌道，得出1531年、1607年、1682年出現(xiàn)的彗星軌道相同，因此應(yīng)是同一彗星。由此預(yù)言這彗星1758年還將出現(xiàn)?？死茁宓墓ぷ鳎?743年，克雷洛曾計(jì)算了木星和土星對這顆彗星的攝動作用，指出它將推遲于1759年4月附近經(jīng)過近日點(diǎn)。驗(yàn)證：1759年3月12日，這顆星出現(xiàn)了。,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,3)海王星的發(fā)現(xiàn) 1781年，赫

38、舍爾發(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(yùn)動有偏差，于是預(yù)言，還應(yīng)該存在另一顆星。,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,柏林天文學(xué)家伽勒(Johann Gottfried Galle,1812-1910)于1846年9月23日，在距離勒威爾推算出的位置誤差不到1°的地方發(fā)現(xiàn)了這顆星—海王星。,1843-1845年英國青年大學(xué)生亞當(dāng)斯(John Couch Adam

39、s)、1845年法國天文學(xué)家勒威爾(Leverrier)各自分別獨(dú)立地根據(jù)牛頓的理論計(jì)算出了該未知行星的質(zhì)量、軌道和位置。,4)卡文迪什測定萬有引力常數(shù) 從牛頓于1687年出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，整整一百年時間，還沒有任何實(shí)驗(yàn)或事實(shí)能證明在任意的兩個物體之間確實(shí)存在引力，以及引力大小。直到1797年，卡文迪什在實(shí)驗(yàn)室條件下，用扭秤實(shí)驗(yàn) 測量了兩個物體間微小引力和萬有引力常數(shù)，才最終解決了定律的驗(yàn)證問題。,（三）萬有引力

40、定律建立的意義1.人類第一次完成了天體運(yùn)動與地面物體運(yùn)動的統(tǒng)一。2.建立了天體力學(xué)；3.是人類科學(xué)認(rèn)識的一次重大綜合和飛躍。,,,,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,,四.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(yùn)行規(guī)律進(jìn)行研究； 對機(jī)械加工運(yùn)輸 作物理原理的解釋。 2.站在巨人的肩上 數(shù)學(xué)：歐幾里德——笛卡爾——萊

41、布尼茲； 力學(xué)：達(dá).芬奇——伽里略——惠更斯； 天文學(xué)：哥白尼——第谷——開普勒； 引力思想：吉爾伯特——布里阿德——玻列利。 3.在英國，政局比較穩(wěn)定，開始注重科學(xué)研究。 4.科學(xué)的國際研究聯(lián)系加強(qiáng) 英法成立了“皇家學(xué)會”及“皇家科學(xué)院”,,,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,五.牛頓的方法論 牛頓的幾種科學(xué)方法：　?、賹?shí)驗(yàn)—理論—

42、應(yīng)用法　?、诜治觥C合法 ③歸納—演繹方法 ④物理—數(shù)學(xué)方法 牛頓的方法論原理： 牛頓在科學(xué)方法論上的貢獻(xiàn)正如他在物理學(xué)特別是力學(xué)中的貢獻(xiàn)一樣，不只是創(chuàng)立了某一種或兩種新方法，而是形成了一套研究事物的方法論體系，提出了幾條方法論原理，主要集中表述在《原理》第三篇“哲學(xué)中的推理法則”中的四條法則中。 法則1. 簡單性原理 法則2. 因果性原理 法則3. 普遍性原理 法則4

43、. 否證法原理（即無反例證明者即成立）,,,,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,,六.牛頓的成就總結(jié) 1.在力學(xué)方面，牛頓總結(jié)出機(jī)械運(yùn)動的三個基本定律，并獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。他把地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一到一個基本的力學(xué)體系中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系。 2.在光學(xué)方面，牛頓曾致力于色的現(xiàn)象和光的本性的研究。 1666年他用三棱鏡分析日光，發(fā)現(xiàn)白光是由不同顏色的光構(gòu)成的，成為光譜分析的基

44、礎(chǔ)。他創(chuàng)立了光的“微粒說”。 3.在數(shù)學(xué)方面，牛頓提出了“流數(shù)法”，建立了二項(xiàng)式定理，并和萊布尼茨同時創(chuàng)立了微積分學(xué)，開辟了數(shù)學(xué)史上的一個新紀(jì)元。 4.在天文學(xué)方面，發(fā)現(xiàn)萬有引力定律，并于1671年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡。他解釋了潮汐現(xiàn)象，預(yù)言地球不是正球體。,七.牛頓的局限1)絕對時空：在承認(rèn)時間和空間的客觀性質(zhì)上是正確的，但把時間和空間看作與物質(zhì)運(yùn)動無關(guān)。2）絕對質(zhì)量：他認(rèn)為物體的“質(zhì)量”具有客觀性和永恒性，但同時認(rèn)為物體

45、的質(zhì)量是不變的，因而具有歷史局限性。3）機(jī)械決定論：牛頓所總結(jié)的運(yùn)動定律，確立了嚴(yán)格的因果關(guān)系。根據(jù)初始條件，就可以準(zhǔn)確確定體系以往和未來任一時刻的運(yùn)動狀態(tài)。所以他認(rèn)為一切自然現(xiàn)象只能按照機(jī)械的必然性發(fā)生和進(jìn)行。4)上帝決定論：《原理》之后，牛頓一直致力于《圣經(jīng)》的研究，并開始寫這方面的著作,手稿達(dá)150萬字之多，絕大部分未發(fā)表。關(guān)于牛頓在1692～1693年間答復(fù)本特萊大主教 4封信論造物主（上帝）之存在，最為后人所詬病。所謂神臂

46、就是第一推動出于第四封信中。,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,end,牛 頓 的 偉 大 綜 合 和 理 論 飛 躍,,文藝復(fù)興（14-16世紀(jì)） 文藝復(fù)興是指13世紀(jì)末在意大利各城市興起，以后擴(kuò)展到西歐各國，于16世紀(jì)在歐洲盛行的一場思想文化運(yùn)動，帶來一段科學(xué)與藝術(shù)革命時期，揭開了近代歐洲歷史的序幕，被認(rèn)為是中古時代和近代的分界。馬克思主義史學(xué)家認(rèn)為是封建主義時代和

47、資本主義時代的分界。 13世紀(jì)末期，在意大利商業(yè)發(fā)達(dá)的城市，新興的資產(chǎn)階級中的一些先進(jìn)的知識分子借助研究古希臘、古羅馬藝術(shù)文化，通過文藝創(chuàng)作，宣傳人文精神。 中古時代（即中世紀(jì)）指約從公元500年到1500年之間一千年來的歐洲歷史。中古時代的開始，標(biāo)示著西羅馬帝國的衰落，古典時期的古代歷史在此告一段落；而中古時代的結(jié)束，則指示出文藝復(fù)興時代(歐洲的重生)的開始。有幾件大事情可作為中古時代結(jié)束的記號，其中包括君士坦丁堡在1453年

48、的淪陷、1456年首次使用印刷機(jī)、歐洲人在1492年發(fā)現(xiàn)新大陸、馬丁路德在1517年帶領(lǐng)新教徒的宗教改革以及藝術(shù)在意大利的繁盛等。而中古時代就在古代與現(xiàn)代歷史之間的中間時段落幕。 性質(zhì)：是一場資產(chǎn)階級文化運(yùn)動。　　核心：人文主義精神　　產(chǎn)生的根本原因：生產(chǎn)力的發(fā)展，資本主義萌芽的出現(xiàn)?！　”举|(zhì)：本質(zhì)是以人文主義沖擊宗教神權(quán)的束縛，解放人們的思想。實(shí)際上，文藝復(fù)興時期的思想家們不是完全提倡復(fù)古，而是借古代文化之名宣傳新的資產(chǎn)