经典物理学.近代篇3

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1、第三章第三章 经典物理学的诞生与发展经典物理学的诞生与发展 从从1616世纪到世纪到1818世纪，大约有世纪，大约有300300年的时间年的时间, ,是是近代自近代自 然科学形成和发展时期。然科学形成和发展时期。这一时期，在资产阶级民这一时期，在资产阶级民 主革命和资本主义生产发展的推动下，自然科学摆主革命和资本主义生产发展的推动下，自然科学摆 脱了宗教神学的束缚和坚持对自然界进行精密的观脱了宗教神学的束缚和坚持对自然界进行精密的观 察和实验的研究，以前所未有的速度发展起来。察和实验的研究，以前所未有的速度发展起来。第第 谷、开普勒、伽利谷、开普勒、伽利 略、笛卡尔、牛顿略、笛卡尔、牛顿等科学

2、家都为等科学家都为 新时代科学思想的建立作出了贡献。其中最杰出的新时代科学思想的建立作出了贡献。其中最杰出的 成就是成就是牛顿创立了经典力学体系牛顿创立了经典力学体系，实现了以，实现了以力学力学为为 中心的科学知识的第一次大综合。中心的科学知识的第一次大综合。 经典力学体系的建立经典力学体系的建立 热力学与统计物理学的诞生热力学与统计物理学的诞生 光学的发展光学的发展 经典电磁学的创立和发展经典电磁学的创立和发展 第一节第一节 经典力学体系的建立经典力学体系的建立 一、一、近代力学知识的积累近代力学知识的积累 杰出的观测家杰出的观测家第谷第谷.布拉赫布拉赫 德国天文学家德国天文学家开普勒开普勒

3、 意大利科学家意大利科学家伽利略伽利略 荷兰科学家荷兰科学家惠更斯惠更斯 英国科学家英国科学家胡克胡克 二、牛顿力学体系的建立二、牛顿力学体系的建立 英国科学家英国科学家牛顿牛顿 经典力学是从伽利略和开普勒时代开始的，到牛经典力学是从伽利略和开普勒时代开始的，到牛 顿时代到达成熟阶段。顿时代到达成熟阶段。 丹麦天文学家丹麦天文学家第谷第谷（15461546- -16011601）出身）出身 贵族家庭，贵族家庭，1313岁进入哥本哈根大学学习岁进入哥本哈根大学学习 法律。法律。1414岁时，他根据预报观察到一次岁时，他根据预报观察到一次 日食，使他对天文学产生了极大的兴趣，日食，使他对天文学产生

4、了极大的兴趣， 并阅读了托勒密的著作。并阅读了托勒密的著作。15631563年他写出年他写出 了第一份天文观测资料，记载了木星、了第一份天文观测资料，记载了木星、 土星和太阳在一直线上的情况。从此他土星和太阳在一直线上的情况。从此他 开始了毕生的天文研究工作。开始了毕生的天文研究工作。 最重要的发现是最重要的发现是15721572年年1111月月1111日观测了仙后座的新星爆发。日观测了仙后座的新星爆发。 15761576年，在丹麦与瑞典间的年，在丹麦与瑞典间的赫芬岛赫芬岛开始建立开始建立“观天堡观天堡”， 这是世界上最早的大型天文台。这是世界上最早的大型天文台。 一、近代力学知识的积累一、近

5、代力学知识的积累 1 1、开普勒三定律的发现、开普勒三定律的发现(1)(1)星学之王：第谷星学之王：第谷 15991599年，第谷移居布拉格。后与德国天文学家开普勒相遇，年，第谷移居布拉格。后与德国天文学家开普勒相遇， 邀请开普勒为自己的助手。邀请开普勒为自己的助手。16011601年年1010月月2424日，第谷逝世，终日，第谷逝世，终 年年5757岁。第谷是一位岁。第谷是一位杰出的观测家杰出的观测家，为后人留下了大量精确，为后人留下了大量精确 的天文观测资料的天文观测资料, ,尤其是第谷对行星的观测为天文学后来的尤其是第谷对行星的观测为天文学后来的 发展有着重要意义。但他的宇宙观却是错误的

6、，第谷本人不发展有着重要意义。但他的宇宙观却是错误的，第谷本人不 接受任何地动的思想。接受任何地动的思想。 第谷的天文学工作主要在第谷的天文学工作主要在 实测实测方面，他研究了精密天方面，他研究了精密天 文学的大多数问题，包括研文学的大多数问题，包括研 制建造高精度的天文仪器，制建造高精度的天文仪器， 获得精确而系统的观测资料，获得精确而系统的观测资料， 以很高的精度测定了许多重以很高的精度测定了许多重 要的天文常数。要的天文常数。 开普勒三定律的发现开普勒三定律的发现(2)天空的立法者天空的立法者 开普勒（开普勒（17511751- -1630 1630 ）15711571年年1212月月2

7、727日出生于斯图日出生于斯图 加特附近魏尔市的一个中等家庭。加特附近魏尔市的一个中等家庭。3 3岁时得过天花，岁时得过天花， 致使手眼留下残疾。为了找到一份合适的工作，开致使手眼留下残疾。为了找到一份合适的工作，开 普勒进入杜宾根大学学习神学。求学期间，他显示普勒进入杜宾根大学学习神学。求学期间，他显示 了出众的数学才华。开普勒从他的老师了出众的数学才华。开普勒从他的老师杜宾根杜宾根 大学天文教授大学天文教授麦斯特林麦斯特林那里得知了哥白尼的日心说，那里得知了哥白尼的日心说， 并成为哥白尼学说的坚定拥护者。并成为哥白尼学说的坚定拥护者。 大学毕业后，开普勒来到了奥地利，由大学毕业后，开普勒来

8、到了奥地利，由麦斯特林麦斯特林推荐推荐 到格拉茨大学当了一名天文学讲师。开普勒对数学的到格拉茨大学当了一名天文学讲师。开普勒对数学的 爱好、对自然界数的和谐的神秘感受，始终支配着他爱好、对自然界数的和谐的神秘感受，始终支配着他 对天空奥秘的探索活动。开普勒在第谷观测资料的基对天空奥秘的探索活动。开普勒在第谷观测资料的基 础上，进行深入研究得到行星运动的三大定律。础上，进行深入研究得到行星运动的三大定律。 开普勒能在行星运动理论上取得突破性的成就，获益于他开普勒能在行星运动理论上取得突破性的成就，获益于他能获得的三大遗产：能获得的三大遗产： (1)(1)哥白尼的日心体系。哥白尼的日心体系。 (2

9、)(2)第谷的精确观测资料第谷的精确观测资料火星的位置资料。火星的位置资料。 (3)(3)威廉威廉 吉尔伯特（吉尔伯特（1544154416031603）的）的论磁论磁（16001600），）， 在书中他认为地球是一个巨大的球形磁体。在书中他认为地球是一个巨大的球形磁体。 16001600年初他应邀到现为捷克的布拉格拜访第谷；年末在奥地年初他应邀到现为捷克的布拉格拜访第谷；年末在奥地 利的格拉茨受到宗教迫害之后回到布拉格成为第谷的助手，利的格拉茨受到宗教迫害之后回到布拉格成为第谷的助手， 并于并于16011601年成为第谷的接班人。年成为第谷的接班人。 在在16091609年出版的年出版的新天

10、文学新天文学中，开普勒发表了行星运动的中，开普勒发表了行星运动的 第一定律和第二定律。第一定律和第二定律。 16191619宇宙和谐论宇宙和谐论揭示行星轨道揭示行星轨道 大小和周期数学模型；大小和周期数学模型； 第一定律第一定律轨道定律：行星沿椭圆轨道绕日运行，太阳位于椭圆的一个轨道定律：行星沿椭圆轨道绕日运行，太阳位于椭圆的一个 焦点上。（焦点上。（抛弃圆）抛弃圆） 第二定律第二定律等面积定律：在相等时间间隔内，行星和太阳的连线（向径）等面积定律：在相等时间间隔内，行星和太阳的连线（向径） 所扫过椭圆的面积相等。即所扫过椭圆的面积相等。即行星的运动不是匀速的，行星的运动不是匀速的，离太阳越近

11、则速度离太阳越近则速度 越快越快。（。（偏心问题）偏心问题） 第三定律第三定律周期定律：行星绕日公转周期的平方，与行星各自离太阳平周期定律：行星绕日公转周期的平方，与行星各自离太阳平 均距离的立方成正比均距离的立方成正比. . 2 2、天空的哥伦布、近代科学之父、天空的哥伦布、近代科学之父伽利略伽利略 15641564年年2 2月月1515日生于意大利的比萨。日生于意大利的比萨。15811581年进年进 入比萨大学学习医学。但对数学非常着迷，入比萨大学学习医学。但对数学非常着迷， 执意不肯学医。后来辍学离开比萨大学。倾执意不肯学医。后来辍学离开比萨大学。倾 心研究欧几里得几何学和阿基米德力学。

12、先心研究欧几里得几何学和阿基米德力学。先 后在比萨大学、帕多瓦大学担任教授。后在比萨大学、帕多瓦大学担任教授。16241624 16301630年写作年写作两大世界体系的对话两大世界体系的对话. .16381638 年出版年出版关于力学和局部运动的关于力学和局部运动的两门新科学两门新科学 的对话及其数学证明集的对话及其数学证明集, ,并提出自由落体和并提出自由落体和 抛物体运动规律。抛物体运动规律。16421642年年1 1月月9 9日去世日去世. . 伽利略的力学贡献伽利略的力学贡献 单摆的发明单摆的发明 落体规律落体规律自由落体定律自由落体定律 “稀释重力稀释重力” 不同的斜面不同的斜面匀

13、加速匀加速 运动定律，开创了以可控性实验为基运动定律，开创了以可控性实验为基 础的近代科学的新时代础的近代科学的新时代 运动合成运动合成抛射体运动定律抛射体运动定律 惯性原理；运动的船惯性原理；运动的船运动相对性运动相对性 原理原理 ?从现象中抽出物理规律，从现象中抽出物理规律， 并用数学公式表述之的研并用数学公式表述之的研 究方法究方法实验研究和数实验研究和数 学推理有机结合。学推理有机结合。 3 3、流体力学与真空问题、流体力学与真空问题 托里拆利（意托里拆利（意1608160816471647）、帕斯卡（法）、帕斯卡（法 1623162316621662）、波义尔）、波义尔( (英英16

14、271627- -1691)1691)和格里和格里凯（德凯（德1602160216851685）等人在这个时期把流体）等人在这个时期把流体 力学提高到与固体力学同样高的水平。真空力学提高到与固体力学同样高的水平。真空 问题是其中涉及的一个核心问题。问题是其中涉及的一个核心问题。 4 4、荷兰科学家惠更斯对经典力学的贡献、荷兰科学家惠更斯对经典力学的贡献 惠更斯生于海牙。惠更斯生于海牙。16451645年起进入莱顿大学，年起进入莱顿大学，16471647 年转到布雷达大学学习法律和数学。年转到布雷达大学学习法律和数学。16501650年起开年起开 始研究始研究光学，光学，同时对同时对天文观测产生

15、天文观测产生了兴趣。了兴趣。16551655 年获得法学博士学位。年获得法学博士学位。16631663年被选为英国皇家学年被选为英国皇家学 会会员，他是该学会的第一个外籍会员。对力学、会会员，他是该学会的第一个外籍会员。对力学、 光学、天文学的研究都有杰出贡献。他根据伽利光学、天文学的研究都有杰出贡献。他根据伽利 略所发现的摆的等时性，略所发现的摆的等时性，制成了第一座机械钟。制成了第一座机械钟。 16731673年，惠更斯根据他所作的摆的实验和一般圆年，惠更斯根据他所作的摆的实验和一般圆 周运动实验，推算出了周运动实验，推算出了向心力定律向心力定律；但由于受笛；但由于受笛 卡尔的“物体坠地说

16、”的影响太深，他没有能够卡尔的“物体坠地说”的影响太深，他没有能够 正确地总结和坚持向心力定律。在光学方面，他正确地总结和坚持向心力定律。在光学方面，他 于于16781678年完成并于年完成并于16901690年正式出版了年正式出版了光论光论一一 书，提出了书，提出了光的波动说光的波动说，建立了著名的惠更斯原，建立了著名的惠更斯原 理，利用该原理可以预料光的衍射现象的存在。理，利用该原理可以预料光的衍射现象的存在。 向心力定律向心力定律 F=mvF=mv /r/r 5 5、英国科学家哈雷对经典力学的贡献、英国科学家哈雷对经典力学的贡献 哈雷（哈雷（16561656- -17421742）生于伦敦，他的父亲是个商人。哈雷从）生于伦敦，他的父亲是个商人。哈雷从 小热