儀器科學(xué)與科技文明課件第1講

1、 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院儀器科學(xué)與科技文明錢政qianzheng北京航空航天大學(xué) 甲骨文、金文、篆文、隸書(shū)的來(lái)源及區(qū)別?“儀” 和“器”的字義變遷!一、儀器科學(xué)與科技文明的關(guān)系二、儀器科學(xué)與物理學(xué)發(fā)展三、儀器科學(xué)與化學(xué)發(fā)展四、儀器科學(xué)與醫(yī)學(xué)發(fā)展五、儀器科學(xué)與智慧城市六、儀器科學(xué)與科技革命七、儀器科學(xué)與工業(yè)4.0八、儀器科學(xué)研究中的創(chuàng)新思維 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院儀器科學(xué)與科技文明的關(guān)系錢政qianzheng北京航空航天大學(xué)一、儀器與儀器科學(xué)二、文明與科技文明三、儀器進(jìn)步推動(dòng)了科技文明儀器與儀器科學(xué)基本概念科學(xué)技術(shù)工作中,用于檢查、測(cè)量、分析、計(jì)算、發(fā)信號(hào)的器具或設(shè)備。一般具有較精密的結(jié)構(gòu)和靈敏

2、的反應(yīng)。廣義上泛指科學(xué)技術(shù)工作中所使用的各種器具。 辭海(第六版 測(cè)量?jī)x器:單獨(dú)地或連同輔助設(shè)備一起用以進(jìn)行測(cè)量的器具。JJF-1001-2011 通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 儀器科學(xué)與技術(shù):就是專門研究、開(kāi)發(fā)、制造、應(yīng)用各類儀器以使人的感覺(jué)、思維和體能器官得以延伸的科學(xué)技術(shù)學(xué)科,從而使人類具有更強(qiáng)的感知和操作工具的能力來(lái)面對(duì)客觀物質(zhì)世界,能以最佳或接近最佳的方式發(fā)展生產(chǎn)力、進(jìn)行科學(xué)研究、預(yù)防和診療疾病及從事社會(huì)活動(dòng)。儀器與儀器科學(xué)信息流動(dòng)的過(guò)程 計(jì)量檢測(cè)理論和技術(shù) 傳感器理論和技術(shù)自動(dòng)控制理論和技術(shù)信號(hào)處理理論和技術(shù) 誤差分析理論和技術(shù)1582年,伽利略發(fā)明重力擺擺鐘,惠更斯,1657年壓

3、電效應(yīng)1880年第1臺(tái)石英鐘1959年,石英時(shí)計(jì)1969年,石英手表1955年,第一個(gè)銫原子鐘標(biāo)準(zhǔn)美國(guó),鐿原子鐘,1秒/150億年17281759年,哈里森航海鐘中國(guó),銫原子鐘,1秒/0.3億年儀器與儀器科學(xué)度量衡的發(fā)展 古埃及天平 公元前1500年 古希臘天平公元前560年 古羅馬天平 公元1世紀(jì) 戰(zhàn)國(guó)(楚天平 公元前400年秦始皇統(tǒng)一度量衡魯班尺 王莽、銅卡尺象牙尺,殷墟出土1915年,北洋政府權(quán)度法儀器與儀器科學(xué)天文地理儀器昔武王伐殷,歲在鶉火,月在天駟,日在析木之津,辰在斗柄,星在天黿,星與日辰之位皆在北維。國(guó)語(yǔ)周語(yǔ)下 渾儀(早于西漢簡(jiǎn)儀(元郭守敬 象限儀(9 世紀(jì)伊斯蘭 望遠(yuǎn)鏡(16

4、世紀(jì)荷蘭魏馬鈞(255年司南,漢代 候風(fēng)地動(dòng)儀,東漢 航海水羅盤,明朝顯微鏡(cell的來(lái)源 1665 年,羅伯特·虎克顯微鏡(發(fā)現(xiàn)細(xì)菌1674 年,列文·虎克第一臺(tái)掃描電子顯微鏡1931年,1986年諾貝爾獎(jiǎng)掃描隧道顯微鏡年,1986年諾貝爾獎(jiǎng)相差顯微鏡觀察1935原儀器與儀器科學(xué)對(duì)測(cè)量重要性的認(rèn)識(shí) 一切推理都必須從觀察與實(shí)驗(yàn)中得來(lái)。伽利略(1564-1642年 意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家和哲學(xué)家,近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的先驅(qū)者。 門捷列夫(1834-1907年 俄國(guó)化學(xué)家,發(fā)現(xiàn)了元素周期律,發(fā)表了世界上第一份元素周期表?？茖W(xué)是從測(cè)量開(kāi)始的。 培根(1561-1626年 英國(guó)哲學(xué)家,

5、提出了經(jīng)驗(yàn)歸納法,現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的真正始祖。感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)是一切知識(shí)的源泉。開(kāi)爾文(1824-1907年 被看作英國(guó)的第一位物理學(xué)家。是熱力學(xué)的主要奠基者之一。測(cè)量是知識(shí)的起點(diǎn)。一、儀器與儀器科學(xué)二、文明與科技文明三、儀器進(jìn)步推動(dòng)了科技文明文明與科技文明什么是文明 古巴比倫(公元前4000年公元前539年滅亡 古埃及(公元前3500年公元前30年滅亡 古印度(公元前2500年公元前187年滅亡 古希臘 (公元前2000 年 公元前146年滅亡 指社會(huì)進(jìn)步,有文化的狀態(tài)。美國(guó)民族學(xué)家摩爾根在古代社會(huì)中把文明時(shí)代定義為繼蒙昧?xí)r代、野蠻時(shí)代后人類社會(huì)的第三個(gè)時(shí)代,以文字的發(fā)明和使用為起點(diǎn)。1900年,梁?jiǎn)⒊?/p>

6、認(rèn)為“地球上古文明國(guó)家有四:中國(guó)、印度、埃及、羅馬是也”。世界文明史(麥克高希稱“古巴比倫、古埃及、古印度(公元前2500年、中國(guó)、古希臘是世界上的五大文明發(fā)源地”。文明與科技文明北緯30度謎題 大河文明自給自足海洋文明兼容并包叢林文明文明與科技文明科學(xué)與技術(shù)運(yùn)用范疇、定理、定律等思維形式反映現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律的知識(shí)體系。 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和自然科學(xué)原理而發(fā)展成的各種工藝操作方法和技能。廣義的含義還包括相應(yīng)的生產(chǎn)工具和其他物資設(shè)備,以及生產(chǎn)的工藝過(guò)程或作業(yè)程序、方法。 在馬克思看來(lái),科學(xué)是一種在歷史上起推動(dòng)作用的,革命的力量。是歷史的有力的杠桿,是最高意義上的革命力量。1988年9月

7、5日鄧小平在會(huì)見(jiàn)捷克斯洛伐克總統(tǒng)胡薩克時(shí),提出了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的著名論斷。 太陽(yáng)歷、太陰歷和卓爾金歷測(cè)算的地球年365.2420天,現(xiàn)代人測(cè)算為365.2422天,5000年差一天。測(cè)算的金星年為584天,50年內(nèi)誤差7秒。瑪雅數(shù)字 瑪雅數(shù)字是20進(jìn)制的記數(shù)系統(tǒng)?，斞艛?shù)字由3個(gè)符號(hào)的組合構(gòu)成:(貝形符號(hào)、一(點(diǎn)、五(橫線。需要強(qiáng)調(diào)的是這個(gè)符號(hào)的發(fā)明和應(yīng)用,具有重要意義。在拉美西斯二世的生日和祭日,旭日才能從大門射入,撒在拉美西斯二世石雕身上 塔高擴(kuò)大10億倍等于日地距離;塔高除塔底底邊兩倍,是圓周率;塔頂進(jìn)口隧道對(duì)著北極星 積累了豐富的人體生理和解剖知識(shí),能做外科手術(shù),能治多種疾病,

8、能配制藥物 把天狼星和太陽(yáng)同時(shí)在地平線升起定為一年之始,一年三季共12個(gè)月,每月30天,加上年終5天節(jié)日共計(jì)365天 文明與科技文明中國(guó)文明中的科技文明天文學(xué)商代的四分歷;元代郭守敬的授時(shí)歷(365.2425 為一年,誤差26秒;太陽(yáng)黑子的發(fā)現(xiàn)和記載:西漢年間,比歐洲早了800余年;世界最早的哈雷彗星記錄:比歐洲早600多年。數(shù)學(xué)九章算術(shù)(漢代:九章246個(gè)問(wèn)題:各種形狀面積和體積算法;利用勾股定理進(jìn)行測(cè)量;開(kāi)平方、開(kāi)立方;求解一元二次方程、聯(lián)立方程;正負(fù)數(shù)的概念和運(yùn)算法則。注重實(shí)用性、強(qiáng)調(diào)整體觀!文明與科技文明古巴比倫文明古埃及文明古希臘科學(xué)文明與科技文明古希臘文明中的科技文明 泰勒斯前62

9、4年-前546年 科學(xué)和哲學(xué)之祖希臘學(xué)園 公元前387年 雅典民族英雄墳?zāi)垢浇麬kademus 畢達(dá)哥拉斯 前572年-前497年古希臘數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家亞里士多德 前384年-前322年 古希臘百科全書(shū)式科學(xué)家蘇格拉底 前469年-前399年 古希臘思想家、哲學(xué)家 歐幾里得前325年-前265年幾何原本(公元前300年 古希臘數(shù)學(xué)家阿基米德前287年-前212年 杠桿原理、浮力定律 古希臘數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家 希波克拉底前460年-前377年 體液理論 西方醫(yī)學(xué)之父埃拉托色尼前275年-前193年測(cè)量地球直徑 地理學(xué)之父一、儀器與儀器科學(xué)二、文明與科技文明三、儀器進(jìn)步推動(dòng)了科技文明中國(guó)古代科技成就在

10、世界科技成就中所占比例時(shí)間公元前6-前1世紀(jì)公元西方基督教定為國(guó)教(380年中國(guó)文藝復(fù)興興起(13世紀(jì)末大航海時(shí)代(1492年中國(guó)與西方科學(xué)發(fā)展示意圖 儀器進(jìn)步推動(dòng)了科技文明科技中心轉(zhuǎn)移 1620年1710年1790年1870年1950年第一個(gè)科學(xué)活動(dòng)中心在意大利(1617世紀(jì)以達(dá)·芬奇和伽里略為代表的意大利科學(xué)家,繼承和發(fā)展了古希臘科學(xué)文化,開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)科學(xué)的傳統(tǒng),使自然科學(xué)開(kāi)始從神學(xué)中解放出來(lái)。 改進(jìn)了望遠(yuǎn)鏡,支撐日心說(shuō)比薩斜塔實(shí)驗(yàn),自由落體定律斜面實(shí)驗(yàn),證明了重力加速度的存在,并引申出單擺理論作為發(fā)明家的達(dá)芬奇 達(dá)·芬奇(1452年-1519年物理發(fā)現(xiàn)慣性規(guī)律;對(duì)杠桿原

11、理有了進(jìn)一步發(fā)展;發(fā)現(xiàn)了牛頓第三定律;發(fā)現(xiàn)大氣折射現(xiàn)象.數(shù)學(xué)第一次使用加減號(hào)。探索出立體幾何中關(guān)于正六面體、圓柱體、球體面積之間關(guān)系的規(guī)律. 其標(biāo)志是1662年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的成立,云集了牛頓、虎克、波義耳,哈雷、布拉德雷,瓦利斯、哈克等一大批科學(xué)家。在16601730年間,英國(guó)共有60余名杰出科學(xué)家,約占 英國(guó)成為世界科學(xué)中心與牛頓有很大的關(guān)系,他的名著自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理出版于1687年,被認(rèn)為是近代科學(xué)臻于成熟的里程碑。1727年牛頓死后,英國(guó)科學(xué)便開(kāi)始急劇衰落。波義耳(1627-1691 懷疑派化學(xué)家(1661年 “波義耳把化學(xué)確立為科學(xué)” 實(shí)驗(yàn)和觀察是一切的基礎(chǔ)1673年做了一個(gè)著名的實(shí)

12、驗(yàn),將金屬放在密閉的容器里加熱,兩個(gè)小時(shí)打開(kāi)密閉容器,進(jìn)行稱重,物質(zhì)的質(zhì)量增加了,但是未能解釋。 1774年,拉瓦錫做了同樣的實(shí)驗(yàn),進(jìn)行了精確測(cè)量,并給出解釋,這就是質(zhì)量守恒定律。在密閉容器中的定量氣體,在恒溫下,氣體的壓強(qiáng)和體積成反比關(guān)系人類歷史上第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的定律第三個(gè)科學(xué)活動(dòng)中心在法國(guó)(1819世紀(jì)法國(guó)科學(xué)的全盛時(shí)期在百科全書(shū)時(shí)代和拿破侖一世時(shí)期。百科全書(shū)派:以1772年百科全書(shū)的出版為標(biāo)志,主編為狄德羅。參加編纂的主要人員有孟德斯鳩、魁奈、杜爾哥、伏爾泰、盧梭、布豐等一大批法國(guó)啟蒙運(yùn)動(dòng)時(shí)期的著名人物。為法國(guó)大革命作了輿論準(zhǔn)備,是法國(guó)大革命促使法國(guó)科學(xué)走向繁榮的。拿破侖對(duì)科學(xué)和文化事業(yè)極

13、為關(guān)注。掌權(quán)后,他定時(shí)出席研究院的會(huì)議,邀請(qǐng)?jiān)菏總儓?bào)告科學(xué)進(jìn)展。執(zhí)政初期,他就將巴黎理工、炮兵、路橋等高等專科學(xué)校(稱“大學(xué)?！狈譃榛A(chǔ)和應(yīng)用兩種。拿破侖對(duì)科學(xué)和文化事業(yè)的關(guān)注促進(jìn)了法國(guó)科學(xué)的繁榮,為世界貢獻(xiàn)了以拉瓦錫、拉格朗日、拉普拉斯、傅里葉為代表的一批卓越的科學(xué)家和出色的科學(xué)成果。此外,還貢獻(xiàn)一大批出色的工程師。 安托萬(wàn)-洛朗·拉瓦錫(1743.8.26-1794.5.8法國(guó)著名化學(xué)家,近代化學(xué)之父,拉瓦錫之于化學(xué),猶如牛頓之于物理學(xué)。通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量守恒定律,推動(dòng)了化學(xué)方程式的發(fā)展;第四個(gè)科學(xué)活動(dòng)中心在德國(guó)(1920世紀(jì)從柏林(洪堡大學(xué)成立的1810年開(kāi)始的,直到第二次世界

14、大戰(zhàn)德國(guó)失敗。 倫琴(1845-1923年著名物理學(xué)家 X 射線發(fā)現(xiàn)者,第1位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者 赫茲(1857-1894年 物理學(xué)家 證實(shí)了電磁波的存在及發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng) 電磁波實(shí)驗(yàn)裝置(1888年 馬克斯·普朗克(18581947德國(guó)物理學(xué)家,量子論的奠基者。1894年起,開(kāi)始研究黑體輻射,提出能量子概念和普朗克常數(shù),成為此后微觀物理學(xué)中最基本的概念和極為重要的普適常量。愛(ài)因斯坦和愛(ài)丁頓爵士 光線偏折(1919年第一個(gè)驗(yàn)證相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)一戰(zhàn)后科技中心開(kāi)始轉(zhuǎn)移到美國(guó)(2021世紀(jì)19世紀(jì)的美國(guó)主要是搞技術(shù)發(fā)明、技術(shù)引進(jìn)。這一時(shí)期的代表人物當(dāng)屬愛(ài)迪生。一戰(zhàn)以后,美國(guó)成為最強(qiáng)大的資本主義

15、國(guó)家,逐漸走上科技全面發(fā)展的軌道,并趁希特勒排猶之際大量引進(jìn)人才。愛(ài)因斯坦、費(fèi)米等,都是被迫流亡到美國(guó)的。這些人到美國(guó)后,為美國(guó)的科學(xué)事業(yè)作出了寶貴的貢獻(xiàn)。美國(guó)建立了一套獨(dú)特的科研體制,能夠運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的成果進(jìn)行科學(xué)的組織管理。他們用“曼哈頓工程”研制了原子彈,用“阿波羅計(jì)劃”完成了登月飛行。 托馬斯·阿爾瓦·愛(ài)迪生(1846年-1931年儀器進(jìn)步推動(dòng)了科技文明第五次科技中心 邁克爾遜（1852-1931年），美國(guó)第一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者 發(fā)明光學(xué)干涉儀并使用其進(jìn)行光譜學(xué)和基本度量學(xué)研究 密立根（1868-1953年），加州理工學(xué)院崛起的奠基人 以其測(cè)定電子電荷及光電效應(yīng)的出色

16、工作獲諾貝爾獎(jiǎng) 康普頓（1892-1962年），吳有訓(xùn)驗(yàn)證了康普頓效應(yīng) X射線對(duì)自由電子發(fā)生散射時(shí)，光子能量減少，波長(zhǎng)變大 莫奇來(lái)（1907-1980年）和愛(ài)克特（1919-1995年） 世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)（1946年誕生于賓夕法尼亞大學(xué)） 36 儀器進(jìn)步推動(dòng)了科技文明第五次科技中心 楊振寧，1948年芝加哥大學(xué) 李政道，1950年芝加哥大學(xué) 丁肇中，1962年密歇根大學(xué) 李遠(yuǎn)哲，1965年加州伯克利 1957年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 1957年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 1976年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 1986年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 朱棣文，1976年加州伯克利 崔琦，1967年芝加哥大學(xué) 錢永健，1977年劍橋大學(xué) 高錕，1965年帝國(guó)理工學(xué)院 1997年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 1998年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者 2009年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 37 儀器進(jìn)步推動(dòng)了科技文明第五次科技中心 葉企孫、哈佛大學(xué) 吳有訓(xùn)、芝加哥大學(xué) 饒毓泰、普林斯頓 胡剛復(fù)、哈佛大學(xué) 胡明復(fù)、哈佛大學(xué) 姜立夫、哈佛大學(xué) 博士-1923年 博士-1