物理學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史

1、 普通高級(jí)中學(xué)選修課 物 理 學(xué) 發(fā) 展 簡(jiǎn) 史 高一年級(jí)備課筆記 目 錄第一課 緒言 第二課 中國(guó)古代物理學(xué) 1力學(xué) 2熱學(xué) 3聲學(xué) 第三課 4電磁學(xué) 5光學(xué) 6我國(guó)古代的物質(zhì)觀 第四課 西方古代物理學(xué) 1古希臘人的物質(zhì)觀 2以亞里士多德為代表的物理學(xué) 第五課 3阿基米德物理學(xué) 4亞歷山大學(xué)派 第六課 經(jīng)典物理學(xué)的發(fā)展 1 天文學(xué)的發(fā)展 第七課 2力學(xué)的發(fā)展 第八課 3光學(xué)的發(fā)展 第九課 4電磁學(xué)的發(fā)展 第十課 5熱學(xué)的發(fā)展 第十一課 現(xiàn)代物理學(xué)的興起1 世紀(jì)之交的三大發(fā)現(xiàn)第十二課 2量子理論的產(chǎn)生和發(fā)展第十三課 3相對(duì)論的建立第十四課 4近代物理學(xué)的發(fā)展第十五課 復(fù)習(xí) 緒 言一：教學(xué)目標(biāo)：

2、1讓學(xué)生明白這門(mén)課它所研究的內(nèi)容是什么。2激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理課的興趣，培養(yǎng)他們科學(xué)的世界觀。二：教學(xué)過(guò)程：物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和相互作用的規(guī)律，而物理學(xué)史則是研究物理學(xué)的知識(shí)、理論與方法的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律的歷史科學(xué)，研究物理學(xué)發(fā)展史這門(mén)科學(xué)，對(duì)于物理學(xué)本身的發(fā)展具有重大的意義。伽利略、牛頓、愛(ài)因斯坦等物理學(xué)領(lǐng)域中的偉人，正是總結(jié)了前人的成就，從而做出巨大貢獻(xiàn)的。物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程充滿(mǎn)了斗爭(zhēng)，不僅有哲學(xué)思想的斗爭(zhēng)，還有來(lái)自宗教的、社會(huì)的各種阻力。不少科學(xué)家為了追求真理，不屈不撓，為科學(xué)的發(fā)展而獻(xiàn)身。學(xué)習(xí)、研究物理學(xué)的發(fā)展歷史，可了解過(guò)去，展望未來(lái)，開(kāi)闊眼界，活躍思想，增長(zhǎng)知識(shí)，培養(yǎng)科學(xué)的思維方法，并且

3、希望同學(xué)們能以眾多科學(xué)家的動(dòng)人事跡，激勵(lì)你們的斗志，積極地進(jìn)取。按照物理學(xué)本身發(fā)展的規(guī)律，結(jié)合各時(shí)期的社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，并考慮到不同時(shí)期主要研究方法上的區(qū)別，把物理學(xué)的發(fā)展歷史大體分為三個(gè)時(shí)期。1萌芽時(shí)期17世紀(jì)以前，這個(gè)時(shí)期的物理學(xué)，我們稱(chēng)它為古代物理學(xué)。這大體在文藝復(fù)興及資本主義生產(chǎn)關(guān)系廣泛發(fā)展以前。在我國(guó)，在明末以前，從公元前10世紀(jì)開(kāi)始，我國(guó)和古希臘逐漸形成兩個(gè)東西交相輝映的文化中心。經(jīng)驗(yàn)科學(xué)已從生產(chǎn)勞動(dòng)中逐漸分化出來(lái)，這時(shí)期的主要方法是知覺(jué)的觀察（包括現(xiàn)象的描述和經(jīng)驗(yàn)的初步總結(jié)）與哲學(xué)的猜測(cè)性思辯，與生產(chǎn)活動(dòng)及人們的直接感官有關(guān)的天文、力、熱、聲、光、電磁等知識(shí)首先 得到了 較多的發(fā)展，

4、并且這些知識(shí)已得到了廣泛的應(yīng)用。從1世紀(jì)到公元5世紀(jì)，希臘文化逐漸衰落，以后歐洲經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)1000多年的在歐洲文明史上比較貧乏的時(shí)期。但是在中國(guó)，這段時(shí)期確是一個(gè)學(xué)術(shù)異常興盛的時(shí)期。我國(guó)許多方面的發(fā)展在古代都處于領(lǐng)先地位。2發(fā)展和完善時(shí)期17到19世紀(jì)，這時(shí)資本主義生產(chǎn)促進(jìn)了科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，建立了系統(tǒng)的觀察實(shí)驗(yàn)和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理相結(jié)合的研究方法。由于牛頓等一大批有才干的物理學(xué)家的卓有成效的工作，建立了比較完整的經(jīng)典物理學(xué)體系。與此同時(shí)，落后的封建制度，阻礙著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，本來(lái)處于領(lǐng)先地位的中國(guó)落后了。 3現(xiàn)代物理學(xué)的革命時(shí)期 20世紀(jì)初到現(xiàn)在，在此之間的三大發(fā)現(xiàn)，揭開(kāi)了物理學(xué)革命的序幕。相對(duì)論

5、和量子力學(xué)的建立，導(dǎo)致了探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和相互作用的統(tǒng)一理論以及天體物理等革新科學(xué)的飛速發(fā)展，在實(shí)驗(yàn)手段、數(shù)學(xué)工具和邏輯推理方法等方面也都大大前進(jìn)了一步。物理學(xué)還正在向其他科學(xué)滲透，交叉科學(xué)大量涌現(xiàn)，物理學(xué)的規(guī)律和方法正在不斷擴(kuò)大其范圍。物理學(xué)史集中體現(xiàn)了人類(lèi)探索和逐步認(rèn)識(shí)物理世界的現(xiàn)象、特性、規(guī)律和本質(zhì)的歷程.任何一個(gè)具體的物理知識(shí)和理論體系都是匯集許多人的研究成果而建立起來(lái)的，常常是幾十年、甚至上百年的努力才能邁出有意義的一步，它包含著認(rèn)識(shí)論和方法論的因素，包含著探索者的艱辛與悲歡，又體現(xiàn)著認(rèn)識(shí)過(guò)程中理論與實(shí)踐、繼承與突破、理性與非理性的辨證統(tǒng)一，因而也包含著豐富的教書(shū)育人的教育因素，因此，我

6、們?cè)诟咧形锢斫虒W(xué)中引入物理學(xué)史教育具有非常重要的意義。 第一章 古代物理學(xué) 第一節(jié) 中國(guó)古代物理學(xué) 力學(xué) 熱學(xué) 聲學(xué)一：教學(xué)目標(biāo)： 1了解古代物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中，力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)的發(fā)展情景。2知道在力學(xué)的基本理論方面，我國(guó)古代已發(fā)展到怎樣的水平。3知道古代科學(xué)家在聲學(xué)方面取得了那些成就。二：教學(xué)難點(diǎn)： 1了解古代物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中，力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)的發(fā)展前景。三：教學(xué)過(guò)程：同學(xué)們都知道我國(guó)古代有著名的四大發(fā)明：指南針、紙、火藥、印刷術(shù)，這是我國(guó)古代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，除此之外，還有冶煉、絲綢、農(nóng)業(yè)、陶瓷、建筑、醫(yī)藥、，而基礎(chǔ)科學(xué)理論相對(duì)來(lái)說(shuō)發(fā)展緩慢。在我國(guó)古代物理學(xué)的發(fā)展中，物理思想比較活躍，力、

7、聲、磁、光等方面的成就均比較特出。本堂課我們就先來(lái)看看力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)的有關(guān)情況。1力學(xué)力學(xué)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，也是所有自然科學(xué)、工程學(xué)最重要的基礎(chǔ)。在我國(guó)古代力學(xué)的發(fā)展中，應(yīng)用方面有極高的技術(shù)水平，力學(xué)的基本理論方面有相當(dāng)完整的概念體系，但是在很多方面缺乏詳盡的描述，使得許多寶貴經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)得以流失。舉例說(shuō)明：從文化遺址在墨經(jīng)中a:對(duì)力作了定義b:對(duì)杠桿原理進(jìn)行了總結(jié) c:初步討論了浮體的平衡問(wèn)題 d:對(duì)空間、時(shí)間作了正確的定義。在考工記中a:反映科學(xué)技術(shù)和工藝水平（部分流失） b:木制馬車(chē)的總體設(shè)計(jì)。液體比重計(jì)的發(fā)明，用于測(cè)定桐油或鹽溶液的濃度。在度量與測(cè)量方面：我國(guó)歷史上曾幾次進(jìn)行了大規(guī)模的大

8、地測(cè)量工作。 2熱學(xué) 熱是人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)的一種自然力，是地球上一切生命的源泉。古代人的熱學(xué)知識(shí)，大部分是經(jīng)驗(yàn)積累和熱學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。古代對(duì)“溫度”的理解：火候華陽(yáng)國(guó)志.蜀志中：熱脹冷縮（實(shí)驗(yàn)）唐末宋初：火藥的發(fā)明，后來(lái)的應(yīng)用。 3聲學(xué) 我國(guó)古代聲學(xué)的產(chǎn)生是與樂(lè)器的制造密切相關(guān)的。舉一些樂(lè)器的例子：石制的磐、陶制的鐘、樂(lè)器的發(fā)展與知道弦線粗細(xì)、張力與音調(diào)高低的關(guān)系明代宋應(yīng)星：發(fā)聲原理莊子雜篇：弦線的共振現(xiàn)象沈括：天文、歷法、氣象、水利、物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、地質(zhì)、地理、生物、醫(yī)藥以及文史考古、音樂(lè)藝術(shù)等 第一節(jié) 中國(guó)古代物理學(xué)電磁學(xué) 光學(xué) 我國(guó)古代的物質(zhì)觀一：教學(xué)目標(biāo)：1 我國(guó)古代對(duì)電學(xué)和磁學(xué)的知識(shí)達(dá)到

9、怎樣的水平。2 墨經(jīng)記敘了哪些光學(xué)問(wèn)題。3 我國(guó)古代的物質(zhì)觀怎樣。二：教學(xué)難點(diǎn)：1 國(guó)古代對(duì)電磁學(xué)的認(rèn)識(shí)。三：教學(xué)過(guò)程： 1：電磁學(xué) 我國(guó)古代很早就發(fā)現(xiàn)了磁現(xiàn)象。 介紹磁石在古代應(yīng)用的一些例子： a:最早把指南針用于航海b:人工磁化方法，用磁石摩擦鋼針在電學(xué)知識(shí)方面：對(duì)雷電現(xiàn)象的觀察和摩擦起電的發(fā)現(xiàn)成了古代電學(xué)的先導(dǎo)漢代初期，人們就發(fā)現(xiàn)了琥珀和玳瑁的靜電吸收現(xiàn)象。（舉例說(shuō)明） 2：光學(xué) 我國(guó)古代很早就開(kāi)始制造和應(yīng)用光源。我國(guó)銅制鏡可能在殷商時(shí)期已經(jīng)出現(xiàn)。墨經(jīng)中以8條文字連續(xù)地記敘了光學(xué)問(wèn)題：1 影子生成的道理。2 光線與影的關(guān)系。3 光線直線行進(jìn)實(shí)驗(yàn)。4 光反射特性。5 從物體與光源的相對(duì)地位

10、關(guān)系確定影子的大小。6 平面鏡的反射現(xiàn)象。7 凹面鏡的反射現(xiàn)象。8 凸透鏡的反射現(xiàn)象。在漢代淮王子一書(shū)中探討了陽(yáng)燧的焦距問(wèn)題,宋代沈括對(duì)陽(yáng)燧一類(lèi)凹鏡的觀察，得出了焦距和焦點(diǎn)。對(duì)虹，色散現(xiàn)象的記敘和實(shí)驗(yàn)是我國(guó)古代光學(xué)上的又一成就。在月令.章句、禮記注蔬中都記敘了虹的產(chǎn)生條件，在玄真子一書(shū)中記敘了一個(gè)簡(jiǎn)單的人造虹的實(shí)驗(yàn)。在物理小識(shí)中就光的色散現(xiàn)象作了一定的敘述：“凡寶石面凸則光成一條，有數(shù)棱者，則必一面五色，如娥眉放光石，六面也，水晶壓紙，三面也，燒料三面水晶亦五色，人于回墻間向日噴水 ，亦成五色，故知虹霓之彩，星月之景，五色之云，皆同此理?！边@些現(xiàn)象，到牛頓時(shí)代才發(fā)現(xiàn)的。漢代張衡在靈憲中對(duì)月光及

11、月食現(xiàn)象作了正確的解釋。同學(xué)們都學(xué)過(guò)兩小兒辯日的故事，這是一個(gè)復(fù)雜的光學(xué)問(wèn)題，在隋書(shū).天文志中對(duì)此記敘了看法。3我國(guó)古代的物質(zhì)觀 元素論是物質(zhì)觀的一個(gè)重要論點(diǎn)。我國(guó)古代五行說(shuō)是目前已知最早的樸素元素論。五行說(shuō)發(fā)生于何時(shí)已不可查，有人認(rèn)為它是自然發(fā)生的（好偉大的民族！）。大約可能就在商周奴隸社會(huì)全盛時(shí)期產(chǎn)生的。最早見(jiàn)之記載的是戰(zhàn)國(guó)未年尚書(shū)大傳。尚書(shū)洪范則明文指出：五行，一曰水、二曰火、三曰木、四曰金、五曰土。國(guó)語(yǔ)中的鄭語(yǔ)里明確地把金木水火土看成是構(gòu)成萬(wàn)物的五種基本物質(zhì)元素，并且認(rèn)為必須不同物質(zhì)在一起，才能發(fā)生作用，產(chǎn)生新物質(zhì)；如果是同一種物質(zhì)元素，那是產(chǎn)生不出新物質(zhì)的。這些記載都清楚地說(shuō)明了當(dāng)時(shí)

12、的五行說(shuō)就是今天元素論的萌芽。洪范還說(shuō)到五行的主要本性和味道。到了戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，五行說(shuō)和陰陽(yáng)說(shuō)結(jié)合起來(lái)成為陰陽(yáng)五行說(shuō)，形成了人們對(duì)世界物質(zhì)性的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步觸及到物質(zhì)變化的規(guī)律。墨子提出五行無(wú)常勝的說(shuō)法。在這以前有五行常勝說(shuō)，即：水能滅火，故水勝火；火能熔金，故火勝金；金可伐木，故金勝木；木犁可耕地，木勝土；筑土能擋水，土勝水。這種說(shuō)法叫五行相克，即互相制約的意思，它反映了部分事實(shí)，但有片面性。除了陰陽(yáng)五行說(shuō)之外，我國(guó)古代還有一元論的物質(zhì)觀，認(rèn)為萬(wàn)物是由一種原始東西構(gòu)成的。這個(gè)原始東西有種腫不同的名稱(chēng)。周易上叫做太易。老子道德經(jīng)上叫做道?；茨献由辖凶鎏?。列子上稱(chēng)之為太易：太易者，未見(jiàn)氣也；太初者

13、，氣之始也；太始者，形之始也；太索者，質(zhì)之始也。漢初萱仲舒所著的春秋繁露上把這原始的東西叫做元。王充論衡上叫做元?dú)狻Ｎ覈?guó)古代對(duì)于物質(zhì)是否無(wú)限可分的問(wèn)題也有一些科學(xué)價(jià)值的見(jiàn)解。法家韓非子解老認(rèn)為物質(zhì)可分，莊子天下引公孫龍的說(shuō)法是物質(zhì)可以無(wú)限分，而引惠施的說(shuō)法則是物質(zhì)不能無(wú)限分，墨子經(jīng)下認(rèn)為物質(zhì)到了沒(méi)有一半的時(shí)候，就不能進(jìn)一步斫開(kāi)它了，在這種情況下就叫做端，端是物質(zhì)不能再分的最小單位。墨子的學(xué)說(shuō)已有了極其原始的物質(zhì)最小單位的概念。 第二節(jié) 西方古代物理學(xué) 古希臘人的物質(zhì)觀 以亞里士多德為代表的物理學(xué) 一：教學(xué)目標(biāo)： 1：了解古希臘人的物質(zhì)觀。 2：了解以亞里士多德為代表的物理學(xué)。 3：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)

14、高中物理的興趣。二：教學(xué)重點(diǎn)： 1：古希臘的物理學(xué)成就，主要具體的表現(xiàn)在什么地方。 2：亞里士多德論力的作用和他的落體定律。三：教學(xué)難點(diǎn)： 1：古希臘的物理學(xué)成就，主要具體的表現(xiàn)在什么地方。四：教學(xué)過(guò)程： 1：古希臘人的物質(zhì)觀 古希臘人的第一個(gè)嘗試就是集中精力根據(jù)稱(chēng)之為“一”的統(tǒng)一基礎(chǔ)來(lái)理解紛繁復(fù)雜的感性經(jīng)驗(yàn)世界。無(wú)論在整個(gè)宇宙中還是在沙粒中都可以找到“一”：小宇宙反映了大宇宙；大宇宙照耀著小宇宙。古希臘哲學(xué)家也懂得“多”：他們看到了世界上千變?nèi)f化的事物，看到了植物、動(dòng)物、人以及海洋和云。他們把這種多樣性解釋為來(lái)自于基本的源頭“物質(zhì)”，他們說(shuō)，統(tǒng)一永遠(yuǎn)是多樣性的孕育場(chǎng)所。根據(jù)泰勒斯的觀點(diǎn)，最初

15、的統(tǒng)一物質(zhì)是水。而他的門(mén)徒阿那克西曼德則認(rèn)為，火、土和氣具有同樣重要的作用，最初的物質(zhì)是不確定的，無(wú)限的和包羅一切的。因而阿那克西曼德把最初物質(zhì)看作是水和土的混合物，被太陽(yáng)曬熱之后它們就通過(guò)自創(chuàng)生過(guò)程產(chǎn)生植物、動(dòng)物和人類(lèi)。無(wú)獨(dú)有偶，在古代中國(guó)也有類(lèi)似的思想。五行說(shuō)就認(rèn)為，自然界的萬(wàn)事萬(wàn)物是由金、木、水、火、土這五種元素組成的。古希臘哲人的理性心靈創(chuàng)立了由泰勒斯的水開(kāi)始直到高度思辨的一種自然哲學(xué)。把火看成是最重要的物質(zhì)的赫拉克利特強(qiáng)調(diào)永恒的變化：原則上，“變化就是一切”。根據(jù)他著名的“人不能兩次踏進(jìn)同一條河流”的格言，人們不可能知道世界上的某一種事物究竟是什么棗它在永恒地變化。而恩培多克勒把所有

16、事物看作是由氣、火、水和土組成的。這種組成原則是：通過(guò)愛(ài)，兩者結(jié)合；通過(guò)恨，兩者分離。地球中的火產(chǎn)生了后來(lái)進(jìn)化到人們熟悉的有機(jī)物的最初形式，許多有機(jī)物是不完美的，因而消失了，而那些被證明是完美的有機(jī)物存活了下來(lái)。2：以亞里士多德為代表的物理學(xué)古希臘的物理成就，主要表現(xiàn)在天文學(xué)、力學(xué)和光學(xué)方面，從研究方法上講以亞里士多德為代表的一種體系，是采用從歸納日常生活的直覺(jué)觀察經(jīng)驗(yàn)出發(fā)并加上哲學(xué)思辯的方法。1：運(yùn)動(dòng)的分解和合成。古代人類(lèi)要掌握農(nóng)事季節(jié)、辯方向，處處離不開(kāi)對(duì)日、月、星辰的觀察，天體的運(yùn)動(dòng)也是人們經(jīng)常碰到的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。古希臘哲學(xué)家柏拉圖提出，如何將天體的視運(yùn)動(dòng)看作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)組合，許多古希

17、臘的天文學(xué)家成功地證明，行星、太陽(yáng)和月亮的復(fù)雜的視運(yùn)動(dòng)可以表示成由一些簡(jiǎn)單的、規(guī)則的圓周運(yùn)動(dòng)組合而成的運(yùn)動(dòng)。事實(shí)上，將一種運(yùn)動(dòng)分解為簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的組合，是可以有多種數(shù)學(xué)方法的。為說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，給同學(xué)們講一個(gè)天體以恒定的線速度作圓周運(yùn)動(dòng)的例子。2：運(yùn)動(dòng)學(xué)的原始概念。3：亞里士多德論力的作用和他的落體定律。 對(duì)于第三點(diǎn)，主要的兩條比例定律是：（1） 強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)定律（2） 落體定律同學(xué)們對(duì)亞里士多德的落體定律很熟悉，即兩個(gè)物體以同一高度落下，重的比輕的先著地。這是一個(gè)錯(cuò)誤觀點(diǎn)。另外，在物理學(xué)中，亞里士多德還有一些錯(cuò)誤觀點(diǎn)：他認(rèn)為構(gòu)成世界的物體是固體，因此，物體是三圍的。除此之外，他還認(rèn)為不可能有真空存在，

18、拒絕原子論。讓同學(xué)們勇于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤觀點(diǎn)，培養(yǎng)他們研究自然科學(xué)的新方法。 西方古代物理學(xué)阿基米德物理學(xué) 亞歷山大學(xué)派一：教學(xué)目標(biāo)：1：了解阿基米德物理思想。 2：了解亞歷山大學(xué)派。 二：教學(xué)重點(diǎn)： 1：阿基米德在物理學(xué)中的地位，具體了解他的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。三：教學(xué)過(guò)程： 1：了解阿基米德： “給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬動(dòng)地球?！?阿基米德最有名的名言，就是：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就可以撬動(dòng)地球”。他一生專(zhuān)心研究科學(xué)上的體積和浮力問(wèn)題，有一個(gè)有趣的故事，就是當(dāng)時(shí)候國(guó)王叫金匠打造一頂純金的皇冠，國(guó)王因?yàn)閼岩山鸾臣恿穗s物，就請(qǐng)阿基米德鑒定，阿基米德一直在想鑒定的方法，就在他走進(jìn)浴缸里洗澡的時(shí)候，看見(jiàn)滿(mǎn)出去的水時(shí)，悟出

19、體積的原理，他高興的跑出浴室，大叫：“我找到了！”一時(shí)忘了自己是光著身體呢！ 通過(guò)有趣的物理學(xué)家的故事，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本堂課的興趣。 在力學(xué)的研究方面，阿基米德是勝過(guò)亞里士多德的，他是力學(xué)這門(mén)學(xué)科的真正創(chuàng)始人，在研究方法上，他克服了亞里士多德的單純依賴(lài)直覺(jué)和思辯的缺點(diǎn)，把觀察、實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)方法很好地結(jié)合起來(lái)，作出了許多發(fā)明和創(chuàng)造。在阿基米德的科學(xué)生涯中，對(duì)后來(lái)影響最深的是他的靜力學(xué)、流體靜力學(xué)方面的貢獻(xiàn)。他是靜力學(xué)和流體靜力學(xué)的奠基人。他用實(shí)驗(yàn)的方法發(fā)現(xiàn)了著名的杠桿原理和浮力原理，并應(yīng)用杠桿原理于戰(zhàn)爭(zhēng)，保衛(wèi)西拉斯鳩。 給學(xué)生講阿基米德阿基米德發(fā)現(xiàn)杠桿原理的經(jīng)過(guò)。阿基米德將歐幾理得提出的趨近觀念作了

20、有效的運(yùn)用，他提出圓內(nèi)接多邊形和相似圓外切多邊形，當(dāng)邊數(shù)足夠大時(shí)，兩多邊形的周長(zhǎng)便一個(gè)由上，一個(gè)由下的趨近于圓周長(zhǎng)。他先用六邊形，以后逐次加倍邊數(shù)，到了九十六邊形，求出的估計(jì)值介于3.14163和3.14286之間。另外他算出球的表面積是其內(nèi)接最大圓面積的四倍。而他最得意的杰作是導(dǎo)出圓柱內(nèi)切球體的體積是圓柱體積的三分之二。這定理就刻在他的墓碑上，也成為他名垂千古的一大注記。阿基米德的兩個(gè)重大發(fā)現(xiàn)：（1） 杠桿原理及重心的概念。（2） 浮體定律。2：亞歷山大學(xué)派： 柏拉圖學(xué)派的同心球理論除了過(guò)于復(fù)雜之外，還和一些觀測(cè)事實(shí)相矛盾。第一，它要求天體和地球永遠(yuǎn)保持固定的距離，而金星和火星的亮度卻時(shí)常變

21、化。這意味著它們同地球的距離時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近。第二，日食有時(shí)是全食，有時(shí)是環(huán)食，這說(shuō)明太陽(yáng)、月亮與地球的距離也不是固定的。 如何用地心體系來(lái)解釋這些矛盾，這一責(zé)任就歷史地落在了亞歷山大的身上。亞歷山大學(xué)派形成于公元前3世紀(jì)，是以地中海埃及的首都亞歷山大城命名的。這座城池是亞歷山大大帝征服埃及后，于公元前382年建造的。城市內(nèi)的居民來(lái)自世界各地，據(jù)說(shuō)鼎盛時(shí)期人口超過(guò)了100萬(wàn)。 亞歷山大學(xué)派中為首的幾位主要人物是方位天文學(xué)的奠基人西帕恰斯（公元前2世紀(jì)末），他編制了星座圖，估測(cè)恒星的亮度；其次是歐幾里德（約在公元前300年），它的名字膾炙人口，理所當(dāng)然地使人聯(lián)想起幾何學(xué)來(lái)；被西方尊為“天文學(xué)之父” 的伊

22、巴谷，編制星表，第一次記載了850顆恒星位置；泰奧尼西亞是語(yǔ)言學(xué)家，他給名詞和動(dòng)詞下了定義，首創(chuàng)了完整的語(yǔ)言學(xué)；阿基米德是眾所周知的力學(xué)天才；托勒密是古代最偉大的天文學(xué)家之一，他所完成的地球中心說(shuō)支配西方達(dá)1500年之久。 為了解釋天體同地球之間距離的變化，亞歷山大學(xué)派的天文學(xué)家阿波隆尼（公元前295前215年），對(duì)畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的同心圓理論作了修正，提出了本輪和均輪的學(xué)說(shuō)。他設(shè)想，以地球?yàn)橹行牡膱A叫做“均輪”，而以均輪上的點(diǎn)為中心的圓叫做“本輪”。行星沿著本輪自西向東均勻地運(yùn)動(dòng)，這樣一來(lái)，從地球上看，行星的視運(yùn)動(dòng)就有順行、逆行和留三種情況。至于水星和金星看上去總在太陽(yáng)兩邊擺動(dòng)，阿波隆尼解釋說(shuō)

23、，那是因?yàn)樗?、金二星的本輪中心總在地球和太?yáng)的聯(lián)線上的緣故。 公元前2世紀(jì)，希臘著名天文學(xué)家喜帕恰斯在天文觀測(cè)方面做了大量工作，他編制了歷史上第一個(gè)星表，載有1000余顆恒星的位置。在觀測(cè)工作中，他發(fā)現(xiàn)地球和太陽(yáng)之間，地球和月亮之間的距離不總是一樣的。喜帕恰斯解釋說(shuō)，這是因?yàn)榈厍虿⒉徽梦挥趫A形軌道和月亮圓形軌道的中心，而是稍稍偏離中心一點(diǎn)點(diǎn)。這就是喜帕恰斯的偏心圓理論。 喜帕恰斯對(duì)天文學(xué)的貢獻(xiàn)是多方面的：他算出了一年的是3651/4日再減去1/300日；發(fā)現(xiàn)白道（即月球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道），拱點(diǎn)和黃白道交點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)；求得地球到月亮的距離為地球直徑的301/6倍；他把自己對(duì)恒星黃經(jīng)的觀測(cè)結(jié)果同150多年

24、以前他人的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)黃道和赤道的交點(diǎn)的緩慢移動(dòng)歲差，并推算出春分點(diǎn)每100年西移（或稱(chēng)后退）1度，即每年西移36，這是歲差現(xiàn)象的最早發(fā)現(xiàn)。 說(shuō)明亞歷山大學(xué)派還有許多其他學(xué)者的重大發(fā)現(xiàn)，有興趣的學(xué)生到圖書(shū)館自行查閱。 第二章 經(jīng)典物理學(xué)第一節(jié) 天文學(xué)的發(fā)展一：教學(xué)目標(biāo)： 1：了解哥白尼的太陽(yáng)中心說(shuō)。 2：開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三大定律。 3：伽利略對(duì)天文學(xué)的貢獻(xiàn)。二：教學(xué)重點(diǎn)： 1：讓學(xué)生了解天文學(xué)的發(fā)展。三：教學(xué)難點(diǎn)； 1：將天文學(xué)的發(fā)展與物理教學(xué)相聯(lián)系。四：教學(xué)過(guò)程： 引言： 物理學(xué)是研究宇宙間物質(zhì)存在的基本形式、性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面，從而認(rèn)識(shí)這些結(jié)構(gòu)的組成元素及其相互作用、

25、運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律的科學(xué)。 物理學(xué)的各分支學(xué)科是按物質(zhì)的不同存在形式和不同運(yùn)動(dòng)形式劃分的。人對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)來(lái)自于實(shí)踐，隨著實(shí)踐的擴(kuò)展和深入，物理學(xué)的內(nèi)容也在不斷擴(kuò)展和深入。 隨著物理學(xué)各分支學(xué)科的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的不同存在形式和不同運(yùn)動(dòng)形式之間存在著聯(lián)系，于是各分支學(xué)科之間開(kāi)始互相滲透。物理學(xué)也逐步發(fā)展成為各分支學(xué)科彼此密切聯(lián)系的統(tǒng)一整體。 一：天文學(xué)的發(fā)展 1：哥白尼的太陽(yáng)中心說(shuō)哥白尼(14731543年)是波蘭天文學(xué)家，一生勤奮好學(xué)，多才多藝，被稱(chēng)為文藝復(fù)興時(shí)期的百科學(xué)者。他分析了托勒密地心說(shuō)的不合理之處，在名著天體運(yùn)行論中提出了“太陽(yáng)中心論”：地球和行星繞軸自轉(zhuǎn)，并圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。哥白

26、尼的日心說(shuō)推翻了托勒密的地心說(shuō)，引起了人們宇宙觀的根本變革。哥白尼懂得自己說(shuō)的革命意義，害怕教會(huì)的迫害和研究成果被扼殺在搖籃里，遲遲不敢公開(kāi)全部研究成果，直到年近古稀的時(shí)期，才決定出版天體運(yùn)行論。哥白尼創(chuàng)立的太陽(yáng)中心說(shuō)以數(shù)學(xué)和觀測(cè)為基礎(chǔ)，用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，花費(fèi)了畢生的精力研究，完成了系統(tǒng)闡述宇宙體系的新的科學(xué)巨著天體運(yùn)行論。哥白尼在天體運(yùn)行論中建立的太陽(yáng)中心說(shuō)，證明宇宙并不是造物主的創(chuàng)造，科學(xué)本身也并不需要假借上帝之手才能存在。只有客觀研究和探討物質(zhì)世界本來(lái)的性質(zhì)與規(guī)律，科學(xué)本身才能向前發(fā)展。從這個(gè)意義上說(shuō)，天體運(yùn)行論的出版，確實(shí)是近代科學(xué)的偉大開(kāi)端。對(duì)此，恩格斯給予高度評(píng)價(jià)，他說(shuō)：“自然科學(xué)

27、借以宣布其獨(dú)立并且好象是重演路德焚燒教諭的革命行為，便是哥白尼那本不朽著作的出版?！碧祗w運(yùn)行論是時(shí)代的產(chǎn)物，也受到時(shí)代的局限。哥白尼認(rèn)為太陽(yáng)是整個(gè)宇宙的中心，并且固定在空間靜止不動(dòng)，對(duì)太陽(yáng)系以外的系統(tǒng)還沒(méi)有什么認(rèn)識(shí)。但是，太陽(yáng)中心說(shuō)的創(chuàng)立，仍然是人類(lèi)認(rèn)識(shí)史上的一次偉大的革命，他標(biāo)志著近代天文學(xué)飛速發(fā)展的起點(diǎn)。在哥白尼以后，人們逐步認(rèn)識(shí)到，一切天體都在無(wú)限的空間永恒地轉(zhuǎn)動(dòng)著。地球在轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)也在轉(zhuǎn)動(dòng)。一切天體不僅在空間運(yùn)動(dòng)，而且本身也在不斷變化。2：開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)三大定律關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的開(kāi)普勒三大定律 所有的行星分別在不同的橢圓軌道上圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)處在這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。對(duì)每個(gè)行星而言，

28、行星和太陽(yáng)的連線在任意相等的時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積都相等（“面積速度”不變）所有行星的橢圓軌道的半長(zhǎng)軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等A：開(kāi)普勒三大定律是在摒棄地心說(shuō)采用日心說(shuō)的基礎(chǔ)上，分析、研究他的導(dǎo)師第谷在20多年時(shí)間里連續(xù)不斷對(duì)行星位置所觀測(cè)記錄的數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的B：開(kāi)普勒對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析研究，也是歷經(jīng)艱辛，走了不少?gòu)澛烽_(kāi)始時(shí)他采用的是天體運(yùn)動(dòng)的“神圣的”、“完美的”、“和諧的”勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型，所得結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)有較大的誤差。后來(lái)他懷疑并放棄了把天體運(yùn)動(dòng)神圣化的勻速圓周運(yùn)動(dòng)模型，相信并尊重觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道不是圓而是橢圓，從而導(dǎo)致科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)C：開(kāi)普勒三大定律的發(fā)

29、現(xiàn)，說(shuō)明成功的科學(xué)研究必須尊重正確的科學(xué)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立符合事實(shí)規(guī)律的科學(xué)模型，進(jìn)行艱苦的分析、計(jì)算，接受實(shí)踐的檢驗(yàn)，才能獲得真正的正確結(jié)論 3：伽利略對(duì)天文學(xué)的貢獻(xiàn)在天文學(xué)方面，伽利略的貢獻(xiàn)是極其巨大的。在早年他曾給學(xué)生們開(kāi)設(shè)天文學(xué)課程，講解的是行星理論。但是，他最根本的宇宙觀核心是維護(hù)和堅(jiān)持、發(fā)展哥白尼學(xué)說(shuō)。伽利略的日心說(shuō)觀點(diǎn)完全建立在對(duì)天文進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)所獲得的大量新發(fā)現(xiàn)的可靠事實(shí)基礎(chǔ)之上。伽利略首先對(duì)月球進(jìn)行了觀測(cè)，他發(fā)現(xiàn)了月球表面有深谷、高山和平原。他甚至根據(jù)測(cè)出的影子確定了月球上山脈的高度。伽利略將望遠(yuǎn)鏡指向天空的任何部分都可以看到無(wú)數(shù)的星體；肉眼看來(lái)是一條連續(xù)的光帶的銀河，原來(lái)

30、也是由數(shù)不清的暗淡的星星組成的。伽利略還觀察到了金星象月亮一樣發(fā)生周相的變化，而且在不同位相時(shí)其視大小也互不相同。這表明，正如哥白尼所說(shuō)的一樣，金星是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的他還發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)也不是光潔無(wú)瑕的，它的表面上有黑子。從黑子在太陽(yáng)表面上有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，他斷定太陽(yáng)以二十七天左右的周期進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。伽利略觀測(cè)到了土星的光環(huán)。當(dāng)時(shí)他認(rèn)為這些光環(huán)是由無(wú)數(shù)的衛(wèi)星所組成的。伽利略自己認(rèn)為他最重要的天文觀測(cè)成果是土星衛(wèi)星的發(fā)現(xiàn)。1610年1月17日，伽利略觀測(cè)到木星有三顆衛(wèi)星。經(jīng)過(guò)連續(xù)幾周的跟蹤觀察，他發(fā)現(xiàn)了木星有四顆衛(wèi)星，即木衛(wèi)1木衛(wèi)四。這是歷史上有名的歷史學(xué)家在天文學(xué)上的建樹(shù)。第二節(jié) 力學(xué)的發(fā)展一：教學(xué)目標(biāo)： 1

31、：17世紀(jì)中期力學(xué)有哪些發(fā)展。 2：牛頓對(duì)力學(xué)的貢獻(xiàn)經(jīng)典力學(xué)的建立。 3：流體力學(xué)的發(fā)展。二：教學(xué)重點(diǎn)： 1：17世紀(jì)中期力學(xué)有哪些發(fā)展。 2：牛頓對(duì)力學(xué)的貢獻(xiàn)經(jīng)典力學(xué)的建立。 3：培養(yǎng)學(xué)生善于觀察的能力。三：教學(xué)難點(diǎn)： 1：流體力學(xué)的發(fā)展。四：教學(xué)過(guò)程： 1：17世紀(jì)中期力學(xué)的發(fā)展 從學(xué)生們熟悉的牛頓的故事入手，吸引學(xué)生的注意力。 牛頓關(guān)于萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)，更是奠定了天體力學(xué)的基礎(chǔ)。說(shuō)到萬(wàn)有引力，蘋(píng)果落地的故事幾乎家喻戶(hù)曉-牛頓這天感到有些疲倦，就拿著筆記本到后院散步去了。后院的蘋(píng)果樹(shù)上結(jié)滿(mǎn)通紅的蘋(píng)果，在陽(yáng)光的沐浴下格外好看。到太陽(yáng)偏西時(shí)，牛頓頭上的蘋(píng)果被夕陽(yáng)的余輝映得更加通紅。空中沒(méi)有一絲風(fēng)

32、，院子里格外寧?kù)o。牛頓下意識(shí)地抬起頭來(lái)看了看蘋(píng)果，正巧一個(gè)蘋(píng)果悄悄地離開(kāi)樹(shù)枝，巴嗒一聲落到地上。蘋(píng)果掉了。牛頓輕輕地自言自語(yǔ)道，接著又陷入沉思之中。 突然，牛頓的眼里閃出奇異的光芒。長(zhǎng)期以來(lái)他冥思苦索的太陽(yáng)、地球、月亮這些天體運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，終于找到了解決的線索。牛頓想：蘋(píng)果落到地上，那是因?yàn)榈厍蛟谖５厍驅(qū)μO(píng)果的引力就是在高山上，也不減弱。由此看來(lái)，地球的引力并無(wú)達(dá)不到月球的道理。牛頓繼續(xù)思索著：月球時(shí)時(shí)刻刻都在朝地球掉落。在某種意義上，月球和炮彈相似-炮彈在地球的水平距離上一直是在下降的。月球正是按照地球表面的曲率繞著地球掉落著。月球和蘋(píng)果一樣，也在吸引著地球。任何物體，甚至宇宙空間中一顆

33、小小的流星也對(duì)每個(gè)物體有吸引力。因此，當(dāng)?shù)厍蛟谖O(píng)果朝它落時(shí)，蘋(píng)果也在吸引著地球。只是蘋(píng)果的引力太小，沒(méi)有人能覺(jué)察到它。于是，看上去只是蘋(píng)果在掉落。他想，當(dāng)?shù)厍蛟谖虑驎r(shí)，月球也在吸引地球。月球比蘋(píng)果大得多也遠(yuǎn)得多，在繞地球旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)必然要產(chǎn)生很大的離心力，這樣月球就會(huì)處在引力和離心力相平衡的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)著。出于這種考慮，牛頓又進(jìn)一步研究離心力的作用規(guī)律，并且發(fā)現(xiàn)了離心力與物體運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比和與距離成反比的離心力定律。從以上分析可以看出，眾說(shuō)紛紜的蘋(píng)果落地導(dǎo)致萬(wàn)有引力定律的發(fā)明的說(shuō)法，是人們?cè)谘芯颗ｎD萬(wàn)有引力定律時(shí)的極為通俗易懂的一個(gè)例證。 1685年初，牛頓將萬(wàn)有引力定律完整地公

34、諸于世。有了這個(gè)萬(wàn)有引力定律，一切天體的相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律都可以較容易地算出來(lái)，終于奠定了天體力學(xué)的基礎(chǔ)。有了這個(gè)定律，一向神秘莫測(cè)的和神話般的天宇便成為可知的了。它的作用與地面上的一切物體的作用和運(yùn)動(dòng)都遵守同樣的規(guī)律，使天上和地上的統(tǒng)一起來(lái)，使古往今來(lái)的自然哲學(xué)變成為科學(xué)。牛頓的這個(gè)重大貢獻(xiàn)，使他逐漸被公認(rèn)為最偉大的科學(xué)家。 簡(jiǎn)單介紹物理學(xué)家的生平： 惠更斯荷蘭物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家。1629年4月14日出生于海牙。父親是大臣和詩(shī)人，惠更斯自幼聰慧，13歲時(shí)曾自制一臺(tái)車(chē)床，表現(xiàn)出很強(qiáng)的動(dòng)手能力。16451647年在萊頓大學(xué)學(xué)習(xí)法律與數(shù)學(xué)，16471649年轉(zhuǎn)入布雷達(dá)學(xué)院深造。在阿基米德等

35、人著作及等人直接影響下，致力于力學(xué)、光學(xué)、天文學(xué)及數(shù)學(xué)的研究。他善于把科學(xué)實(shí)踐 和理論研究結(jié)合起來(lái)，透徹地解決問(wèn)題，因此在擺鐘的 發(fā)明、天文儀器的設(shè)計(jì)、彈性體碰撞和光的波動(dòng)理論等 方面都有突出成就。1663年他被聘為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)第一個(gè)外國(guó)會(huì)員，1666年剛成立的法國(guó)皇家科學(xué)院選他為院士。從1652年開(kāi)始他研究彈性物體的碰撞。16681669年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)為解決對(duì)心碰撞問(wèn)題懸賞征文，惠更斯 是得獎(jiǎng)?wù)咧弧Ｋ婕?xì)致地解決了完全彈性碰撞問(wèn)題，證明了在這種碰撞中同一方向上的動(dòng)量保持不變，糾正了不考慮動(dòng)量具有方向性的錯(cuò)誤，而且首次提出這種碰撞前后的動(dòng)量守恒。他還通過(guò)對(duì)比船上與岸上 兩人手中小球的碰撞情

36、況的生動(dòng)例子，闡明相對(duì)性原理也適用于碰撞現(xiàn)象。這是從特殊情況的碰撞出發(fā)首次利 用相對(duì)性原理得出了守恒定律的結(jié)論。為適應(yīng)當(dāng)時(shí)天文和航海發(fā)展的需要，重力齒輪式的時(shí)計(jì)劃待改進(jìn)。1656年開(kāi)始，惠更斯首先將擺引入時(shí)鐘，發(fā)明了擺鐘，并發(fā)表了擺鐘(1658)及擺式時(shí)鐘或 用于時(shí)鐘上的擺的運(yùn)動(dòng)的幾何證明(1673)。后者是他的代表作之一，體現(xiàn)了他以全新的理論給出數(shù)學(xué)上的完 全解從而解決技術(shù)設(shè)計(jì)難題的特點(diǎn)，例如，書(shū)中提出了著名的單擺周期公式，指出單擺的運(yùn)動(dòng)不嚴(yán)格等時(shí)。而后他從證明擺線（即旋輪線）的幾何性質(zhì)開(kāi)始，進(jìn)而研究在機(jī)械上的應(yīng)用，利用擺線理論設(shè)計(jì)出嚴(yán)格等時(shí)的擺 鐘結(jié)構(gòu)（包括擒縱器的設(shè)置）。他提出了復(fù)擺的完

37、整理論，并且導(dǎo)出與復(fù)擺振蕩中心有關(guān)的一些物理問(wèn)題；這是在力學(xué)上第一次求解在已知力的作用下受約束的質(zhì)點(diǎn)系問(wèn)題。他還用擺求出重力加速度的準(zhǔn)確值，并曾建議用秒擺的長(zhǎng)度作為自然長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。他在這本書(shū)和另一篇著作關(guān)于運(yùn)動(dòng)及離心力中，提出過(guò)有關(guān)圓周運(yùn)動(dòng)及 離心力的若干重要結(jié)果，包括向心加速度概念和向心加速度公式，這有助于得出萬(wàn)有引力定律。他又研究了簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)及彈簧振動(dòng)，并用游絲代替掛擺，設(shè)計(jì)出許多種鐘表等時(shí)結(jié)構(gòu)（例如海上用以測(cè)量地理經(jīng)度的懷表等）。在解決以上這些問(wèn)題時(shí)，他還提出了由若干重物組成的機(jī)械系統(tǒng)在重力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的重心不可能超過(guò)原來(lái)高度，這是機(jī)械能守恒原理的最初表述形式之一。英國(guó)的著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家

38、羅伯特.胡克是17世紀(jì)中期的杰出代表、2：流體力學(xué)的發(fā)展：流體力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究流體本身的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互作用和流動(dòng)的規(guī)律。流體力學(xué)中研究得最多的流體是水和空氣。它的主要基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定律和質(zhì)量守恒定律，常常還要用到熱力學(xué)知識(shí)，有時(shí)還用到宏觀電動(dòng)力學(xué)的基本定律、本構(gòu)方程和物理學(xué)、化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。 1738年伯努利出版他的專(zhuān)著時(shí)，首先采用了水動(dòng)力學(xué)這個(gè)名詞并作為書(shū)名；1880年前后出現(xiàn)了空氣動(dòng)力學(xué)這個(gè)名詞；1935年以后，人們概括了這兩方面的知識(shí)，建立了統(tǒng)一的體系，統(tǒng)稱(chēng)為流體力學(xué)。 除水和空氣以外，流體還指作為汽輪機(jī)工作介質(zhì)的水蒸氣、潤(rùn)滑油

39、、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高壓作用下的金屬和燃燒后產(chǎn)生成分復(fù)雜的氣體、高溫條件下的等離子體等等。 氣象、水利的研究，船舶、飛行器、葉輪機(jī)械和核電站的設(shè)計(jì)及其運(yùn)行，可燃?xì)怏w或炸藥的爆炸，以及天體物理的若干問(wèn)題等等，都廣泛地用到流體力學(xué)知識(shí)。許多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所關(guān)心的問(wèn)題既受流體力學(xué)的指導(dǎo)，同時(shí)也促進(jìn)了它不斷地發(fā)展。1950年后，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展又給予流體力學(xué)以極大的推動(dòng)。 流體力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史 流體力學(xué)是在人類(lèi)同自然界作斗爭(zhēng)和在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步發(fā)展起來(lái)的。古時(shí)中國(guó)有大禹治水疏通江河的傳說(shuō)；秦朝李冰父子帶領(lǐng)勞動(dòng)人民修建的都江堰，至今還在發(fā)揮著作用；大約與此同時(shí)，古羅馬人建成了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)

40、等等。 對(duì)流體力學(xué)學(xué)科的形成作出第一個(gè)貢獻(xiàn)的是古希臘的阿基米德，他建立了包括物理浮力定律和浮體穩(wěn)定性在內(nèi)的液體平衡理論，奠定了流體靜力學(xué)的基礎(chǔ)。此后千余年間，流體力學(xué)沒(méi)有重大發(fā)展。 直到15世紀(jì)，意大利達(dá)芬奇的著作才談到水波、管流、水力機(jī)械、鳥(niǎo)的飛翔原理等問(wèn)題；17世紀(jì)，帕斯卡闡明了靜止流體中壓力的概念。但流體力學(xué)尤其是流體動(dòng)力學(xué)作為一門(mén)嚴(yán)密的科學(xué)，卻是隨著經(jīng)典力學(xué)建立了速度、加速度，力、流場(chǎng)等概念，以及質(zhì)量、動(dòng)量、能量三個(gè)守恒定律的奠定之后才逐步形成的。 17世紀(jì)，力學(xué)奠基人牛頓研究了在流體中運(yùn)動(dòng)的物體所受到的阻力，得到阻力與流體密度、物體迎流截面積以及運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比的關(guān)系。他針對(duì)粘性

41、流體運(yùn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力也提出了牛頓粘性定律。但是，牛頓還沒(méi)有建立起流體動(dòng)力學(xué)的理論基礎(chǔ)，他提出的許多力學(xué)模型和結(jié)論同實(shí)際情形還有較大的差別。 第三節(jié) 光學(xué)的發(fā)展一：教學(xué)目標(biāo)： 1：了解光學(xué)的發(fā)展。 2：了解哪些物理學(xué)家在光學(xué)上有所成就。3：培養(yǎng)學(xué)生善于觀察的能力。二：教學(xué)難點(diǎn)： 1：了解光學(xué)的本性及發(fā)展。三；教學(xué)過(guò)程： 1：以故事的形式向?qū)W生介紹物理學(xué)家如何獲得成就： 牛頓在光學(xué)上的成就，實(shí)際上就是陽(yáng)光的七色光譜的發(fā)現(xiàn)。這個(gè)問(wèn)題，不像微積分那樣枯燥，不像萬(wàn)有引力那樣深?yuàn)W-一天，一家人都聚集在餐廳里吃午飯。牛頓笑著對(duì)媽媽說(shuō)：媽媽?zhuān)酝觑?，到我房間里來(lái)一趟，我要給您看一樣有趣的東西。如果是你那令人費(fèi)

42、解的公式，我可不看。妹妹也好奇地說(shuō)：哥哥準(zhǔn)是又發(fā)明了什么東西吧？說(shuō)得不錯(cuò)。正是有個(gè)東西我保證你喜歡看。今天天氣不錯(cuò)，那東西一定特別好看。吃過(guò)午飯，牛頓領(lǐng)著媽媽、妹妹和弟弟魚(yú)貫走進(jìn)他的房間。這天陽(yáng)光明媚，可牛頓的屋里卻因掛了兩層厚厚的窗簾，顯得黑漆漆的，一條光線從窗簾縫中射進(jìn)來(lái)，在墻上留下一個(gè)明亮的光點(diǎn)。這是在干什么？媽媽在黑屋里吃驚地問(wèn)。大家都朝墻上那個(gè)光點(diǎn)上看，有趣的東西馬上就要出來(lái)了。牛頓一邊說(shuō)，一邊從口袋里拿出個(gè)東西，擋在那束光線上。這時(shí)，在與原來(lái)的光點(diǎn)稍稍錯(cuò)開(kāi)的地方，一條七種顏色的光帶夢(mèng)幻般地浮現(xiàn)了出來(lái)。媽媽驚奇地叫道：哎呀，真漂亮?。∵@簡(jiǎn)直跟彩虹一模一樣?。「绺纾闶鼓Х税?？妹妹問(wèn)

43、。這時(shí)，牛頓突然把手縮回去，于是七種顏色的光帶又變成原來(lái)的白色光點(diǎn)了。哥哥，你手里拿的什么東西？弟弟眼尖，一下子就看見(jiàn)牛頓手里拿的東西，大聲喊了起來(lái)。妹妹自信地說(shuō)：一定是用各種顏色的紙做成的東西。媽媽也感到奇怪：快拿給我們瞧瞧！牛頓拉開(kāi)窗簾，讓房間亮起來(lái)。于是，眾人看見(jiàn)他伸出來(lái)的手里握著一個(gè)三角形的棱鏡。 真奇怪，也不帶顏色呀！感到十分意外的妹妹拿過(guò)三棱鏡問(wèn)：這是什么東西？這叫三棱鏡，是我在街上買(mǎi)的。妹妹接著問(wèn)：為什么把光束打在這上面就會(huì)分出許多顏色呢？這可是個(gè)大難題，我每天做實(shí)驗(yàn)就是為了弄清其中的道理。妹妹追問(wèn)道：你都弄清了哪些道理？妹妹，你的毛衣為什么看著是紅的？那是因?yàn)樗緛?lái)就是紅的，這

44、還用問(wèn)。媽媽?zhuān)阏f(shuō)呢？媽媽一直聽(tīng)著兩個(gè)孩子的對(duì)話，被這樣一問(wèn)，突然愣住了-她也不明白。牛頓略加思考，分析道：太陽(yáng)光是白色的，可這毛衣看上去卻是紅色的，這就是問(wèn)題。你們也許會(huì)說(shuō)，如果沒(méi)有光，不管什么都變成了黑的。不錯(cuò)，但就是有了光，木炭也還是黑的。光所以會(huì)變暗，是因?yàn)槲矬w里有把光變暗的性質(zhì)。這一切都是因?yàn)楦鞣N顏色由光的反射率不同造成的，全反射的為白色，然后依次為紅、黃、蘭、紫、黑等。照你這么說(shuō)，我這件毛衣就是太陽(yáng)光照射后反射率比較多才形成紅色的了？牛頓在學(xué)校里做過(guò)各種實(shí)驗(yàn)，比如把三棱鏡放到從窗縫中透進(jìn)來(lái)的光里就能把太陽(yáng)光分成七種顏色。然后再把一張紅紙放到這七種顏色的光帶里。在紅色的光帶里，這張紙

45、仍是紅色，但在藍(lán)色的光帶里卻變成黑色的了。他已弄明白：這是因?yàn)楣獾恼凵渎什煌斐傻摹?這回，他把實(shí)驗(yàn)帶回家中來(lái)做了。牛頓向家人解釋道：像剛才看到的那樣，用三棱鏡分解出來(lái)的光照到白墻上就呈現(xiàn)出各種顏色。白墻把各種顏色反射了，所以什么時(shí)候看上去都是白的，這就不奇怪了吧？這么說(shuō)，顏色是由照上去的光決定的？問(wèn)題就在這里。妹妹，你真說(shuō)到點(diǎn)子上了。妹妹在媽媽面前受到哥哥的夸獎(jiǎng)，高興地笑了。牛頓接著說(shuō)：是不是可以這樣設(shè)想，白色的陽(yáng)光是一種含有七種色彩的混合光。當(dāng)它照在一個(gè)物體上時(shí)，顏色反射較多的那種光就決定了那個(gè)物體的顏色。例如，紅紙是因?yàn)殛?yáng)光中的紅色光比其他顏色的光反射得多，所以看著發(fā)紅。那么木炭怎么是黑

46、的呢？那是由于把各種反射率的顏色都吸收了的緣故。沒(méi)有光反射出來(lái)，就和黑暗的夜晚一樣，看上去當(dāng)然是黑的。你剛才說(shuō)，把紅紙放到藍(lán)色的光帶里就看著發(fā)黑。這是不是由于紅紙沒(méi)有把藍(lán)色的光反射出來(lái)的緣故？想必是這樣，但這只是哥哥的設(shè)想，在回大學(xué)進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)以前，我還不好說(shuō)什么。一聽(tīng)牛頓提到回大學(xué)，媽媽馬上問(wèn)道：你打算什么時(shí)候回劍橋大學(xué)？我一直想跟媽媽商量這件事。聽(tīng)說(shuō)倫敦的瘟疫已經(jīng)過(guò)去，我想盡快返回學(xué)校。干嘛這么著急？你看我正在進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)，要想深入研究，不回大學(xué)是絕對(duì)辦不到的。媽媽離不開(kāi)牛頓，要是讓牛頓永遠(yuǎn)留在自己身邊，那該多好啊！可是想到兒子的科學(xué)研究這件大事，就一句話也沒(méi)說(shuō)。停課的18個(gè)月后，牛頓回

47、到學(xué)校。他通過(guò)大量光學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了日光譜，并且提出了光的微粒說(shuō)，在后來(lái)光學(xué)的發(fā)展史上產(chǎn)生重大的影響。關(guān)于日光譜的研究，后來(lái)的科學(xué)家創(chuàng)立了光譜學(xué)，這對(duì)測(cè)定和了解太陽(yáng)的物質(zhì)組成、元素和天體演化，有重要意義，并且根據(jù)這個(gè)道理先后發(fā)現(xiàn)了許多元素，如氦、銫、銣、鉈和錮等。關(guān)于微粒說(shuō)，牛頓曾經(jīng)用七種不同顏色的微粒模擬七色光譜，將它們依不同的比例混合，顯示出不同的顏色，而將七種顏色的微?；旌显谝黄饡r(shí)，變成為白色，牛頓企圖用這種實(shí)驗(yàn)證明他的光學(xué)理論。 光的微粒說(shuō)是與光的波動(dòng)說(shuō)相對(duì)立的一種光學(xué)理論，它在光學(xué)史上，特別在18世紀(jì)和20世紀(jì)初，對(duì)科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的作用。 2：光學(xué)的發(fā)展光學(xué)真正形成一門(mén)科學(xué)，應(yīng)該從

48、建立反射定律和折射定律的時(shí)代算起，這兩個(gè)定律奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。光的本性也是光學(xué)研究的重要課題。微粒說(shuō)把光看成是由微粒組成，認(rèn)為這些微粒按力學(xué)規(guī)律沿直線飛行，因此光具有直線傳播的性質(zhì)。19世紀(jì)以前，微粒說(shuō)比較盛行。但是，隨著光學(xué)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)了許多不能用直進(jìn)性解釋的現(xiàn)象，例如干涉、衍射等，用光的波動(dòng)性就很容易解釋?zhuān)谑枪獾牟▌?dòng)說(shuō)又占了上風(fēng)。兩種學(xué)說(shuō)的爭(zhēng)論構(gòu)成了光學(xué)發(fā)展史中的一根紅線。 第四節(jié) 電磁學(xué)的發(fā)展一：教學(xué)目標(biāo)： 1：了解電磁現(xiàn)象的早期研究。 2：了解庫(kù)侖定律是如何建立的。 3：了解電磁學(xué)的建立。 4：激發(fā)高一年級(jí)的學(xué)生以后學(xué)習(xí)電磁學(xué)的興趣。二：教學(xué)重點(diǎn)： 1：了解電磁學(xué)的重點(diǎn)。

49、三：教學(xué)過(guò)程： 1：歷史的概述： 靜磁現(xiàn)象和靜電現(xiàn)象很早就受到人類(lèi)注意。公元前6、7世紀(jì)發(fā)現(xiàn)了磁石吸鐵、磁石指南以及摩擦生電等現(xiàn)象。系統(tǒng)地對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行研究則始于16世紀(jì)。1600年英國(guó)醫(yī)生吉爾伯特（WilliamGilbert，15441603）發(fā)表了論磁、磁體和地球作為一個(gè)巨大的磁體（De magnete， magneticisque corporibus et de magnomag-nete tellure）。他總結(jié)了前人對(duì)磁的研究，周密地討論了地磁的性質(zhì)，記載了大量實(shí)驗(yàn)，使磁學(xué)從經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)。書(shū)中他也記載了電學(xué)方面的研究。靜電現(xiàn)象的研究要困難得多，因?yàn)橐恢睕](méi)有找到恰當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的靜電和對(duì)靜電進(jìn)行測(cè)量。只有等到發(fā)明了摩擦起電機(jī)，才有可能對(duì)電現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)的研究，這時(shí)人類(lèi)才開(kāi)始對(duì)電有初步認(rèn)識(shí)。1750年米切爾（John Michell，1724？1793）提出磁極之間的作用力服從平方反比定律，1785年庫(kù)侖（Charles Augustin Coulomb，17361806）公布了用扭秤實(shí)驗(yàn)得到電力的平方反比定律，使電學(xué)和磁學(xué)進(jìn)入了定量研究的階段。1780年，伽伐尼（Aloisio Galvani， 17371798）發(fā)現(xiàn)動(dòng)物電，1800年伏打（Alessandro Volta，17451827）發(fā)明電堆，使穩(wěn)恒電流的產(chǎn)生有了可能，電學(xué)由靜電走向動(dòng)電，導(dǎo)致1