搜索
第三章近代科学技术自然科技的近代•所谓近代，大约从公元15世纪下半叶——19世纪末、20世纪初，又可分为前后两个时期。•前期约从公元15世纪下半叶——18世纪中叶；•后期约从18世纪中叶——19世纪末20世纪初。第一节近代前期自然科学的产生一、近代前期科学技术产生的历史背景二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战三、血液循环的发现及其对宗教的冲击四、经典力学体系的形成五、数学的发展一、近代前期科学技术产生的历史背景1．资本主义生产方式的兴起中世纪之后，科学以意想不到的神奇速度一下发展起来，其首要原因应归功于资本主义兴起。资本主义生产方式的兴起，一方面迫切需要先进的科学技术作依托，另一方面又为科学技术发展提供了研究课题、资料和必要的物质手段。一、近代前期科学技术产生的历史背景2．航海探险随着资本主义的发展，需要充足的原料、资金、劳动力和市场，急需打开通往外界的通道，于是一些冒险家先后组织船队进行航海探险。最先组织大规模航海探险的国家是葡萄牙和西班牙。他们早就利用航海到非洲掠夺黑奴，寻找黄金和象牙。一、近代前期科学技术产生的历史背景2．航海探险航海探险直接或间接地推动了科学技术的发展。首先，它证明了大地是球形，又发现了新大陆，这就加深了人们对地球的认识；同时，它也推动了天文学、大地测量学、数学和力学的发展。航海探险开阔了欧洲人的眼界，使他们从狭小的欧洲走向广阔的亚、非、美，所见所闻丰富了他们的头脑和思想。一、近代前期科学技术产生的历史背景3．文艺复兴文艺复兴发生在公元14—16世纪，它是资产阶级在意识形态领域发动的一场反封建、反宗教的文化运动，争取政治上的统治权。文艺复兴首先在意大利出现，后来遍及欧洲各国。一、近代前期科学技术产生的历史背景3．文艺复兴文艺复兴的基本内容可以概括为：提倡人权，反对神权；提倡人性，反对神性；歌颂世俗，蔑视天堂；推崇理性，反对神启。可见，文艺复兴具有明显的反封建、反宗教的倾向性，是一场思想解放运动。文艺复兴的主要代表人物有但丁、薄伽丘、达·芬奇、塞万提斯、莎士比亚、哥白尼等人。二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战1．哥白尼的生平及学说哥白尼(NicolausCopernicus，1473一1543)1506—1512期间，用了6年时间写下了代表作——《天体运行论》，创立了近代天文学。成书后又用了30年的时间进行修改，书中所有27个例子，25个是他自己观察所得。《天体运行论》标志系统的太阳中心说的形成。二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战《天体运行论》第一卷是宇观概论，介绍日心说的基本观点，论证地球是太阳的一个行星，解释春夏秋冬四季循环的原因等；第二卷是应用球面三角解释天体在地球上的视运动；第三卷是讲太阳运动的计算方法；第四卷是讲月亮运动；第五、六卷是讲行星的运动，推算星历表，预告星位。二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战太阳中心说的基本观点：太阳是宇宙的中心，行星都绕太阳运转，地球是围绕太阳运转的一颗普通行星，本身在自转着；月球是地球的卫星，地球带着月球绕日运行，行星在太阳系中的排列次序是土、木、火、地、金、水，它们的绕日周期分别为30年、12年、2年、1年、9个月、80天（后来精确测量为88天）；恒星固定在天球上。日心说面临的两大难题•恒星视差：哥白尼的解释不是太有力。和阿利斯塔克（Aristarchus，前310-230）的解释一样。19世纪上半叶才被发现。•地动抛物：解释这个现象需要对亚里斯多德的运动学革命。二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战2．布鲁诺和伽利略对哥白尼太阳中心说的捍卫和发展(1)布鲁诺的捍卫和发展。他是哥白尼太阳中心说的忠实捍卫者和发展者，在近代科学史上是向宗教神学斗争的勇士。1584年，他在英国出版了《论无限性、宇宙和诸世界》，宣传并发挥了哥白尼的太阳中心说，提出了多太阳系和宇宙无限性思想。在哲学上，他认为最好的哲学是“最符合于自然的真理”。二、哥白尼太阳中心说向宗教神学的挑战2．布鲁诺和伽利略对哥白尼太阳中心说的捍卫和发展(2)伽利略的捍卫和发展。1609年，他用自制的、可放大30倍的望远镜观察天空时发现：太阳有黑子；月亮有山谷；木星犹如一个小太阳系，有4颗卫星；还证实了哥白尼所说的金星有盈亏。1632年，他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，分析了托勒密体系的不合理性，论证了哥白尼体系的合理性，支持哥白尼太阳中心说的立场。三、血液循环的发现及其对宗教的冲击1．维萨留斯对解剖学的新贡献维萨留斯坚持亲自主刀解剖，按系统叙述了人体结构；同时，用事实批驳了宗教宣扬的在人体内存在“复活骨”以及男人的肋骨比女人少一根的胡说。人体内根本不存在什么永不毁坏的“复活骨”，男人和女人的肋骨数是相同的，都是24根；在解剖基础上维萨留斯于1543年出版了《人体的构造》一书，奠定了医学的基础。三、血液循环的发现及其对宗教的冲击2．塞尔维特发现血液小循环塞尔维特(1511—1553)是西班牙医生，是维萨留斯的同学。通过对人体解剖生理学的研究，发现了血液小循环(心肺循环)。1553年，他出版了《基督教的复兴》一书，其中用6页左右的篇幅描述了血液小循环的情景。三、血液循环的发现及其对宗教的冲击3．哈维确立血液循环理论哈维(1578—1657)是英国生理学家，解剖过七十多种动物，观察其心脏搏动，发现心脏每分钟大约跳动72次，1小时，心脏排出的血量为相当于人体重量的1.5倍。哈维意识到可能是血液在全身沿着一条闭合路线作循环运动。三、血液循环的发现及其对宗教的冲击3．哈维确立血液循环理论哈维意识到：血液从右心室输出的静脉血经过肺部变为动脉血，然后通过左心耳进入左心室；从左心室搏出的动脉血，沿动脉到达全身，然后再沿静脉回到心脏。他还预言：在动脉和静脉的末端必定有一种微小的通道(毛细血管)把二者联结起来，这就是血液大循环。用实验检验血液循环，他用蛇做活体解剖。三、血液循环的发现及其对宗教的冲击3．哈维确立血液循环理论1628年，哈维出版了《动物的心血运动及解剖学研究》，阐明了他的血液循环理论。由于哈维贡献，他被誉为“近代生理学之父”。哈维去世后，意大利解剖学家马尔比基、荷兰科学家列文虎克分别于1660年和1688年通过显微镜观察发现了毛细血管，证实了哈维的在动、静脉末端有通过毛细血管把二者相连的预言。四、经典力学体系的形成自然科学从宗教神学的禁锢中解放出来，首先发展并成熟起来、形成独立体系的是经典力学。经典力学体系的形成不是哪一个人的功劳，而是一批科学家共同努力的结果。这些科学家主要有伽利略、开卜勒、惠更斯、胡克、哈雷、牛顿等。四、经典力学体系的形成1．伽利略对经典力学的贡献(1)发现了自由落体定律。在伽利略时代人们对物体下落的认识还停留在亚里士多德的重物体比轻物体下落得快的水平（亚里斯多德理论：速度和质量有关）。伽利略从逻辑推理和实验两个方面开展了工作（落体下落距离跟运动时间的平方成正比）。四、经典力学体系的形成1．伽利略对经典力学的贡献（2）发现惯性运动伽利略又发现了惯性运动，推翻了亚里士多德关于物体运动必须有力连续作用的观点（亚里斯多德的动力学理论：力是运动的原因）。惯性运动的发现证明了物体不仅有保持其静止状态不变的特性，而且有保持其匀速直线运动不变的特性；物体维持其原来的运动状态，并不需要外力，外力是改变其原有运动状态的原因（外力不是维持运动的原因，而只是改变运动状态的原因）。四、经典力学体系的形成1．伽利略对经典力学的贡献(3)发展了抛物体运动轨迹理论。伽利略用几何方法证明：一个平抛可以分解为两种运动：一是水平方向的匀速直线运动，根据惯性原理，它使物体始终保持这一运动不变；另一个是在引力作用下，沿垂直方向上的自由落体运动，这一运动使物体在这个方向上的速度按时间成正比地增加。这两种运动综合起来，便得出路程为抛物线状。他还论证了为什么在抛射仰角为45°时射程最远。四、经典力学体系的形成1．伽利略对经典力学的贡献伽利略在动力学上的成就，集中反映在他的《关于力学和位置运动的两种新科学的对话与数学证明》(简称《关于两种新科学的对话》)一书中，这本书的出版标志着经典力学作为一门独立学科的诞生。伽利略创立的实验和数学相结合的科学研究方法也成为经典方法，对整个近代科学产生了深远影响。四、经典力学体系的形成2．开普勒对天体之间作用力的研究及其影响开普勒(JohannesKepler，1571—1630)是德国第一位伟大的新教徒数学家和天文学家。1596年，他发表了《宇宙的奥秘》。1609年，开普勒发表了《新天文学》一书和《论火星运动》一文，公布了两个定律：第一定律（轨道定律）：所有行星都沿椭圆轨道运行，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。第二定律（面积定律）：太阳至行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。四、经典力学体系的形成2．开普勒对天体之间作用力的研究及其影响1619年，他又在《宇宙的和谐》一书中，阐明了行星运行的第三定律，即周期定律。他发现，行星绕日运行周期的平方与它到太阳的平均距离的立方成正比。开普勒运用这一定律算出了当时已知的太阳系六大行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星)的运行周期和与太阳的平均距离，荣获“太空律师”的美名。在研究火星运动的真实轨道时，发现观察值与按照哥白尼学说推算出的值有0.133°(即约8ˊ)的差数。他大胆地改用椭圆进行计算，结果与观察值完全吻合。四、经典力学体系的形成3．万有引力定律的发现(1)惠更斯的工作。惠更斯(ChristanHuyRens，1629一1695)是荷兰物理学家，是英国皇家学会的外籍会员，在科学上有很多成就，牛顿称他是尽善尽美的科学家。通过对自己发明的钟摆进行研究，发现物体保持圆周运动需要一种向心力，并得出了向心加速度公式：a=v2/R。四、经典力学体系的形成3．万有引力定律的发现(2)胡克的工作。胡克长期从事物理学和天文学研究，并自制仪器。根据弹簧实验的结果，提出了胡克定律；用自制的显微镜发现了细胞。1674年，胡克在《从观察角度证明地球周年运动的尝试》一文中，提出了关于天体引力问题的三个假设，并明确认识到力和距离的平方成反比。四、经典力学体系的形成3．万有引力定律的发现(3)牛顿对万有引力定律的贡献。1665—1666年，牛顿通过对地球对月球的引力研究。独立发现了天体间的引力与其距离平方成反比的关系，并认为，这一引力并非磁力，本质上就是地球的重力，地球把它对地面物体的吸引力伸展到月球上，从而使月球绕地球旋转。四、经典力学体系的形成3．万有引力定律的发现(3)牛顿对万有引力定律的贡献。至于万有引力定律的发现，则是广泛地利用前人及他同辈人的成果进行推论，以及自己努力而获得的。万有引力定律表明：任何两个天体间都存在着相互吸引的作用力，而且这一引力也存在于地面上任何两个物体之间，故称为万有引力。四、经典力学体系的形成3．万有引力定律的发现牛顿发现万有引力定律的特殊功绩在于：第一，他把其他科学家以为只是局部天体之间的引力作用推广到宇宙中一切具有质量的物体之间；第二，从理论上精确计算出这种引力的大小；第三，证明了任何两个物体间的万有引力可以看作集中作用于物体的质点上；第四，从万有引力定律可以推出行星运动的三定律。四、经典力学体系的形成4．牛顿对经典力学的综合1678—1684年，牛顿完成了引力问题的论证。1687年，在哈雷的支持下，出版了他的《自然哲学的数学原理》，第一次把地面力学和天体力学统一起来，建立起经典力学体系，完成了近代自然科学史上第一次大综合。牛顿力学体系的建立（一）•牛顿运动第一定律•牛顿运动第二定律•牛顿运动第三定律牛顿力学体系的建立（一）•牛顿运动第一定律：除非受到外来的作用力，否则物体的速度(v)会保持不变。也叫做惯性定律：物体都具有保持原有运动状态的特性。•牛顿运动第二定律：质量为m的物体动量(p=mv)变化率是正比于外加力F且发生在力的方向。即物体的加速度和它所受的外力大小成正比。•牛顿运动第三