科學(xué)技術(shù)發(fā)展史第十六章、經(jīng)典物理學(xué)大廈的完成ppt課件

1、第十六章第十六章經(jīng)典物理學(xué)大廈的完成經(jīng)典物理學(xué)大廈的完成 主講：主講：XXXXXX課前導(dǎo)入 知道高中物理課本雙縫干涉實(shí)驗的鼻祖是誰嗎？ 托馬斯楊 知道是誰最早試圖丈量光速的嗎？ 伽利略 熱力學(xué)經(jīng)典兩大定律又是怎樣來的呢？ 靜電到動電終究經(jīng)過了怎樣的推進(jìn)？ 生活中每天打交道的力、熱、電、磁、光這些物理景象早在19世紀(jì)就得出了相應(yīng)的規(guī)律和實(shí)際闡釋，如今我們一同來學(xué)習(xí)本章經(jīng)典物理學(xué)大廈的完成。 動搖說的復(fù)興動搖說的復(fù)興第一節(jié)第一節(jié) 經(jīng)典光學(xué)的建立經(jīng)典光學(xué)的建立 光速測定光速測定 光譜研討光譜研討 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律確實(shí)立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律確實(shí)立第二節(jié)第二節(jié) 熱力學(xué)的建立熱力學(xué)的建立 熱力學(xué)第二定律的

2、建立熱力學(xué)第二定律的建立 電磁聯(lián)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)和研討電磁聯(lián)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)和研討第三節(jié)第三節(jié) 經(jīng)典電磁實(shí)際的建立經(jīng)典電磁實(shí)際的建立 法拉第的電磁學(xué)研討法拉第的電磁學(xué)研討 電磁場實(shí)際的建立電磁場實(shí)際的建立第一節(jié)、經(jīng)典光學(xué)的建立第一節(jié)、經(jīng)典光學(xué)的建立 17世紀(jì)：幾何光學(xué)確立，牛頓的色散實(shí)驗以及牛頓環(huán)的發(fā)現(xiàn)是動搖光學(xué)的開場。 18世紀(jì)：細(xì)微流質(zhì)觀念的模型直觀籠統(tǒng)，但光的動搖實(shí)際此時并不完善。 19世紀(jì)下半葉：隨著麥克斯韋電磁場實(shí)際的建立，最終實(shí)現(xiàn)了電、磁和光的一致，使人們對光的認(rèn)識到達(dá)了一個新的程度。一、動搖說的復(fù)興一、動搖說的復(fù)興 十九世紀(jì)最初幾年，托馬斯十九世紀(jì)最初幾年，托馬斯楊在光的動楊在光的動搖說方面做出

3、了一系列實(shí)驗和實(shí)際研討。搖說方面做出了一系列實(shí)驗和實(shí)際研討。提出光與聲都是波，研討聲波疊加景象提出光與聲都是波，研討聲波疊加景象明確光波的頻率和波長，在明確光波的頻率和波長，在中描畫多種光的干涉中描畫多種光的干涉提出提出“干涉概念，雙縫干涉實(shí)驗，干涉概念，雙縫干涉實(shí)驗， 明確提示了光的動搖性質(zhì)明確提示了光的動搖性質(zhì)初次實(shí)現(xiàn)了可見光波長的丈量初次實(shí)現(xiàn)了可見光波長的丈量托馬斯托馬斯楊楊 英國醫(yī)生、物理學(xué)家。英國醫(yī)生、物理學(xué)家。 他博學(xué)多才，著述涉及醫(yī)學(xué)、他博學(xué)多才，著述涉及醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、天膂力學(xué)和機(jī)械學(xué)等廣泛領(lǐng)物理學(xué)、天膂力學(xué)和機(jī)械學(xué)等廣泛領(lǐng)域。域。 他具有出色的言語才干，知曉他具有出色的言語才干

4、，知曉多種外語，是埃及象形文字最早的翻多種外語，是埃及象形文字最早的翻譯者之一。譯者之一。 他會演奏多種樂器。他會演奏多種樂器。 楊的研討從生理光學(xué)景象開場，楊的研討從生理光學(xué)景象開場，楊研討過眼睛的構(gòu)造及其光學(xué)性質(zhì)，楊研討過眼睛的構(gòu)造及其光學(xué)性質(zhì)，他第一個發(fā)現(xiàn)眼球在凝視間隔不同的他第一個發(fā)現(xiàn)眼球在凝視間隔不同的物體時改動外形，他最早研討了人眼物體時改動外形，他最早研討了人眼色覺問題。色覺問題。 馬呂思工程師、物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)反射光的偏振景象和平面偏振光經(jīng)過晶體后的光強(qiáng)變化。阿拉果物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)色偏振景象。菲涅耳物理學(xué)家，完善惠更斯子波概念，提出惠更斯菲涅爾原理。設(shè)計了雙光干涉實(shí)驗，運(yùn)用半波帶法

5、計算計算出圓孔、直邊等外形的衍射。勝利證明光是沿直線傳播。解釋了雙折射景象。菲涅耳與阿拉果協(xié)作進(jìn)展了驗證光是橫波觀念的實(shí)驗。二、光速測定二、光速測定伽利略最早試圖丈量光速，但沒處理這個伽利略最早試圖丈量光速，但沒處理這個問題。問題。法國物理學(xué)家菲索首先在地面測得光速值，法國物理學(xué)家菲索首先在地面測得光速值，315300Km/s邁克爾遜測得光速邁克爾遜測得光速300140Km/s，非常準(zhǔn)，非常準(zhǔn)確，作為國際規(guī)范沿用確，作為國際規(guī)范沿用40年之久。年之久。 “提出一個問題往往比處理一個問題提出一個問題往往比處理一個問題更重要更重要愛因斯坦對伽利略的評價愛因斯坦對伽利略的評價伽伽利利略略名名言言 “

6、追求科學(xué)，需求有特殊的勇氣，思索是人類最追求科學(xué)，需求有特殊的勇氣，思索是人類最大的高興。大的高興。 “生命猶如鐵砧，愈被敲打，愈能發(fā)出火花。生命猶如鐵砧，愈被敲打，愈能發(fā)出火花。 “他無法教他人任何東西，他只能協(xié)助他人發(fā)現(xiàn)他無法教他人任何東西，他只能協(xié)助他人發(fā)現(xiàn)一些東西。一些東西。 “科學(xué)不是一個人的事業(yè)科學(xué)不是一個人的事業(yè) “真理不在蒙滿灰塵的權(quán)威著作中，而是在宇宙、真理不在蒙滿灰塵的權(quán)威著作中，而是在宇宙、自然界這部偉大的無字書中。自然界這部偉大的無字書中。 “世界是一本以數(shù)學(xué)言語寫成的書。世界是一本以數(shù)學(xué)言語寫成的書。 “一切推理都必需從察看與實(shí)驗中得來。一切推理都必需從察看與實(shí)驗中得

7、來。 “與其夸張胡說，不如宣布那個聰明的、智巧的、與其夸張胡說，不如宣布那個聰明的、智巧的、謙遜的警句。謙遜的警句。前往三、光譜研討三、光譜研討 光譜學(xué)的歷史：光譜學(xué)的歷史： 牛頓色散實(shí)驗牛頓色散實(shí)驗 梅耳維爾發(fā)現(xiàn)了納譜線梅耳維爾發(fā)現(xiàn)了納譜線在內(nèi)的一些譜線在內(nèi)的一些譜線 赫歇爾用譜線檢驗金赫歇爾用譜線檢驗金屬的存在屬的存在 赫歇爾和李特發(fā)現(xiàn)紅外線和赫歇爾和李特發(fā)現(xiàn)紅外線和紫外線紫外線 沃拉斯頓察看到太陽光譜的不沃拉斯頓察看到太陽光譜的不延續(xù)性延續(xù)性 夫瑯和費(fèi)發(fā)明了衍射光柵夫瑯和費(fèi)發(fā)明了衍射光柵 基基爾霍夫和本生發(fā)明了棱鏡光譜儀，建立了爾霍夫和本生發(fā)明了棱鏡光譜儀，建立了光譜分析方法光譜分析方法

8、 埃格斯特朗發(fā)表了埃格斯特朗發(fā)表了 巴耳末找到了一個簡單巴耳末找到了一個簡單的氫光譜閱歷公式的氫光譜閱歷公式 里德堡用波數(shù)表示里德堡用波數(shù)表示巴耳末公式巴耳末公式 里茲提出組合原理，把每里茲提出組合原理，把每條譜線表示成兩個譜線的波數(shù)差。條譜線表示成兩個譜線的波數(shù)差。第二節(jié)、熱力學(xué)的建立第二節(jié)、熱力學(xué)的建立 18世紀(jì)初：開場建立了系統(tǒng)的計溫學(xué)和量熱學(xué)，人們對熱景象的研討進(jìn)一步從閱歷向科學(xué)轉(zhuǎn)化。 18世紀(jì)和19世紀(jì)中期：由于蒸汽機(jī)的發(fā)明、改良及其在工業(yè)上的廣泛運(yùn)用，熱學(xué)顯示出非常重要的實(shí)踐意義。 19世紀(jì)：發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，能量轉(zhuǎn)化與守恒定律提示了物質(zhì)世界的普遍聯(lián)絡(luò)，熱力學(xué)第二

9、定律進(jìn)一步顯示了自然界過程的方向性。一、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律確實(shí)立一、能量轉(zhuǎn)化與守恒定律確實(shí)立 自然科學(xué)上的艱苦發(fā)現(xiàn)廣泛提示出自然景自然科學(xué)上的艱苦發(fā)現(xiàn)廣泛提示出自然景象間普遍聯(lián)絡(luò)和轉(zhuǎn)化。象間普遍聯(lián)絡(luò)和轉(zhuǎn)化。 例如，伏打制成的例如，伏打制成的“伏打電堆：化學(xué)運(yùn)伏打電堆：化學(xué)運(yùn)動向電的轉(zhuǎn)化；動向電的轉(zhuǎn)化； 伏打電流的電解：電運(yùn)動向化學(xué)運(yùn)動的轉(zhuǎn)伏打電流的電解：電運(yùn)動向化學(xué)運(yùn)動的轉(zhuǎn)化；化； 塞貝克：實(shí)現(xiàn)了熱和電的轉(zhuǎn)化；塞貝克：實(shí)現(xiàn)了熱和電的轉(zhuǎn)化； 焦耳和楞次：發(fā)現(xiàn)了電流轉(zhuǎn)化為熱的著名焦耳和楞次：發(fā)現(xiàn)了電流轉(zhuǎn)化為熱的著名定律；定律； 奧斯特：電流磁效應(yīng)；奧斯特：電流磁效應(yīng)； 法拉第：電磁感應(yīng)景象；法拉第

10、：電磁感應(yīng)景象； 三位聲譽(yù)卓著的佼佼者：三位聲譽(yù)卓著的佼佼者： 邁爾、焦耳、亥姆霍茲邁爾、焦耳、亥姆霍茲 他們分別從哲學(xué)性的理性思想、與機(jī)械他們分別從哲學(xué)性的理性思想、與機(jī)械效率的討論相聯(lián)絡(luò)的物理實(shí)驗以及在力學(xué)效率的討論相聯(lián)絡(luò)的物理實(shí)驗以及在力學(xué)根底上進(jìn)展的實(shí)際論證的途徑開場思索，根底上進(jìn)展的實(shí)際論證的途徑開場思索，為能量守恒定律的建立作出了奠基性的奉為能量守恒定律的建立作出了奠基性的奉獻(xiàn)獻(xiàn)邁爾首先公開表述了能量轉(zhuǎn)化邁爾首先公開表述了能量轉(zhuǎn)化 和守恒的和守恒的普遍原理普遍原理發(fā)現(xiàn)問題并思索：患病船員的靜脈發(fā)現(xiàn)問題并思索：患病船員的靜脈血比在歐洲時紅一血比在歐洲時紅一 些，這是些，這是怎樣回事？

11、怎樣回事？ 邁爾他對萬事總要問個為什么，邁爾他對萬事總要問個為什么，而且必親身察看，研討，實(shí)驗。而且必親身察看，研討，實(shí)驗。在拉瓦錫的熄滅實(shí)際啟示下，邁在拉瓦錫的熄滅實(shí)際啟示下，邁爾發(fā)表論文爾發(fā)表論文“論無機(jī)界的力，他論無機(jī)界的力，他得出得出“力就是不滅的、能轉(zhuǎn)化的、力就是不滅的、能轉(zhuǎn)化的、無分量的客體的結(jié)論。無分量的客體的結(jié)論。 邁爾以邁爾以“下落力重力勢能、下落力重力勢能、“運(yùn)動力動能和熱的轉(zhuǎn)化詳運(yùn)動力動能和熱的轉(zhuǎn)化詳細(xì)論證了力的轉(zhuǎn)化和守恒。細(xì)論證了力的轉(zhuǎn)化和守恒。焦耳關(guān)于熱功當(dāng)量的丈量，焦耳關(guān)于熱功當(dāng)量的丈量，為能量守恒原理確實(shí)立奠定了堅實(shí)為能量守恒原理確實(shí)立奠定了堅實(shí)的實(shí)驗根底的實(shí)驗根

12、底發(fā)現(xiàn)問題并思索：酒廠中運(yùn)用的用發(fā)現(xiàn)問題并思索：酒廠中運(yùn)用的用電池驅(qū)動的電動機(jī)電池驅(qū)動的電動機(jī) 和電路中和電路中的發(fā)熱景象，是為什么？的發(fā)熱景象，是為什么？ 首先對電流熱效應(yīng)進(jìn)展了定量研首先對電流熱效應(yīng)進(jìn)展了定量研討，提出焦耳定律，以后，從實(shí)討，提出焦耳定律，以后，從實(shí)驗上研討熱和機(jī)械功相互轉(zhuǎn)化的驗上研討熱和機(jī)械功相互轉(zhuǎn)化的當(dāng)量關(guān)系。當(dāng)量關(guān)系。 1847年，焦耳報告了他用砝碼下年，焦耳報告了他用砝碼下落帶動銅質(zhì)的翼輪分別攪動水、落帶動銅質(zhì)的翼輪分別攪動水、鯨腦油和汞的實(shí)驗，測得熱的機(jī)鯨腦油和汞的實(shí)驗，測得熱的機(jī)械當(dāng)量數(shù)值。械當(dāng)量數(shù)值。亥姆霍茲給出了能量守恒定律的數(shù)亥姆霍茲給出了能量守恒定律的數(shù)

13、字表示，字表示，從多個方面論證了這個定律在自然界從多個方面論證了這個定律在自然界的普遍適用性，的普遍適用性，為能量守恒定律奠定了重要的實(shí)際根為能量守恒定律奠定了重要的實(shí)際根底底發(fā)現(xiàn)問題并思索：假設(shè)永動機(jī)是不能發(fā)現(xiàn)問題并思索：假設(shè)永動機(jī)是不能夠的話，那么在夠的話，那么在 自然界的不自然界的不同的力之間應(yīng)該存在著同的力之間應(yīng)該存在著 什么樣的關(guān)什么樣的關(guān)系呢？系呢？ 亥姆霍茲亥姆霍茲提出了能提出了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的哲學(xué)根底、數(shù)量轉(zhuǎn)化與守恒定律的哲學(xué)根底、數(shù)學(xué)公式和實(shí)驗根據(jù)，并把它演繹到學(xué)公式和實(shí)驗根據(jù)，并把它演繹到物理學(xué)的各個分支。系統(tǒng)的證明了物理學(xué)的各個分支。系統(tǒng)的證明了力的守恒定律力的守恒定

14、律“與自然科學(xué)中任何與自然科學(xué)中任何一個知景象都不矛盾。一個知景象都不矛盾。以上三個大人物的研討方法啟發(fā)我們：以上三個大人物的研討方法啟發(fā)我們：遇到景象多多提問遇到景象多多提問遇到問題多多思索遇到問題多多思索為人師表，最好說得少、做得多，行動為人師表，最好說得少、做得多，行動勝于一切言語！勝于一切言語！ 1850年，克勞修斯提出了熱力學(xué)第一定律：dQ=dU+dW, dQ表示任務(wù)物質(zhì)吸收的熱量, dW是熱力學(xué)系統(tǒng)對外所做的功, dU是內(nèi)能的變化, 它實(shí)踐上是其他能量與內(nèi)能發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能量守恒定律。二、熱力學(xué)第二定律的建立二、熱力學(xué)第二定律的建立 熱力學(xué)第二定律的建立與提高蒸汽機(jī)效率熱力學(xué)第二定律

15、的建立與提高蒸汽機(jī)效率的研討有親密關(guān)系。的研討有親密關(guān)系。 熱力學(xué)第二定律的三個偉大人物：熱力學(xué)第二定律的三個偉大人物： 卡諾卡諾 W.湯姆孫湯姆孫 克勞修斯克勞修斯 卡諾把蒸汽機(jī)和水車相比，他以為蒸汽機(jī)的任務(wù)過程總是要伴隨著熱質(zhì)的流動和重新分布，蒸汽機(jī)是靠熱質(zhì)從高溫加熱器流向低溫冷凝器而做功的。 卡諾熱機(jī)：全無摩擦，熱無散失，至少有一個高溫?zé)嵩春鸵粋€低溫?zé)嵩础?卡諾的結(jié)論熱機(jī)必需任務(wù)于至少兩個熱源之間，熱機(jī)的效率僅僅取決于熱源的溫度差，而與采用什么任務(wù)物質(zhì)無關(guān)；在一樣溫度的高溫?zé)嵩春鸵粯訙囟鹊牡蜏責(zé)嵩粗g任務(wù)的一真實(shí)踐熱機(jī)，其效率都不會大于卡諾熱機(jī)的效率。 卡諾任務(wù)的意義實(shí)際上，卡諾的任務(wù)為

16、提高熱機(jī)效率指明了方向；實(shí)際上，熱力學(xué)第二定律的思想都包括在其中。 W.湯姆孫以為，卡諾關(guān)于熱只在機(jī)器中重新分配而并不耗費(fèi)的觀念是不正確的?？藙谛匏怪赋?，為處理這個問題，需根據(jù)熱的一個普通特性：熱從冷的物體傳向熱的物體不能夠無補(bǔ)償?shù)陌l(fā)生。W.湯姆孫指出：從單一熱源汲取熱量使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響是不能夠的。以上紅體字即為熱力學(xué)第二定律的兩種經(jīng)典表述第三節(jié)、經(jīng)典電磁實(shí)際的建立第三節(jié)、經(jīng)典電磁實(shí)際的建立 17-18世紀(jì)，獵奇驅(qū)使人們對摩擦起電、靜電放電、大氣電等靜電學(xué)景象的關(guān)注。 18世紀(jì)末，建立了靜電相互作用的庫侖定律。 19世紀(jì)，直流電源的發(fā)明把電學(xué)引向了對電流的研討，導(dǎo)致電磁相互

17、聯(lián)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)。 19世紀(jì)末，電磁學(xué)實(shí)際體系完成。一、電磁聯(lián)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)和研討一、電磁聯(lián)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)和研討 伽伐尼，把電學(xué)的研討任務(wù)從靜電領(lǐng)域推伽伐尼，把電學(xué)的研討任務(wù)從靜電領(lǐng)域推進(jìn)到了動電領(lǐng)域。進(jìn)到了動電領(lǐng)域。 奧斯特，電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，使電磁學(xué)的奧斯特，電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，使電磁學(xué)的研討進(jìn)入到一個迅速開展的時期。研討進(jìn)入到一個迅速開展的時期。 歐姆，建立了全電路和部分電路的歐姆定歐姆，建立了全電路和部分電路的歐姆定律。律。 安培安培“電學(xué)中的牛頓，提出磁性的本電學(xué)中的牛頓，提出磁性的本質(zhì)是電的運(yùn)動，進(jìn)而他轉(zhuǎn)而研討電流之間質(zhì)是電的運(yùn)動，進(jìn)而他轉(zhuǎn)而研討電流之間的相互作用，的相互作用，“電動力學(xué)電動力學(xué)安培定律。安培定律。二、法拉第的電磁學(xué)研討二、法拉第的電磁學(xué)研討大家都在思索：能不能用磁體使導(dǎo)線中產(chǎn)生大家都在思索：能不能用磁體使導(dǎo)線中產(chǎn)生出電流出電流 來？來？ 法拉第做實(shí)驗時發(fā)現(xiàn)了法拉第做實(shí)驗時發(fā)現(xiàn)了“伏打電感應(yīng)景伏打電感應(yīng)景象，隨后他探求電流產(chǎn)生的條件