近代后期的科學(xué)成就三、物理學(xué)1能量守恒與轉(zhuǎn)化定律課件

第四講近代后期科學(xué)技術(shù)概論第四講近代后期科學(xué)技術(shù)概論1一、天文學(xué)：(1)天文觀測的新發(fā)現(xiàn)；(2)赫歇爾的恒星天文學(xué)；(3)天體物理的興起；(4)天體起源和演化假說:康德~拉普拉斯星云假說和洛克耶的恒星演化理論；二、地質(zhì)學(xué)：(1)水成論和火成論之爭；(2)災(zāi)變論和漸變論之爭。近代后期的科學(xué)成就一、天文學(xué)：近代后期的科學(xué)成就2三、物理學(xué)：（1）能量守恒與轉(zhuǎn)化定律(熱力學(xué)第一定律)的發(fā)現(xiàn)1842年，德國的青年醫(yī)生邁爾(J.R.Mayer,1814~1878)，寫成了他的第一篇關(guān)于能量守恒和轉(zhuǎn)化定律論文《論無機(jī)自然界的力》。論文發(fā)往當(dāng)時(shí)德國主要物理學(xué)年鑒雜志，結(jié)果被主編波根多夫拒絕發(fā)表而退了回來。雖然化學(xué)家李比希主編的化學(xué)年鑒雜志1842年5月號(hào)上發(fā)表了邁爾的論文，但并未引起人們的注意。三、物理學(xué)：（1）能量守恒與轉(zhuǎn)化定律(熱力學(xué)第一定律)的發(fā)現(xiàn)31840年，22歲的英國物理學(xué)家焦耳測定了電流的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)一定時(shí)間內(nèi)電流通過導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱量，同導(dǎo)線的電阻和電流強(qiáng)度平方乘積成正比。這就是著名的焦耳定律。1840年，22歲的英國物理學(xué)家焦耳測定了電流的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)41843年，焦耳又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他把盛有水的容器放進(jìn)磁場中，然后讓一個(gè)線圈在水中旋轉(zhuǎn)，測量運(yùn)動(dòng)線圈中感生電流產(chǎn)生的熱和維持運(yùn)動(dòng)所消耗的能量。實(shí)驗(yàn)表明消耗的能和產(chǎn)生的熱能與電流的平方成正比。因此，產(chǎn)生的熱和用來產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)力之間存在恒定的比例。焦耳把這一結(jié)果寫在《論電磁的熱量效應(yīng)和熱的機(jī)械值》。1843年，焦耳又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他把盛有水的容器放進(jìn)磁場中，5亥姆霍茲、德國物理學(xué)家、生理學(xué)家，于1847年出版了《論力的守恒》一書，給出了對(duì)不同形式的能的數(shù)學(xué)表示式，并研究了它們之間相互轉(zhuǎn)化的情況，從而這部著作成了能量守恒定律論證方面影響較大的一篇?dú)v史性文獻(xiàn)。幾乎與邁爾、焦耳和赫爾姆霍茨的發(fā)現(xiàn)同時(shí)，英國業(yè)余科學(xué)家、律師格羅夫從對(duì)電的研究，也達(dá)到了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn)。亥姆霍茲、德國物理學(xué)家、生理學(xué)家，于1847年出版了《論力的6凱爾文完整系統(tǒng)的表述熱力學(xué)第一定律(能量守恒定律)當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的工作物質(zhì)從某一給定的狀態(tài)無論以何種方式過渡到另一給定狀態(tài)時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)外做功與傳遞熱量的總和是守恒的。即△U=A+Q。其中：△U~表示系統(tǒng)內(nèi)能的變化；A~表示系統(tǒng)對(duì)外做的功；Q~表示這個(gè)過程中系統(tǒng)傳遞外界的熱量。定律內(nèi)容的理解：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。凱爾文完整系統(tǒng)的表述熱力學(xué)第一定律(能量守恒定律)7能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物，大到宇宙天體，小到原子核內(nèi)部，只要有能量轉(zhuǎn)化，就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對(duì)各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用，都是通過能量轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的。能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)自然和利用自然的有力武器。能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、8(2)熱力學(xué)第二定律和分子物理1850年，德國物理學(xué)家克勞修斯在熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)上，研究卡諾機(jī)時(shí)提出：熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫傳到高溫。(不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。)

1851年凱爾文提出了熱力學(xué)第二定律：不可能從單一熱源取熱，把它全部變?yōu)楣Γ划a(chǎn)生其它任何影響。

這些表述都是等效的。(2)熱力學(xué)第二定律和分子物理1850年，德國物理學(xué)家克勞9分子物理克勞修斯在1857年發(fā)表的《論熱運(yùn)動(dòng)的形式》中，提出理想氣體分子的運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)熱力學(xué)做了動(dòng)力學(xué)解釋。麥克斯韋用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究了分子運(yùn)動(dòng)；

波爾茲曼則發(fā)展了麥克斯韋的速度分析定律，提出了平衡態(tài)氣體分子的能量均分定律分子物理克勞修斯在1857年發(fā)表的《論熱運(yùn)動(dòng)的形10(3)電磁理論電磁學(xué)創(chuàng)立于18世紀(jì)中葉，系統(tǒng)化于19世紀(jì)下半葉。電磁場理論的奠基者----法拉第麥克斯韋(3)電磁理論電磁場理論的奠基者----法拉第麥克斯韋111、人們對(duì)電磁現(xiàn)象的早期認(rèn)識(shí)摩擦生電：吉爾伯特于1600年出版了《磁石》一書，對(duì)磁鐵作了研究。但他認(rèn)為電與磁是兩種孤立的現(xiàn)象。1650年，荷蘭人發(fā)明了最早的蓄電容器，即萊頓電瓶；美國的富蘭克林證實(shí)了天電與地電是同一的；意大利的伽伐尼發(fā)現(xiàn)了生物電。意大利生物學(xué)家伽伐尼1、人們對(duì)電磁現(xiàn)象的早期認(rèn)識(shí)摩擦生電：吉爾伯特于1600年出122、連續(xù)電源的獲得電的產(chǎn)生：(1)接觸說~伏打~每種金屬都是電流體，張力不同，兩種金屬接觸后，電流從張力高處向張力低處流動(dòng)，形成電流。(2)化學(xué)反應(yīng)說~法拉第。1799年，產(chǎn)生了伏打電池；伏打和“伏打電池”2、連續(xù)電源的獲得電的產(chǎn)生：伏打和“伏打電池”133、靜電力大小的測定1767年，普列斯特利就指出：靜電力的大小與電荷多少成正比，與距離平方成反比。庫侖定律：F=kQ1Q2/r23、靜電力大小的測定1767年，普列斯特利就指出：靜電力的大144、電磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)1820年奧斯特實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)小磁針會(huì)偏轉(zhuǎn)。丹麥物理學(xué)家奧斯特如何偏轉(zhuǎn)？

1823年安培發(fā)現(xiàn)了“右手法則”。法國科學(xué)家安培4、電磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)1820年奧斯特實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)小磁15法拉第提出：電與磁是“互生”的；提出了“場”的概念1821年9月3日，30歲的法拉第設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了以電轉(zhuǎn)動(dòng)磁。1831年，40歲的法拉第設(shè)計(jì)另一裝置獲得了恒定電流，把磁轉(zhuǎn)變成電的偉大理想終于實(shí)現(xiàn)。英國物理學(xué)家、化學(xué)家法拉第法拉第提出：電與磁是“互生”的；提出了“場”的概念165、電磁理論的建立麥克斯韋方程：他在法拉第研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了19世紀(jì)中葉以前對(duì)電磁現(xiàn)象的研究成果，寫出《電學(xué)和磁學(xué)論》一書，于1860年提出了電磁波理論，建立了電磁場理論的宏偉大廈──麥克韋斯方程式這一理論突破，帶來了后來電報(bào)、電話、電視、雷達(dá)的發(fā)明與發(fā)展以及全部現(xiàn)代化通訊手段。實(shí)現(xiàn)了電、磁、光的綜合；開啟了第二次科技革命：“電力時(shí)代”。5、電磁理論的建立麥克斯韋方程：實(shí)現(xiàn)了電、磁、光的綜合；開啟171、拉瓦錫的氧化燃燒理論—氧化燃燒理論取代燃素說燃素說的困境：火是由無數(shù)細(xì)小而活潑的微粒(燃素)構(gòu)成的物質(zhì)實(shí)體。那么汞燃燒放熱質(zhì)量必然減少，實(shí)驗(yàn)事實(shí)是質(zhì)量反而增加？？？1774年，拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了氧；1789年拉瓦易出版了《化學(xué)綱要》(近代化學(xué)的起點(diǎn))一書，提出了氧化燃燒理論四、化學(xué)：1、拉瓦錫的氧化燃燒理論—氧化燃燒理論取代燃素說四、化學(xué)：182、原子-分子論的建立A、道爾頓(近代化學(xué)之父)的原子論1808年，出版了《化學(xué)哲學(xué)新體系》：元素是由非常微小、不可再分的微?！咏M成；原子在一切化學(xué)變化中不可再分，并保持自己的獨(dú)特性質(zhì)；同一元素所有原子的質(zhì)量、性質(zhì)都完全相同，不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)也各不相同，原子質(zhì)量是每一種元素的基本特征之一；不同元素化合時(shí)，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合。2、原子-分子論的建立19實(shí)驗(yàn)事實(shí)：1O＋1N→

2NO

~悖論：半個(gè)原子問題？1811年阿佛加德羅的分子假說：氣體分子由偶數(shù)個(gè)原子構(gòu)成；同溫同壓下等體積的氣體含有等量的分子個(gè)數(shù)。B、阿佛加德羅的分子假說法國化學(xué)家蓋·呂薩克在研究各種氣體在化學(xué)反應(yīng)中體積變化的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，參加同一反應(yīng)的各種氣體，在同溫同壓下，其體積成簡單的整數(shù)比。這就是著名的氣體化合體積實(shí)驗(yàn)定律，常稱為蓋·呂薩克定律。實(shí)驗(yàn)事實(shí)：1O＋1N→2NO~悖論：半個(gè)原子問題？B203、有機(jī)化學(xué)的興起1806年瑞典化學(xué)家Berzelius(貝采里烏斯)首次提出“有機(jī)化學(xué)”概念。那時(shí)候“生命力說”盛行，他認(rèn)為有機(jī)物必源于生命體。1828年德國化學(xué)家F.W?hler(維勒)在實(shí)驗(yàn)室中由無機(jī)物氰酸銨合成了有機(jī)物尿素，表明有機(jī)物是可以用無機(jī)物合成的，“生命力說”受到?jīng)_擊。1845年，有機(jī)化學(xué)之父Liebige(李比希，德國)發(fā)展了有機(jī)化學(xué)的定量分析方法，1843年，法國化學(xué)家及微生物學(xué)家路易·巴斯德發(fā)現(xiàn)了酒石酸晶體旋光現(xiàn)象的存在。1857-1858年，德國化學(xué)家凱庫勒和英國化學(xué)家?guī)扃甑忍岢鎏荚铀膬r(jià)鍵的概念。1874年法國化學(xué)家勒貝爾和荷蘭化學(xué)家范托夫分別提出碳的四面體學(xué)說，圓滿地解釋了旋光現(xiàn)象。1916年，G.N.Lewis(路易斯)提出共價(jià)鍵電子理論。1931年，Pauling提出雜化軌道理論。20世紀(jì)60~70年代，美國化學(xué)家Woodward和E.J.Corey分別完成了有機(jī)合成由技術(shù)到藝術(shù)和藝術(shù)到科學(xué)的轉(zhuǎn)變。3、有機(jī)化學(xué)的興起1806年瑞典化學(xué)家Berzelius(貝214、俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素周期律元素周期律的發(fā)現(xiàn)，是對(duì)化學(xué)的又一次辯證的綜合，把原來認(rèn)為互不相干、彼此孤立的各種元素統(tǒng)一起來；揭示了自然界事物發(fā)展由量變到質(zhì)變的過程，為辯證唯物主義自然觀提供了有力的科學(xué)依據(jù)。在門捷列夫時(shí)代，沒有任何原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，已知元素只有63種，元素大家族的信息并不完整，而且當(dāng)時(shí)公認(rèn)的許多元素的相對(duì)原子質(zhì)量和化合價(jià)是錯(cuò)誤的，確定元素在周期系中的次序——原子序數(shù)是十分困難的。門捷列夫通過對(duì)比元素的性質(zhì)和相對(duì)原子質(zhì)量的大小，重新測定了一些元素的相對(duì)原子質(zhì)量，先后調(diào)整了17種元素的序列。值得一提的是，敢于宣布自己發(fā)現(xiàn)了一條普遍規(guī)律，創(chuàng)造一個(gè)理論，是需要很大勇氣的。早在1864年，德國化學(xué)家邁耶爾已明確指出“在原子量的數(shù)值上存在一種規(guī)律性?！倍宜?870年發(fā)表了一張比1869年門捷列夫發(fā)表的周期表更完整的元素周期表。1880年，邁耶爾坦言道：“我沒有足夠的勇氣去作出像門捷列夫那樣深信不疑的預(yù)言?！?、俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素周期律元素周期律的發(fā)現(xiàn)，是22(1)按照原子量大小排列起來的元素，在性質(zhì)上呈現(xiàn)明顯的周期性。(2)化學(xué)性質(zhì)相似的元素，或者是原子量相近(Pt，Ir，Os)，或者是依次遞增相同的數(shù)量(K，Rb，Cs)。(3)各元素及各族按原子量大小排列的對(duì)比與各元素的原子價(jià)相一致。(4)具有某個(gè)原子量數(shù)值的一切元素都表現(xiàn)出特有的性質(zhì)，即原子量的大小決定元素的特征，因此可以稱它們是典型的元素。(5)應(yīng)該預(yù)料到許多未知元素的發(fā)現(xiàn)，例如類似鋁和硅的，原子量位于65～75之間的元素。(6)當(dāng)我們知道了某些元素的同類元素后，有時(shí)可以修正該元素的原子量。(7)一些類似的元素能根據(jù)其原子量的大小被發(fā)現(xiàn)出來。(1)按照原子量大小排列起來的元素，在性質(zhì)上呈現(xiàn)明顯的周期性23近代后期的科學(xué)成就三、物理學(xué)1能量守恒與轉(zhuǎn)化定律課件241938年，德國生物學(xué)家施萊登概括出細(xì)胞學(xué)說的主要論點(diǎn)，提出植物是由細(xì)胞組成的，植物胚胎來自單個(gè)細(xì)胞。1、細(xì)胞學(xué)說的建立五、生物學(xué)次年，施旺進(jìn)一步加以充實(shí)，提出動(dòng)物和植物的細(xì)胞從整體而言，結(jié)構(gòu)上是相似的，細(xì)胞是生物體的功能單位。兩位德國學(xué)者對(duì)細(xì)胞及其功能較為明確的定義，宣告了細(xì)胞學(xué)說基本原則的創(chuàng)立，有力地推動(dòng)了生物學(xué)的發(fā)展，并為辯證唯物論提供了重要的自然科學(xué)依據(jù)。1938年，德國生物學(xué)家施萊登概括出細(xì)胞學(xué)說的主要論點(diǎn)，提出25施萊登和施旺的細(xì)胞學(xué)說主要有三個(gè)方面內(nèi)容：①細(xì)胞是有機(jī)體。一切動(dòng)植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來，并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成，動(dòng)植物的結(jié)構(gòu)有顯著的一致性。②每個(gè)細(xì)胞作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的基本單位，既有它們“自己的”生命，又與其他細(xì)胞協(xié)調(diào)地集合，構(gòu)成生命的整體，按共同的規(guī)律發(fā)育，有共同的生命過程③新的細(xì)胞可以由老的細(xì)胞產(chǎn)生。施萊登和施旺的細(xì)胞學(xué)說主要有三個(gè)方面內(nèi)容：262、進(jìn)化論的創(chuàng)立——達(dá)爾文的進(jìn)化論拉馬克的進(jìn)化論：第一個(gè)提出科學(xué)的生物進(jìn)化論的是法國生物學(xué)家拉馬克。通過對(duì)當(dāng)時(shí)已知的無脊椎動(dòng)物化石的比較和分類，拉馬克發(fā)現(xiàn)無脊椎動(dòng)物的十個(gè)綱在構(gòu)造和組織的復(fù)雜程度上表現(xiàn)出一定的等級(jí)和次序。由此他認(rèn)識(shí)到整個(gè)動(dòng)物界是一個(gè)由低級(jí)到高級(jí)、由簡單到復(fù)雜的進(jìn)化序列。2、進(jìn)化論的創(chuàng)立——達(dá)爾文的進(jìn)化論拉馬克的進(jìn)化論：27達(dá)爾文的進(jìn)化論達(dá)爾文(1809—1882)，出生于英格蘭，1831~1836年，他以博物學(xué)家的身份參加了英國軍艦“貝格爾號(hào)”(小獵犬之意)赴南美洲海岸和太平洋部分島嶼的考察活動(dòng)。用達(dá)爾文自己的話說，貝格爾號(hào)上的航行，決定了他的“全部生涯”。參加貝格爾考察之前，達(dá)爾文相信世界是神創(chuàng)造的，物種也是不變的。達(dá)爾文的進(jìn)化論達(dá)爾文(1809—1882)，28《物種起源》中譯本書影《物種起源》，全名為《依據(jù)自然選擇，或在生存斗爭中適者生存的物種起源》，于1859年11月24日問世。這是一部具有劃時(shí)代意義的科學(xué)巨著。該著作批判了創(chuàng)造論的錯(cuò)誤，闡明了進(jìn)化論的思想?！段锓N起源》中譯本書影《物種起源》，全名為《依據(jù)自然選擇，或29當(dāng)時(shí)諷刺達(dá)爾文的一幅漫畫當(dāng)時(shí)諷刺達(dá)爾文的一幅漫畫301、生物是進(jìn)化來的；2、變異是生物普遍存在的現(xiàn)象，變異的基本原因是生活條件的改變；3、通過人工培育可以產(chǎn)生新種；4、相似的生物起源于一個(gè)共同的祖先，一切生物的最終起源是單一的；5、在自然界中，生物物種是通過自然選擇而產(chǎn)生的。1、生物是進(jìn)化來的；31達(dá)爾文找到了生物發(fā)展的規(guī)律，證明所有的物種都有共同的祖先。他在科學(xué)上完成了一次偉大的革命，結(jié)束了生物學(xué)領(lǐng)域中唯心主義、形而上學(xué)的統(tǒng)治時(shí)期，對(duì)近代生物科學(xué)產(chǎn)生了巨大而深遠(yuǎn)的影響。

第一、徹底粉碎了神創(chuàng)論和形而上學(xué)物種不變論，第一次把生物學(xué)建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上；

第二、為辯證唯物主義自然觀的創(chuàng)立奠定了自然科學(xué)史的基礎(chǔ)。達(dá)爾文找到了生物發(fā)展的規(guī)律，證明所有的物種都有共同的祖先。他32第二次科技革命標(biāo)志：電力和內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的應(yīng)用主要科學(xué)技術(shù)成就：1、電力技術(shù)(在電磁學(xué)理論的指導(dǎo)下的技術(shù)革命)A、1866年德國制造了第一臺(tái)能提供強(qiáng)大電流的自激式發(fā)電機(jī)，打開了近代強(qiáng)電技術(shù)的大門；B、1873年德國阿爾特涅克研制了成功了使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生均勻電流的鼓狀轉(zhuǎn)子，從而使發(fā)電機(jī)得以廣泛推廣而進(jìn)入實(shí)用階段；C、1879年出現(xiàn)了由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電車、電梯、起重機(jī)、電動(dòng)機(jī)等；D、19世紀(jì)80年代，法國德普勒研制出了第一條高壓輸電線路，及經(jīng)英、美、德、俄等國電氣工程技術(shù)人員發(fā)明的三相發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器，最終建立了三相交流供電系統(tǒng)。第二次科技革命標(biāo)志：電力和內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的應(yīng)用主要科學(xué)技術(shù)成就：332、電訊技術(shù)A、1838年美國莫爾斯發(fā)明了電報(bào)電碼，制造了第一臺(tái)有發(fā)展前途的電報(bào)機(jī)；B、1844年美國政府資助莫爾斯在華盛頓和巴爾的摩之間建成了一條長64千米的電報(bào)線路，電報(bào)進(jìn)入了實(shí)用階段；C、1876年美國貝爾發(fā)明了電話，不久愛迪生又解決了長距離通話的問題，電話很快普及；D、意大利發(fā)明家馬可尼于1892年進(jìn)行了多次無線電通訊技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，于1896年收發(fā)距離達(dá)到14.5千米，1899年增大到50千米，1901年無線電信號(hào)從英國跨越了大西洋，傳到了加拿大。從此無線電技術(shù)正式被應(yīng)用2、電訊技術(shù)343、內(nèi)燃機(jī)技術(shù)A、1896年法國雷諾研制了第一臺(tái)電點(diǎn)火的煤氣內(nèi)燃機(jī)，但效率只有4%；B、1862年法國羅沙斯為了提高效率進(jìn)行了理論分析，提出了等容的四沖程循環(huán)原理；1876年，德國奧托研制出了第一臺(tái)四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī);C、1883年德國工程師戴姆勒研制成了第一臺(tái)汽油內(nèi)燃機(jī)。從此汽車工業(yè)開始飛速發(fā)展。D、1892年德國工程師狄塞爾研制了完全靠壓縮點(diǎn)燃德菜油內(nèi)燃機(jī)，成本降低而熱效率進(jìn)一步提高，成為重型運(yùn)輸工具的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。3、內(nèi)燃機(jī)技術(shù)35近代后期的科學(xué)成就三、物理學(xué)1能量守恒與轉(zhuǎn)化定律課件364、鋼鐵冶煉技術(shù)A、1855年英國貝塞爾發(fā)明了“吹氣精煉法”，將煉鋼爐從固定式的結(jié)構(gòu)改為可轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，這種轉(zhuǎn)爐煉鋼法用大約十分鐘時(shí)間，就可把10噸左右的生鐵煉成熟鐵或鋼，且費(fèi)用減少10倍；B、1864~1868年，法國人馬丁和德國人威廉?西門子發(fā)明了“西門子-馬丁煉鋼法”(又稱平爐煉鋼法)。平爐煉鋼法與轉(zhuǎn)爐煉鋼法比較，點(diǎn)燃熔煉的時(shí)間長些，但產(chǎn)量高，一爐能煉出上百噸鋼水，鋼的質(zhì)量比較穩(wěn)定均勻，能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼。從此鋼鐵的產(chǎn)量迅速上升，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，19世紀(jì)80年代全世界鋼產(chǎn)量只有70萬噸，而到了1900年，鋼產(chǎn)量迅速達(dá)到了2783萬噸。4、鋼鐵冶煉技術(shù)37第二次科技革命的特點(diǎn)：1、科學(xué)走在生產(chǎn)技術(shù)的前面(這是第二次科技革命最顯著的特點(diǎn))；2、技術(shù)研究的專業(yè)化、集體化；3、技術(shù)成果的商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化；第二次科技革命的特點(diǎn)：1、科學(xué)走在生產(chǎn)技術(shù)的前面(這是第二38第四講近代后期科學(xué)技術(shù)概論第四講近代后期科學(xué)技術(shù)概論39一、天文學(xué)：(1)天文觀測的新發(fā)現(xiàn)；(2)赫歇爾的恒星天文學(xué)；(3)天體物理的興起；(4)天體起源和演化假說:康德~拉普拉斯星云假說和洛克耶的恒星演化理論；二、地質(zhì)學(xué)：(1)水成論和火成論之爭；(2)災(zāi)變論和漸變論之爭。近代后期的科學(xué)成就一、天文學(xué)：近代后期的科學(xué)成就40三、物理學(xué)：（1）能量守恒與轉(zhuǎn)化定律(熱力學(xué)第一定律)的發(fā)現(xiàn)1842年，德國的青年醫(yī)生邁爾(J.R.Mayer,1814~1878)，寫成了他的第一篇關(guān)于能量守恒和轉(zhuǎn)化定律論文《論無機(jī)自然界的力》。論文發(fā)往當(dāng)時(shí)德國主要物理學(xué)年鑒雜志，結(jié)果被主編波根多夫拒絕發(fā)表而退了回來。雖然化學(xué)家李比希主編的化學(xué)年鑒雜志1842年5月號(hào)上發(fā)表了邁爾的論文，但并未引起人們的注意。三、物理學(xué)：（1）能量守恒與轉(zhuǎn)化定律(熱力學(xué)第一定律)的發(fā)現(xiàn)411840年，22歲的英國物理學(xué)家焦耳測定了電流的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)一定時(shí)間內(nèi)電流通過導(dǎo)線所產(chǎn)生的熱量，同導(dǎo)線的電阻和電流強(qiáng)度平方乘積成正比。這就是著名的焦耳定律。1840年，22歲的英國物理學(xué)家焦耳測定了電流的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)421843年，焦耳又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他把盛有水的容器放進(jìn)磁場中，然后讓一個(gè)線圈在水中旋轉(zhuǎn)，測量運(yùn)動(dòng)線圈中感生電流產(chǎn)生的熱和維持運(yùn)動(dòng)所消耗的能量。實(shí)驗(yàn)表明消耗的能和產(chǎn)生的熱能與電流的平方成正比。因此，產(chǎn)生的熱和用來產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)力之間存在恒定的比例。焦耳把這一結(jié)果寫在《論電磁的熱量效應(yīng)和熱的機(jī)械值》。1843年，焦耳又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他把盛有水的容器放進(jìn)磁場中，43亥姆霍茲、德國物理學(xué)家、生理學(xué)家，于1847年出版了《論力的守恒》一書，給出了對(duì)不同形式的能的數(shù)學(xué)表示式，并研究了它們之間相互轉(zhuǎn)化的情況，從而這部著作成了能量守恒定律論證方面影響較大的一篇?dú)v史性文獻(xiàn)。幾乎與邁爾、焦耳和赫爾姆霍茨的發(fā)現(xiàn)同時(shí)，英國業(yè)余科學(xué)家、律師格羅夫從對(duì)電的研究，也達(dá)到了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn)。亥姆霍茲、德國物理學(xué)家、生理學(xué)家，于1847年出版了《論力的44凱爾文完整系統(tǒng)的表述熱力學(xué)第一定律(能量守恒定律)當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的工作物質(zhì)從某一給定的狀態(tài)無論以何種方式過渡到另一給定狀態(tài)時(shí)，該系統(tǒng)對(duì)外做功與傳遞熱量的總和是守恒的。即△U=A+Q。其中：△U~表示系統(tǒng)內(nèi)能的變化；A~表示系統(tǒng)對(duì)外做的功；Q~表示這個(gè)過程中系統(tǒng)傳遞外界的熱量。定律內(nèi)容的理解：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。凱爾文完整系統(tǒng)的表述熱力學(xué)第一定律(能量守恒定律)45能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物，大到宇宙天體，小到原子核內(nèi)部，只要有能量轉(zhuǎn)化，就一定服從能量守恒的規(guī)律。從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對(duì)各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用，都是通過能量轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的。能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)自然和利用自然的有力武器。能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、46(2)熱力學(xué)第二定律和分子物理1850年，德國物理學(xué)家克勞修斯在熱力學(xué)第一定律的基礎(chǔ)上，研究卡諾機(jī)時(shí)提出：熱不可能自發(fā)地、不付代價(jià)地從低溫傳到高溫。(不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化。)

1851年凱爾文提出了熱力學(xué)第二定律：不可能從單一熱源取熱，把它全部變?yōu)楣?，而不產(chǎn)生其它任何影響。

這些表述都是等效的。(2)熱力學(xué)第二定律和分子物理1850年，德國物理學(xué)家克勞47分子物理克勞修斯在1857年發(fā)表的《論熱運(yùn)動(dòng)的形式》中，提出理想氣體分子的運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)熱力學(xué)做了動(dòng)力學(xué)解釋。麥克斯韋用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)方法研究了分子運(yùn)動(dòng)；

波爾茲曼則發(fā)展了麥克斯韋的速度分析定律，提出了平衡態(tài)氣體分子的能量均分定律分子物理克勞修斯在1857年發(fā)表的《論熱運(yùn)動(dòng)的形48(3)電磁理論電磁學(xué)創(chuàng)立于18世紀(jì)中葉，系統(tǒng)化于19世紀(jì)下半葉。電磁場理論的奠基者----法拉第麥克斯韋(3)電磁理論電磁場理論的奠基者----法拉第麥克斯韋491、人們對(duì)電磁現(xiàn)象的早期認(rèn)識(shí)摩擦生電：吉爾伯特于1600年出版了《磁石》一書，對(duì)磁鐵作了研究。但他認(rèn)為電與磁是兩種孤立的現(xiàn)象。1650年，荷蘭人發(fā)明了最早的蓄電容器，即萊頓電瓶；美國的富蘭克林證實(shí)了天電與地電是同一的；意大利的伽伐尼發(fā)現(xiàn)了生物電。意大利生物學(xué)家伽伐尼1、人們對(duì)電磁現(xiàn)象的早期認(rèn)識(shí)摩擦生電：吉爾伯特于1600年出502、連續(xù)電源的獲得電的產(chǎn)生：(1)接觸說~伏打~每種金屬都是電流體，張力不同，兩種金屬接觸后，電流從張力高處向張力低處流動(dòng)，形成電流。(2)化學(xué)反應(yīng)說~法拉第。1799年，產(chǎn)生了伏打電池；伏打和“伏打電池”2、連續(xù)電源的獲得電的產(chǎn)生：伏打和“伏打電池”513、靜電力大小的測定1767年，普列斯特利就指出：靜電力的大小與電荷多少成正比，與距離平方成反比。庫侖定律：F=kQ1Q2/r23、靜電力大小的測定1767年，普列斯特利就指出：靜電力的大524、電磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)1820年奧斯特實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)小磁針會(huì)偏轉(zhuǎn)。丹麥物理學(xué)家奧斯特如何偏轉(zhuǎn)？

1823年安培發(fā)現(xiàn)了“右手法則”。法國科學(xué)家安培4、電磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)1820年奧斯特實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)小磁53法拉第提出：電與磁是“互生”的；提出了“場”的概念1821年9月3日，30歲的法拉第設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了以電轉(zhuǎn)動(dòng)磁。1831年，40歲的法拉第設(shè)計(jì)另一裝置獲得了恒定電流，把磁轉(zhuǎn)變成電的偉大理想終于實(shí)現(xiàn)。英國物理學(xué)家、化學(xué)家法拉第法拉第提出：電與磁是“互生”的；提出了“場”的概念545、電磁理論的建立麥克斯韋方程：他在法拉第研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了19世紀(jì)中葉以前對(duì)電磁現(xiàn)象的研究成果，寫出《電學(xué)和磁學(xué)論》一書，于1860年提出了電磁波理論，建立了電磁場理論的宏偉大廈──麥克韋斯方程式這一理論突破，帶來了后來電報(bào)、電話、電視、雷達(dá)的發(fā)明與發(fā)展以及全部現(xiàn)代化通訊手段。實(shí)現(xiàn)了電、磁、光的綜合；開啟了第二次科技革命：“電力時(shí)代”。5、電磁理論的建立麥克斯韋方程：實(shí)現(xiàn)了電、磁、光的綜合；開啟551、拉瓦錫的氧化燃燒理論—氧化燃燒理論取代燃素說燃素說的困境：火是由無數(shù)細(xì)小而活潑的微粒(燃素)構(gòu)成的物質(zhì)實(shí)體。那么汞燃燒放熱質(zhì)量必然減少，實(shí)驗(yàn)事實(shí)是質(zhì)量反而增加？？？1774年，拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了氧；1789年拉瓦易出版了《化學(xué)綱要》(近代化學(xué)的起點(diǎn))一書，提出了氧化燃燒理論四、化學(xué)：1、拉瓦錫的氧化燃燒理論—氧化燃燒理論取代燃素說四、化學(xué)：562、原子-分子論的建立A、道爾頓(近代化學(xué)之父)的原子論1808年，出版了《化學(xué)哲學(xué)新體系》：元素是由非常微小、不可再分的微?！咏M成；原子在一切化學(xué)變化中不可再分，并保持自己的獨(dú)特性質(zhì)；同一元素所有原子的質(zhì)量、性質(zhì)都完全相同，不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)也各不相同，原子質(zhì)量是每一種元素的基本特征之一；不同元素化合時(shí)，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合。2、原子-分子論的建立57實(shí)驗(yàn)事實(shí)：1O＋1N→

2NO

~悖論：半個(gè)原子問題？1811年阿佛加德羅的分子假說：氣體分子由偶數(shù)個(gè)原子構(gòu)成；同溫同壓下等體積的氣體含有等量的分子個(gè)數(shù)。B、阿佛加德羅的分子假說法國化學(xué)家蓋·呂薩克在研究各種氣體在化學(xué)反應(yīng)中體積變化的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，參加同一反應(yīng)的各種氣體，在同溫同壓下，其體積成簡單的整數(shù)比。這就是著名的氣體化合體積實(shí)驗(yàn)定律，常稱為蓋·呂薩克定律。實(shí)驗(yàn)事實(shí)：1O＋1N→2NO~悖論：半個(gè)原子問題？B583、有機(jī)化學(xué)的興起1806年瑞典化學(xué)家Berzelius(貝采里烏斯)首次提出“有機(jī)化學(xué)”概念。那時(shí)候“生命力說”盛行，他認(rèn)為有機(jī)物必源于生命體。1828年德國化學(xué)家F.W?hler(維勒)在實(shí)驗(yàn)室中由無機(jī)物氰酸銨合成了有機(jī)物尿素，表明有機(jī)物是可以用無機(jī)物合成的，“生命力說”受到?jīng)_擊。1845年，有機(jī)化學(xué)之父Liebige(李比希，德國)發(fā)展了有機(jī)化學(xué)的定量分析方法，1843年，法國化學(xué)家及微生物學(xué)家路易·巴斯德發(fā)現(xiàn)了酒石酸晶體旋光現(xiàn)象的存在。1857-1858年，德國化學(xué)家凱庫勒和英國化學(xué)家?guī)扃甑忍岢鎏荚铀膬r(jià)鍵的概念。1874年法國化學(xué)家勒貝爾和荷蘭化學(xué)家范托夫分別提出碳的四面體學(xué)說，圓滿地解釋了旋光現(xiàn)象。1916年，G.N.Lewis(路易斯)提出共價(jià)鍵電子理論。1931年，Pauling提出雜化軌道理論。20世紀(jì)60~70年代，美國化學(xué)家Woodward和E.J.Corey分別完成了有機(jī)合成由技術(shù)到藝術(shù)和藝術(shù)到科學(xué)的轉(zhuǎn)變。3、有機(jī)化學(xué)的興起1806年瑞典化學(xué)家Berzelius(貝594、俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素周期律元素周期律的發(fā)現(xiàn)，是對(duì)化學(xué)的又一次辯證的綜合，把原來認(rèn)為互不相干、彼此孤立的各種元素統(tǒng)一起來；揭示了自然界事物發(fā)展由量變到質(zhì)變的過程，為辯證唯物主義自然觀提供了有力的科學(xué)依據(jù)。在門捷列夫時(shí)代，沒有任何原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，已知元素只有63種，元素大家族的信息并不完整，而且當(dāng)時(shí)公認(rèn)的許多元素的相對(duì)原子質(zhì)量和化合價(jià)是錯(cuò)誤的，確定元素在周期系中的次序——原子序數(shù)是十分困難的。門捷列夫通過對(duì)比元素的性質(zhì)和相對(duì)原子質(zhì)量的大小，重新測定了一些元素的相對(duì)原子質(zhì)量，先后調(diào)整了17種元素的序列。值得一提的是，敢于宣布自己發(fā)現(xiàn)了一條普遍規(guī)律，創(chuàng)造一個(gè)理論，是需要很大勇氣的。早在1864年，德國化學(xué)家邁耶爾已明確指出“在原子量的數(shù)值上存在一種規(guī)律性。”而且他于1870年發(fā)表了一張比1869年門捷列夫發(fā)表的周期表更完整的元素周期表。1880年，邁耶爾坦言道：“我沒有足夠的勇氣去作出像門捷列夫那樣深信不疑的預(yù)言。”4、俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素周期律元素周期律的發(fā)現(xiàn)，是60(1)按照原子量大小排列起來的元素，在性質(zhì)上呈現(xiàn)明顯的周期性。(2)化學(xué)性質(zhì)相似的元素，或者是原子量相近(Pt，Ir，Os)，或者是依次遞增相同的數(shù)量(K，Rb，Cs)。(3)各元素及各族按原子量大小排列的對(duì)比與各元素的原子價(jià)相一致。(4)具有某個(gè)原子量數(shù)值的一切元素都表現(xiàn)出特有的性質(zhì)，即原子量的大小決定元素的特征，因此可以稱它們是典型的元素。(5)應(yīng)該預(yù)料到許多未知元素的發(fā)現(xiàn)，例如類似鋁和硅的，原子量位于65～75之間的元素。(6)當(dāng)我們知道了某些元素的同類元素后，有時(shí)可以修正該元素的原子量。(7)一些類似的元素能根據(jù)其原子量的大小被發(fā)現(xiàn)出來。(1)按照原子量大小排列起來的元素，在性質(zhì)上呈現(xiàn)明顯的周期性61近代后期的科學(xué)成就三、物理學(xué)1能量守恒與轉(zhuǎn)化定律課件621938年，德國生物學(xué)家施萊登概括出細(xì)胞學(xué)說的主要論點(diǎn)，提出植物是由細(xì)胞組成的，植物胚胎來自單個(gè)細(xì)胞。1、細(xì)胞學(xué)說的建立五、生物學(xué)次年，施旺進(jìn)一步加以充實(shí)，提出動(dòng)物和植物的細(xì)胞從整體而言，結(jié)構(gòu)上是相似的，細(xì)胞是生物體的功能單位。兩位德國學(xué)者對(duì)細(xì)胞及其功能較為明確的定義，宣告了細(xì)胞學(xué)說基本原則的創(chuàng)立，有力地推動(dòng)了生物學(xué)的發(fā)展，并為辯證唯物論提供了重要的自然科學(xué)依據(jù)。1938年，德國生物學(xué)家施萊登概括出細(xì)胞學(xué)說的主要論點(diǎn)，提出63施萊登和施旺的細(xì)胞學(xué)說主要有三個(gè)方面內(nèi)容：①細(xì)胞是有機(jī)體。一切動(dòng)植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來，并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成，動(dòng)植物的結(jié)構(gòu)有顯著的一致性。②每個(gè)細(xì)胞作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的基本單位，既有它們“自己的”生命，又與其他細(xì)胞協(xié)調(diào)地集合，構(gòu)成生命的整體，按共同的規(guī)律發(fā)育，有共同的生命過程③新的細(xì)胞可以由老的細(xì)胞產(chǎn)生。施萊登和施旺的細(xì)胞學(xué)說主要有三個(gè)方面內(nèi)容：642、進(jìn)化論的創(chuàng)立——達(dá)爾文的進(jìn)化論拉馬克的進(jìn)化論：第一個(gè)提出科學(xué)的生物進(jìn)化論的是法國生物學(xué)家拉馬克。通過對(duì)當(dāng)時(shí)已知的無脊椎動(dòng)物化石的比較和分類，拉馬克發(fā)現(xiàn)無脊椎動(dòng)物的十個(gè)綱在構(gòu)造和組織的復(fù)雜程度上表現(xiàn)出一定的等級(jí)和次序。由此他認(rèn)識(shí)到整個(gè)動(dòng)物界是一個(gè)由低級(jí)到高級(jí)、由簡單到復(fù)雜的進(jìn)化序列。2、進(jìn)化論的創(chuàng)立——達(dá)爾文的進(jìn)化論拉馬克的進(jìn)化論：65達(dá)爾文的進(jìn)化論達(dá)爾文(1809—1882)，出生于英格蘭，1831~1836年，他以博物學(xué)家的身份參加了英國軍艦“貝格爾號(hào)”(小獵犬之意)赴南美洲海岸和太平洋部分島嶼的考察活動(dòng)。用達(dá)爾文自己的話說，貝格爾號(hào)上的航行，決定了他的“全部生涯”。參加貝格爾考察之前，達(dá)爾文相信世界是神創(chuàng)造的，物種也是不變的。達(dá)爾文的進(jìn)化論達(dá)爾文(1809—1882)，66《物種起源》中譯本書影《物種起源》，全名為《依據(jù)自然選擇，或在生存斗爭中適者生存的物種起源》，于1859年11月24日問世。這是一部具有劃時(shí)代意義的科學(xué)巨著。該著作批判了創(chuàng)造論的錯(cuò)誤，闡明了進(jìn)化論的思想?！段锓N起源》中譯本書影《物種起源》，全名為《依據(jù)自然選擇，或67當(dāng)時(shí)諷刺達(dá)爾文的一幅漫畫當(dāng)時(shí)諷刺達(dá)爾文的一幅漫畫681、生物是進(jìn)化來的；2、變異是生物普遍存在的現(xiàn)象，變異的基本原因是生活條件的改變；3、通過人工培育可以產(chǎn)生新種；4、相似的生物起源于一個(gè)共同的祖先，一切生物的最終起源是單一的；5、在自然界中，生物物