第三章經(jīng)典力學(xué)的建立

第三章經(jīng)典力學(xué)的建立第1頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1.哥白尼、第谷、開普勒一.哥白尼與“天體運(yùn)行論”二.第谷與開普勒第2頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月新芽破土：二.哥白尼與“天體運(yùn)行論”一.哥白尼與“天體運(yùn)行論”

哥白尼(1473～1543)：波蘭偉大的天文學(xué)家，日心體系的提出，是自然科學(xué)向神學(xué)的第一次嚴(yán)正挑戰(zhàn)，標(biāo)志著自然科學(xué)從神學(xué)中獨(dú)立出來。

18歲進(jìn)入克拉科夫大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和天文學(xué)；

23歲(1496年)到文藝復(fù)興的意大利留學(xué)。1503年，哥白尼回到波蘭后，在擔(dān)任牧師職務(wù)期間堅(jiān)持進(jìn)行天文學(xué)觀測(cè)和新的宇宙體系的研究。對(duì)其影響人物：1）諾瓦拉(Novara，波倫亞大學(xué)天文學(xué)教授)：認(rèn)為托勒密體系過于復(fù)雜、不符合數(shù)的諧和原則。2）阿里斯塔克：留學(xué)期間，他還閱讀了大量古希臘學(xué)者的著作，受到了其中有關(guān)地球運(yùn)動(dòng)思想的啟發(fā)，為他創(chuàng)立新的宇宙體系奠定了思想基礎(chǔ)。第3頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）托勒密的地心體系存在的問題：由于觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步,原來的八十個(gè)左右的均輪和本輪已不能滿足日益增加的觀測(cè)數(shù)據(jù)，必須增加更多的小輪。2）發(fā)現(xiàn)：哥白尼發(fā)現(xiàn)，在托勒密體系中，每個(gè)行星都有三種共同的周期運(yùn)動(dòng),即:一天一周、一年一周和相當(dāng)于歲差的周期運(yùn)動(dòng)。3）他認(rèn)為：如果把這三種運(yùn)動(dòng)都?xì)w到被托勒密視為靜止不動(dòng)的地球身上，托勒密體系就一下簡(jiǎn)單了很多。只有月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。恒星則在離太陽很遠(yuǎn)的一個(gè)天球面上靜止不動(dòng)。4）日心體系的提出：這樣，哥白尼提出了一個(gè)以太陽為中心的宇宙體系。在這個(gè)體系中，天體從遠(yuǎn)到近的順序是：恒星不動(dòng)；土星，30年轉(zhuǎn)一周；木星，12年一周；火星，2年一周；地球和月亮一年一周；金星，9個(gè)月一周；水星，80天一周等。第4頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于擔(dān)心教會(huì)譴責(zé)，他遲遲沒有公開發(fā)表自己的見解。1530年，哥白尼才將他的學(xué)說寫成一個(gè)小冊(cè)子《綱要》，以手稿形式在友人中流傳。直到1542年，在他生命垂危之際，才同意將他的主要著作《天體運(yùn)行論》交付印行。并且在書的序中寫明，將他的著作獻(xiàn)給教皇保羅三世。他認(rèn)為，在這位比較開明的教皇的庇護(hù)下，《天體運(yùn)行論》也許可以問世。除了這篇序之外，《天體運(yùn)行論》還有另外一篇奧塞安德爾寫的前言。前言中說，書中的理論不一定代表行星在空間的真正運(yùn)動(dòng)，不過是為編算星表、預(yù)推行星的位置而想出來的一種人為的設(shè)計(jì)。第5頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月《天體運(yùn)行論》在出版后七十年間，雖然遭到馬丁?路德的斥責(zé)，但未引起羅馬教廷的注意。后因布魯諾和伽利略公開宣傳日心地動(dòng)說，危及天主教會(huì)的思想統(tǒng)治，羅馬教廷才開始對(duì)這些科學(xué)家加以迫害，并于公元1616年把《天體運(yùn)行論》列為禁書。

哥白尼的學(xué)說不僅改變了那個(gè)時(shí)代人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)，而且從根本上動(dòng)搖了歐洲中世紀(jì)宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ)。“從此自然科學(xué)便開始從神學(xué)中解放出來”，“科學(xué)的發(fā)展從此便大踏步前進(jìn)”第6頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.第谷與開普勒1.第谷(TychoBrahe,1546-1601，丹麥人，貴族家庭)1)新天文臺(tái)修建：1576年，在丹麥國(guó)王腓特烈二世資助下，在哥本哈根海峽的一個(gè)小島上修建了一座完善的天文臺(tái)，測(cè)量精度較前人提高了幾十倍。2)天文觀測(cè)：21年持之以恒的觀測(cè)中，各行星角位置的誤差僅為2’(即0.033°，1°=60’)。3)觀點(diǎn)：他將托勒密的地心體系和哥白尼的日心體系進(jìn)行了折中，認(rèn)為：除地球和圍繞它的月亮外，其他天體都繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽率領(lǐng)眾行星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，地球是靜止不動(dòng)的。被人譽(yù)為“星學(xué)之王”。腓特烈二世逝世后，第谷失去了資助。1599年，他在布拉格得到了奧皇盧道夫的一份贈(zèng)款，于是他把部分儀器搬到了布拉格。在這里，他得到了一個(gè)青年助手開普勒。他們共同進(jìn)行觀察，直到1601年第谷去世。第7頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第谷像新芽破土：三.第谷與開普勒第谷使用的天文儀器第谷的墻壁象限儀第8頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月德國(guó)近代著名的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家。他以數(shù)學(xué)的和諧性探索宇宙，在天文學(xué)方面做出了巨大的貢獻(xiàn)。被后世的科學(xué)史家稱為“天上的立法者”。開普勒出生在一個(gè)貧民家庭，由于生病身有殘疾。1587年進(jìn)入蒂賓根大學(xué)，遇到秘密宣傳哥白尼學(xué)說的天文學(xué)教授麥斯特林，并很快成為哥白尼學(xué)說的忠實(shí)擁護(hù)者。大學(xué)畢業(yè)后，被聘請(qǐng)到格拉茨新教神學(xué)院擔(dān)任教師。后來，由于學(xué)校被天主教會(huì)控制，開普勒離開神學(xué)院前往布拉格，與第谷一起專心從事天文觀測(cè)工作。第谷死后，開普勒接替了他的職位，被聘為皇室的數(shù)學(xué)家。第谷在臨終前將自己多年積累的天文觀測(cè)資料全部交給了開普勒，于是開普勒一邊根據(jù)第谷的觀測(cè)資料重新編制行星表，并于1627年出版了《盧道夫行星表》，一邊進(jìn)行著對(duì)行星軌道特點(diǎn)的研究。2.德國(guó)天文學(xué)家開普勒(1571-1630)第9頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1)發(fā)現(xiàn)問題：開普勒用正圓編制火星的運(yùn)行表時(shí)，發(fā)現(xiàn)火星老是出軌。后改為偏心圓，但依照這個(gè)方法來預(yù)測(cè)火星的位置，跟第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)仍然不符，產(chǎn)生8’的誤差。2)對(duì)軌道的懷疑：開普勒知道第谷觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，所以他沒有將這一誤差視為“觀測(cè)范圍內(nèi)的允許誤差”，而是認(rèn)為“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的假設(shè)可能存在錯(cuò)誤。3)新軌道的研究：此后，開普勒轉(zhuǎn)向了用第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)去確定行星的運(yùn)行軌道。從而發(fā)現(xiàn)火星軌道是一種橢圓，并進(jìn)而發(fā)現(xiàn)每個(gè)行星都沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，太陽就在一個(gè)焦點(diǎn)上；接著又發(fā)現(xiàn)面積定律。上述兩定律發(fā)表在1609年出版的《新天文學(xué)》上。在1619年出版的《世界的和諧》中公布了周期定律。4)意義：開普勒的上述重要發(fā)現(xiàn)，為牛頓創(chuàng)立天體力學(xué)理論奠定了基礎(chǔ)。第10頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一.伽利略生平二.伽利略的貢獻(xiàn)二.伽利略在科學(xué)史上的地位

§2.運(yùn)動(dòng)學(xué)的奠基人——伽利略第11頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一.伽利略(1564-1642,GalileoGalilei

)生平

出生于意大利比薩，卒于意大利比薩。運(yùn)動(dòng)學(xué)的奠基人。

12歲時(shí)，進(jìn)入佛羅倫薩附近的瓦洛姆布洛薩修道院，接受古典教育。17歲時(shí)，他進(jìn)入比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)，同時(shí)潛心鉆研物理學(xué)和數(shù)學(xué)。未畢業(yè)輟學(xué)。離開比薩大學(xué)期間，他深入研究古希臘學(xué)者歐幾里得、阿基米德等人的著作。寫了《天平》《論重力》，受到高度重視。25歲（1589年）被聘為比薩大學(xué)的數(shù)學(xué)教授。兩年后，伽利略因?yàn)橹谋人_斜塔實(shí)驗(yàn)，觸怒了教會(huì)，失去工作。1592年，伽利略來到威尼斯的帕多瓦大學(xué)任教，開始了科學(xué)黃金期：研究了斜面運(yùn)動(dòng)、力的合成、拋射體運(yùn)動(dòng)等，取得了累累碩果。他還對(duì)液體與熱學(xué)作了研究，發(fā)明了溫度計(jì)。1609年5月，制成望遠(yuǎn)鏡。幾個(gè)星期內(nèi)，伽利略使用這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡便獲得幾項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年出版《星界信使》。并轟動(dòng)了歐洲，也為伽利略贏得了崇高的榮譽(yù)。被稱為“天空的哥倫布”。伽利略被聘為“宮廷哲學(xué)家”和“宮廷首席數(shù)學(xué)家”。1611年到羅馬并擔(dān)任林嗣科學(xué)院的院士。第12頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1613年，他發(fā)表《論太陽黑子》，明確指出了哥白尼學(xué)說是正確的，觸怒了教會(huì)，開始受到宗教裁制所的審訊。

1632年1月，出版《關(guān)于托勒密和哥白尼的兩大世界體系的對(duì)話》。宣告托勒密地心說破產(chǎn)，動(dòng)搖了教會(huì)的最高權(quán)威。1633年2月以“反對(duì)教皇,宣揚(yáng)邪學(xué)”被羅馬宗教裁判所判處終身監(jiān)禁。1636年，伽利略在監(jiān)禁中偷偷地完成《關(guān)于兩種新科學(xué)的對(duì)話》。1638年在荷蘭出版。1638年以后，雙目逐漸失明，晚景凄涼。1642年1月8日逝世。1979年11月10日，羅馬教皇才宣布：1633年對(duì)伽利略的宣判是不公正的。1980年10月重審這一案件，研究科學(xué)同宗教的關(guān)系，研究伽利略學(xué)說的科學(xué)價(jià)值及其對(duì)現(xiàn)代科學(xué)思想的貢獻(xiàn)。1992年10月31日，獲得梵蒂岡教皇的平反。為了紀(jì)念伽利略的功績(jī)，人們把木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三和木衛(wèi)四命名為伽利略衛(wèi)星。第13頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.伽利略的貢獻(xiàn)

主要有三個(gè)方面：力學(xué)、天文學(xué)（略）和哲學(xué)（略）。1.發(fā)現(xiàn)了擺的等時(shí)性1582年（18歲），一次去教堂做禮拜，注意到教堂里吊燈在擺動(dòng)，他按自己脈博的跳動(dòng)來計(jì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們往復(fù)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間總是相等。從而發(fā)現(xiàn)了擺的等時(shí)性。后來荷蘭物理學(xué)家惠更斯根據(jù)這個(gè)原理制成掛擺時(shí)鐘，人們稱之為"伽利略鐘"。2.自由落體定律①首先從思想實(shí)驗(yàn)得出的一個(gè)佯謬入手，否定了亞里士多德的落體學(xué)說：重物比輕物下落速度快？②通過數(shù)學(xué)推到出自由落體為勻加速運(yùn)動(dòng)：利用三角形面積和一對(duì)應(yīng)的矩形面積相等確定s/t2=常量③設(shè)計(jì)了“沖淡重力”實(shí)驗(yàn)，即著名的“斜面實(shí)驗(yàn)”④為了把斜面實(shí)驗(yàn)推廣到豎直情況的自由落體運(yùn)動(dòng)，提出了“等末速度假設(shè)”，并用一個(gè)單擺實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了假設(shè)。由等末速度假設(shè)得到了沿斜面下滑的加速度g1和重力加速度g之間的關(guān)系。第14頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.加速度概念的提出加速度概念的提出，在力學(xué)史上是一個(gè)里程碑。有了加速度的概念，力學(xué)中的動(dòng)力學(xué)部分才能建立在科學(xué)基礎(chǔ)之上，而在伽利略之前，只有靜力學(xué)部分有定量的描述。4.慣性原理伽利略通過另一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，非正式提出慣性原理。《談話》：“當(dāng)一個(gè)物體在水平面上運(yùn)動(dòng)，沒有碰到任何阻礙時(shí)…它的運(yùn)動(dòng)將是勻速的，并將無限繼續(xù)進(jìn)行下去，假如平面是在空間無限延伸的話?！?.運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立進(jìn)行原理--拋體運(yùn)動(dòng)軌跡在《兩門新科學(xué)》的第四天談話中，詳細(xì)研究了拋體運(yùn)動(dòng)，指出：假設(shè)物體以水平初速度拋出，這時(shí)物體將同時(shí)參與一個(gè)勻速的水平運(yùn)動(dòng)和一個(gè)勻加速的下落運(yùn)動(dòng)…這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)既不彼此影響、干擾，也不互相妨礙”。并得出仰角為α=45°時(shí)射程最大，以及兩個(gè)仰角等于α=45°±β下射程相等得結(jié)論。第15頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.相對(duì)性原理

在批駁“倘若地球運(yùn)動(dòng)，就會(huì)把地球上面的物體拋到后面去”的謬論時(shí)，伽利略指出，從行駛的航船的桅桿上落下的石子，仍會(huì)落在桅桿腳下；…只要船的運(yùn)動(dòng)是均勻的，也不忽左忽右擺動(dòng)，人們所觀察到的現(xiàn)象同船靜止時(shí)完全一樣，人們跳向船尾不會(huì)比跳向船頭更遠(yuǎn)；從掛著的水瓶中滴下的水滴仍會(huì)滴進(jìn)下方的罐子里；蝴蝶和蒼蠅四處飛行，決不會(huì)向船尾集中，或者是為了趕上船的運(yùn)動(dòng)而顯出疲勞的樣子?！@些現(xiàn)象表明，在船里所做的任何觀察和實(shí)驗(yàn)，都不能夠判斷船究竟是在運(yùn)動(dòng)還是停止不動(dòng)?！?/p>

這一原理的發(fā)現(xiàn)，是人類科學(xué)史上的一個(gè)重大飛躍，對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)理論的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。7.材料力學(xué)研究：正確地?cái)喽旱目箯澞芰蛶缀纬叽绲牧W(xué)相似關(guān)系。他指出，對(duì)長(zhǎng)度相似的圓柱形梁，抗彎力矩和半徑立方成比例。8.溫度計(jì)的發(fā)明。第16頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)動(dòng)學(xué)的奠基人——伽利略：二.意義三.伽利略在科學(xué)史上的地位1.糾正了統(tǒng)治歐洲近兩千年的亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，動(dòng)搖了宗教教會(huì)的統(tǒng)治。2.創(chuàng)立了研究自然科學(xué)的新方法：對(duì)現(xiàn)象的一般觀察→提出工作假設(shè)→運(yùn)用數(shù)學(xué)和邏輯的手段得出特殊結(jié)論→通過物理的或思想的實(shí)驗(yàn)對(duì)推論進(jìn)行檢驗(yàn)→對(duì)假設(shè)進(jìn)行修正和推廣。即：觀察—假設(shè)—數(shù)學(xué)和邏輯推理—實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。后來，惠更斯繼續(xù)了伽利略的研究工作，他導(dǎo)出了單擺的周期公式和向心加速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。牛頓在系統(tǒng)地總結(jié)了伽利略、開普勒等人的工作后，得到了牛頓運(yùn)動(dòng)三定律和萬有引力定律。愛因斯坦的評(píng)價(jià)：“伽利略的發(fā)現(xiàn)，以及他所用的科學(xué)推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正的開端！”伽利略視頻第17頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3.牛頓的偉大綜合和理論飛躍一.牛頓簡(jiǎn)介二.牛頓的《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》的內(nèi)容和意義（1687年發(fā)表）三.萬有引力定律的建立、檢驗(yàn)和意義四.牛頓取得成功的歷史條件五.牛頓的方法論六.牛頓的成就總結(jié)七.牛頓的局限第18頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓的偉大綜合和理論飛躍一.牛頓簡(jiǎn)介

1642年的12月25日出生于英格蘭的伍爾索普，出生三個(gè)月前，父親去世。

2歲時(shí)母親改嫁給一位史密斯牧師，牛頓由外祖母撫養(yǎng)。給牛頓心理和性格上造成了巨大影響。

6歲上學(xué)，性格怯弱，常受同學(xué)欺負(fù)。學(xué)習(xí)也不太用功，但善于觀察和動(dòng)手。

12歲時(shí)，在格蘭瑟姆中學(xué)讀書。住在克拉克夫人家里。期間，母親的后夫去世。

14歲，在母親的要求下，牛頓輟學(xué)回家，在家?guī)椭S持生計(jì)。但干活心不在焉，一心看書學(xué)習(xí)，思考問題。后被舅舅發(fā)現(xiàn)，牛頓又重新回到學(xué)校讀書。

19歲（1661年）進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院。

1664年牛頓被選為巴羅的助手；

1665年大學(xué)畢業(yè)獲學(xué)士學(xué)位。在這段學(xué)習(xí)過程中，牛頓掌握了算術(shù)、三角，學(xué)習(xí)了歐幾里得的《幾何原理》，開普勒的《光學(xué)》，笛卡兒的《幾何學(xué)》和《哲學(xué)原理》，以及伽利略的《兩大世界體系的對(duì)話》，胡克的《顯微圖集》和早期的《哲學(xué)學(xué)報(bào)》等。第19頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓的偉大綜合和理論飛躍1665～1666年倫敦大疫。學(xué)校停課。牛頓于1665年6月回到故鄉(xiāng)烏爾索普。

牛頓在家躲避瘟疫的18個(gè)月內(nèi)，對(duì)力學(xué)、天文學(xué)、數(shù)學(xué)和光學(xué)等方面進(jìn)行了偉大的基礎(chǔ)性研究工作，幾乎孕育了他一生作出重大貢獻(xiàn)的所有思想基礎(chǔ)。

他在自轉(zhuǎn)中寫到：“1665年初，我發(fā)現(xiàn)了……把任意指數(shù)（冪次）的二項(xiàng)式簡(jiǎn)化為級(jí)數(shù)的法則。同年5月我發(fā)現(xiàn)了正切方法…11月發(fā)現(xiàn)了直接流數(shù)法（即微分學(xué)）。次年1月發(fā)現(xiàn)了色彩理論。接著5月著手研究流數(shù)法的逆運(yùn)算（積分）。同年我開始考慮如何把重力推廣到月球軌道…以及將維持月球在其軌道上運(yùn)動(dòng)所需要的力與地球表面上的重力加以比較……”?！霸谶@些日子里，我正處在發(fā)現(xiàn)力最旺盛的時(shí)期。”

1667年重返劍橋大學(xué)；

1668年7月獲碩士學(xué)位；

1669年巴羅推薦26歲的牛頓繼任盧卡斯講座教授，

同年發(fā)表《運(yùn)用無限多項(xiàng)方程》；

1671年發(fā)表《流數(shù)術(shù)與無窮級(jí)數(shù)》，并發(fā)明反射式望遠(yuǎn)鏡；

1672年成為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員；

1676年發(fā)表《曲線求積術(shù)》三篇論文；第20頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓的偉大綜合和理論飛躍1687年出版曠世之作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》。

1689:國(guó)會(huì)議員。

1699:造幣廠長(zhǎng)；

1701年辭去劍橋大學(xué)工作；

1703年任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)終身會(huì)長(zhǎng)。

1704年出版他的另一本科學(xué)經(jīng)典著作《光學(xué)》；

1705年被英國(guó)女王授予爵士稱號(hào)。

1727.3.20去世(85歲).隆重國(guó)葬，葬于威斯敏斯特教堂。

第21頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》牛頓的偉大綜合和理論飛躍序言:“我把這部著作叫做自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，因?yàn)檎軐W(xué)的全部任務(wù)看來就在于從各種運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象來研究各種自然之力，而后用這些力去論證其他現(xiàn)象……，我希望能用同樣的推理方法，從力學(xué)中推導(dǎo)出自然界的其他現(xiàn)象?！?一)內(nèi)容（牛頓三定律，略）第22頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀：

時(shí)間是絕對(duì)的，空間是絕對(duì)的，運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，而靜止則是相對(duì)的

“絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自身在流逝著，而且由于其本性而在均勻地、與任何其他外界事物無關(guān)地流逝著”；(絕對(duì)時(shí)間)“絕對(duì)的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關(guān)而永遠(yuǎn)是相同的和不動(dòng)的”；(絕對(duì)空間)“絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是一個(gè)物體從某一絕對(duì)處所向另一絕對(duì)處所的移動(dòng)”；(絕對(duì)運(yùn)動(dòng))“真正的、絕對(duì)的靜止，是指這一物體繼續(xù)保持在不動(dòng)的空間中的同一個(gè)部分而不動(dòng)”。(靜止是相對(duì)的)為給“絕對(duì)空間和運(yùn)動(dòng)”尋找證據(jù)，提出著名的“水桶實(shí)驗(yàn)”第23頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月馬赫對(duì)絕對(duì)時(shí)空的批判17世紀(jì)后期，牛頓設(shè)計(jì)了一個(gè)水桶實(shí)驗(yàn),說明水面的平凹與桶之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)，而與水相對(duì)絕對(duì)空間的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，從而試圖證明存在一個(gè)絕對(duì)空間(絕對(duì)慣性系)水絕對(duì)運(yùn)動(dòng)(b)水桶同步水絕對(duì)靜止(a)桶剛起轉(zhuǎn)(c)桶剛停轉(zhuǎn)水絕對(duì)運(yùn)動(dòng)第24頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(二)意義:1.《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的出版，標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的建立；是當(dāng)時(shí)力學(xué)規(guī)律的偉大綜合；2.絕對(duì)時(shí)空觀的形成；3.機(jī)械決定論的形成；牛頓的偉大綜合和理論飛躍第25頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.萬有引力定律的建立、檢驗(yàn)和意義（一）萬有引力定律的建立

胡克的工作：胡克最早覺察到引力與重力有同樣本質(zhì)，他曾在山頂和礦井下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確定重力隨離地心的距離而變化的關(guān)系，但沒得出結(jié)果。1680年初，在給牛頓的信中，胡克提出了引力反比距離的平方的猜想；倫恩和哈雷的工作：1679年哈雷和倫恩導(dǎo)出了作用于圓形軌道運(yùn)動(dòng)的行星的引力與它們到太陽的距離的平方成反比，但他們還不能證明行星在橢圓軌道下也是如此。牛頓：1684年8—10月，牛頓作了《論運(yùn)動(dòng)》的演講，明確敘述了向心力定律，證明了橢圓軌道運(yùn)動(dòng)的平方反比關(guān)系。后來又定義了質(zhì)量的概念，探討了引力和質(zhì)量的關(guān)系，才把他引向萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)。在《原理》中，牛頓描述了從高山頂上平拋一個(gè)鉛球的思想實(shí)驗(yàn)，我們稱為牛頓月亮或小月球思想實(shí)驗(yàn)，從而把地球上物體的重力和天體之間的引力聯(lián)系到一起。第26頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.牛頓通過靠近地面的“小月亮”運(yùn)動(dòng)的思想實(shí)驗(yàn)，論證了“使月球保持在它軌道上的力，就是我們通常稱為‘重力’的力”。2.通過“月—地檢驗(yàn)”說明了月球所受引力與地面上物體所受引力遵循相同的規(guī)律：引力與半徑的平方成反比關(guān)系。并將此結(jié)果推廣到行星的運(yùn)動(dòng)上去，從而得出宇宙間所有物體之間的引力遵循的規(guī)律都相同的結(jié)論。所以稱為萬有引力。（略）第27頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）萬有引力定律的檢驗(yàn)1)關(guān)于地球的形狀2)哈雷彗星3)“海王星”的發(fā)現(xiàn)4)卡文迪什測(cè)定萬有引力常數(shù)第28頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）關(guān)于地球的形狀：牛頓指出：行星由于自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，赤道部分應(yīng)該隆起，使行星成為兩極扁平的扁球體。隆起部分將一部分接近太陽和月亮，另一部分遠(yuǎn)離太陽和月亮，它們受到的引力作用不同，使太陽和月亮的引力攝動(dòng)作用不通過地球中心，從而使地球的軸作一種緩慢的圓周運(yùn)動(dòng)，造成二分點(diǎn)的歲差現(xiàn)象，牛頓近似估算出地球的扁率為1/230。反對(duì)聲：18世紀(jì)30年代，當(dāng)牛頓的學(xué)說傳到法國(guó)時(shí)，受到巴黎天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)雅克?卡西尼（JacquesCassini,1677-1756）等人的強(qiáng)烈反對(duì)，他們根據(jù)笛卡兒的旋渦理論假說和錯(cuò)誤的緯度長(zhǎng)度的測(cè)量，說地球使兩極凸出的橢球體。驗(yàn)證：為了得到更準(zhǔn)確的大地測(cè)量結(jié)果，法國(guó)科學(xué)院于1735-1736年先后派出兩個(gè)測(cè)量遠(yuǎn)征隊(duì)，分赴赤道地區(qū)的秘魯和高緯度地區(qū)的拉普蘭德，分別在兩地的經(jīng)度圈上測(cè)量等角的一段弧長(zhǎng)。測(cè)量結(jié)果基本證實(shí)了牛頓的結(jié)論。從而使拉普蘭德隊(duì)的領(lǐng)隊(duì)莫泊丟和成員克雷洛成為牛頓的支持者。第29頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)哈雷彗星早期對(duì)彗星的認(rèn)識(shí)：1682年以前，人們認(rèn)為彗星出現(xiàn)時(shí)，它將給人類帶來災(zāi)難。牛頓的計(jì)算：牛頓根據(jù)天文資料，應(yīng)用萬有引力定律，說明和計(jì)算出了彗星的運(yùn)動(dòng)軌跡。哈雷的工作：英國(guó)天文學(xué)家哈雷(1656-1742)，根據(jù)牛頓理論進(jìn)一步計(jì)算了大量彗星的運(yùn)動(dòng)軌道，得出1531年、1607年、1682年出現(xiàn)的彗星軌道相同，因此應(yīng)是同一彗星。由此預(yù)言這彗星1758年還將出現(xiàn)?？死茁宓墓ぷ鳎?743年，克雷洛曾計(jì)算了木星和土星對(duì)這顆彗星的攝動(dòng)作用，指出它將推遲于1759年4月附近經(jīng)過近日點(diǎn)。驗(yàn)證：1759年3月12日，這顆星出現(xiàn)了。牛頓的偉大綜合和理論飛躍第30頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3)海王星的發(fā)現(xiàn)

1781年，赫舍爾發(fā)現(xiàn)天王星，踞太陽約28億公里，繞一周要84年。但根據(jù)牛頓理論，其運(yùn)動(dòng)有偏差，于是預(yù)言，還應(yīng)該存在另一顆星。牛頓的偉大綜合和理論飛躍柏林天文學(xué)家伽勒(JohannGottfriedGalle,1812-1910)于1846年9月23日，在距離勒威爾推算出的位置誤差不到1°的地方發(fā)現(xiàn)了這顆星—海王星。1843-1845年英國(guó)青年大學(xué)生亞當(dāng)斯(JohnCouchAdams)、1845年法國(guó)天文學(xué)家勒威爾(Leverrier)各自分別獨(dú)立地根據(jù)牛頓的理論計(jì)算出了該未知行星的質(zhì)量、軌道和位置。第31頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4)卡文迪什測(cè)定萬有引力常數(shù)

從牛頓于1687年出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，整整一百年時(shí)間，還沒有任何實(shí)驗(yàn)或事實(shí)能證明在任意的兩個(gè)物體之間確實(shí)存在引力，以及引力大小。直到1797年，卡文迪什在實(shí)驗(yàn)室條件下，用扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)量了兩個(gè)物體間微小引力和萬有引力常數(shù)，才最終解決了定律的驗(yàn)證問題。第32頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）萬有引力定律建立的意義1.人類第一次完成了天體運(yùn)動(dòng)與地面物體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一。2.建立了天體力學(xué)；3.是人類科學(xué)認(rèn)識(shí)的一次重大綜合和飛躍。第33頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓的偉大綜合和理論飛躍四.牛頓取得成功的歷史條件1.生產(chǎn)力發(fā)展的需要

航海的發(fā)展，需要對(duì)天體的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行研究；對(duì)機(jī)械加工運(yùn)輸作物理原理的解釋。2.站在巨人的肩上數(shù)學(xué)：歐幾里德——笛卡爾——萊布尼茲；力學(xué)：達(dá).芬奇——伽里略——惠更斯；天文學(xué)：哥白尼——第谷——開普勒；引力思想：吉爾伯特——布里阿德——玻列利。3.在英國(guó)，政局比較穩(wěn)定，開始注重科學(xué)研究。4.科學(xué)的國(guó)際研究聯(lián)系加強(qiáng)英法成立了“皇家學(xué)會(huì)”及“皇家科學(xué)院”第34頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓的偉大綜合和理論飛躍五.牛頓的方法論牛頓的幾種科學(xué)方法：①實(shí)驗(yàn)—理論—應(yīng)用法②分析——綜合法③歸納—演繹方法④物理—數(shù)學(xué)方法牛頓的方法論原理：牛頓在科學(xué)方法論上的貢獻(xiàn)正如他在物理學(xué)特別是力學(xué)中的貢獻(xiàn)一樣，不只是創(chuàng)立了某一種或兩種新方法，而是形成了一套研究事物的方法論體系，提出了幾條方法論原理，主要集中表述在《原理》第三篇“哲學(xué)中的推理法則”中的四條法則中。法則1.簡(jiǎn)單性原理法則2.因果性原理法則3.普遍性原理法則4.否證法原理（即無反例證明者即成立）第35頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月牛頓的偉大綜合和理論飛躍六.牛頓的成就總結(jié)1.在力學(xué)方面，牛頓總結(jié)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本定律，并獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律。他把地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一到一個(gè)基本的力學(xué)體系中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)體系。2.在光學(xué)方面，牛頓曾致力于色的現(xiàn)象和光的本性的研究。1666年他用三棱鏡分析日光，發(fā)現(xiàn)白光是由不同顏色的光構(gòu)成的，成為光譜分析的基礎(chǔ)。他創(chuàng)立了光的“微粒說”。3.在數(shù)學(xué)方面，牛頓提出了“流數(shù)法”，建立了二項(xiàng)式定理，并和萊布尼茨同時(shí)創(chuàng)立了微積分學(xué)，開辟了