自然科技发展概论3(近代科学技术).ppt

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1416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(Nicolaus Copernicus，1473一1543)15061512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。,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(15111553)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(15781657)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(Johannes Kepler，15711630)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8)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(Christan HuyRens，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。16651666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 16781684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。牛顿运动第三定律：作用力与反作用力是数值相等且方向相反,即每一个作用力都有一个方向相反大小一样的反作用力。,牛顿力学体系的建立（二）,万有引力定律,向心力F=mv2/r 惠更斯,在万有引力定律发现的过程中,第谷、开普勒、牛顿各作了哪些工作？各有哪些贡献？,思考一：,第谷经过连续20年的观测，获得了大量的数据资料，,为发现行星运动的本质和规律准备了十分丰富和准确的感性材料。,开普勒以感性材料为基础，开动脑筋，反复计算，发现了现象间的真实联系，提出了行星运动的三大定律，科学地回答了“行星是怎样运动的”问题。,迈入了理性认识的大门。,牛 顿发现了万有引力定律，回答了“行星为什么这样运动”的问题。,完成了对这个问题由感性认识上升到理性认识的过程。,2、开普勒为什么能认识行星运动的规律?,3、牛顿为什么能比别人看得更远些?,他停留在观测水平，未能对这些感性材料正确地进行加工制作。,运用理性思维，对第谷留下的感性材料进行了正确的加工制作。,思考二：,1、第谷为什么没能认识行星运动的规律?,牛顿在前人的基础上，运用了自己的力学成就，在更广阔的范围里，在更抽象的程度上，对感性材料由此及彼，由表及里进行思考、计算，付出了艰辛的劳动，发现了万有引力定律。具备了良好的主观条件，充分利用了客观条件，正确地发挥了主观能动性。,由感性认识上升到理性认识，透过现象认识本质，必须具备哪些条件?一、占有十分丰富和合乎实际的感性材料二、运用科学的思维方法对感性材料进行加工制作,思考三：,五、数学的发展,1解析几何学的创立 解析几何学的主要创立者是法国的笛卡儿(15961650)和费尔马(16011665)。解析几何学是运用代数的方法，借助坐标研究几何对象。作为数学家和哲学家的笛卡儿于1637年发表的更好地指导推理和寻求科学真理的方法论一书，作为该书三篇附录之一的几何学，标志着解析几何学的诞生。,五、数学的发展,2.微积分的创立(1)微积分思想的历史渊源。公元前3世纪希腊的阿基米得在研究解决抛物弓形的面积、球和球冠面积、螺线下的面积和旋转双曲线体的体积的问题中，就隐含着近代积分学思想。到了17世纪，有许许多多的科学问题需要解决，许多著名的数学家、物理学家、天文学家如费尔马、笛卡儿、巴罗、开卜勒等都为此作了大量的和卓有成效的研究，为微积分的创立作出了贡献。,五、数学的发展,2.微积分的创立(1)微积分思想的历史渊源。科学问题：一是研究运动时要求瞬时速度问题；二是求曲线的切线问题；三是求函数的最大值与最小值问题；四是求曲线的长度、曲线围成的面积、曲面围成的体积、物体的重心、一个相当大的体积的物体作用于另一物体上的引力等。,五、数学的发展,2.微积分的创立(1)微积分思想的历史渊源。17世纪下半叶，在前人工作的基础上，英国的牛顿和德国数学家莱布尼兹分别独立研究和完成了微积分学的创立工作。最大的功绩是把看起来不相关的两个问题联系起来，一是切线问题(它是微分学的中心问题)，一是求积问题(它是积分学的中心问题)。,五、数学的发展,2.微积分的创立(2)牛顿对创立微积分学的贡献。在他的1711年正式出版的运用无穷多项方程的分析学中，给出了求瞬时速度的普遍方法，阐明了求变化率和求面积是两个互逆问题，从而揭示了微分与积分的联系，即沿用至今的所谓微积分的基本定理。,五、数学的发展,2.微积分的创立(2)牛顿对创立微积分学的贡献。牛顿于1671年完成的，直到1736年才正式出版的流数术和无穷级数，又对他的微积分理论作了更广泛而深入的说明，并在概念、计算技巧和应用上都作了很大改进。,五、数学的发展,2.微积分的创立(2)牛顿对创立微积分学的贡献。牛顿于1676年完成的，发表于1704年的研究可积曲线的经典文献求曲边形的面积。这篇论文主要在于澄清一些遭到非议的基本概念，把求极限的思想方法作为微积分的基础在这里已初露端倪。,五、数学的发展,2.微积分的创立(3)莱布尼兹对创立微积分的贡献。莱布尼兹(16461716)是德国数学家。被誉为“17世纪的亚里士多德”，他最突出的成就是创建了微积分的方法。他的微积分思想最早记在他1675年的数学笔记中。莱布尼兹意识到微分与积分是互逆关系。,五、数学的发展,2.微积分的创立(3)莱布尼兹对创立微积分的贡献。莱布尼兹的第一篇微分学论文一种求极大极小和切线的新方法，它也适用于分式和无理量，以及这种新方法的奇妙类型的计算于1684年发表。关于积分学的第一篇论文发表于1686年。莱布尼兹在创建微积分过程中，花了很多时间来选择精巧的符号，如 等。,第二节 第一次技术革命,一、第一次技术革命的起点纺织机的改革 1、由飞梭的发明到纺织机改革。1733年，兰开夏郡的制梭工人凯伊(1704一1774)发明了飞梭，使织布速度提高了一倍。“纱荒”推动人们去改善纺纱技术。“珍妮纺车”水力纺纱机“骡机”,2、纺纱机的改革促进织布机向机械化过渡。纺纱广泛应用机器的结果解决了“纱荒”，但是纺纱数量的增加又使织布与纺纱产生了新的不平衡：织布落后于纺纱。以水力为动力的机械织布机 用蒸汽机带动的织布机,一、第一次技术革命的起点纺织机的改革,二、第一次技术革命的标志蒸汽机的发明与使用,1、发明蒸汽机的前奏。1690年，法国物理学家巴本提出了使蒸汽机冷凝，蒸汽能使圆筒中的活塞上下运动。塞维利发明了第一台用于抽水的蒸汽机的“矿山之友”。英国人纽可门于17051706年间发明了技术上比塞维利蒸汽机先进、实用价值较大的大气蒸汽机。,二、第一次技术革命的标志蒸汽机的发明与使用,2瓦特的双向通用蒸汽机。由于纽可门蒸汽机的运动是直线往复运动，只能用于抽水，热效率不高，功率不大。要想使蒸汽机成为通用的动力机，在技术上必须解决两个问题：一是提高它的热效率；二是将直线往复运动变为连续的圆周运动。,二、第一次技术革命的标志蒸汽机的发明与使用,2瓦特的双向通用蒸汽机。通过一系列改进，1783年制成了第1台双向蒸汽机，1784年投入使用，热效率大大提高，耗煤量仅为纽可门机的三分之一。这种蒸汽机被普遍应用于各行各业，它在第一次技术革命中产生了巨大影响，在将近一个世纪中掀起并主导了整个世界的产业革命。蒸汽机的发明和使用的时代被称为“蒸汽时代”。,第三节 近代后期的科学成就,一、天文学二、地质学三、物理学四、化学五、生物学,十九世纪世界自然科学三大发现在此期间产生,一、天文学,1天文观测新发现 俄国多尔帕特天文台台长斯特鲁维借助于折射望远镜发现了2200多颗新双星。1781年，英国天文学家赫歇尔利用自制的大型反射望远镜发现了天王星。1846年，德国天文台台长加勒发现了海王星。,一、天文学,1天文观测新发现 1839年，阿拉戈发明了银板照相法，随后照相术便被广泛应用于天文学研究之中。1840年，美国的德雷伯(JWDraper)利用大型望远镜和照相术拍摄了第一张月亮表面的照片；1845年，德国的费索(Fizeau)拍摄了第一张太阳照片；1877年，米兰的斯基伯雷利(GSchiaparelli)公布了当时最精确的火星表面图片。,2赫歇尔（Herschel）的恒星天文学,赫歇尔利用统计方法研究了恒星的空间分布和运动。发现银河系中心及附近的恒星数目明显多于其他区域，从而提出了第一个银河系结构模型：银河由大量恒星构成，其形状如扁平的圆盘，直径约7000光年，厚度为1300光年。1783年，赫歇尔发现了恒星的自行，并估测了太阳的运动，打破了太阳及恒星静止不动的陈旧观念。由于赫歇尔在恒星研究方面的成就，被誉为“恒星天文学之父”。,3天体物理的兴起,基尔霍夫的三定律：第一，白炽固体或高压白炽气体产生连续光谱，其范围从红光到紫光；第二，低压发光气体和蒸汽光谱是一些分离的明线，而且每种元素都具有独特的一组发射光谱线；第三，能够发出某一特定光谱的物体对这条谱线有强烈的吸收能力。,4.天体起源和演化假说,(1)康德一拉普拉斯星云假说(太阳系起源假说)。1755年德国康德发表的宇宙发展史概论。提出了系统的关于太阳系起源的星云假说。1796年，法国天文学家、数学家拉普拉斯(Laplace)出版了他的宇宙论，独立提出了与康德星云假说相似的假说。他用牛顿力学详细论证了太阳系的演化过程，,4.天体起源和演化假说,(2)洛克耶的恒星演化理论。1887年，英国的洛克耶根据恒星光谱的不同，提出了第一个恒星演化理论，认为恒星是不断变化的，不是一成不变的，把天体演化学由仅限于对太阳系的起源和演化研究推进到对一般恒星的研究。恒星起源和演化分为四个阶段：引力收缩阶段恒星的幼年期；主序星阶段恒星的中年期；红巨星阶段恒星的老年期；白矮星和中子星阶段恒星的临终期。,二、地质学,1水成论和火成论之争(1)水成论。1695年，英国医生伍德沃德(Woodward)在地球自然史初探中提出，地层的不同是洪水造成的。18世纪，德国的魏纳(Wegener)认为，原始地球浸没在原始海洋之中，所有的岩层是在海水中经过结晶化、化学沉淀和机械沉淀堆积而成的。,二、地质学,1水成论和火成论之争(2)火成论。1740年，意大利威斯修道院院长莫罗(Anton Moro)首先提出火成论，认为岩层是由一系列火爆发产生的熔岩流造成的。1763年，法国地质学家德马列斯特(NDesmarest)作了实地考察，他顺着玄武岩追索到火山口，证明玄武岩是浆岩，而不是水成岩。1795年，英国地质学家赫顿(Hutton)在他的地论中发展了火成论。认为地质学上的诸现象是由各种力的作而引起的，尤其强调地球内热作用和地壳运动。,二、地质学,2灾变论与渐变论之争(1)灾变论。灾变论的代表人物和集大成者是法国地质学家、古生物学家和比较解剖学家居维叶(GCuvier）提出灾变论。,二、地质学,2灾变论与渐变论之争(2)渐变论。渐变论的创始人是英国的业余科学家赫顿(James Hutton)，他既是火成论者，又是渐变论者。渐变沦的代表人物是英国著名地质学家赖尔(Charles Lyell）在地质学原理参照现在起作用的各种原因来解释地球表面过去发生的变化的尝试（18301833年间共出了13卷）中，阐明了他的地质渐变论思想,三、物理学,1能量守恒与转化定律的发现(1)发现能量守恒与转化定律的发端。早在1644年，法国数学家、天文学家、哲学家笛卡儿(Rene Descanes)在哲学原理一书中，就提出了运动不灭原理。第一次技术革命后，随着蒸汽机的广泛使用，迫切要求提高热机的效率，从而促进了人们对热的本质、热与机械运动的联系和转化规律的研究，这项研究成为发现能量守恒与转化定律的发端。,三、物理学,1能量守恒与转化定律的发现(2)能量守恒与转化定律的发现。第一个以论文形式阐述能量守恒和转化思想的是德国青年医生迈尔(Mayer，18141878)，他是根据两件观察事实和哲学思维方法推出能量守恒和转化思想的。英国物理学家焦耳(JJaule)从18381878年，用了40年的时间进行实验，写了一篇总结性论文论热的机械当量，公布了测定的热功当量的精确值，至此，能量守恒与转化观点被广为接受。,三、物理学,2、热力学第二定律和分子物理学(1)热力学第二定律。1850年德国物理学家克劳修斯 和1851年英国物理学家凯尔文发现了热力学第二定律。揭示了热运动的自然过程是不可逆的，除非由外界做功，方可使热量从低温物体传向高温物体。1865年，克劳修斯把熵的概念引入热力学，用以说明热力学第二定律。熵达到最大或可用的热能最小时，热机就不再做功，整个系统的能量守恒，处于热平衡状态。熵的概念说明了热力学过程的不可逆性。,三、物理学,2、热力学第二定律和分子物理学(2)统计物理的兴起。早在1826年，英国植物学家布朗(RBrown)就发现了分子运动现象，显示了物质分子处于永恒的热运动之中。1857年，克劳修斯首先对热力学定律做了动力学解释。麦克斯韦则用概率统计方法研究了分子运动，于1859年发现了气体处于热平衡时其分子数目按速度大小分布的定律。1868年，奥地利物理学家波尔兹曼(LBoltzman)发展了麦克斯韦的速度分布定律，提出了平衡态气体分子的能量均分定律，并用分子运动的观点对熵做了统计几率解释。,三、物理学,3电磁理论的建立(1)人们对电磁现象的早期认识。18世纪中叶，人们已由摩擦生电发展到对天电和生物电的认识 1745年，荷兰人马森布罗克、枯内渥斯和德国人克莱斯特各自独立地发明了最早的蓄电容器，由于前两人均是在莱顿后发明的，故称为莱顿瓶。美国电学家富兰克林(Benjmin Franklin)用莱顿瓶做了许多实验，1752年夏，发表了论闪电和电的相同的论文。第二年又发明了避雷针。,三、物理学,3电磁理论的建立(2)连续电流的获得。1799年意大利物理学家伏打(A1essandro Volta，17451827)对生物电发现进行了实验分析，指出蛙腿起到了两块金属之间产生电流的敏感验电器的作用，电是由于渗在溶液中的两种不同种类金属接触而产生的，并认识到这种电效应比摩擦发电机产生的电效应要强。基于这种认识，1800年，他用酸浸不同的金属板(银板和锌板)制成了世界上第一个电池，获得了连续电流，揭开了电力革命的序幕，电技术由此产生。,三、物理学,3电磁理论的建立(3)静电力大小的测定。英国物理学家卡文迪许(Henry Carendish)最早作了关于电的分布实验。1767年，普列斯特利提出了静电力的大小与电荷多少成正比，与距离平方成反的论断。法国物理学家库仑(CACoulomb）提出了“带同种电的两个小球之间的斥力与两球中心点距离的平方成反比”的重要理论。库仑定律,三、物理学,3电磁理论的建立(4)电磁相互联系和转化的发现。19世纪，丹麦哥本哈根大学教授奥斯特()发现：有电流通过的导体周围会产生磁场，第一次揭示了电与磁的本质联系。法国物理学家安培(）研究了电流间的相互作用。1831年，英国化学家和物理学家法拉第(M.Faraday）电与磁“互生”现象必须在运动中才能发生。,三、物理学,3电磁理论的建立(5)电磁理论的建立。19世纪5060年代，英国物理学家麦克斯韦()补充和发展了法拉第等人的电磁感应理论，创立了系统的电磁学说。1888年，德国物理学家赫兹()用莱顿瓶的间隙放电证实了电磁波的存在。,四、化学,1氧化燃烧理论取代燃素说(1)燃素说。(2)拉瓦锡的氧化燃烧理论。1777年，他把自己的发现写成燃烧概论提交给巴黎科学院，把助燃气体正式定名为氧，从此结束了燃素说对化学界的统治，为建立氧化燃烧理论奠定了基础。,四、化学,2原子一分子论的建立(1)道尔顿的原子论。1808年，在化学哲学新体系中提出了原子论，并把原子量概念引入原子论，把它视为化学元素最基本的特征和新原子论的核心。(2)阿佛加德罗的分子假说。1811年，发表了原子相对质量的测定方法及原子进入化合物时数目比例的确定。首次引入分子概念，提出分子假说，解决了存在半个原子的矛盾。还依据原子一分子假说，测定了气体物质的原子量和分子量，并确定了化合物中各种原子的数目。,四、化学,3有机化学的兴起(1)尿素的人工合成。德国青年化学家维勒于1828年发表了论尿素的人工制成，公布了用无机物合成尿素的方法。第一次证明了有机物与无机物之间没有不可逾越的鸿沟，开创了人工合成有机物的新纪元。(2)有机结构理论的确立。有机化学实验推动了有机化学理论的发展，许多化学在有机结构理论研究中取得了积极成果，这些成果为有机结构理论的确立铺平了道路。,四、化学,4化学元素周期律的发现(1)化学元素周期律发现的背景及知识准备。19世纪50年代前，已发现了27种元素，截至1869年，已发现69种元素。当时原子价概念已确立起来，意大利科学家康尼查罗提出了从分子量求原子量的方法，使元素的原子量得到了精确的测定，为元素周期律的发现提供了可靠的数据。科学家们对当时已有的元素从不同角度进行了分类，据统计大约有50种分类法。,4化学元素周期律的发现,(2)门捷列夫发现元素周期律。门捷列夫继承了前人关于元素分类的成果，全面分析了元素的物理、化学性质与原子量的关系，整理出了元素周期表，于1869年2月公开发表。1871年，门捷列夫又在化学元素的周期性依赖关系中修正了周期表；并定义：元素的性质周期地随着它们的原子量而改变；预告了“类铝”、“类硼”、“类硅”等元素的存在，并根据它们在周期表中的位置，预言了它们的性质；还修正了一些元素的原子量，并建议重新测定。,五、生物学,1细胞学说的建立 17世纪英国科学家胡克首先提出细胞这一名称，一直沿用至今。细胞学说建立于19世纪30年代末。它应归功于德国植物学家施莱登和动物学家施旺。1838年，施莱登写了论植物的发生一文，提出了植物构造学说。1839年，施旺把施莱登的观点推广到整个生物界，在动植物结构和生长相似性的显微镜研究中，用大量资料证明：细胞是一切生物的基本单位。并提出了“细胞学说”。,五、生物学,2进化论的创立(1)生物进化思想的萌芽。第一个系统地提出进化论思想的是法国博物学家拉马克1809年，在动物哲学书中第一次成功地描述了动物进化过程。(2)达尔文进化论。达尔文经过5年的科学考察和20多年的动植物人工变异研究，于1859年出版了他的物种起源(全名为通过自然选择或生存斗争保存良种的物种起源)，书中用大量而丰富的资料系统、全面地阐述了他的进化论思想。,五、生物学,3孟德尔和魏斯曼的遗传理论(1)孟德尔的遗传定律。孟德尔提出了两条著名的遗传定律：第一，分离定律；第二，独立分配定律。(2)魏斯曼的遗传学说。19世纪末，在遗传学研究中的代表人物是德国动物学家、新达尔文主义者魏斯曼，通过对蝇类的进化、水蚤的生殖行为、切割鼠尾对遗传的影响等研究，于1892年提出了种质连续学说。,第四节 第二次技术革命,一、第二次技术革命的前奏 19世纪下半叶，资本主义已由自由竞争发展到垄断，垄断阶段的大生产要求有强大而集中的能源。要求寻找一个既集中、灵活而又经济的能源分配方法，因此，将产生另一次技术革命代替蒸汽动力的技术革命便应运而生，称雄一时的蒸汽机时代即将过去。电力革命,一、第二次技术革命的前奏,电力革命与以蒸汽机为标志的第一次技术革命不同：是在理论指导下进行的。18世纪以来，对电子有了初步认识，奥斯特发现电流磁效应和法拉第发现电磁感应原理，为电动机和发电机的发明制造奠定了理论和实验的基础。1831年法拉第发现电场和磁场的相互作用可以产生机械运动，发明了第一个电动机。法拉第和亨利等人造出了电动机和发电机的雏形，成为第二次技术革命的发端。,2第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,1 发电机和电动机的产生及发展。1831年，法国巴黎的皮克西根据法拉第的发现先后制出了世界上第一台手摇永磁式发电机。1834年，英国伦敦仪器制造商克拉克制成第一台商用发电机，此后这种发电机在伦敦广为应用。后来，配置了由安培设计的机械整流器，使发电机发出的交流电变成直流电。,1发电机和电动机的产生及发展永磁式发电机是使用永久磁铁式天然磁铁作为磁场，由于受磁铁本身磁强的限制不可能提供强大的电力，为了克服这一缺点，许多科学家和工程技术人员进行了研究。1866年底，“近代德国科学技术之父”西门子等人发展并展示了自激式发电机的原理。用电磁铁取代了永久磁铁，并用发电机发出的电作为自身电磁铁的电源，即自激式发电机。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,1发电机和电动机的产生及发展在制造发电机的同时，科技工作者已开始了电动机的设计和制造。运用电流交变所产生的旋转磁场切割转子的导体，感应出电流，转子电流和旋转磁场相互作用而产生的电磁力矩就使电动机转动起来。电动机的使用还受到电源供应不足的限制，直到发电技术日臻完善，电动机的设计制造技术才随之完善起来。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,2电灯的发明与应用。1847年，斯提特提出用高熔点的铂铱合金作灯丝材料，但由于抽真空技术没解决。1878年英国约瑟夫斯万制成了第一个令人满意的用碳丝作灯丝的灯泡。1879年10月21日，爱迪生经过反复试验后发明了用碳化棉丝作灯丝材料的耐用电灯。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,2电灯的发明与应用。1880年，斯万获得了制造高真空灯泡的专利，1883年又获得了改进制作灯丝材料的专利，与爱迪生展开了竞争。继爱迪生斯万之后，人们又在寻找新的难熔灯丝材料。大约在1911年才普遍采用钨作灯丝材料，一直沿用至今。1913年，兰米尔(Langmuir Irving)在灯泡内充入惰性气体，使灯泡寿命更加延长。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,3远距离输电的实现。最先成功地研究高压输电的是法国电气工程师德普勒。1882年，用一台容量为3匹马力的直流发电机发出的电，在慕尼黑国际展览会作了电压为1500伏和2000伏、距离为57公里的表演，传输了大约1500瓦的电能。德普勒所传输的电是直流电，而当时又不可能直接从直流发电机获得极高电压，这就促成了交流发电机和变压器的研制。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,3远距离输电的实现。意大利物理学家和电气工程师格费拉里斯根据两相的交流电能产生旋转磁场的原理，于18851888年提出了用两相交流电进行远距离输电的思想。塞尔维亚著名的电气工程师特斯拉进行了两相电流和发电机设计。1896年美国在尼亚加拉建造的水电站，就是两相电流水电站，但是两相电流后来没能得到广泛推广。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,3远距离输电的实现。为了更合理地解决远距离输电问题，俄国工程师多里沃一多布罗沃尔斯基提出了三相交流电输电问题。多里沃一多布罗沃尔斯基研制出了三相电流的发电机。1891年展示了用三相交流电传输电能达170公里的技术，并展示了他的三相交流发电机。使电能在工业领域得到了广泛的应用。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,3远距离输电的实现。1883年L高兰德和吉布斯根据法拉第电磁理论发明了第一台有实用价值的变压器，为高压交流输电创造了条件。1896年美国尼亚加拉水电站把发电机发出的5000伏电压的电用变压器升到11000伏，并送到40公里以外的距离。19世纪90年代开始的远距离输电的电压不断提高，到1912年达到140千伏。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,4无线电技术的发明。电磁理论引出的另一项重大的电技术发明是无线电波的发射和接收，它开创了“弱电”利用的新领域。1890年和1894年，法国的布冉利和英国的洛奇制成和改进了无线电波接收器。1895年5月9日波波夫当众表演了他发明的无线电接收机，后来苏联政府把这一天命名为“无线电发明日”。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,4无线电技术的发明。意大利的马可尼在1901年成功地完成了英国和加拿大之间的无线电通信，肯定了用电波进行通讯联络的威力。1902年，美国电气工程师肯涅利和英国的亥维塞分别发现了电离层，证实了无线电波长距离传递的可能性。此后，无线电技术广泛应用，人们开始进入了电气时代。,二、第二次技术革命的标志 电机的发明和电力的应用,电的广泛应用（最显著的成就）,发电机电动机发电厂电气产品,内燃机的创制和使用,化工技术的发展,钢铁工业等传统工业的进步,内燃机的创制,人类进入“电气时代”,新交通工具汽车、飞机,石油工业产生,影响,极大地改变和丰富了人们的生活,第二次技术革命,三、第二次技术革命的意义,生产力的发展电气时代所创造的社会生产力，是蒸汽时代望尘莫及的。美国1860年工业生产仅居世界第4位，产值仅为资本主义世界的百分之十。由于广泛使用电力，1890年则增加9倍，超过大英帝国，居世界第一。直到现在，电力工业发展状况和电力的应用程度仍是判断一个国家经济是否发达的一个重要标志。,复习思考题及习题,1.简述开普勒、伽利略和牛顿的主要贡献。2.简述哥白尼日心说的基本观点。3.简述第一次技术革命的特点。4.近代科学包括哪些学科?各有哪些主要成就?5.简述十九世纪自然科学三大发现的意义。6.试析第一次技术革命发源于英国的原因。7.近代技术革命如何导致产业革命？8.试析近代科学技术产生的社会条件。,