物理學(xué)思想史和方法論物理學(xué)史第1頁(yè)/共356頁(yè)第一章中國(guó)古代的物理學(xué)萌芽第一節(jié)：物質(zhì)本原思想

一元素與原子的觀點(diǎn)

1.陰陽(yáng)學(xué)說2.五行思想（3.原子的觀點(diǎn)）

二元?dú)庹f第二節(jié)：物理學(xué)知識(shí)的積累

一.力學(xué)二.熱學(xué)三.光學(xué)四.電磁學(xué)五.聲學(xué)六.天文學(xué)第2頁(yè)/共356頁(yè)概況

在古代，無(wú)論是古希臘還是中國(guó)，都談不上有“物理學(xué)”。當(dāng)時(shí)人們還不可能自覺地、系統(tǒng)地運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法，也不可能通過嚴(yán)密的邏輯推理和數(shù)學(xué)形式進(jìn)行科學(xué)的概括，使之成為完整的知識(shí)體系。但這一階段仍是物理學(xué)形成和發(fā)展的先導(dǎo)和淵源。是物理學(xué)發(fā)展的孕育和萌芽時(shí)期。

在中國(guó)，自夏、商、西周起，隨著手工技術(shù)的發(fā)展，物理知識(shí)開始積累。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，中國(guó)古代物理學(xué)開始形成；秦漢時(shí)期，形成一個(gè)發(fā)展高峰；宋元時(shí)期達(dá)到鼎盛。至此，在西方近代科學(xué)誕生之前，中國(guó)的科學(xué)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都居世界領(lǐng)先地位。明末至清初以后，科學(xué)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸落后于西方，這一時(shí)期，西方物理知識(shí)開始向中國(guó)輸入。第3頁(yè)/共356頁(yè)一.元素與原子的觀點(diǎn)

1.陰陽(yáng)學(xué)說陰陽(yáng)是中國(guó)古代哲學(xué)的一對(duì)范疇。陰陽(yáng)的最初涵義是表示陽(yáng)光的向背，向日為陽(yáng)，背日為陰。

后來，又給它賦予了一定的意義，把自然界和社會(huì)上一切對(duì)立的現(xiàn)象抽象為陰陽(yáng)，用陰陽(yáng)概念來解釋自然界兩種對(duì)立和相互消長(zhǎng)的物質(zhì)勢(shì)力，用來解釋天文氣象、四季變化、萬(wàn)物興衰等自然現(xiàn)象。如氣候的寒暖，方位的上下、左右、內(nèi)外，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的躁動(dòng)和寧?kù)o，以及天地、男女、晝夜、君臣、夫妻等。

陽(yáng)代表積極、進(jìn)取、剛強(qiáng)、上升、溫?zé)帷⒚髁?、雄性、太?yáng)等陽(yáng)性和具有這些特征的事物；

陰代表消極、退讓、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等陰性和具有這些特征的事物。第一節(jié)：物質(zhì)本原思想第4頁(yè)/共356頁(yè)

認(rèn)為：陰陽(yáng)的對(duì)立統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)，是自然界一切事物發(fā)生、發(fā)展、變化及消亡的根本原因。是自然界一切事物運(yùn)動(dòng)變化的固有規(guī)律。陰陽(yáng)的對(duì)立和消長(zhǎng)是宇宙的基本規(guī)律。陰陽(yáng)學(xué)說的基本內(nèi)容包括陰陽(yáng)對(duì)立、陰陽(yáng)互根、陰陽(yáng)消長(zhǎng)和陰陽(yáng)轉(zhuǎn)化四個(gè)方面。

“陰陽(yáng)有序、整體和諧”是世間的最佳狀態(tài)，也是事物穩(wěn)定的基本保證。第5頁(yè)/共356頁(yè)

《周易》以陰陽(yáng)的范疇為基礎(chǔ)，說明天地變化及各種現(xiàn)象：“易有太極，是生兩儀；兩儀生四象，四象生八卦”（《易經(jīng)·系辭上》）。意思是：宇宙的的本原是‘太極’（物質(zhì)的原始狀態(tài)），太極生出天地（陰陽(yáng)），天地生出四時(shí)（春、夏、秋、冬），再生出‘八卦’（天、地、山、澤、水、火、風(fēng)、雷）。

白紙稱為無(wú)極，畫上一個(gè)圓圈，稱為無(wú)極生太極（宇宙），中間一條曲線分成黑白兩個(gè)部分，稱為太極生兩儀，中間的曲線表示了陰陽(yáng)的相互運(yùn)動(dòng)和相互轉(zhuǎn)化。黑白兩個(gè)半球中各有一個(gè)與之顏色相反的小圓圈，稱為陰陽(yáng)子，表示陰中有陽(yáng)，陽(yáng)中有陰。

第6頁(yè)/共356頁(yè)四象和陰陽(yáng)的組合再生八卦：乾、坤、震、撰、坎、離、艮（gèn）、兌。

八卦則是其形式化和符號(hào)化：－－為陰，——為陽(yáng)，分別稱作‘陰爻（yáo)’和‘陽(yáng)爻’，陰爻和陽(yáng)爻的組合構(gòu)成四象：2223第7頁(yè)/共356頁(yè)《周易》是以陰（陰爻－－）、陽(yáng)（陽(yáng)爻—）為基本單位而形成的一種對(duì)事物的理論性把握。陰與陽(yáng)二單位的不同組合形成八卦，將八卦中之任意兩卦疊合即形成六十四卦。每卦有六爻，共組成384爻。八卦的卦、爻、位之間，有復(fù)雜的關(guān)系，64卦的卦象變化和爻數(shù)就更加復(fù)雜，它反映了事物之間錯(cuò)綜復(fù)雜的相互關(guān)系。在易學(xué)中，事物的性質(zhì)即由陰與陽(yáng)所占整體成份之多少及陰陽(yáng)空間相對(duì)位置關(guān)系所決定。第8頁(yè)/共356頁(yè)２.五行思想五行：金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)或元素。“水曰炎上，木曰曲直，金曰從革，土爰稼穡?！保ā渡袝ず榉丁罚?/p>

構(gòu)成：世界萬(wàn)物皆由上述五種元素構(gòu)成?！耙酝僚c金、木、火、水雜，以成百物”（《國(guó)語(yǔ)·鄭語(yǔ)》）。

相互關(guān)系：相生與相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生金；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。

發(fā)展：五行說的起源早于“太極”和“道”，在殷末已普遍流傳；春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，五行說與陰陽(yáng)說相結(jié)合，形成了陰陽(yáng)五行說，形成了五行相生相克的關(guān)系。宋代以后，五行作為由太極到萬(wàn)物的中間環(huán)節(jié)，被容納于宇宙生成體系之中。宇宙由太極而生，太極生出陰陽(yáng)，陰陽(yáng)生出五行，五行相互作用，生出男女及世間萬(wàn)物。和西方比較：古希臘的四根說，古印度的四大說，無(wú)金。第9頁(yè)/共356頁(yè)1.概述：中國(guó)古代的哲人們期望著將世界萬(wàn)物本源歸結(jié)為一種統(tǒng)一的物質(zhì)，認(rèn)為世界應(yīng)該是由一種連續(xù)分布于整個(gè)空間的物質(zhì)所構(gòu)成，而不像“五形說”是各種元素的組合。在“道”和“太極”的思想指導(dǎo)下，逐漸形成并發(fā)展成為在中國(guó)古代自然觀中重要的、占主流地位的“元?dú)庹f”。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，老子認(rèn)為由最高范疇的道生出陰陽(yáng)二氣，進(jìn)而產(chǎn)生萬(wàn)物。莊子繼承和發(fā)揚(yáng)老子的學(xué)說，提出“通天下一氣”的思想。戰(zhàn)國(guó)末期的荀（xún）況也指出氣是構(gòu)成萬(wàn)物的基本元素。

元?dú)庹f在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期出現(xiàn)，在漢代逐漸成熟，經(jīng)過唐、宋得到相當(dāng)大的發(fā)展，明末清初達(dá)到高峰。由漢代的王充、唐代的柳宗元和劉禹錫為代表，形成了“元?dú)庾匀徽摗?；由宋代張載和明末清初的王夫之為代表形成了“元?dú)獗倔w論”。二元?dú)庹f第10頁(yè)/共356頁(yè)2．“元?dú)庹f”的主要思想①氣是充滿整個(gè)宇宙客觀存在的物質(zhì)，是萬(wàn)物本原。王充在《論衡》中說：“天地，含氣之自然也?！薄墩摵?

談天》，“天地合氣，萬(wàn)物自生”《論衡?

自然》。王充（27-約97）：東漢時(shí)期的唯物主義哲學(xué)家和進(jìn)步思想家，創(chuàng)立了以氣為基礎(chǔ)的元?dú)庾匀徽?。主要著作有《論衡》，?0卷，85篇，涉及力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等多方面的知識(shí)，是我國(guó)中古時(shí)期的一部百科全書。②氣有聚散兩態(tài)，太虛為氣，氣形轉(zhuǎn)化張載（1020～1077，宋）：“太虛者，氣之體…形聚為物，形潰反原”《正蒙?

乾稱》

王夫之（1619～1692，明末清初)：“虛空者，氣之量，氣彌淪無(wú)崖而希微不形，則人見虛空而不見氣。凡虛空者，氣也。聚則顯，顯則人謂之有；散則隱，隱則人謂之無(wú)?！薄稄堊诱勺?太和》。第11頁(yè)/共356頁(yè)③氣分陰陽(yáng)，永遠(yuǎn)處于運(yùn)動(dòng)變化之中④物質(zhì)不滅思想王夫之《張子正蒙注?太和》：氣“散而歸于太虛，復(fù)其氤氳之本體，非消滅也。聚而為庶物之生，自氤氳之常性，非幻成也”“聚散變化，而氣本體不為之損益?！保弧败囆街?，一烈而盡，而為焰，為煙，為燼，木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見者?！?；“一甑（zeng）之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸；若蓋嚴(yán)密，則郁而不散。”第12頁(yè)/共356頁(yè)3.元?dú)庹f的局限、以太和場(chǎng)

元?dú)鈱W(xué)說注重物質(zhì)連續(xù)與不連續(xù)的相互統(tǒng)一，強(qiáng)調(diào)事物間的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化。符合自然界的真實(shí)變化，與自然本性更接近。但元?dú)庹f終究是一種思辯理論，沒有實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)等科學(xué)方法的配合，長(zhǎng)期停留在推測(cè)、玄想階段，致使中國(guó)沒有走上誕生近代科學(xué)的道路。

中國(guó)古代的氣概念因?yàn)樵诶碚撋弦夯嗝撾x了自然存在的一種物質(zhì)形態(tài)的范疇，另一方面在抽象程度上又沒能達(dá)到哲學(xué)的高度。在具體運(yùn)用中氣的內(nèi)涵也是可以在抽象的元?dú)馀c具體的空氣間漂移。盡管也被中國(guó)古人用來解釋自然現(xiàn)象，但在中國(guó)的文化中，氣更多地成為了自然哲學(xué)層次的概念而不是物理學(xué)層次的概念。第13頁(yè)/共356頁(yè)第二節(jié)物理學(xué)知識(shí)的積累一力學(xué)1.物理計(jì)量：①時(shí)間計(jì)量、②度量衡2.時(shí)間、空間、運(yùn)動(dòng)：

①空間和時(shí)間②運(yùn)動(dòng)與靜止③運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性3.對(duì)力的認(rèn)識(shí)：4.力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用第14頁(yè)/共356頁(yè)一力學(xué)1.物理計(jì)量①時(shí)間計(jì)量

a.干支紀(jì)法：春秋時(shí)魯隱公三年（前722）二月己巳日至清宣統(tǒng)年（1911）?！案芍А笔恰疤旄伞焙汀暗刂А钡暮戏Q。

天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。

地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍、亥。組成“六十干支”：甲子、乙丑、…癸酉、甲戊、乙亥…癸亥。共60個(gè)組合，也稱“六十甲子”，周而復(fù)始，不斷循環(huán)。

b.十二時(shí)辰記時(shí)法：子時(shí)：23～1時(shí)，丑時(shí)：1～3時(shí)，…,亥時(shí)：21～23時(shí)。

c.百刻時(shí)制（漏壺記時(shí)制）：采用日晷或漏壺將一晝夜分為十時(shí)，一時(shí)分為十刻?！獭癁槁氐幕居洉r(shí)單位，在竹或木制的箭上100個(gè)等分刻度，其高度正好等于一晝夜漏壺滴水的高度。1刻等于現(xiàn)在的14.4分鐘。

d.機(jī)械記時(shí)：東漢時(shí)期張衡117年發(fā)明渾天儀，用于測(cè)定天體位置，一天轉(zhuǎn)一周。后經(jīng)唐宋發(fā)展，成為世界上最早的天文鐘。第15頁(yè)/共356頁(yè)星晷月晷圭表日晷第16頁(yè)/共356頁(yè)漏壺：

漏壺有兩種形式：瀉水型和受水型。我國(guó)最早的西漢青銅挈壺為瀉水型漏壺，只有一把挈壺，出水口在壺底側(cè)。由于挈壺里水位不同時(shí)出水速度不同，后來又發(fā)展出受水型。并逐漸由最初的兩壺發(fā)展成多壺。右圖為根據(jù)唐朝呂才《歷象匯編歷法典》99卷刻漏圖制作的四級(jí)漏壺。浮漏：

宋代沈括在多級(jí)漏壺的基礎(chǔ)上發(fā)明了浮漏，每晝夜誤差小于20秒。宋代燕肅制作的蓮花漏改進(jìn)了刻箭的刻度方法，精度提高到14.4秒；宋代趙友欽則將精度提高6秒。第17頁(yè)/共356頁(yè)第18頁(yè)/共356頁(yè)第19頁(yè)/共356頁(yè)②度量衡：度---長(zhǎng)度量---容量衡---重量

《漢書?律歷志》詳細(xì)記載：

長(zhǎng)度單位：引、丈、尺、寸、分，十進(jìn)制；容量單位：斛（hú)、斗、升、合、龠（yuè），十進(jìn)制。重量單位：石、鈞、斤、兩、銖，非十進(jìn)制。長(zhǎng)度：《孔子家語(yǔ)》記載：“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋”即：從中指的指端到第一橫紋叫一寸，拇指和中指一扎為一尺，兩臂伸開長(zhǎng)八尺，叫一尋?！秾O子算經(jīng)》：“度之所起，起與忽。蠶吐絲為忽。十忽為一絲，十絲為一毫，十毫為一厘，十厘為一分?！薄?/p>

《漢書·律歷志》記載：“度本起黃鐘之長(zhǎng)?！攀贮S鐘之長(zhǎng)，一為一分，十分為寸，十寸為尺，十尺為丈，十丈為引”。容量：一手所盛為“溢”,二手合盛為“掬”,“掬四謂之豆”重量：古人將重量器具稱之為‘衡’，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、桿秤。權(quán)就是砝碼或秤砣。

公元211年，秦始皇統(tǒng)一中國(guó)后，在商鞅變法的基礎(chǔ)上對(duì)度量衡進(jìn)行了統(tǒng)一，制發(fā)了一大批度量衡標(biāo)準(zhǔn)器，意義重大。第20頁(yè)/共356頁(yè)2.時(shí)間、空間和運(yùn)動(dòng)①時(shí)間與空間《尸子》“上下四方曰宇，往古今來曰宙”。②運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性《呂氏春秋》：“刻舟求劍”故事；《隋書?天文志》：“乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游云以觀，日月常動(dòng)而云不移”?！侗阕?塞難》：“見游云西行，而謂月之東馳”?！洞呵锞?元命苞》（漢代）：“天左旋，地右動(dòng)”?！洞呵锞?考靈曜（yào）》“地恒動(dòng)不止，而人不知，比如人在大舟中，閉牖（yǒu）而坐，舟行而人不覺”。比伽利略（1564-1642）相對(duì)性原理早一千多年。第21頁(yè)/共356頁(yè)3對(duì)力的認(rèn)識(shí)（1）力的概念

※《墨徑》：“力，刑之所以?shī)^也”，這里刑即形，指物，奮即飛，動(dòng)的意思。

※王充《論衡?效力篇》：“人有知學(xué)，則有力矣。文吏以理事為力，而儒生以學(xué)問為力”，“舉重拔堅(jiān)，壯士之力也”，“故夫墾草殖谷，農(nóng)夫之力也…”（東漢）。

※西方，17世紀(jì)初‘弗蘭西斯?培根’提出：“知識(shí)就是力量”。（3）杠桿原理

《墨徑》中對(duì)不等臂天平的論述：“衡，加重于其一旁，必捶，權(quán)、重相若也。相衡，則本短標(biāo)長(zhǎng)。兩加焉，重相若，則標(biāo)必下，標(biāo)得權(quán)也?！保?）外力與內(nèi)力

王充《論衡》：“古之多力者，身能負(fù)荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉不能離地?！钡?2頁(yè)/共356頁(yè)（4）浮力：曹沖稱象等。（5）彈力：弓箭的制作等（東漢鄭玄127-200）。（6）大氣壓力

西漢時(shí)期已利用虹吸管---渴烏，東漢時(shí)已廣泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。

《關(guān)尹子》：“瓶存二竅，以水實(shí)之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則水不降?！碧拼醣端貑枴罚骸疤摴芄酀M，捻上懸之，水固不瀉，…；空瓶小口，頓灌不入，為氣不出而不能入也?！保?）慣性：春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《考工記》中描述：“馬力既竭，軸猶能一取焉”第23頁(yè)/共356頁(yè)4力學(xué)知識(shí)應(yīng)用

※尖劈、轆轤、滑輪、水轉(zhuǎn)筒車、水轉(zhuǎn)連磨、水碓（duì

舂米用具）、水排鼓風(fēng)機(jī)（公元31年?yáng)|漢南陽(yáng)太守杜詩(shī)發(fā)明）、被中香爐、記里鼓車、水運(yùn)渾象儀等。

※古代建筑學(xué)上力學(xué)的應(yīng)用：如隋代李春建造的趙周橋，是我國(guó)古代留傳至今最古老、跨度最大、弧度最淺的石拱橋，距今已1300年；

※公元1056年建造的遼代山西應(yīng)縣木塔，是世界上現(xiàn)存的最高的古代木構(gòu)建筑，高67.31米，經(jīng)受近一個(gè)世紀(jì)的風(fēng)雪襲擊，12次六級(jí)以上地震，至今安然屹立。

※宋代建筑師喻皓曾在開封建“開寶寺塔”斜塔：“塔初成，望之不正，而勢(shì)傾西北。人怪而問之。皓曰：‘京師地平無(wú)山，而多西北風(fēng)，吹之不百年當(dāng)正也?！薄稓w田錄》。

※

明代的北京故宮群等等。第24頁(yè)/共356頁(yè)被中香爐第25頁(yè)/共356頁(yè)水排鼓風(fēng)機(jī)（取自《王禎農(nóng)書》）第26頁(yè)/共356頁(yè)啟明之光:一.中國(guó)古代的物理學(xué)萌芽中國(guó)古代科技——水碓第27頁(yè)/共356頁(yè)二熱學(xué)1.對(duì)熱現(xiàn)象和熱本質(zhì)的認(rèn)識(shí)①溫度、濕度極其測(cè)量※“火候”：在燒制陶器和冶煉金屬的過程中，通過對(duì)“火候”的觀察，來定性的判斷溫度的高低?！犊脊び洝酚涊d了青銅冶煉時(shí)火色與溫度的關(guān)系：“凡鑄金之狀，金與錫。黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也?！奔串?dāng)“爐火純青”時(shí)，爐溫達(dá)到1200度左右，雜質(zhì)揮發(fā)，銅錫融合，可以用來澆鑄了?；鹕珜?shí)際為物質(zhì)原子的發(fā)射光譜及其強(qiáng)度的表現(xiàn)?！鶟穸龋骸痘茨献印罚骸扒傧揖?，天且雨”“風(fēng)雨之變，可以音律知之”，即現(xiàn)在毛發(fā)濕度計(jì)的原理.第28頁(yè)/共356頁(yè)②熱脹冷縮與熱應(yīng)力熱脹冷縮；增大熱應(yīng)力：在公元前250年都江堰水利工程中的應(yīng)用記載：“大灘江中，其崖嶄峻不可鑿，乃積薪燒之?！边@種增大熱應(yīng)力開鑿巨石的記載很多。③熱的本性五行說：熱（火）是構(gòu)成物質(zhì)的一種元素；元?dú)庹f：熱這種物質(zhì)的本原仍是氣。第29頁(yè)/共356頁(yè)2熱能利用與熱功高溫技術(shù)：殷商時(shí)期在高溫冶煉鑄造技術(shù)方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、戰(zhàn)國(guó)的銅尊盤、秦始皇陵的大型銅馬車等。春秋末期制造的白口鐵和中碳鋼劍，表明當(dāng)時(shí)的冶煉已達(dá)到1300℃的高溫。

松脂燈（孔明燈）：

走馬燈：利用冷熱空氣對(duì)流帶動(dòng)紙輪旋轉(zhuǎn)。

熱氣球：14世紀(jì)初，元朝仁宗登基時(shí)在元大都（北京）升起世界上第一個(gè)熱氣球?；鹚帲核拇蟀l(fā)明之一。火器，煙花等?；鸺核未墓苄位鹌鳌巴换饦尅?。元代的銅炮；明代的多種多發(fā)火箭。萬(wàn)虎：明代官員，是“第一個(gè)企圖利用火箭飛行的人。他用47只最大的火箭綁在椅子背后，手拿兩個(gè)大風(fēng)箏，想借助火箭的推力和風(fēng)箏上升的力量飛向空中。1970年國(guó)際天文學(xué)會(huì)為了紀(jì)念他，把月球背面的一個(gè)環(huán)行山命名為“萬(wàn)虎環(huán)行山”。第30頁(yè)/共356頁(yè)三光學(xué)1.光的直線傳播與小孔成像

2.光的反射與鏡面成像

3.光的折射與透鏡

4.光的色散第31頁(yè)/共356頁(yè)1.光的直線傳播與小孔成像

《墨徑》：景倒，在午有端與。景：光之人，照若射，下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景與上。首蔽上光，故成景與下。(午：交叉；端：小孔)。

趙友欽實(shí)驗(yàn)（宋末元初）：趙友欽實(shí)驗(yàn)在中國(guó)古代史上占有重要地位，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康拿鞔_，設(shè)計(jì)合理，步驟清晰，結(jié)果可靠，是中國(guó)物理學(xué)史上的的一個(gè)首創(chuàng)。

《夢(mèng)溪筆談》：“若鳶（yuān）飛空中，其影隨鳶而移；或中間為窗所束則影與鳶相違，鳶東則影西，鳶西則影東。又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂?！钡?2頁(yè)/共356頁(yè)趙友欽實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)中他固定幾個(gè)條件，改變一個(gè)條件來觀察成像情況。實(shí)驗(yàn)分五步進(jìn)行：①改變孔的大小，比較成像情況；②改變光源強(qiáng)度，作日月蝕模擬實(shí)驗(yàn)；③改變像距；④改變光源距離，觀察小孔成像的變化；⑤改變孔的大小和形狀，做大孔成像實(shí)驗(yàn)。小罅光景影象第33頁(yè)/共356頁(yè)平面鏡：“景，日之光反燭人，則景在日與人之間”凸面鏡：“鑒團(tuán)，景一?！b者近，則所鑒大，景亦大；其遠(yuǎn)，所鑒小，景亦小，而必正。”即鑒團(tuán)只成一縮小的正立的像（虛）。凹面鏡：“鑒洼，景，一小而易，一大而正，說在中之外、內(nèi)?！?/p>

…中之內(nèi)，鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠(yuǎn)中，則所鑒小，景亦小，而必正，起于中緣正而長(zhǎng)其直也。中之外，鑒者近中，則所鑒大，景亦大；遠(yuǎn)中，則所鑒小，景亦小而必易。合于中長(zhǎng)直也?！薄拌b洼”即凹面鏡，“中”為焦點(diǎn)，“易”即倒置。2.光的反射與鏡面成像

《墨經(jīng)》中論述了光的反射，包括平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的反射情況。第34頁(yè)/共356頁(yè)鏡術(shù)：利用平面鏡成像制成“萬(wàn)花筒”樣的“魔鏡”：日月鏡、四規(guī)鏡等。

“燈衢”(清代黃履莊造)：“做小屋一間，內(nèi)懸燈數(shù)盞，人入其中，如至通街大市，人間稠雜，燈火連綿，一望數(shù)里?！?/p>

“羅漢堂”(清代鄭復(fù)光造)：從側(cè)面小洞向里看“千門萬(wàn)戶，百千羅漢”。

凹凸面鏡：殷武丁時(shí)期就出現(xiàn)了凹、凸面銅鏡。

透光鏡：現(xiàn)上海博物館珍藏有西漢時(shí)期的“透光鏡”（青銅）。隋唐《古鏡記》記載：“承日照之，則背上文字，墨入影內(nèi)，纖毫無(wú)失”。沈括：“陽(yáng)燧面洼，以一指迫而照之則正，漸遠(yuǎn)則無(wú)所見，過此遂倒?！?/p>

“小鑒不能全觀人面，故令微凸，收人面令小，，則鑒雖小而能全納人面。仍覆量鑒之小大增損高下，常令人面與鑒大小相若。”第35頁(yè)/共356頁(yè)3.光的折射與透鏡

※冰透鏡：西漢《淮南萬(wàn)畢術(shù)》記載：”削冰令圓，舉向以日，以艾承其影，則火生?！?/p>

※鯽魚杯：宋代《春渚（zh?）紀(jì)聞》：“有一鯽，長(zhǎng)寸許，游泳可愛。水倒出，魚不復(fù)見。復(fù)酌水酒中，須臾一魚泛然而起?！?/p>

※

“蝴蝶杯”、“蘭花杯”等。第36頁(yè)/共356頁(yè)4.光的色散雨后成虹和造虹實(shí)驗(yàn)：唐初孔穎達(dá)《禮記注疏》“日照雨滴則虹生”唐代張志和《玄真子》“雨色映日而為虹”“背日噴乎水，成虹霓之狀。”

南宋蔡卞《毛詩(shī)名物解》：“云薄漏日，日照雨滴則虹生。今以水噴日，自側(cè)視之，則暈為虹霓…。故今雨氣成虹，朝陽(yáng)射之則在西，夕陽(yáng)射之則在東?！彪u子石英證含光圖：

著名道士張果修煉內(nèi)丹的著作《修真歷驗(yàn)鈔圖》：講到從白石英看到：“映日則光玉也…，五色玄英”。白石英為無(wú)色透明晶體，屬六角晶系。用白石英作的三棱鏡對(duì)日光產(chǎn)生了色散。明末方以智《物理小識(shí)》第37頁(yè)/共356頁(yè)四電磁學(xué)1.對(duì)電的認(rèn)識(shí)2.對(duì)磁的認(rèn)識(shí)3.電與磁的應(yīng)用第38頁(yè)/共356頁(yè)1.對(duì)電的認(rèn)識(shí)

摩擦起電：*東漢王充《論衡》：“頓牟掇芥，磁石引針…他類肖似，不能掇取者，何也？氣性異殊，不能相感動(dòng)也?！鳖D牟指玳瑁（爬行動(dòng)物，形狀象龜，這里指其殼）。（用元?dú)饨忉岇o電現(xiàn)象）；*西晉張華《博物志》記載：“今人梳頭，脫著衣時(shí)，有隨梳、解結(jié)有光者，也有吒聲。”*唐代《酉陽(yáng)雜俎》“貓…黑者，暗中逆循其毛，即著火星”。

雷電現(xiàn)象：沈括《夢(mèng)溪筆談》：“雷火自窗間出，赫然出檐，人以為堂屋已焚，皆出避之，及雷止，其舍宛然，墻壁窗紙皆黔（黑）。有一木格，其中雜儲(chǔ)諸器，其漆器銀扣者，銀悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一寶刀，極堅(jiān)剛，就刀室中熔為汁，而室亦儼然。”明代方以智：“雷火所及，金石銷熔，而漆器不壞?！蔽洚?dāng)山天柱峰金頂三大奇觀之一的“雷火練殿”。第39頁(yè)/共356頁(yè)1.對(duì)電的認(rèn)識(shí)

《淮南子》記載：“陰陽(yáng)相薄為雷，激揚(yáng)為電?！?.對(duì)磁的認(rèn)識(shí)

磁性：《呂氏春秋》：“慈石召鐵，或引子也”；《鬼谷子》：“慈石取針”；高誘注釋《呂氏春秋》時(shí)指出：“石，鐵之母也，以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。

磁石吸引物質(zhì)只限于鐵：《淮南子》：“若以慈石之能連鐵也，而求其引瓦，則難矣”，“及其于銅則不通”。

屏蔽：明末劉獻(xiàn)廷《廣陽(yáng)雜記》：“慈石吸鐵，隔礙潛通。或問余曰：‘慈石吸鐵，何物可以隔之？’猶子阿儒曰：‘唯鐵可以隔之耳’。其人去而復(fù)來，曰：‘試之果然’?！钡?0頁(yè)/共356頁(yè)3.電與磁的應(yīng)用

①避雷針：②磁性指南器：③磁化地磁場(chǎng)磁化法：

1044年出版的宋代曾公亮《武經(jīng)總要》：“魚法，以薄鐵葉剪裁，長(zhǎng)二寸闊五分，首尾銳如魚形，置碳火中燒之，侯通赤，以鐵鈐鈐（qián印、章)魚首出火，以尾正對(duì)子位，蘸水盆中，沒尾數(shù)分則止，以密器收之，用時(shí)置水碗于無(wú)風(fēng)處，平放魚在水面令浮，其首常南向午也。”將鐵片燒紅的是使磁疇重新分布成為順磁體，淬火使磁疇穩(wěn)定。磁石磁化法：沈括《夢(mèng)溪筆談》：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東（地磁偏角），不全南也。第41頁(yè)/共356頁(yè)中國(guó)古代科技

——指南車模型啟明之光:一.中國(guó)古代的物理學(xué)萌芽第42頁(yè)/共356頁(yè)五聲學(xué)1.聲音的產(chǎn)生（略）2.聲音的傳播（略）3.共振4.共鳴及其消除5.聲音的反射6.古代樂器7.律學(xué)第43頁(yè)/共356頁(yè)1.共振

《莊子?徐無(wú)鬼》：“為之調(diào)瑟，廢于一堂，廢于一室。鼓宮宮動(dòng)，鼓角角動(dòng)，音律同矣。夫改調(diào)一弦，于五音無(wú)當(dāng)也，鼓之，二十五弦皆動(dòng)。”

《夢(mèng)溪筆談》：“琴瑟弦皆有應(yīng)聲，宮弦則應(yīng)少宮，商弦則應(yīng)少商，其余皆隔四相應(yīng)。今曲中有聲音，須依此用之。欲知其應(yīng)者，先調(diào)諸弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應(yīng)弦，則紙人躍，他弦則不動(dòng)。聲律高下茍同，雖在他琴鼓之，應(yīng)弦亦震，此謂之正聲?！保ü舱駥?shí)驗(yàn)—魚洗）2.共鳴及其消除

南北朝時(shí)期劉敬叔《異苑》：“晉中朝有人蓄銅澡盆，晨夕恒鳴如人扣，乃問張華。華曰：‘此盆與洛鐘宮商相應(yīng)，宮中朝暮撞鐘，故聲應(yīng)爾?？慑e(cuò)（挫）令輕，則韻乖。鳴自止也?！榔溲?，后不復(fù)鳴?！碧拼f絢《劉賓客嘉話錄》記載了當(dāng)時(shí)的太樂令曹紹為一僧人治病的事：該僧人因僧房?jī)?nèi)一磬無(wú)故自鳴，而驚恐成疾。第44頁(yè)/共356頁(yè)3.聲音的反射

①北京天壇：回音壁、三音石、對(duì)話石

②山西永濟(jì)“鶯鶯塔”：普救寺舍利塔，因“西廂記”而稱“鶯鶯塔”，是一座空心磚塔，初建于唐武則天，后重建于明嘉靖42年（1564），因其可產(chǎn)生蛙鳴般的回聲，而列河?xùn)|“清八景”之一。（普救蟾聲）③河南三門峽“蛤蟆塔”：建于金大定十六年，在塔外十余米處擊石拍掌，有蛙鳴回音。

④四川潼南“石琴”：實(shí)為登山石階，鑿于江邊完整無(wú)縫凹處，沿石階拾級(jí)而上，自第四級(jí)到第十九級(jí)，凡步履所觸，便會(huì)發(fā)出悠揚(yáng)婉轉(zhuǎn)的古琴聲在洞內(nèi)回蕩。其中有七級(jí)石蹬的發(fā)音特別洪亮，稱為七步彈琴。題為石蹬琴聲。第45頁(yè)/共356頁(yè)回音壁傳聲示意圖第46頁(yè)/共356頁(yè)

三音石和對(duì)話石回聲示意圖第47頁(yè)/共356頁(yè)?dān)L鶯塔回聲示意圖第48頁(yè)/共356頁(yè)編種4.古代樂器

新石器時(shí)代：陶塤（xūn）和骨哨。

《詩(shī)經(jīng)》記載：有29種之多，包括各種彈琴、吹奏、打擊等樂器。

戰(zhàn)國(guó)曾侯乙墓：出土的有：編鐘、磬、笙、排蕭等。第49頁(yè)/共356頁(yè)5.律學(xué)

商代：已有五聲音階：宮、商、角、徵（zh?）、羽（1、2、3、5、6）。后又增加了兩個(gè)半音：變徵（近4）、變宮（7），成為七聲音階。

西周：已發(fā)展為十二律：黃鐘、大呂、太簇、夾鐘、姑洗、仲呂、蕤ruí賓、林鐘、夷則、南呂、無(wú)射（yì）、應(yīng)鐘。樂律的計(jì)算：三分損益法：最早見于《管子?地員》（公元前4世紀(jì)），是世界上最早的樂律計(jì)算方法。具體操作是：將一空弦依次乘以2/3或4/3，即縮短1/3(損一)或加長(zhǎng)1/3(益一)，分割成不同的長(zhǎng)度，這就產(chǎn)生出不同頻率的樂音。具體的推算是：設(shè)黃種宮音的弦長(zhǎng)為34=81，徵音的弦長(zhǎng)為81×4/3=108，商音的弦長(zhǎng)為108×2/3=72，羽音的弦長(zhǎng)為72×4/3=96，角音的弦長(zhǎng)為96×2/3=64，依次類推。(《清史稿?樂志二》)第50頁(yè)/共356頁(yè)十二平均律：發(fā)明者：朱載育（1536-1610？）朱元璋的九世孫，成于1581年左右，在《律學(xué)新說》和《律呂精義》有記載。和十二律的產(chǎn)生已相距2000余年。是一種相臨律間音程差數(shù)相等的律制。方法：以公比的等比級(jí)數(shù)分配音律，也就是在八度音之間，分成十二個(gè)等音程的半音，兩相臨音律間的頻率比都是，這樣可以使十二律自“黃鐘為始，應(yīng)鐘為鐘，終而復(fù)始，循環(huán)無(wú)窮?！?/p>

具體做法：

當(dāng)把2開到12次方得到頻率的倍律1.059463后，再把1.059463自乘12次，就得到十二律的平均倍數(shù)，具體數(shù)字是（單位為尺）：黃鐘（正律）為1.000000，應(yīng)鐘（倍律）為1.059463，無(wú)射（倍律）為1.122462，…大呂（倍律）為1.887748，黃鐘（倍律）為2.000000。上面所列數(shù)字表示振動(dòng)體（弦）長(zhǎng)度。第51頁(yè)/共356頁(yè)※朱載育依據(jù)自己發(fā)明的十二平均律確定了“均準(zhǔn)”（即弦準(zhǔn)），是世界上第一個(gè)依據(jù)十二平均律建立的定律器。也是世界上第一個(gè)依據(jù)十二平均律建立的弦樂器。※朱載育還制定了一套標(biāo)準(zhǔn)律管（36根，含三個(gè)八度），銅材。制作律管時(shí)，朱載育發(fā)現(xiàn)律管長(zhǎng)度加倍或減半且管徑相同時(shí)，律管發(fā)出的音有差別，為此，他根據(jù)實(shí)驗(yàn)和借助數(shù)學(xué)找出管口校正的方法和數(shù)據(jù)。他用縮小管徑來校正，因此他的律管為異徑律管。第52頁(yè)/共356頁(yè)蓋天說：起源于殷周時(shí)期。《周》：“天圓如張蓋，地方如棋局”，后發(fā)展為“天似蓋笠，地法覆”渾天說：代表人物是東漢張衡(公元78年-139年)，生于河南南陽(yáng)石橋鎮(zhèn)，公元111年擔(dān)任太史令，主持天象觀測(cè)、編訂歷法，發(fā)明了渾天儀、候風(fēng)地動(dòng)儀。張衡在《渾天儀圖注》中寫到：“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞中黃?！闭J(rèn)為大地是球形的、運(yùn)動(dòng)的，地球是宇宙的中心。用一個(gè)天殼和附天而行的日月五星來解釋天文現(xiàn)象。和西方同一時(shí)期的“地心說”相似。張衡強(qiáng)調(diào):“宇之表無(wú)極，宙之端無(wú)窮”。國(guó)際天文學(xué)組織用他的名字命名了一顆小行星和月球上的一座環(huán)行山。宣夜說：《晉書·天文志》記載：“宣夜之書亡，惟漢秘書郎萌記先師相傳云：天了無(wú)質(zhì)，仰而瞻之，高遠(yuǎn)無(wú)極，眼精絕，故蒼蒼然也?！赵卤娦牵匀桓∩摽罩校湫衅渲?，皆須氣焉?！眴⒚髦?一.中國(guó)古代的物理學(xué)萌芽六.天文學(xué)第53頁(yè)/共356頁(yè)啟明之光:一.中國(guó)古代的物理學(xué)萌芽水力渾象與地動(dòng)儀第54頁(yè)/共356頁(yè)第55頁(yè)/共356頁(yè)第一節(jié)古希臘物質(zhì)本原思想第二節(jié)古希臘時(shí)期對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)第三節(jié)古希臘的物理學(xué)知識(shí)第四節(jié)中世紀(jì)的物理學(xué)知識(shí)第五節(jié).亞里士多德的物理學(xué)

第二章

西方古代物理學(xué)1.古希臘時(shí)期：前8世紀(jì)--4世紀(jì)

2.中世紀(jì)：5—15世紀(jì)分期第56頁(yè)/共356頁(yè)1.古希臘的三個(gè)時(shí)期（公元前8世紀(jì)---4世紀(jì)）①城邦時(shí)期（前8世紀(jì)—前4世紀(jì)）：在地中海東岸有10余個(gè)不同城邦，這時(shí)的雅典為眾城邦的盟主，也是科學(xué)文化發(fā)展的中心。出現(xiàn)了大批著名的哲學(xué)家和科學(xué)家：泰勒斯、畢達(dá)哥拉斯、德謨克利特、蘇格拉底、柏拉圖和亞里士多德等。③羅馬時(shí)期（前2世紀(jì)—4世紀(jì)）：希臘被羅馬人征服,開始了羅馬時(shí)期。初期由于政治動(dòng)蕩，科學(xué)開始衰退，當(dāng)社會(huì)穩(wěn)定后，從公元2世紀(jì)到4世紀(jì)，亞歷山大里亞的科學(xué)再度中興。這時(shí)科學(xué)家已經(jīng)轉(zhuǎn)為重視使用的氛圍中，研究活動(dòng)多與實(shí)際生活的需求相關(guān)。或者表現(xiàn)為對(duì)以往科學(xué)的注釋上。②亞歷山大時(shí)期（前4世紀(jì)—前2世紀(jì)）：以亞歷山大為首的馬其頓人征服了全希臘，建立了地跨歐亞非大陸的亞歷山大帝國(guó)，在埃及建立了“亞歷山大城”，在城內(nèi)還建立了博物館和圖書館（謬斯學(xué)院），聚集了大批優(yōu)秀的科學(xué)家?？茖W(xué)文化的中心也自然的轉(zhuǎn)為埃及的亞歷山大城；第57頁(yè)/共356頁(yè)

②阿拉伯文化時(shí)代（8—11世紀(jì)）：地處東西方貿(mào)易交流紐帶的阿拉伯，成為溝通東西方文化的橋梁，同時(shí)完好的保存了許多古希臘的學(xué)術(shù)典籍，對(duì)后來歐洲文藝復(fù)興乃至近代科學(xué)產(chǎn)生重大影響。2.中世紀(jì)可以細(xì)分為三個(gè)時(shí)期（5世紀(jì)---15世紀(jì)）①黑暗時(shí)代（5—8世紀(jì)）：內(nèi)部奴隸起義，外部日爾曼部落入侵，西歐逐漸過度到封建領(lǐng)主土地所有制。同時(shí)基督教成為羅馬國(guó)教。消滅一切異教文化，對(duì)整個(gè)社會(huì)實(shí)行嚴(yán)酷的思想統(tǒng)治和愚昧政策，違背宗教的見解受到懲罰。圣經(jīng)的語(yǔ)句具有法律效力。古希臘學(xué)術(shù)終結(jié)。

③經(jīng)院哲學(xué)時(shí)代（11—15世紀(jì)）：經(jīng)院哲學(xué)是以理論形式裝扮起來的為封建統(tǒng)治階級(jí)服務(wù)的官方哲學(xué)。經(jīng)院哲學(xué)所進(jìn)行的一切論證均以圣經(jīng)詞句作為出發(fā)點(diǎn)和終極真理，根本無(wú)視經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐，敵視對(duì)自然界進(jìn)行科學(xué)研究。代表人物托馬斯?阿奎那（1226—1274）將亞里士多德的學(xué)說神話，使其成為不可侵犯的權(quán)威。反叛代表培根。第58頁(yè)/共356頁(yè)第一節(jié)古希臘物質(zhì)本原思想

一元素論

二數(shù)的和諧思想

三原子論第59頁(yè)/共356頁(yè)一元素論1.城邦時(shí)期（公元前8世紀(jì)—前4世紀(jì)）米利都學(xué)派創(chuàng)始人泰勒斯(公元前624-前547)認(rèn)為萬(wàn)物本原是水；其學(xué)生阿那克西曼德(公元前610-前547)，認(rèn)為世界的本原應(yīng)是無(wú)任何固定性質(zhì)的“無(wú)限者”，即沒有固定的界限、形式和性質(zhì)的東西，由它生出土、水、氣、火等。阿那克西曼德的學(xué)生阿那克西米尼(公元前585-前528)，則將萬(wàn)物的本原看作是“空氣”；赫拉克利特（公元前540-前475，一城邦邦主）認(rèn)為是“火”；恩培多克勒(公元前493-前433）：西西里島的一位王子，提出“四根說”，即物質(zhì)由土、水、氣、火四種元素構(gòu)成。2.亞歷山大時(shí)期

亞里士多德在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，提出：地上萬(wàn)物由土、水、氣、火四種元素組成，月層以上的天體由以太組成，而元素又由冷、熱、干、濕這四種更基本的基質(zhì)構(gòu)成。第60頁(yè)/共356頁(yè)二數(shù)的和諧思想

創(chuàng)始人：畢達(dá)哥拉斯（約前584-前497）。認(rèn)為世界是一個(gè)超感性世界，是一個(gè)“數(shù)”的世界。數(shù)是萬(wàn)物本原，有了一個(gè)一個(gè)的數(shù)，才有了幾何上的點(diǎn)，有了點(diǎn)才有線、面和立體，有了立體才有土、水、氣、火四種元素等。

由于注重?cái)?shù)的比例關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了數(shù)學(xué)上的畢達(dá)哥拉斯定理（勾股定理）與音樂上的五度相生律。認(rèn)為世界上的一切現(xiàn)象和規(guī)律都服從“數(shù)的和諧”，這種“數(shù)的和諧”表現(xiàn)為數(shù)學(xué)上的簡(jiǎn)單性、對(duì)稱性與和諧性。畢達(dá)哥拉斯學(xué)派對(duì)數(shù)的尊崇形成了對(duì)數(shù)的神秘主義，但他們對(duì)“數(shù)的和諧”的追求，卻形成了理性的數(shù)學(xué)傳統(tǒng)。對(duì)后來自然科學(xué)的孕育、形成和發(fā)展產(chǎn)生了巨大作用。“數(shù)的和諧”成為后來以至今天科學(xué)研究的一個(gè)重要指導(dǎo)原則。由“數(shù)的和諧”發(fā)展為“宇宙的和諧”的觀念成為歷代科學(xué)家的指導(dǎo)思想與科學(xué)方法。第61頁(yè)/共356頁(yè)三原子論

創(chuàng)始人：米利都學(xué)派的留基伯(公元前500-前440)和其學(xué)生德謨克利特(公元前460-前370)。接受了畢達(dá)哥拉斯的超感性世界的認(rèn)識(shí)，但不接受“數(shù)”的本原觀點(diǎn)。他將微觀的幾何點(diǎn)同“存在”結(jié)合起來，認(rèn)為“存在”是不可分的、不變的、球形的。并將“存在”取名為“原子”。

100年后雅典的伊壁鳩魯（公元前341-前270）發(fā)展了這一學(xué)說：原子本身不僅有形式上的差別，還有大小和重量的不同。只要不遇到任何阻抗，原子在虛空中以同樣的速度運(yùn)動(dòng)著。但是，由于原子內(nèi)部的原因，原子在運(yùn)動(dòng)中會(huì)發(fā)生偏斜，由于這種偏斜使原子產(chǎn)生渦旋運(yùn)動(dòng)。羅馬科學(xué)家盧克萊修（約公元前95-前55）也繼承和傳播了原子論。并用塵埃在陽(yáng)光中的飛舞比喻原子的運(yùn)動(dòng)。

到17世紀(jì)，法國(guó)科學(xué)家伽桑狄（1592-1655)重新發(fā)現(xiàn)和傳播了原子論。他們的研究與傳播對(duì)道爾頓建立科學(xué)的原子論作了必要的準(zhǔn)備和中介。第62頁(yè)/共356頁(yè)第二節(jié)古希臘時(shí)期對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)1.畢達(dá)哥拉斯學(xué)派認(rèn)為天體的形狀是球形，天上應(yīng)該有10個(gè)天體，當(dāng)中是中心火團(tuán)，10個(gè)天體圍繞中心火團(tuán)做同心圓周運(yùn)動(dòng)，恒星緊系在天的最高圓頂。10個(gè)天體到中心火團(tuán)之間的距離同音階之間的音程具有同樣的比例關(guān)系，以保證“星球的和諧”，奏出“天體的音樂”。天體必須作均勻的圓周運(yùn)動(dòng)的假設(shè)，一直控制著天文學(xué)的發(fā)展，直到開普勒為止。2.柏拉圖學(xué)派繼承和發(fā)展了畢達(dá)哥拉斯學(xué)派對(duì)科學(xué)美的追求。他認(rèn)為，天體必須沿著完美的圓形軌道作均勻有序的運(yùn)動(dòng)，或者沿著復(fù)合的圓周運(yùn)動(dòng)。其學(xué)生歐多克斯(Eudoxus,前409-前355))和亞里士多德提出了同心球?qū)幽Ｐ停簹W多克斯假設(shè)了26個(gè)同心球，亞里士多德發(fā)展到56個(gè)，地球?yàn)檫\(yùn)動(dòng)中心。第63頁(yè)/共356頁(yè)3.地心說的發(fā)展與完善

同心球?qū)幽Ｐ鸵筇祗w永遠(yuǎn)和地球保持同一距離，但行星亮度的變化和日食有時(shí)是全食、有時(shí)是環(huán)食的現(xiàn)象，說明行星、太陽(yáng)、月亮離地球的距離是不斷變化的。為了克服這一困難，阿波羅尼（Apollonius,約前247—前205）提出了“本輪—均輪”結(jié)構(gòu)模型：行星沿著本輪做圓周運(yùn)動(dòng)，本輪的中心又在以地球?yàn)橹行牡木喩献鰣A周運(yùn)動(dòng)。之后的希帕克斯(Hipparchus,前161-前126)又發(fā)展了偏心輪和本輪—均輪體系。第64頁(yè)/共356頁(yè)例：從地球上看，金星總是在太陽(yáng)方向的2θ(θ=48°)角度范圍內(nèi)，從不遠(yuǎn)離太陽(yáng)，并且有時(shí)亮有時(shí)暗一些。赫拉克利特根據(jù)這一事實(shí)，設(shè)想它們沿軌道繞日運(yùn)轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生亮度的變化。

地心說體系最終由希臘晚期亞歷山大城的數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家托勒密（Ptolemaeus,約90—168）發(fā)展和完善：他用80個(gè)輪來解釋天體的運(yùn)動(dòng)，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)符合的較好。后來被宗教利用來宣傳教義，流行了1400多年。問題：隨著觀察數(shù)據(jù)的增多和觀察水平的逐漸提高，解釋天體運(yùn)動(dòng)的圓還在增加，顯然這和“簡(jiǎn)單美”相矛盾。第65頁(yè)/共356頁(yè)5.太陽(yáng)中心說

阿里斯塔克（Aristarchus,約公元前310—前230）：他在所寫的《太陽(yáng)和月亮的大小與距離》(OntheSizesandDistancesoftheSunandMoon)一書中提出：太陽(yáng)是宇宙的中心，地球和行星都圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，地球每年繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一周，又每天自轉(zhuǎn)一周。因?yàn)楹阈蔷嚯x我們太遠(yuǎn)，其視差太小，我們看不出來，所以看起來恒星在遠(yuǎn)處不動(dòng)。由于這一思想遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了當(dāng)時(shí)的天文學(xué)和力學(xué)的知識(shí)水平，所以不為當(dāng)時(shí)的人們所接受，并長(zhǎng)期受到教會(huì)的壓制。第66頁(yè)/共356頁(yè)第三節(jié)古希臘的物理學(xué)知識(shí)

古希臘的物理知識(shí)主要集中在力學(xué)和光學(xué)兩個(gè)方面。力學(xué)主要有亞里士多德的動(dòng)力學(xué)思想和阿基米德的靜力學(xué)。一力學(xué)知識(shí)1.亞里士多德的力學(xué)研究

①關(guān)于空間：他認(rèn)為空間即意味著不動(dòng)。并提出了空間位置的相對(duì)性，如“同一位置可以是右也可以是左，可以是上,也可以是下?！钡J(rèn)為宇宙有限和天球以外是空虛的。②關(guān)于時(shí)間：他認(rèn)為時(shí)間就是描述運(yùn)動(dòng)的數(shù)。他說“時(shí)間是使運(yùn)動(dòng)成為可以記數(shù)的東西”“我們不僅用時(shí)間計(jì)量運(yùn)動(dòng)，也用運(yùn)動(dòng)計(jì)量時(shí)間，因?yàn)樗麄兪窍嗷ゴ_定的”。他認(rèn)為時(shí)間不同于運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)有快有慢，而時(shí)間的流失則是均勻的。第67頁(yè)/共356頁(yè)③關(guān)于運(yùn)動(dòng)：他認(rèn)為運(yùn)動(dòng)就是變化，并將自然界的運(yùn)動(dòng)分為自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。

強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)指借助外力進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)，撤去外力，運(yùn)動(dòng)停止。物體的運(yùn)動(dòng)速度與施加的外力成正比，與在介質(zhì)中受到的阻力成反比。

對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)的解釋:自然界害怕虛空,填補(bǔ)空虛推動(dòng)物體.

對(duì)自由落體速度越來越快的解釋：物體越接近其天然位置,其奔向傾向就越強(qiáng)；上方空氣柱的重量越來越重等。

自然運(yùn)動(dòng)是指由于物體在“內(nèi)在目的”的支配下尋找其“天然位置”的運(yùn)動(dòng)，與物質(zhì)所含元素有關(guān)，如重物的垂直下落和輕物豎直上升。含土元素的重物的天然位置在地心，由火元素構(gòu)成的輕物的天然位置在天空等。物體越重，下落就越快；物體越輕，上升就越快。第68頁(yè)/共356頁(yè)④意義：亞里士多德能夠擺脫神的意志，并能形成一套自圓其說的體系，在當(dāng)時(shí)是有非常重要意義的。在科學(xué)史上，他是一個(gè)重要的開拓者，盡管其許多觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，但其歷史作用不可否定。第69頁(yè)/共356頁(yè)2.阿基米德（前287—前212）

古希臘最著名的物理學(xué)家，數(shù)學(xué)和力學(xué)大師。后人稱其為“物理學(xué)之父”。著有《論平面的平衡》《論浮體》，其數(shù)學(xué)研究在歐幾里德之后達(dá)到那個(gè)時(shí)代的頂點(diǎn)。

1）杠桿原理：用了7條假設(shè)，論證表述了15個(gè)命題.

2）浮力定理（阿基米德定理）；

3）證明了正圓柱體內(nèi)切球的體積與該圓柱體積之比

為2:3；他采用了兩種方法：

①實(shí)際制作了兩個(gè)材料相同的模型，稱其重量；

②從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)論證。

4）提出了重心的概念和物體重心的求法；

5）計(jì)算了π的數(shù)值在3又10/71和3又1/7之間；

6）發(fā)明了滑輪組；

7）發(fā)明了阿基米德螺旋提水器等。第70頁(yè)/共356頁(yè)啟明之光:二.古希臘時(shí)期的物理進(jìn)展故事1)銅鏡燒船:在保衛(wèi)敘拉古免受羅馬海軍攻擊的戰(zhàn)斗中，阿基米德利用杠桿技術(shù)制造了遠(yuǎn)、近距離的投石機(jī)攻擊敵艦，并用滑輪組把敵艦的船頭拉倒。據(jù)說阿基米德讓婦女用銅鏡組成一面聚光鏡燒戰(zhàn)船上的帆，浸了油的繩與桅桿和帆都燒起來了。1747年，法國(guó)科學(xué)家布韋為了驗(yàn)證這一情況，用360面鏡子，拼成一個(gè)大凹鏡，燒灼了70米外的木堆。2)豪言：傳阿基米德在敘拉古的王宮曾以這樣的豪言評(píng)價(jià)杠桿的作用:“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬動(dòng)地球”。3)鑒定王冠：傳阿基米德在洗澡時(shí)發(fā)現(xiàn)了鑒定王冠的純金成分的方法，并在國(guó)王和大臣面前進(jìn)行了表演。意義：阿基米德的力學(xué)研究方法具有“一般”的意義。阿基米德在提出了著名的浮力定律和杠桿原理的過程中所采用的公理化方法---將實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)推理結(jié)合起來，成為近代甚至現(xiàn)代物理學(xué)研究的重要方法之一。第71頁(yè)/共356頁(yè)歐幾里德（約前330—前275）建立的優(yōu)美的幾何演繹體系，是古代數(shù)學(xué)乃至整個(gè)數(shù)學(xué)史上的最偉大成果之一。他將幾何學(xué)引入到光學(xué)研究，將光學(xué)看作是幾何學(xué)的一個(gè)分支，著有《反射光學(xué)》(Catoptrica)，確認(rèn)光的直進(jìn)性，并建立了光的反射定律。確定了凹面鏡的聚焦點(diǎn)在球心或在球心與球面之間。但他卻認(rèn)為視覺的產(chǎn)生是從人眼睛發(fā)射出的光線被物反射回來的結(jié)果。二光學(xué)知識(shí)希?。℉eron,前150—前100）：用光程最短原理論證了光的反射定律。光反射時(shí)通過的路程SMS’比任何其他的路程SM’S’都短。這個(gè)原則后來為費(fèi)馬(Fermat)所發(fā)展。第72頁(yè)/共356頁(yè)1.阿里斯塔克測(cè)量----日地距離和月地距離之比：

當(dāng)月亮恰為半月時(shí)，日月地構(gòu)成直角三角形：日-地間的直線為斜邊，日-月和月-地間的直線均為直角邊，他測(cè)得月-地邊和日-地邊之間的夾角，進(jìn)而得出日-地間的距離為月-地間的距離的20倍（實(shí)際為400倍）。應(yīng)用：

阿里斯塔克：測(cè)量日地距離和月地距離之比；

埃拉多塞（約前270—前196）測(cè)量地球周長(zhǎng)等。日月地θ

由于當(dāng)時(shí)觀測(cè)條件的限制，在阿里斯塔克的計(jì)算中，數(shù)據(jù)誤差很大，但其研究方法是正確的，驚人的。第73頁(yè)/共356頁(yè)2.埃拉多塞(公元前270-公元前196)：用三尺長(zhǎng)的竹竿測(cè)地球周長(zhǎng)埃及的尼羅河旁有兩個(gè)城市賽恩和亞歷山大。在塞恩有一口很深的井，夏至那天，陽(yáng)光會(huì)照到井底，而陽(yáng)光同時(shí)在亞歷山大對(duì)竹竿將有一個(gè)投影，我們可測(cè)出θ角，根據(jù)幾何關(guān)系可知，∠AOS=θ，OS=0A為地球半徑，則：?jiǎn)⒚髦?二.古希臘時(shí)期的物理進(jìn)展

計(jì)算得：L≈39000千米現(xiàn)在測(cè)量數(shù)據(jù)約為40000千米AS井第74頁(yè)/共356頁(yè)第四節(jié)中世紀(jì)的物理學(xué)知識(shí)一阿拉伯人的物理成就

1.阿勒—哈增（965—1038）著有《光學(xué)全書》：研究了眼睛的結(jié)構(gòu)，如“網(wǎng)膜”、“角膜”、“玻璃狀體”、“前房液”等術(shù)語(yǔ)均出自于他。認(rèn)為視覺是光線從物體發(fā)出進(jìn)入人眼所致；認(rèn)為光的入射線、反射線和法線都在一個(gè)平面內(nèi)；研究了球面鏡、拋物鏡成像問題；正確解釋了太陽(yáng)、月亮在地平線附近看起來較大的原因。

2.阿勒?哈茲尼（12世紀(jì)人）著有《智慧秤的故事》，可以測(cè)量空氣中和水中物體的重量,從而編出比重表；發(fā)現(xiàn)了水的比重隨溫度的不同而不同；發(fā)現(xiàn)空氣有重量，因而阿基米德定律在空氣中也適用；指出大氣的密度與高度有關(guān)；提出物質(zhì)的量與重量不同，兩者成正比關(guān)系；最早提出速度的概念：用路程與時(shí)間之比表示速度。第75頁(yè)/共356頁(yè)二歐洲人的研究工作阿拉伯在8-9世紀(jì)開始大量翻譯希臘的經(jīng)典著作。從10世紀(jì)中葉開始，歐洲一些學(xué)者，將阿拉伯文的書翻譯成拉丁文。到12世紀(jì)，翻譯活動(dòng)形成了更高的浪潮。這種翻譯活動(dòng)為后來的文藝復(fù)興和科學(xué)革命準(zhǔn)備了學(xué)術(shù)上的重要條件。另一重要事件是大學(xué)的建立。12-13世紀(jì)，在歐洲建立了牛津大學(xué)(1168)、劍橋大學(xué)(1209)、巴黎大學(xué)(1253)和波倫亞大學(xué)；后來人們仿照這三所大學(xué)又建立了一些大學(xué)，同時(shí)在大學(xué)內(nèi)又相繼成立了一大批專門的學(xué)院，這些學(xué)院對(duì)中世紀(jì)晚期學(xué)術(shù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。第76頁(yè)/共356頁(yè)羅吉爾?培根（約1214--1294）英國(guó)人，是13世紀(jì)杰出的科學(xué)家。大膽同迷信、反動(dòng)教會(huì)作斗爭(zhēng)，是近代自然科學(xué)的先驅(qū)。他提倡：①倡導(dǎo)實(shí)驗(yàn)方法研究自然他是當(dāng)時(shí)唯一旗幟鮮明地主張科學(xué)實(shí)驗(yàn)的人。通過實(shí)驗(yàn)培根發(fā)現(xiàn)了火藥的成分；發(fā)明了暗室；用光線在雨滴中的折射解釋了虹的成因；提出用平凸透鏡制成望遠(yuǎn)鏡的設(shè)想；研究過蒸汽的作用，并預(yù)言可以造出不用人力漿的航船，不用馬拉的自動(dòng)行駛的車，以及能在天上飛行的裝置等。②重視對(duì)數(shù)學(xué)的研究實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合是近代物理學(xué)產(chǎn)生的重要支柱。這種方法在西方始于阿基米德，經(jīng)培根提到原則的高度，預(yù)示著近代科學(xué)即將誕生。第77頁(yè)/共356頁(yè)

培根的思想遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了他的時(shí)代，并寫了很多著作。由于培根的科學(xué)思想為當(dāng)時(shí)的教會(huì)所不容，在教會(huì)的嚴(yán)格監(jiān)視下，培根在巴黎寺院里生活了10年，后來又被關(guān)進(jìn)監(jiān)獄14年之久，出獄后兩年便與世長(zhǎng)辭。他的主要著作《大著作》、《小著作》、《第三著作》等也沒有流傳，只有其中一小部分以手抄本的形式保留下來。第78頁(yè)/共356頁(yè)第五節(jié)：亞里士多德的物理學(xué)1.亞里士多德（希臘，約公元前384-公元前322）:

出生于希臘北部的一個(gè)城邦，18歲進(jìn)入柏拉圖學(xué)園，并在此學(xué)習(xí)和工作了20年之久。柏拉圖死后，亞里士多德離開了學(xué)園，不久到了馬其頓，任宮廷教師，約在公元前342年，他成為王子亞力山大的私人教師。公元前335年，又回到雅典，創(chuàng)辦了呂克昂學(xué)園。亞里士多德的研究很廣泛，建立了一個(gè)龐大的理論體系，被稱為“學(xué)術(shù)理論帝國(guó)”。他系統(tǒng)研究了邏輯學(xué)、政治學(xué)、論理學(xué)、文學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等，著述甚豐，據(jù)說上千卷，包括《形而上學(xué)》、《物理學(xué)》、《論理學(xué)》、《工具篇》等。被稱為古希臘思想史上的“百科全書”。在科學(xué)領(lǐng)域里起著奠基性的作用。由于他和弟子們常在散步時(shí)進(jìn)行哲學(xué)討論，所以被稱為“逍遙學(xué)派”。亞里士多德的物理學(xué)：二.亞里士多德的物理學(xué)第79頁(yè)/共356頁(yè)2.主要觀點(diǎn)1)提出物理學(xué)名稱的第一人，強(qiáng)調(diào)科學(xué)分類。2)若物體不受力，運(yùn)動(dòng)即停止。力是運(yùn)動(dòng)的原因。3)物體越重，下落速度應(yīng)該越大。4)地球是宇宙的中心，太陽(yáng)、行星和月亮圍繞它轉(zhuǎn)。亞氏觀點(diǎn)從歸納日常生活出發(fā)，加上哲學(xué)思辯，后來發(fā)展為經(jīng)院哲學(xué)，成為自然科學(xué)的障礙。亞里士多德的物理學(xué)：二.亞里士多德的物理學(xué)經(jīng)院哲學(xué):

西歐中世紀(jì)主要哲學(xué)思想的總稱。因產(chǎn)生于天主教的學(xué)院，故稱經(jīng)院哲學(xué)。主張理性服從信仰，目的在于論證基督教的教條，維護(hù)教會(huì)和封建主的統(tǒng)治。主要代表為托馬斯·阿奎那。宣揚(yáng)科學(xué)的根本目的在于適應(yīng)神學(xué)。第80頁(yè)/共356頁(yè)第81頁(yè)/共356頁(yè)§1.哥白尼與“天體運(yùn)行論”、第谷與開普勒§2.運(yùn)動(dòng)學(xué)的奠基人——伽利略§3.牛頓的偉大綜合和理論飛躍§4.牛頓后力學(xué)的發(fā)展（略）第三章經(jīng)典力學(xué)的建立第82頁(yè)/共356頁(yè)§1.哥白尼與“天體運(yùn)行論”、第谷與開普勒一.哥白尼與“天體運(yùn)行論”二.第谷與開普勒第83頁(yè)/共356頁(yè)新芽破土：二.哥白尼與“天體運(yùn)行論”哥白尼像一.哥白尼與“天體運(yùn)行論”

哥白尼日心體系的提出，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。

哥白尼是波蘭偉大的天文學(xué)家，18歲入克拉科夫大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和天文學(xué)；1496年到文藝復(fù)興的意大利留學(xué)，波倫亞大學(xué)天文學(xué)教授諾瓦拉(Novara)關(guān)于托勒密體系過于復(fù)雜，不符合數(shù)的諧和原則的評(píng)論，對(duì)哥白尼產(chǎn)生了影響。在留學(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)的思想（阿里斯塔克）的啟發(fā)，為他創(chuàng)立新的宇宙體系奠定了思想基礎(chǔ)。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。第84頁(yè)/共356頁(yè)

由于觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步,在托勒密的地心體系里必須用八十個(gè)左右的均輪和本輪才能獲得同觀測(cè)比較相合的結(jié)果，而且這類小輪的數(shù)目還有繼續(xù)增加的趨勢(shì)。哥白尼分析了托勒密體系中的行星運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)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)。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，就可消除他的體系里不必要的復(fù)雜性。只有月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。恒星則在離太陽(yáng)很遠(yuǎn)的一個(gè)天球面上靜止不動(dòng)。這樣，哥白尼提出了一個(gè)以太陽(yáng)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。哥白尼把統(tǒng)率整個(gè)宇宙的支配力量賦予太陽(yáng)，而各個(gè)天體則都有其自然的運(yùn)動(dòng)。第85頁(yè)/共356頁(yè)

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?jiǎng)e人寫的前言。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)。應(yīng)該說，哥白尼并不是一個(gè)想要徹底推翻全部傳統(tǒng)觀念的革命派，而是一個(gè)深受畢達(dá)哥拉斯學(xué)派思想影響的人，他的出發(fā)點(diǎn)是：考慮能否用盡可能少的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的組合來構(gòu)造一個(gè)宇宙體系，以符合畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的簡(jiǎn)單、均勻等和諧思想。因此，在很大程度上可以說，哥白尼太陽(yáng)中心說體系的建立，是深受畢達(dá)哥拉斯學(xué)派和諧思想影響的結(jié)果。第86頁(yè)/共356頁(yè)《天體運(yùn)行論》出版后很少引起人們的注意。一般人不能了解，而許多天文工作者則正如奧塞安德爾所說的那樣，只把這本書當(dāng)作編算行星星表的一種方法。《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)，而且根本動(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87頁(yè)/共356頁(yè)二.第谷與開普勒

1.第谷(TychoBrahe,1546-1601)的天文觀測(cè)

丹麥人，生于貴族家庭，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至上百倍，在21年的觀測(cè)中，各行星角位置的誤差僅為2’(即0.033°，1°=60’)。他將亞里士多德理論和哥白尼體系進(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(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽(yáng)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88頁(yè)/共356頁(yè)第谷使用的天文儀器新芽破土：三.第谷與開普勒第谷的墻壁象限儀第89頁(yè)/共356頁(yè)

開普勒是一個(gè)深受畢達(dá)哥拉斯和柏拉圖影響的數(shù)學(xué)家，他堅(jiān)信上帝是按照完美的數(shù)學(xué)原則來創(chuàng)造世界的。他以數(shù)學(xué)的和諧來探索宇宙體系。（在1596年發(fā)表的《宇宙的秘密》中，他用古希臘人已發(fā)現(xiàn)的五個(gè)正多邊形和當(dāng)時(shí)已知的六顆行星的軌道的套迭，來解釋為什么它們又有這么大小的軌道。其安排是：一個(gè)半徑等于土星軌道的球內(nèi)，內(nèi)接一個(gè)正六面體，正六面體的內(nèi)切球即為木星的軌道；在木星軌道的球內(nèi)，內(nèi)接一個(gè)正四面體，正四面體的內(nèi)切球就是火星的軌道；火星軌道內(nèi)切球內(nèi)，內(nèi)接一個(gè)正十二面體，其內(nèi)切球正是地球的軌道；地球軌道內(nèi)接球的正二十面體，內(nèi)切球是金星軌道，金星軌道內(nèi)接球的正八面體，內(nèi)切球是水星軌道。這樣的安排表現(xiàn)出開普勒出色的想象力和數(shù)學(xué)才能，純粹是一種偶然性，并帶有數(shù)學(xué)神秘感。但卻因此引起了第谷和伽利落的注意，并被第谷召為助手。）開普勒是德國(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”。2.德國(guó)天文學(xué)家開普勒(1571-1600)：第90頁(yè)/共356頁(yè)

開普勒出生在一個(gè)貧民家庭，四歲時(shí)患上了天花和猩紅熱，導(dǎo)致視力衰弱，一只手半殘。但開普勒頑強(qiáng)的進(jìn)取精神，使其學(xué)習(xí)成績(jī)一直名列前茅。1587年進(jìn)入蒂賓根大學(xué)，在校中遇到秘密宣傳哥白尼學(xué)說的天文學(xué)教授麥斯特林。在他的影響下，很快成為哥白尼學(xué)說的忠實(shí)維護(hù)者。大學(xué)畢業(yè)后，開普勒獲得了天文學(xué)碩士的學(xué)位，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，與第谷一起專心地從事天文觀測(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。第91頁(yè)/共356頁(yè)

對(duì)火星軌道的研究是開普勒重新研究天體運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)。開始，開普勒用正圓編制火星的運(yùn)行表，發(fā)現(xiàn)火星老是出軌。他便將正圓改為偏心圓。可是，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。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“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)存在錯(cuò)誤。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(yáng)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。

※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)。開普勒是用數(shù)學(xué)公式表達(dá)物理定律并成功的人之一。從此開始，數(shù)學(xué)方程就成為表達(dá)物理定律的基本方式。第92頁(yè)/共356頁(yè)一.伽利略的運(yùn)動(dòng)理論二.意義§2.運(yùn)動(dòng)學(xué)的奠基人——伽利略第93頁(yè)/共356頁(yè)1.伽利略(1564-1642)簡(jiǎn)介：

伽利略發(fā)現(xiàn)月亮表面和地球一樣是粗糙不平的；他將望遠(yuǎn)鏡指向天空的任一方向，都可以看到無(wú)數(shù)的星體；他發(fā)現(xiàn)銀河也是由無(wú)數(shù)顆暗淡的星星組成的；木星有四顆衛(wèi)星等。這些發(fā)現(xiàn)既否定了古代天體只有7個(gè)或10個(gè)斷言，又表明地球并不是所有天體繞之運(yùn)轉(zhuǎn)的中心。有力的支持了日心說?！缎墙缧攀埂肥官だ垣@得極大榮譽(yù)，1610年7月，被邀到佛羅倫薩任宮廷數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家。

出生于意大利比薩。奠定了經(jīng)典力學(xué)中運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)。

1609年5月，用一塊凸透鏡和一塊平凹面鏡制成一放大9倍的望遠(yuǎn)鏡，（因此獲終身教授），后經(jīng)改進(jìn)，制成一放大約千倍的望遠(yuǎn)鏡。在1610年的最初的幾個(gè)星期內(nèi)，伽利略便獲得幾項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，并于當(dāng)年出版在《星界信使》中。第94頁(yè)/共356頁(yè)一.伽利略的運(yùn)動(dòng)理論1.運(yùn)動(dòng)的描述和分類提出將運(yùn)動(dòng)分為勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)。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，對(duì)亞里士多德的落體學(xué)說反駁：重物和輕物綁在一起下落時(shí)的速度？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95頁(yè)/共356頁(yè)假設(shè)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：擺的升高實(shí)驗(yàn)。第96頁(yè)/共356頁(yè)3.慣性原理

“等末速度假設(shè)”和單擺擺球的等高性實(shí)驗(yàn)，把伽利略引向另一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，如右圖所示。

“任何速度一旦施加給一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，只要除去加速或減速的原因，此速度就可保持不變；不過，這是只能在水平面上發(fā)生的一種情形?！边@一思想實(shí)驗(yàn)，有力地證明了外力不是物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是運(yùn)動(dòng)速度變化的原因。

在《談話》中，他也表達(dá)過這一思想“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(wú)限繼續(xù)進(jìn)行下去，假如平面是在空間無(wú)限延伸的話?！钡?7頁(yè)/共356頁(yè)4.拋體運(yùn)動(dòng)軌跡--運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立進(jìn)行原理

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”。這就是運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立進(jìn)行原理。伽利略把各種仰角下物體的射程一一計(jì)算出來作成表格，從而得出仰角為α=450時(shí)射程最大，以及兩個(gè)仰角等于α=450±β下射程相等得結(jié)論。第98頁(yè)/共356頁(yè)5.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。第99頁(yè)/共356頁(yè)6.伽利略的研究方法

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。伽利略把實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)邏輯結(jié)合起來的方法，有力推進(jìn)了人類科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的進(jìn)展。值得指出的是，在伽利略的著作里所描述的實(shí)驗(yàn)都是理想化的。比如在實(shí)際的下落實(shí)驗(yàn)中，重球和輕球并不是同時(shí)落地，伽利略認(rèn)為這是空氣阻力造成的；又如在單擺實(shí)驗(yàn)中，擺球并不能完全回到原來的高度等等，能夠認(rèn)識(shí)到具體實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的偏差或誤差并擺脫其影響，而以理想實(shí)驗(yàn)并通過數(shù)學(xué)邏輯的推倒得出結(jié)論，這就是伽利略的偉大之處。第100頁(yè)/共356頁(yè)運(yùn)動(dòng)學(xué)的奠基人——伽利略：二.意義二.意義

1.實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)學(xué)方法結(jié)合的成功

不是單純做實(shí)驗(yàn)，而是從明確的物理思想出發(fā)，進(jìn)行數(shù)學(xué)推證，選典型實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。

2.科學(xué)方法的確立：

觀察—假設(shè)—邏輯推理—實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的成功之路

實(shí)驗(yàn)物理思維和數(shù)學(xué)演繹的巧妙結(jié)合。

3.落體運(yùn)動(dòng)也是一種勻加速運(yùn)動(dòng)

1586年，斯蒂文和德哥羅在一所二層樓做實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)不同重量的