1、第一章：古代科學技術的產生和發展古代科學技術的產生和發展第一章 人猿揖別始于工具的制造和使用。原始社會人類改造自然和認識自然的發展首先表現在工具的演進方面，原始社會最主要的工具是石器。原始人制造工具經歷了從打制石器的舊石器時代（距今250萬年）到磨制石器的新石器時代（距今1.8萬年）的發展。新石器時代1.2火的使用 完成從猿到人轉換的另一個標志性的關鍵步驟是火的使用，這是人類誕生過程當中所征服和利用的第一種自然力。 舊石器時代中期，早期智人發明了人工取火的方法：燧石相擊生火、鉆木取火。摩擦生火第一次使人支配了一種自然力，最終把人從動物界分開。農業技術與社會分工 原始農業經歷了從刀耕火種的農業發

2、展到鋤耕農業，原始畜牧業的出現導致人類社會的第一次大分工。制陶技術 制陶技術的發展促成了人類社會的第二次大分工。文明古國 流域文明 尼羅河流域、兩河流域 印度河流域、黃河流域四大文明古國的科學技術一.古代兩河流域和古埃及的科學技術 信息技術萌芽文字的發明： 公元前3500年左右兩河流域的蘇美爾人使用一種楔形文字寫在潮濕的泥版上，然后曬干，這就是泥版文書。拼音文字的祖先公元前1500左右腓尼基人發明了字母，成為后來西方拼音文字的祖先。世界上最早制造鐵器的,是小亞細亞的赫梯人, 公元前1400年左右。米利都學派阿拉克西米尼認為萬物的本原是空氣；阿拉克西曼德則認為萬物來源于“未規定的物質”。赫拉克利

3、特認為組成世界的基本元素是“火”恩培多克勒提出了關于水、火、土、氣的“四根說”赫拉克利特恩培多克勒畢達哥拉斯學派 以薩摩斯島的畢達哥拉斯（Pythagoras，約前570497/6）命名的這個學派最典型的特征就是對數最感興趣，把數作為一個形而上學原則。畢達哥拉斯 萬物皆數，宇宙萬物的結構及其運行服從數的和諧，意義深遠原子論思想 原子論是古希臘自然哲學的最大的成就之一。這個派別的創始人是留基伯，主要闡述者是德謨克利特和伊壁鳩魯.伊壁鳩魯與他的哲學2.天文學日心說：阿利斯塔克最早提出日心說（前310-230年左右）太陽到地球的距離大于地球到月球距離的18倍，但小于20倍；太陽與月球的直徑比大于18

4、，小于20太陽與地球的直徑之比大于19:3，小于43:6物理知識 阿基米德把觀察和數學推理、理論研究和實際應用相結合，發現了杠桿原理和浮力定律，給出了求解復盡雜物體重心的方法。他的研究方法已接近現代的研究方法，被譽為“力學之父”。阿基米德4.生物和醫學知識 希波克拉底被認為是醫學之父，有全集59篇，集古希臘醫學之大成。該派的理論和醫術走在了現代以前任何時代的見解前面。 希波克拉底認為疾病是人體的自然過程，主張用觀察和實驗方法研究疾病并創立了“四體液說”。 赫羅菲拉斯是第一個公開進行人體解剖的醫生，揭示了人腦是智慧之府，而不是亞里士多德所認為的是心。蓋倫(129-199) 蓋倫是古羅馬時期最著名

5、最有影響的醫學大師，被認為是僅次于希波克拉底的第二個醫學權威。 蓋倫是最著名的醫生和解剖學家。一生寫了131部著作，其中論解剖過程、論身體各部器官功能兩書闡述了他自己在人體解剖生理上的許多發現。1856年威尼斯出版的蓋倫選集2.古羅馬技術標志性建筑: 羅馬斗獸場 （7082年） 君士坦丁凱旋門 312年 龐培城 公元前6世紀，公元79年毀于維蘇威火山大爆發 萬神廟 （120124年）建筑學理論 維特魯維奧是羅馬著名建筑師，著有建筑學10卷，涉及建筑的一般理論、設計原理、建筑師的教育以及建筑施工和施工設備等多方面的問題，是現存最早的建筑學著作。第四節：中國封建時代的科學技術中國歷史概覽夏（前20

6、70前1600）商（前1600前1046）周（前1046前256）秦（前221前206）漢（前206220）三國（220280）晉（265-420）隋（581-618）唐（618-907）宋（960-1279）元（1206-1368）明（1368-1644）清（16161911）一. 技術創造與重大工程1. 水利工程技術2. 建筑工程技術3. 冶金技術4. 三大獨創技術5. 四大發明6. 航海造船技術水利工程技術1)春秋戰國時期的芍陂、漳水十二渠、都江堰、鄭國渠2)漢代的龍首渠3)隋代的大運河 上述工程從設計、施工到管理大都體現了系統工程方法的應用。建筑工程技術1)道路橋梁工程：萬里長城、絲綢

7、之路、趙州橋2)宮殿建筑與都市建設：阿房宮、秦都咸陽、長安城、明故宮，體現了以木結構為核心的磚木建筑特色 阿房宮冶金技術 中國冶金技術后來居上，春秋戰國時期率先掌握鑄鐵技術 生鐵煉鐵技術是我國人民的重大發明 漢代炒鋼技術的發明、百煉鋼工藝品成熟、鑄鐵脫碳鋼技術的進步，形成不同于歐洲塊煉鐵滲炭鋼的鋼鐵冶煉體系，與現代鋼鐵生產工藝相一致4.三大獨創技術 制茶、絲織和制瓷是中國的三大獨創技術 1)絲織（silk），商周以來絲織技術延綿不斷地發展，6世紀傳到東羅馬帝國，中國被譽為“產絲之國”。絲織技術12世紀末傳到意大利，14世紀法國人開始養蠶，16世紀末傳到英國。 2)陶瓷（China)，中國是瓷的

8、故鄉，自古制陶技術發達，東漢發明燒制青瓷技術，唐代形成南方青瓷和北方白瓷兩大瓷系，宋代形成八大窯系。制瓷技術通過絲綢之路傳到西方，11世紀傳到波斯和阿拉伯，1470年傳到意大利。 3)茶（tea），中國是茶的原產地，唐代的蒸青制法工藝、宋代的炒青綠茶工藝、元代的花茶制作工藝、明代的紅茶制作工藝。5.四大發明（火藥）煉丹家與火藥的發明：硫磺與硝石相配制。唐代道家煉丹家孫思邈（581682）丹經中第一次提到火藥的配方。宋代曾公亮1040年發明炸藥，北宋年間，火藥大量用于戰爭。在12、13世紀，火藥首先傳入阿拉伯國家，稱“中國雪”，波斯人稱“中國鹽”。14世紀，阿拉伯人將火藥技術傳入歐洲。5.四大發

9、明 （指南針）前3世紀韓非子提到“先王立司南以端朝夕”1世紀初東漢王充論衡“司南之杓，投之于地，其柢指南”1044年北宋曾公亮和丁度武經總要提到指南魚沈括夢溪筆談有系統的指南針制造技術說明，同時發現磁偏角航海技術。鄭和（13711435）七下西洋，船只200多艘，人數兩萬多眾，超過100米的大船有50多艘。而哥倫布只有88人，3只長19米的大船。航海造船技術 造船技術：漢武帝時期的樓船、東漢時期船尾舵的發明、唐李皋始造車船、宋代的海船、元代的尖底遠海福船和窄底近海廣船。明初鄭和七下西洋，是古代規模最大的航海活動，“寶船”長約150米，張帆912面，是古代世界上最大的船舶。二. 實用科學天文學數

10、學中醫藥學農學1. 天文學1.1精確、系統的天象觀測記錄： 中國史記中保存有2000多年來關于日蝕、月蝕、彗星、新星、太陽黑子等豐富的天象觀測記錄；對恒星的觀測成果反映在歷代的星表和星圖中。對日食和月食詳細的記載，從漢初到1785年，日食925次，月食574次異常天象的記錄，如太陽黑子（前28年）、極光、彗星（前613年1621年包括哈雷彗星）、新星、超新星（前3521604共75次）月蝕日蝕1.2 獨特、優秀的歷法體系 1) 商代的陰陽歷 2) 戰國的四分歷 3) 漢代的太初歷 4) 唐大衍歷 5) 元代授時歷 6) 此外，宋代沈括的十二氣歷、明末崇禎歷陰陽合歷：日、氣、朔三要素。公元前4世

11、紀，已測出太陽年為365.25天。元朝著名天文學家和水利專家郭守敬編成授時歷，一年的周期和現行公歷相差無幾，但比現行公歷的確定早300年。1.2 獨特、優秀的歷法體系1.3 先進、精密的天文儀器 渾儀、漏壺和圭表1) 渾儀：東漢張衡（38139）的水運渾天儀、元代郭守敬（12311316）的簡儀2) 漏壺：漢丞相府漏壺、宋代漏壺3) 圭表：周禮-考工記和元史中的有關記載石刻星圖（蘇州）2.數學 西漢九章算術（1世紀）共講述了246個問題的解法，根據所要解決的測量和計算問題分為九章即九大類， 涉及丈量農田、不同等級谷物的兌換、建筑結構計算、分配計算等，是中國古代數學體系的奠基作，標志著中國以計算

12、和解決實際問題見長的實用數學體系的形成，但在理論和演繹推理方面遠不及歐氏幾何學。九章算術2.數學南北朝祖沖之（429500）及其子祖暅計算了圓內接正6144邊形和正12288邊形的面積，得出3.14159263.1415927求出精確到第七位有效數字的圓周率，領先世界達千年之久。3.中醫藥學1)黃帝內經以陰陽說和五行說為據，強調人體的有機整體性，提出了研究人體生理和病理的臟腑學說和經絡學說。該書是中醫現存最早的理論著作，是中醫理論體系形成的標志。2) 東漢末年張仲景（約150219）傷寒雜病論提出中醫診斷學中的“六經辯證”（太陽、陽明、少明、太陰、少陰、厥陰）和“八綱原理”（陰、陽、表、里、虛

13、、實、寒、熱）其“辨證施治” 原則為中醫臨床醫學奠定基礎。傷寒雜病論張仲景 3)西漢的神農本草經是我國現存最早的藥物學專著，收錄藥物365種，其中植物藥252種，動物藥67種，礦物藥46種。神農本草經4、農學汜勝之書（公元元年左右，漢代），論及北方特別是關中地區的耕作經驗賈思勰齊民要術（533544，北魏）10卷92篇，反映黃河中下游地區的農業生產狀況王幀農書（元代）綜合黃河流域旱田耕作和江南水田耕作經驗。陳旉農書南宋 南方水稻農政全書明朝 徐光啟 農桑輯要元朝 最早官修農書齊民要術是我國現存最早的完整的農書，率先提出了因時制宜、因地制宜、精耕細作、合理經營的思想，在我國古代農業生產中產生了深

14、遠的影響。4、農學齊民要術夢溪筆談是北宋中期的政治家和科學家沈括（10311195）所著，這是中國科學史上一部重要的著作，英國科技史家李約瑟把它稱為“中國科技史上的座標”。這部舉世聞名的科學巨著涉及物理領域的內容包括磁學、光學和聲學知識。夢溪筆談5.4夢溪筆談（1）磁學方面：沈括對指南針的使用作了多種試驗。世界上關于指南針的最早實驗記錄。并且沈括在實驗中已發現了磁偏角（2）光學方面：夢溪筆談中有許多光學方面的觀察和實驗的記錄及其分析。第一次用類比演示實驗來驗證月亮圓缺的科學道理。 （3）聲學方面6.其他成就徐霞客（15861641），徐霞客游記，記載所到之處的山川地貌、物產風情宋應星（1587

15、？），天工開物，分上中下三部分共18卷，包括農作物栽培、農產品加工、制鹽、制糖、陶瓷、冶煉、養蠶、紡織、染色、造紙等，是一部手工業生產技術的百科全書三、西學東漸 意大利人利馬竇（15521610），1583年來華，與徐光啟合作譯幾何原本前6卷 比利時人南懷仁（16231688），1659年來華，主持皇家天文歷法工作 德國人湯若望（15911666），1662年來華，引入光學知識和望遠鏡的制造原理和技術阿拉伯人的科學貢獻發現隱藏起來并且被忘記的希臘知識的寶藏 開始：注重醫學和物理學著作的翻譯， 很快轉向了天文學、數學和哲學著作: 歐幾里德的幾何原本、托勒密的至大論(Almagest，現所用書名就

16、是阿拉伯人定下的) 希臘文化并不是阿拉伯文化汲取的唯一源泉。第五節：古代阿拉伯的科學技術第二章近代自然科學的產生和發展第一節：近代科學的誕生近代自然科學產生的社會歷史背景1. 歐洲資本主義生產方式的興起是近代科學的原動力2.文藝復興運動3.宗教改革近代科學革命1.天文學革命2.醫學革命2.科學方法革命歐洲資本主義生產方式的興起是近代科學的原動力(1)手工工場的出現和手工業技術進步推動了近代科學的興起(2)遠航探險是近代科學的直接推動力：1487年迪亞士到達非洲南端的好望角、1492年哥倫布發現美洲新大陸、1497年達伽馬開辟通往印度的新航路、15191522年麥哲倫船隊的環球航行。(3)預告資

17、產階級社會到來的中國四大發明傳入歐洲：造紙術和印刷術成為新教的工具，推動了文藝復興運動的蓬勃發展；火藥武裝了資產階級，把騎士階層炸得粉碎；指南針使遠航探險和地理大發現成為可能，開辟了資本主義世界市場。2.文藝復興運動文藝復興的先驅彼特拉克（1304-1374）倡導恢復良好的古典拉丁語，代替經院哲學派的非正規拉丁語。尤其是恢復古典思想中追求理想和自由的真精神。彼特拉克走在了時代的前面。到十五世紀初，人們對古典文獻的興趣不斷增加，有許多希臘人從東方來到意大利，他們能用現代語教授古語。弗朗西斯克彼特拉克 (1304-1374)，意大利學者、詩人和早期的人文主義者，人文主義之父。以其14行詩著稱于世，

18、后世人尊他為“詩圣”。與但丁、薄伽丘齊名，文學史上稱為“三顆巨星”。文壇三杰雷紀奧蒙塔拉斯最早把科學和文藝復興的人文主義結合起來的是約翰米勒（14361476），在科學史上他以雷紀奧蒙塔拉斯這一名字著稱。把托勒密的著作翻譯成拉丁語。1471年在紐倫堡建立了一座天文臺。他的天文年歷是現代航海年鑒的前驅，曾為西班牙和葡萄牙的探險家所使用。達芬奇拉奧孔米開朗基羅晨曲圣母蒙娜麗莎藝術三杰3.宗教改革宗教改革的導火索：“免罪符”事件九十五條論綱1517年10月31日，維登堡大學神學教授馬丁路德在維登堡教堂門上貼出了九十五條論綱，就免罪符問題提出異議。馬丁 路德近代科學革命 1.天文學革命1.1哥白尼的日

19、心地動說1.2布魯諾和伽利略捍衛和發展日心說2.醫學革命3.科學方法革命3.1伽利略開創實驗方法3.2經驗論與唯理論哥白尼哈維伽利略1.天文學革命1.1哥白尼和他的天體運行論初版名稱托倫的尼古拉哥白尼論天體運行軌道（共六冊）后來一般簡稱為天體運行論天體運行論標志著近代科學的誕生。1.2布魯諾和伽利略捍衛和發展日心說 布魯諾捍衛和宣傳日心說喬爾丹諾布魯諾（1548-1600)，生于意大利那不勒斯，死于羅馬鮮花廣場1583寫作論原因、本原和太一、論無限的宇宙和多世界1592年在意大利威尼斯被捕“我愿做烈士而犧牲”望遠鏡天文學1609年伽利略造出第一臺望遠鏡，20倍，發現月亮上的環型山1610年發現

20、木星的四顆衛星1612年發現太陽黑子為哥白尼辯護（直到1579年才開始相信），與教會沖突伽利略的歷史地位愛因斯坦：“伽利略的發現以及他所應用 的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著物理學的真正開端。”1980年，羅馬教會正式為伽利略平反。2.醫學革命血液循環學說的發現 比利時醫生維薩里1543年發表人體的構造，糾正蓋倫醫學的一些錯誤；西班牙醫生塞爾維特1553年發現了人體血液的小循環；英國醫生哈維在1628年闡述了人體血液運動的大循環理論，徹底推翻了蓋倫的觀點，給教會的神學說教以沉重打擊。 塞爾維特 維薩里人體的構造3.科學方法革命 3.1伽利略開創科學實驗方法 （1）發明光學

21、望遠鏡，用大量天文觀測事實論證哥白尼日心地動說； （2）開創實驗力學，標志著科學實驗方法的誕生 世界上第一臺折射遠鏡伽利略3.科學方法革命 3.2經驗論與唯理論英國弗蘭西斯培根的新工具論倡導歸納法，成為近代科學的主要方法。法國笛卡爾方法論主張理性的普遍懷疑，其演繹法為近代科學建立理論體系提供了方法論。 培根近代哲學之父 笛卡爾第二節：力學體系的建立第二節：力學體系的建立近代力學知識的積累1.伽利略的力學貢獻2.開普勒三定律的發現3.惠更斯、胡克等人的貢獻牛頓力學體系的建立1.近代最偉大的科學家牛頓2.牛頓經典力學體系的創立一、近代力學知識的積累1564年2月15日生于比薩(1)伽利略的斜面實驗

22、，開創了以可控性實驗為基礎的近代科學的新時代。(2)伽利略的力學成就：勻加速運動定律；自由落體定律；慣性原理；拋射體運動定律。(3)將實驗研究和數學推理有機結合起來，為近代科學理論的建構提供了基本范式。1.伽利略的力學貢獻2.開普勒三定律的發現 2.1星學之王第谷 第谷（Tycho Brahe 1546-1601）出生于一個丹麥貴族家庭，很小就進哥本哈根大學學習。由于有特權的出身，可以免于通常的謀職壓力。他從一個大學徘徊到另一個大學。16歲時的第谷已經對天文現象十分感興趣了。第谷2.開普勒發現行星運動三定律開普勒（1751-1630 ）1571年12月27日出生于斯圖加特附近魏爾市的一個中等家

23、庭。進圖賓根大學，打算進入仕途，但在1594年他被提名出任格拉茨的數學教師。1600年初他應邀到布拉格拜訪第谷；年末在格拉茨受到宗教迫害之后回到布拉格成為第谷的助手，并于1601年成為第谷的接班人。開普勒第一定律：橢圓定律 行星沿橢圓軌道繞太陽運動，太陽是位于橢圓的一個焦點上（1609新天文學）開普勒第二定律：面積定律 從太陽到行星的矢徑在相等時間里掃過相等的面積（1609新天文學）開普勒第三定律：周期定律 各行星公轉周期的平方與軌道半長徑的立方成正比（1619宇宙和諧論）開普勒行星運動三定律（1）軌道定律（2）面積定律（速率v近日v遠日） (SAB=SCD=SEK) （3）周期定律(R3/T

24、2=K) 二、牛頓力學體系的建立1.、近代最偉大的科學家牛頓2.、牛頓經典力學體系的創立3.、牛頓力學的重大歷史意義與局限性4.、牛頓經典力學體系產生的歷史必然性5、牛頓力學的應用與完善1、近代最偉大的科學家牛頓1.1沉靜多思的有志少年1.2開創“牛頓時代”的科學泰斗1.3彷徨于科學與宗教之間的神學家 牛頓環牛頓追光燈牛頓拋物線科學巨人牛頓1.2開創“牛頓時代”的科學泰斗 1669年巴羅鑒于牛頓的數學天才，毅然辭去“數學盧卡斯講座”教授職位而讓年僅27歲的牛頓接替。 1669-1687年，牛頓制造了反射式望遠鏡，提出了光微粒說，發展了流數法，系統研究了理論力學，并以1687年7月自然哲學的數學

25、原理的出版而達到高潮。牛頓的自然哲學的數學原理 牛頓正在做三棱鏡分光實驗頓牛頓制作的反射式望遠鏡牛頓的微積分手稿 牛頓經典力學體系，是以絕對化的四個基本概念空間、時間、質量、力為基礎，以著名的三大定律為核心，以萬有引力定律為最高的綜合，用微積分來描述物體運動的因果律的一個結構嚴謹、邏輯嚴密、以實驗和觀察對結果進行驗證的科學體系。原理就是這個體系的集中表現。2、牛頓經典力學體系的創立第三節：經典物理學的全面發展光學的進展熱學的成就電磁學的建立二、熱學的成就 2.1熱的本質拉瓦錫在1789年的初等化學概論中把熱物質當做一種元素引入，稱之為熱素或熱質（calorique）。熱力學的奠基人卡諾最先定量

26、地研究了熱和功相互轉化的方式，因此他被稱作熱力學的奠基人。他的方程表明最大效率只與最高溫度和最低溫度有關，與中間過程、工作介質無關。卡諾如果能繼續研究下去，很可能由此得出熱力學第二定律（熵增加定理）。而且卡諾后來還放棄了熱質說，轉而認為熱是一種運動。但是不幸的是他在36歲就死于霍亂。2.2能量守恒定律的發現 德國人邁爾（1814-1878）作為隨船醫生在1840年去爪哇的航行中，由于考慮動物熱的問題，邁爾對物理學產生興趣，多次著文闡述能量守恒的信念。 1841年他完成關于無機界各種力的意見一文，被一家物理學雜志退稿后，第二年發表在了李比希主編的化學和藥學年鑒上。但是他的工作幾乎沒有引起人們注意

27、。2.2能量守恒定律的發現 英國的焦耳擅長實驗。他對所有他想得到的有熱量產生過程進行熱測量。 1840年他得出：電流產生的熱量與電流強度的平方和電阻的乘積成正比焦耳最后測量出做的功和產生的熱的關系為：41,450,000爾格的功產生1卡的熱量。 為了紀念焦耳的工作，后來規定一千萬爾格的功定義為一焦耳。現在的熱功當量數值為4.18焦耳/卡。能量守恒定律的發現 對能量守恒，邁爾展開了大膽思辨，焦耳進行了扎實的實驗，而德國生理學家和物理學家赫姆霍茲（1821-1894）則立足于力學基礎之上，追求各種能量轉換過程的數學表述。最終被確認為能量守恒定律的確立者。論“力”的守恒1847年赫姆霍茲獨立完成論“

28、力”的守恒一文，并于7月23日在柏林物理學會的年會上宣讀1854年赫姆霍茲在自然力的相互作用一文中指出，“自然作為一個整體，是力的儲存庫，它不能以任何方法增加或減少。所以自然界中力的數量正象物質的數量一樣永存和不變。我曾將這個普遍的定律命名為力的守恒原理”。這里明確表達了能量轉化和守恒的思想。以1850-1851年間克勞修斯和湯姆森奠定熱力學基礎的工作為轉機，能量守恒定律才獲得普遍承認。意義 能量守恒與轉化定律被認為是物理學的“最高定律”（法拉第），“宇宙的普遍的基本定律”（克勞修斯），恩格斯則稱之為19世紀三大發現之一。該定律的發現標志著近代物理學第二次理論大綜合。2.3熱力學第一、第二定律

29、的建立 熱力學第一定律的建立熱功當量的發現揭示了熱和機械功之間存在著內在的定量關系。焦耳的實驗一方面證明了熱和機械功的作用效果是等價的，另一方面也證明了絕熱過程的功與過程進行的方式無關。在焦耳工作的基礎上，克勞修斯和開爾文各自深入研究了熱功轉化的機制和規律性問題，分別獲得了熱力學第一定律的各自表述。 第一定律的克勞修斯表述 1850年4月克勞修斯在物理和化學年鑒上發表了論熱的動力和可由此推導熱學本身的定律提出熱力學第一定律表述： “在一切熱做功的情況中，產生的功與消耗的熱量成比例。反之，通過消耗同樣大小的功，將能產生同樣數量的熱量。” 第一定律的開爾文表述 1851年開爾文發表以焦耳先生的單位

30、熱當量導出的大量結果和雷諾對蒸氣的觀察論熱的動力學理論一文，提出了熱力學第一定律的開爾文說法： “物質系必須以熱的形式或以機械功的形式，給出同它得到的同樣多的能量”。 這里開爾文首次把能量一詞引入到了熱力學中，該表述也被稱為熱力學第一定律的能量表述。第二定律的克氏表述 在1854年物理和化學年鑒上發表的論機械熱理論第二基本定律的一個改變形式一文中，克勞修斯給出了通常所說的熱力學第二定律的“克氏表述”：“熱不可能由冷體傳到熱體，如果不因而同時引起其他關系的變化。” 熵1865年4月克勞修斯在關于熱的動力理論的主要方程的各種應用的方便形式中提出了一個與變化途徑無關的狀態函數S。定義dS=dQ/T，

31、S表示物體的熱轉變含量，并用了一個與能量的德文字（Energie）相近的從希臘文轉寫過來的詞Entropie來命名S。1923年普朗克到南京東南大學作熱力學第二定律方面的講學，胡復剛為之翻譯，首次把Entropie譯作熵。“宇宙熱寂說” 1867年在法蘭克福舉行的第41屆德國自然科學家和醫生聯合會議上，克勞修斯他把整個宇宙看做一個孤立的絕熱系統，然后把熱力學第一定律和第二定律應用于整個宇宙，得出： (1)宇宙的總能量是一個常數； (2)宇宙的熵趨向某一個極大值。 這就是后來引起很多爭議的“宇宙熱寂說”的正式提出。熱力學第三定律 熱力學第三定律的建立與低溫現象的研究直接相關，1848年湯姆遜提出

32、絕對零度可能是溫度下限的觀點，1906年德國人斯特提出任何物體都不可能冷卻到絕對零度。電磁學的建立 18世紀靜電學研究最重要的成就是美國富蘭克林提出的關于單電流體的一元論，并用著名風箏實驗加以證明； 18世紀末電學從靜電研究向流電研究發展，意大利伽伐尼發現動物電流、伏打在電堆實驗和發現原電池的基礎上提出了接觸理論。法拉第的電磁學研究 法拉第（Michael Faraday 1791-1867）電磁感應麥克斯韋的數學升華法拉第借助于巧妙的實驗和直觀的圖像，成功地用力線模型解釋了電磁現象。但是由于他是自學成才，不熟悉數學，因此不可能給他的理論給以數學表示。是數學天才麥克斯韋完成了這項工作，并且補充

33、了更多的內容，從而奠定了電磁場理論的基礎。意義 麥克斯韋電磁理論作為宏觀電磁學的完整理論，第一次揭示了光、電、磁的統一性，是近代以來物理學第三次理論大綜合，標志著經典物理學已發展到巔峰。麥克斯韋速率分布函數 麥克斯韋第四節:化學的確立和長足進步 一、科學化學的形成 二、原子分子學說的誕生 三、有機化學與結構化學的起步 四、元素周期律的發現一、科學化學的形成波義爾把化學確立為科學波義爾（16271691）1661年懷疑的化學家，開始了近代化學的歷程燃素說近代化學是從研究燃燒現象開始的。波義耳等英國化學家進行了大量的燃燒、焙燒實驗，積累了大量實驗資料。但是對燃燒現象的解釋還不夠成功。氧化燃燒學說

34、拉瓦錫1743年出生在一個富裕的家庭，從小就是才華出眾的學生。 父親是律師，原本希望兒子繼承他的職業，但年青的拉瓦錫在聽了一堂天文學課程后對科學產生了興趣。拉瓦錫拉瓦錫的貢獻(1)建立化學研究中準確測量的規范(2)推翻燃素說(3)發現化學變化中質量守恒(4)確立化學命名法原子分子學說的誕生1.道爾頓原子論 英國化學家道爾頓（17661844）在前人的定組成定律、當量定律和他自己發現的倍比定律的基礎上，于1803年公布了原子論和原子量計算一文，提出了原子論思想。分子學說的建立 道爾頓原子論的最主要缺陷是沒有分清原子和分子，由此引發了與提出氣體定律的法國化學家蓋呂薩克之間的爭論。分子學說的創立者：

35、阿伏加德羅 意大利化學家阿伏加德羅于1811年提出分子學說使問題得以解決，但分子學說在道爾頓的壓制下被埋沒，直到1860年經意大利化學家康尼查羅的努力才得以重見天日。三、有機化學與結構化學的起步 合成尿素 1828年德國化學家味勒（1800-1882）首次用無機物合成了一種有機物尿素后，人們認識到形形式式的有機物質與無機物質并沒有本質上的差別。李比希 1803-1873 被稱為有機化學之父的李比希確立了一套卓有成效的有機化合物的分析法，使得有機化學迅速發展。門捷列夫 1869年俄國人門捷列夫（1834-1907）發表元素屬性和原子量的關系的論文，1871年提出元素周期律。把已知的63種元素排列

36、為8個豎列12個橫列。四、元素周期律的發現鍆門捷列夫在政治上是個自由派，他反對政府迫害學生，因此不止一次受到申斥。并因而未能當選為俄羅斯帝國科學院院士。1906年他以一票之差沒有獲得諾貝爾獎。1955年新發現的第101號元素被命名為鍆，就是追認門捷列夫在研究元素方面作出的重大貢獻。第五節：生物學的重大突破與地質學的建立分類學的進展細胞學說的建立進化論的建立林奈的生物分類法 瑞典著名科學家林奈1735年出版了自然系統，主張人為分類法。 界綱目屬種 林奈被譽為“分類學之父”分類等級一、分類學的進展二、細胞學說的發展 德國植物學家 施萊登于1838年提出：細胞是一切植物結構的基本單元，它是植物賴以發

37、展的根本實體。2.1 施萊登的植物細胞學說2.2 施旺的細胞學說 德國動物學家施旺 把施萊登的觀點擴大 到動物界，認為細胞 是一切有機體構造和 發育的基本單位。 細胞學說揭示了多樣化的生物界在細胞層次上的統一性，使生物進化論的形成成為不可避免的事情。拉馬克的進化論法國生物學家拉馬克 (1744-1829) 1809年出版動物哲學。 他指出：生物都是按直線系列進化而來的；存在兩種促成生物進化的動力，一是生物先天具有向上發展的內傾力，二是環境對生物的影響；生物適應環境的演化機制可以概括為“用進廢退”和“獲得性遺傳”。三、進化論的建立用進廢退學說達爾文1809-1882貝格爾號 1831年“貝格爾號

38、”啟航做一次科學考察旅行，達爾文被推薦擔任隨船的博物學家，開始了一次歷時5年的環球旅行。這次航行是他走向成功的橋梁。1859年物種起源全名稱作：論通過自然選擇的物種起源，或生活斗爭中適者生存。通常簡稱物種起源。自然選擇3.5物種起源的主要觀點(1)生物界與生物界普遍存在著激烈的生存競爭。(2)自然選擇是推動生物進化的外部力量。(3)變異和遺傳是促進生物進化的內在根據。第一章：古代科學技術的產生和發展近代技術的興起第三章第一節：近代第一次技術革命近代第一次技術革命的孕育階段技術革命的發展過程蒸汽機時代技術的發展近代第一次技術革命的特點和意義18世紀60年代 近代第一次技術革命的孕育階段技術革命的

39、直接誘因1.1英國新興的棉紡織業興起面臨兩方面的挑戰，一是在國內市場受到對棉紡織品日益增長的需求的挑戰，二是受到品質優良的印度棉布的強烈競爭。1.2工作機的發展對新動力的需求技術革命的發展過程紐可門的空氣蒸汽機英國托馬斯紐可門：小五金商和鐵匠約翰卡利：管子工和玻璃工共同發明了最早的蒸汽機，以滿足當時對機動水泵的緊迫需要。約1702年，紐可門曾就帕潘關于依據抽氣機原理獲得動力的思想同胡克通信。瓦特瓦特蒸汽機1769年瓦特制造出高效率的蒸汽機。功率單位：瓦特1783年瓦特將一馬力規定為每秒550磅英尺。 這個單位現在仍然使用。而為了紀念這位蘇格蘭工程師，公制單位的功率單位稱為瓦特。富爾頓 Robe

40、rt Fulton真正使蒸汽船投入實際運用并獲得商業上的成功的是美國人富爾頓（1765-1815）。18世紀末富爾頓到歐洲學習繪畫，游遍了英法等國，接觸到了蒸汽船，轉而對蒸汽船的試驗發生了興趣。“克勒 蒙 特” 號1806年富爾頓回美國后建造了一條100噸的平底船，裝備了一臺20匹馬力的蒸汽機。第二年這條叫“克勒蒙特”的蒸汽船在哈德遜河逆流從紐約駛到奧爾巴尼，32小時航行了240公里。以后“克勒蒙特”就成了哈德遜河上的定期航班。明輪及其缺點當時的蒸汽船采用船側明輪推進方式。明輪有很大的缺點，一是入水部分隨船的吃水深淺而變化，影響撥水效果；二是在風浪中行進時兩側明輪撥水的效果不一樣，影響對行使方

41、向的操縱螺旋槳的發明人們受到風車的啟發，發明了螺旋槳。由于從風車借過來的，所以最初的螺旋槳葉都窄而長。1837年英國人史密斯（1809-1874）在試驗螺旋槳汽船時，由于意外的事故把螺旋槳葉打斷了半截，結果反而使船速提高了。于是人們認識到船用螺旋槳應該采用闊而短的槳葉。3.2蒸汽機車的誕生1804年崔威西克開始在道路上試驗他的高壓蒸汽機車，在一次試驗中他的機車拉動5輛四輪貨車，載著10噸鐵、70個人，時速5英里（8.05公里）。19世紀頭10年，崔威西克的高壓蒸汽機應用于鐵路機車。斯蒂芬森蒸汽機車的大量推廣則還歸功于斯蒂芬森(George Stephenson 1781-1848)在機械方面的

42、才能和商業上的聰明才智。1829年10月在利物浦到曼徹斯特的試驗性比賽中，斯蒂芬森的火箭號機車以時速18英里（29公里）獲得勝利。火箭號火箭號機車，帶有一節煤水車，長6.4米，重7.5噸，煙囪有4.5米高主要成就棉紡織（動力）：瓦特改良蒸汽機（1785年 ）交通運輸：富爾頓輪船（美、1807年） 史蒂芬孫蒸汽機車（英、1814年） 1、首先發生在英國，并以英國為主體；2、以輕工業為主導；3、 以蒸汽動力為主要標志；4、技術發明主要源于工人和技師的實踐經驗第二節：近代第二次技術革命電力技術的發展內燃機技術的發展電信技術的勃興19世紀70年代 輸電技術的發展直流輸電技術的初期發展 1882年法國德

43、普勒建造了世界上第一條遠距離直流輸電實驗線路，其中直流發電機發出1.5千瓦電力，輸電線路長57千米；由于高電壓大容量發電機制造困難，所以遠距離輸電所需的高壓電不可能從直流發電機直接獲得，盡管瑞典瑟雷等人做過技術上的改進，但直流系統的裝置和運行方式仍十分復雜，造價昂貴。交流輸電技術 18831885年，德國的高拉德和吉布斯、美國的威斯汀豪繼發明和改進變壓器；18901891年從法國勞芬到德國法蘭克福架起了世界上第一條三相交流輸電線路，全場170千米，在此基礎上，歐美各國相繼建立起遠距離交流輸電線路，三相交流的發電、變電、輸送、分配和使用上的安全、經濟、可靠和方便性，為發展電力工業開辟了廣闊的前影

44、。二.內燃機技術的發展 法國發明家雷諾于1860年制成了第一臺實用的內燃機，這是一臺二沖程、無壓縮、電點火的煤氣機，它的效率不高，每馬力需要100立方英尺煤氣，熱效率僅4%，電點火也不可靠，但畢竟平穩運行了，導致了內燃機實現了批量生產。2.內燃機的重大技術突破四沖程原理 1862年法國人德羅夏提出內燃機的等容燃燒四沖程（吸氣、壓縮、做功、排氣）循環原理；為制造高效率內燃機奠定了科學基礎。第一臺四沖程內燃機1. 1876年德國人奧托發明奧托循環機。他率先依據該原理研制成功第一臺四沖程往復式活塞內燃機，這是第一臺單缸臥式、4馬力等容燃燒的煤氣機。2. 這是內燃機技術的一次跨躍，擺脫了對蒸汽機的模仿

45、，獲得了更高的機械效率；3.內燃機的重大技術改進1. 1883年德國人戴姆勒發明用于汽車的燃油發動機。在內燃機中首次使用汽化器；2. 1890年英國人阿克羅特發明熱球式內燃機；3. 1892年德國人狄塞爾發明柴油機，發明壓燃法。狄塞爾柴油發動機之父4.內燃機的廣泛應用內燃機特別是汽油機和柴油機的出現，得到廣泛應用，對農業和交通運輸業的發展來說，內燃機的重要性甚至于超過了電機。內燃機的發明導致了一系列新興交通運輸方式的誕生：導致了汽車工業的崛起；鐵路運輸技術的革新；1912年第一艘柴油機驅動的遠洋輪船的建成；1903年美國萊特兄弟駕駛內燃機驅動的飛機首次飛上天空。“第一輛”汽車1826年英國的布

46、朗制造出一臺4馬力的真空式煤氣發動機，并把它裝在一輛車上，驅動這輛車爬上了肯特郡的一個小山坡。但這輛車沒有達到實際使用的水平，也沒有引起人們的注意。不過美國吉尼斯世界記錄大全還是把布朗的車列為世界上第一輛汽車。戴姆勒 Gottlieb Daimler 1834-1900 1885戴姆勒研制成比當時一般內燃機轉速高4倍的汽油機。他先把這臺汽油機裝在一輛自行車上，1886年他又把它裝在一輛馬車上，車轅改裝成一套轉向機構，這樣就制成了一輛汽車。本茨 Karl Benz 1844-1929德國人本茨于1885年研制成三輪汽車，這輛三輪車由一個水平單缸的汽油機驅動，因為這臺汽油機轉速較低，這輛車的時速只

47、有12公里。本茨對這種車型不斷改進，于1888年出售。1893年本茨開始生產四輪汽車，汽車工業從此興起。1886年作為汽車元年 卡爾本茨的三輪機動車獲得德意志專利權（專利號：37435a）。本茨戴勒姆公司從此戴勒姆的事業開始興旺發達，他不僅生產汽車，還生產大批汽油機出售，英國和法國汽車的發展就是從使用戴勒姆的發動機起步的。后來本茨公司和戴勒姆公司從競爭走向合并，建立了歷史最悠久的汽車公司。Henry Ford (1863-1947)進入二十世紀后，各種零部件的改進使得汽車的優越性越來越明顯。汽車開始投入大量的生產，1913年美國人福特開辦的汽車廠采用惠特沃斯生產標準化零件的方法建立了裝配線，日

48、產1000輛汽車。福特被譽為“汽車大王”。Henry Ford and the Quadricycle, 1905福特汽車萊特兄弟早期飛機萊特兄弟“飛行者號”萊特兄弟滑翔機三、電信技術的勃興物質基礎：大量電磁學實驗和理論成果。對無線電通訊來說，理論基礎由麥克斯韋奠定，亨利赫茲（Heinrich Rudolf Hertz 1857-1894）使得人工產生電磁波產生可能。三個方面的成果：有線電報、有線電話、無線通訊。莫爾斯電碼莫爾斯發明的精華部分是他的電碼。發報機送出的電流可以是短的或長的，它給磁鐵以相應的作用力，并推動鋼筆在紙帶上自動記錄。“上帝說要有什么，就有什么。”1837年11月莫爾斯傳送

49、電報到十英里遠的地方。1843在華盛頓和巴爾的摩之間架設了最早的電報線。1844年5月24日在華盛頓最高法院首次用有線電報進行了公開通訊，電文內容取自圣經“上帝說要有什么，就有什么。”1845年組建了磁電報公司。到1848年，除佛羅里達州以外，密西西比和以東各州都入了電報網。莫爾斯1835年莫爾斯第一臺電報機莫爾斯電碼有線電話電話的發明者是美國人貝爾（ Alexander Graham Bell 1847-1922）和他的助手華生。他們在1876年2月14日向美國政府遞交電話專利申請。“華生，我需要你！”1876年3月10日經過改裝后的實驗開始了。貝爾和華生呆在相距幾個房間各自的位置上。貝爾剛

50、開始實驗，不小心把電池中的硫酸濺到身上，于是呼叫起來：“華生，快來這里，我需要你！”在受話器那一頭的華生聽到了通過電流傳來的呼救聲，直奔貝爾的房間。這是人類第一次用電話機傳送的語言。這一年貝爾29歲，華生21歲。馬可尼馬可尼（Guglielmo Marconi 1874-1937）家道殷實，沒有進過大學，但是把意大利最知名的學者請到了家里來指導他學習物理學。1894年夏天，馬可尼在阿爾卑斯山度假時讀到一則年初去世的赫茲的工作報道，受到啟發。電報專利1894年12月第一次獲得成功的實驗把信號傳送至30英尺（9.15米）遠。到1896年2月他能把信號傳送到1.75英里（2.82公里）遠。他向意大利

51、政府請求資助而未獲準，于是帶著發報機和收報機來到英國，1896年6月2日，馬可尼向英國政府提出了電報專利申請，并獲準。馬可尼發送第一封無線電報的設備復制品馬可尼無線電報公司1897年馬可尼的收發報距離已經達到10英里同年，以馬可尼為主要股東組建了“無線電報和信號”公司。1899年在美國成立子公司，1900年更名為“馬可尼無線電報公司”。無線電報使海上航行的安全得到保障。1898年剛裝了無線電發射機沒有多少日子的一艘燈塔船被撞翻，呼救信號發出后，及時趕來的就生船救起了船員。諾貝爾物理學獎1899年馬可尼實現了橫跨英吉利海峽的無線電通 信。1901年12月12日馬可尼引人注目地完成了橫渡大 西洋的

52、無線電通訊。雖然當時只用莫爾斯電碼發 送和接收了一個英文字母“S”，但這一試驗的成功 標志著無線電報開始進入遠距離通信的實用階段。馬可尼和另一位電報技術和陰極射線示波管發明 者德國人布勞恩共同分享了1909年的諾貝爾物理 學獎。主要成就電力的廣泛應用（西門子發電機、格拉姆電動機）內燃機和新交通工具的創制（卡爾本茨內燃機驅動的汽車、萊特兄弟飛機）新通訊手段的發明（貝爾電話、馬可尼無線電報） 1.科學同技術開始密切結合2.新技術發明幾乎同時發生在幾個國家3.一些國家兩次工業革命交叉進行第四章 物理學革命第一節：經典物理學的頂峰與危機第二節：相對論的誕生第三節：量子物理學的建立第四節：物理學革命與哲

53、學第一節：經典物理學的頂峰與危機19世紀末物理學的三大發現1. X射線的發現放射性的發現電子的發現1.X射線的發現1895年11月10日，德國物理學家倫琴（1854-1923）在做陰極射線實驗時，偶然發現了一種新的輻射，它能輕易穿透一些如紙張之類不透明的物質。倫琴把它叫做X射線。神秘的X射線2.放射性的發現法國物理學家貝克勒爾（,1852 -1908）1896年2月發現鈾能自發輻射出能量。居里夫人在1898年把這種現象命名為放射性。釙和鐳1. 1898年7月居里夫婦從鈾礦中分離出一小點新元素的粉末，這種新元素被命名為釙，放射性比鈾強數百倍，但還不足于說明一些鈾礦石強烈的放射現象。2. 1898

54、年12月居里夫婦檢測出了放射性更強的物質，并把它命名為鐳。 1902年他們經過了無數次的結晶處理，終于成功地制出十分之一克的鐳。兩個諾貝爾獎1. 1903年居里夫人因對放射線的研究與貝克勒爾和她的丈夫分享了該年度的諾貝爾物理學獎；2. 1911年她又因發現兩種新元素而獲得諾貝爾化學獎。3.電子的發現 英國物理學家湯姆遜（ 1856-1940）在1897證實陰極射線在電場中偏轉，從而斷定陰極射線是一種帶電粒子。他進而測定了陰極射線粒子的荷質比，發現這種粒子的質量只有氫原子質量的一個很小的分數值（現在值為1/1837）。3.電子的發現湯姆遜就這樣打破了原子不可再分的傳統觀念，打開了亞原子的大門。后

55、來洛倫茲把這種陰極射線粒子叫做電子。1892年，他認為一切物質的分子都含有電子，陰極射線的粒子就是電子，電子是很小的有質量的剛球，電子對于以太是完全透明的，以太與物質的相互作用歸結為以太與物質中的電子的相互作用。電子論 這在個基礎上，1895年他提出了著名的洛倫茲力公式。喬治丁斯通尼于1891年根據電的electric + -on“子”造的字3.湯姆遜被認為是電子的發現者，并因此獲得1906年諾貝爾物理學獎。4. 此后他的七個助手先后都獲得過諾貝爾獎。第二節：相對論的誕生愛因斯坦狹義相對論狹義相對論的兩條基本原理：相對性原理：一切物理定律在所有慣性系中是等價的；光速不變性原理：光在真空中的傳播

56、速度為一常數c，與光源和觀測者的運動狀態無關。拋棄了被認為是充滿空間的以太和絕對的時空觀。愛因斯坦從相對性的基本原理和洛侖茲變換得出了狹義相對論的一系列結論：1. 同時性的相對性2. 時鐘變慢3. 長度收縮4. 物體的質量隨速度變換5. 質能相關6. 能量、動量的統一廣義相對論兩條基本原理 1. 愛因斯坦以慣性質量與引力質量相等這一實驗事實出發，通過理想升降機實驗，提出了“等效原理”的假設：引力場同參考系的相當的加速度在物理上完全等價。 2. 同時，他把相對性原理從勻速運動系統推廣到加速運動系統，提出“廣義協變原理”：自然規律同參考系的狀況無關，相對性運動原理對于作加速運動的參考系也同樣成立。

57、第三節：量子物理學的建立黑體輻射與紫外災變普朗克的能量子假說愛因斯坦的光量子假說關于原子結構問題的探索德布羅意的物質波量子力學的建立一、黑體輻射與紫外災變1. 黑體是一種能全部吸收照射到它上面的各種波長輻射的物體。帶有一微孔的空心金屬球，非常接近于黑體，進入金屬球小孔的輻射，經過多次吸收、反射、使射入的輻射實際上全部被吸收。當空腔受熱時，空腔壁會發出輻射，極小部分通過小孔逸出。黑體是理想的吸收體，也是理想的發射體。2. 任何物體只要高于絕對零度，就會以電磁波的形式向外輻射能量，在總輻射中各種波長所占的百分比是不同的。困擾物理學界的“紫外災變”對于由于總輻射本領在紫外部分趨向無窮大而形成的“紫外

58、災變”，一位叫瓊斯的物理學家提出了“瓊斯立方體”形象地表達了這一佯謬。“紫外災變”困擾了當時的物理學界多年。普朗克德國物理學家普朗克（18581947）普朗克常數h，普朗克于1899年5月給出它的值為6.88510-27，它是宇宙的基本常數之一。1918年普朗克因提出能量子概念而獲得諾貝爾物理學獎。二、普朗克的能量子假說光量子愛因斯坦提出，發射出的電子能量由公式：E = h- W 決定。W是與金屬有關的功函數，h是入射光量子的能量，是能量交換的最小單位。當一個光量子擊中金屬表面并與其中一個電子發生作用時，把它的全部能量都傳給了電子。三、愛因斯坦的光量子假說四、關于原子結構問題的探索4.1湯姆遜

59、模型 電子發現后，英國的湯姆遜于1903年提出了著名的葡萄干蛋糕模型，認為均勻分布的正電荷球中嵌有帶負電的電子，電子在平衡位置附近振動而發出一定的光譜線。4.2 有核模型盧瑟福（1871-1937）盧瑟福1911年，盧瑟福根據粒子散射實驗，發表了原子的核式結構模型：原子有一個小而重的帶電的核，在它周圍是一群在庫侖吸力作用下繞核轉動的電子。1913年玻爾發表了他的能級原子模型。4.3 玻爾的原子模型五、量子力學的建立 正當作為前期量子論（1900-1925）主干的玻爾理論面臨嚴重障礙而處于停滯狀態時，一批年輕的物理學家建立了一種新的量子力學。海森伯海森堡 1925年24歲的德國物理學家海森堡（1

60、9011976）在德國物理學家43歲的波恩（1882-1970）和23歲的約爾丹的幫助下創立矩陣量子力學，對運動學和力學的各個方面給出量子論的解釋。5.1矩陣力學5.2波動力學奧地利物理學界薛定諤 （1887-1961）第五章現代科學的大發展觀測手段的進步1. 主要指射電望遠鏡的發展和應用。2. 1937年，美國的雷伯制造了第一臺射電望遠鏡，拋物面直徑達9米。3. 1942年，英國海伊用軍用的超高頻雷達首先發現了太陽射電。4. 六十年代天文學上的4大發現 類星體、3 K微波背景輻射、射電脈沖星和星際有機分子。第一節、天文學的豐碩成果類星體類星體是迄今為止人類所觀測到的最遙遠的天體，距離地球至少