力学的发展课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第章力学的发展,第章力学的发展,1,力学的发展课件,2,力学的发展课件,3,力学的发展古代的力学发展,阿基米德论杠杆原理和浮体定律,在静力学方面，他研究了杠杆原理；,在流体力学方面，他用实验方法发现了浮体定律。,他做了许多发明创造,-,阿基米德螺旋,力学的发展古代的力学发展阿基米德论杠杆原理和浮体定律,4,力学的发展,伽利略对力学的贡献,意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。人们争相传颂：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。,关于力学和位移运动两门新科学,的讨论及数学证明,为代表作，奠定了,经典力学中运动学和动力学的基础，,并创建了一整套的科学方法。,力学的发展伽利略对力学的贡献意大利物理学家、天文学家和哲学,5,力学的发展课件,6,力学的发展,伽利略对力学的贡献,伽利略的主要贡献,在,1589,1591,年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“,自由落体,定律”，即在忽略空气阻力条件下，重量不同的球在下落时同时落地，下落的速度与重量无关。根据伽利略晚年的学生,V.,维维亚尼的记载，落体实验是在,比萨斜塔,上公开进行的：,1589,年某一天，伽利略将一个重,10,磅，一个重,1,磅的铁球同时抛下，几乎同时落地，在场的竞争者个个目瞪口呆，在大笑中耸耸肩走了。,伽利略对运动基本概念，包括,重心,、,速度,、,加速度,等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出，在力学史上是一个,里程碑,。有了加速度的概念，力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上，而在伽利略之前，只有静力学部分有定量的描述。,力学的发展伽利略对力学的贡献伽利略的主要贡献,7,力学的发展,伽利略对力学的贡献,伽利略的主要贡献,伽利略曾非正式地提出过,惯性定律,（见,牛顿运动定律,）和外力作用下物体的运动规律，这为牛顿正式提出运动第一、第二定律,奠定,了基础。在经典力学的创立上，伽利略可说是牛顿的先驱。,伽利略还提出过合力定律，抛射体运动规律，并确立了伽利略相对性原理,.,伽利略在力学方面的贡献是多方面的。这在他晚年写出的力学著作,关于两门新科学的谈话和数学证明,中有详细的描述。在这本不朽著作中，除动力学外，还有不少关于材料力学的内容。例如，他,阐述,了关于梁的弯曲试验和理论分析，正确地断定梁的抗弯能力和几何尺寸的力学相似关系。,力学的发展伽利略对力学的贡献伽利略的主要贡献,8,力学的发展,伽利略对力学的贡献,伽利略的主要贡献,天文学,他是利用,望远镜,观测天体取得大量成果的第一位科学家。这些成果包括：发现月球表面凹凸不平，,木星,有四个卫星（现称伽利略卫星），,太阳黑子,和,太阳,的自转，,金星,、木星的盈亏现象以及,银河,由无数,恒星,组成等。他用实验证实了哥白尼的“地动说”，彻底否定了统治千余年的亚里士多德和托勒密的“天动说”。,哲学,他一生坚持与,唯心论,和,教会,的经院哲学作斗争,主张用具体的实验来认识自然规律,认为经验是理论知识的源泉。他不承认世界上有绝对真理和掌握真理的绝对权威，反对盲目迷信。他承认物质的客观性、多样性和宇宙的无限性，这些观点对发展唯物主义的哲学具有重要的意义。但由于历史的,局限性,，他强调只有可归纳为数量特征的物质属性才是客观存在的。,伽利略因为支持日,心说,入狱后，“放弃”了日心说，他说，考虑到种种阻碍，两点之间最短的不一定是直线，正是因为他有这样的思想，暂时的放弃换得永远的支持，没有像布鲁诺那样去为科学的真理而牺牲，但却可以为科学继续贡献自己的力量。,力学的发展伽利略对力学的贡献伽利略的主要贡献,9,力学的发展,十七世纪中期力学的发展,17,世纪中期科学活动的特点,大批科学家的出现,科学团体的相继成立：,英国皇家学会、法国科学院,一些国际性学报、杂志相继出现：哲学学报、学人杂志、博学者杂志,两种方法论，两类科学家：崇尚实验归纳法；崇尚理论演绎法。,力学的发展十七世纪中期力学的发展17世纪中期科学活动的特点,10,力学的发展,十七世纪中期力学的发展,笛卡尔的以太漩涡论,他认为整个宇宙间充满了一种不可见的、连续的、柔软的、可压缩的流体,以太。正是在这种以太的作用下，物体相互接触产生圆周运动，从而形成各种大小不同的漩涡。比如太阳周围有一个巨大的漩涡，导致行星围绕太阳转。地球和其它行星周围存在着次漩涡，在其运动中带着月球旋转。正是这种漩涡造成内聚力作用，重的物体向着漩涡中心靠拢，而轻的物体背离漩涡中心散开。因此，重物总是落向地面，而轻的火、烟则向高处上升。,笛卡尔的以太漩涡论算不上什么伟大的理论，而且事实证明是一个错误的假说。但他把行星的运动归结为力学的原因，具有极其重要的哲学意义。是人类历史上最先用力学原理解释天体运动的一种尝试，因此被载入科学思想史册。,他的方法论对于后来物理学的发展有重要的影响。,力学的发展十七世纪中期力学的发展笛卡尔的以太漩涡论,11,力学的发展,十七世纪中期力学的发展,实验归纳法的形成,阿基米德用实验方法证明了杠杆原理和发现了浮体定律。但很不愿意写他的实际发明和发现，而只留下了他的数学著作。,近代实验科学的开路先锋是意大利的达,芬奇,科学史上公认的近代实验科学的创始人是伽利略，创立了实验和数学相结合的方法。,培根从哲学思想和数学方法论上对实验归纳法加以总结和概括，形成他所谓的“新归纳法”。,在他之前，在近代科学产生之前，亚里士多德的思辨的演绎方法一直占据统治地位。,力学的发展十七世纪中期力学的发展实验归纳法的形成,12,力学的发展,十七世纪中期力学的发展,惠更斯对力学发展的贡献,克里斯蒂安惠更斯(Christiaan Huygens，1629年04月14日1695年07月08日)荷兰物理学家、天文学家、数学家，他是介于,伽利略与牛顿,之间一位重要的物理学先驱,是历史上最著名的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立向心力定律，提出动量守恒原理，并改进了计时器。,力学的发展十七世纪中期力学的发展惠更斯对力学发展的贡献克里,13,力学的发展,十七世纪中期力学的发展,惠更斯对力学发展的贡献,1,、对碰撞问题的研究：,两个相同的球发生弹性对心碰撞时将相互交互速度。,2,、对摆的研究和钟表的发明：,摆的周期,发明了有摆自鸣钟,3,、对向心加速度的研究,惠更斯第一次提出了“概率”的概念,力学的发展十七世纪中期力学的发展惠更斯对力学发展的贡献,14,力学的发展,牛顿的综合与经典力学的建立,艾萨克牛顿（Isaac Newton）是英国伟大的,数学家,、,物理学家,、,天文学家,和自然哲学家，其研究领域包括了,物理学,、,数学,、,天文学,、,神学,、,自然哲学,和,炼金术,。牛顿的主要贡献有发明了,微积分,，发现了,万有引力定律,和,经典力学,，设计并实际制造了第一架,反射式望远镜,等等，被誉为人类历史上最伟大，最有影响力的,科学家,。为了纪念牛顿在经典力学方面的杰出成就，“牛顿”后来成为衡量力的大小的物理单位。,如果说我比笛卡尔看得更远些，那是因为我站在巨人肩上的缘故。,力学的发展牛顿的综合与经典力学的建立艾萨克牛顿（Isaa,15,力学的发展,牛顿的综合与经典力学的建立,牛顿运动三定律,第一定律（惯性定律：一切物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。,它明确了力和运动的关系及提出了惯性的概念）,第二定律（物体的加速度跟物体所受的合外力,F,成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。）公式：,F=kma,（当,m,单位为,kg,，,a,单位为,m/s,2,时，,k=1,）,第三定律（两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。）,力学的发展牛顿的综合与经典力学的建立牛顿运动三定律,16,力学的发展,牛顿的综合与经典力学的建立,万有引力定律的发现,苹果的传说：,许多介绍牛顿的书上都介绍过牛顿与苹果的传奇故事：16651666之间，由于剑桥流行黑热病，学校被迫停学，刚从剑桥拿到学士学位的牛顿也返回了家乡。,一天，牛顿正坐在一棵苹果树下看书及思考问题时，有一个苹果落了下来，这一下子启发了牛顿。,这位当时年仅23岁的学生立刻想到，苹果一定是被地球的引力拉下来的。,此后，经过多年努力，他终于完成了万有引力定律的阐述、数学证明与公式推导。,力学的发展牛顿的综合与经典力学的建立万有引力定律的发现苹果,17,力学的发展,牛顿的综合与经典力学的建立,万有引力定律的发现,牛顿在他的,自然哲学的数学原理,一书中，发表了万有引力定律。,宇宙间的任意两个质点，都彼此相互吸引，引力的大小与它们的质量乘积成正比，而与它们之间的距离的平方成反比。,数学表达式为,G,为万有引力常数（英国著名物理学家卡文迪许用扭秤实验测出）,G=6.6742*10,-11,m,3,/,（,kg.s,2,）,力学的发展牛顿的综合与经典力学的建立万有引力定律的发现,18,力学的发展,牛顿的综合与经典力学的建立,经典力学体系的基本概念,所谓经典力学体系，简单来讲，是以四个绝对化概念：空间、时间、质量和力为基础，以三个基本定律为核心，以万有引力定律为它的综合，并用微积分来描述的物体运动的因果律。,自然科学的数学原理,一书的出版，标志着经典力学体系的建立。,经典力学有时也称为牛顿力学。,力学的发展牛顿的综合与经典力学的建立经典力学体系的基本概念,19,力学的发展,牛顿的综合与经典力学的建立,惯性参考系和牛顿定律的适用范围,人们把适用牛顿运动定律的参考系叫做惯性参考系，简称惯性系；反之，叫非惯性系。,物理学的发展表明：,牛顿力学只适用解决物体低速运动的问题，而不适用于处理高速运动的物体，高速运动的物体遵循相对论力学的规律；,牛顿力学也只适用于宏观物体，而一般不适用于微观粒子，微观粒子的运动遵循量子力学的规律。,力学的发展牛顿的综合与经典力学的建立惯性参考系和牛顿定律的,20,力学的发展,牛顿的综合与经典力学的建立,经典力学的时空观,经典力学的时空观认为：时间和空间都是绝对的，与参考系的选择没有关系，即时间间隔和空间间隔都是不变的量。如一节课,45,分钟，,A,、,B,间距离,100,米等。,经典力学的时空观还认为：时间和空间是彼此独立的，且与物质的运动无关。,力学的发展牛顿的综合与经典力学的建立经典力学的时空观,21,力学的发展,相对论力学的基本结论和爱因斯坦对科学的贡献,经典概念遇到的困难,相对论的产生并非开始于对经典时空观的批判，而是由于对运动媒质中的电磁现象（光学现象）的研究引起的。,当麦克斯韦得出光是一种电磁波后，并没有抛弃以太的概念。人们还把以太当作是一种绝对静止的参考系。,根据经典理论，光在不同的参考系中的速度是不同的，开始人们认为，对以太参考系的速度为,c,，并做了一些实验，希望找到绝对静止的以太参考系。但实验结果均与愿望相反。,另外，为什么电磁现象不符合相对性原理？这些问题都是经典概念的范围无发解决的。,力学的发展相对论力学的基本结论和爱因斯坦对科学的贡献经典,22,力学的发展微观粒子运动所遵循的规律,1927年，美国物理学家戴维逊和革末做了电子束在晶体表面上散射的实验，同年英国物理学家汤姆生做了电子束穿过多晶薄膜的衍射实验（见下图），都证明了电子具有波动性。,是人类历史上最先用力学原理解释天体运动的一种尝试，因此被载入科学思想史册。,由于同时的相对性，不同惯性系中测量的长度也不同。,力学的发展相对论力学的基本结论和爱因