第二章 经典力学的建立和的发展 《文科物理——物理思想与人文精神的融合》电子教案 .pptVIP

第二章 经典力学的建立和发展;近代自然科学的诞生是从天文学的突破开始的。 经典力学是从伽利略和开普勒时代开始的，到牛顿时代到达成熟阶段。 从科学方法上看，它的建立和发展离不开科学实验方法和数学的引入，也就是离不开归纳法（需要实验）和演绎法（需要数学）两者的结合。 讨论与思考： 为什么要先学力学？ 中学时学的力学，你还记得多少？ 请你说出牛顿三定律的内容和机械能守恒定律的条件。;§2.1 坐标系、位置矢量、速度;在数学和物理中，作图法很重要，可帮助我们理解。希望同学们在学习中重视图形的用处，体会用图来分析说明问题的重要性和必要性。;§2.2 从哥白尼到开普勒;;二、开普勒行星三定律 哥白尼和毕达哥拉斯的哲学思想强烈吸引开普勒。 与第谷合作，使他从第谷处获 得了大量精确的天文学数据。 1609—1619年，他先后提出了 行星运动三定律。; 1.椭圆定律：每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一 个焦点上。 ;2．等面积定律：在行星与太阳间作一条直线，则此直线 在行星运动时于相同时间内扫过相等的面积。 3．和谐定律：行星运动周期T 的平方正比于行星与太阳 平均距离R 的三次方，记为：; 开普勒已经认识到：他的定律 强烈地暗示了太阳对行星有一种吸 引力，这个力随距离之增大而减弱。 这样才能理解例如为什么水星（离 太阳最近）的运动速度比金星的快， 因而周期最短的事实。但这是什么 样的力呢？开普勒还想不出来，揭 示这一自然奥秘的任务是后来牛顿 完成的，但开普勒的理论为牛顿经 典力学的建立提供了重要基础。从 开普勒起，天文学真正成为一门精 确科学，成为近代科学的开路先锋。;§2.3 伽利略和近代力学的诞生;二、在力学方面的贡献：提出落体定律和惯性运 动概念 勇敢地否定了亚里士多德把运动划分为“自然运动”和“强迫运动”，而是抓住了运动基本特征量——速度和加速度，把运动分为“匀速”和“变速”。 用理想实验和斜面实验驳斥了亚里 士多德的“重物下落快”的错误观 点，发现自由落体定律。;三、对科学方法的贡献; 爱因斯坦评价他说：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学真正的开端。” 伽利略被后人称为“现代物理之父”。;§2.4 牛顿和经典力学的成熟; 牛顿第三定律又称作用和反作用定律：一物体对另一物体的作用力同时引起另一物体对该物体的大小相等、方向相反的反作用力，作用力和反作用力在同一条直线上。 二、万有引力定律的创立过程 1．思想突破 问题的提出——月亮为什么不掉到地球上来？ 别人只看到了天上和地上的运动不同，牛顿看到了它们的相似性，把它们统一起来。这正是牛顿哲学思想——统一性原理的体现。;卡文迪许测得： 目前的国际公认值：;3．理论预言的实践检验——哈雷彗星和海王星的发现;4．牛顿在科学研究方法上的贡献 “我把这部著作叫做 《自然哲学的数学原理》， 因为哲学的全部任务看来 就在于从各种运动现象来 研究各种自然之力，而后 用这些力去论证其他的现 象。” 牛顿的研究方法：归纳-演绎法 归纳法：从实验出发，由特殊到一般 演绎法：以理论为主，有一般到特殊; 值得思考：牛顿在这里不仅讲了研究的目的，还讲了科学研究方法。即从特殊（现象）到一般（规律），再从一般回到特殊。前者是英国哲学家培根强调的“归纳法”，它以实验为基础；后者是被数学家兼哲学家的笛卡儿所强调的“演绎法”，它要用数学工具。 在牛顿前，两种方法被认为是互相排斥的。牛顿在科学方法上的重大贡献就是他把两种方法结合起来了。 从牛顿万有引力公式的建立到被世界公认的过程，就可以看到牛顿是将两种方法结合起来，说明这两种方法是相辅相成的。这也是牛顿哲学思想的体现。;三、牛顿的自然哲学思想 牛顿在《自然哲学的数学原理》中，提出了4条《哲学中的推理法则》：;真理性原理：在实验哲学中，我们必须把那些从各种现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全正确的或很接近于真实的，虽然可以想象出任何相反的假说，但是在没有出现其他现象足以使之更为正确或者出现例外之前，仍然应当给予如此的对待。;恩格斯：“不管自然科学家采取什么样的态度，他们还是得受哲学的支配。” 玻恩：“真正的科学是富于哲学理性的，尤其是物理学，它不仅是走向技术的第一步，而且还是通向人类思想的最深层的途径。”;四、站在巨人肩膀上的牛顿 “如果说我比其他人看得远一点的话，那是因为我站在巨人的肩上。”“我不知世人将如何看待我，但是在我看来，我不过像一个