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1、力学基本定律的形成,上篇,力学基本定律的形成上篇,什么是力学？,力学又称经典力学，是研究通常尺寸的物体在受力下的形变，以及速度远低于光速的运动过程的一门自然科学。力学是物理学、天文学和许多工程学的基础，机械、建筑、航天器和船舰等的合理设计都必须以经典力学为基本依据。,什么是力学？力学又称经典力学，是研究通常尺寸的物体在受力下的,牛顿(Newton),1665 “万有引力”定律,牛顿(Newton)1665 “,千万只苹果落了下来，可唯有你，问了why ？,（苹果呀苹果，你可曾告诉我，你为什么要落地？）,千万只苹果落了下来，可唯有你，问了why ？（苹果呀,持金苹果的女神卢浮宫艺术展,持金苹果的
2、女神,名言,我不知道世人怎样看我 ， 但我自己以为我不过像一个在海边玩耍的孩子 ， 不时为发现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜，至于展现在我面前的浩翰的真理海洋，却全然没有发现。如果说我所看的比别人更远一点，那是因为我站在巨人的肩上。,名言我不知道世人怎样看我 ， 但我自己以为我不过像一个在海边,谦虚还是骄傲？,他在给胡克的一封信里这样写的：笛卡儿先生所做的是搭了一座梯子，而您则使梯子升得更高了一些，如果我能看的更远一些，那是因为我站在巨人的肩膀上。,谦虚还是骄傲？他在给胡克的一封信里这样写的：笛卡儿先生所做,谁是巨人？,谁是巨人？,1.1 历史概述,力学是物理学中发展最早的一个分
3、支，它和人类的生活与生产联系最为密切。早在遥远的古代，人们就在生产劳动中应用了杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械，从而促进了静力学的发展。,1.1 历史概述 力学是物理学中发展最早的一个分支，它和,古代的成就,古希腊时代，就已形成比重和重心的概念，出现杠杆原理；阿基米德（Archimedes，约公元前287212）的浮力原理提出于公元前二百多年。我国古代的春秋战国时期，以墨经为代表作的墨家，总结了大量力学知识，例如：时间与空间的联系、运动的相对性、力的概念、杠杆平衡、斜面的应用以及滚动和惯性等现象的分析，涉及力学的许多方面。,古代的成就古希腊时代，就已形成比重和重心的概念，出现杠杆原理,中世纪,
4、“中世纪”一词是从15世纪后期的人文主义者开始使用的。这个时期的欧洲没有一个强有力的政权来统治。封建割据带来频繁的战争，造成科技和生产力发展停滞，人民生活在毫无希望的痛苦中，所以中世纪或者中世纪的早期在欧美普遍称作“黑暗时代”，传统上认为这是欧洲文明史上发展比较缓慢的时期。,中世纪“中世纪”一词是从15世纪后期的人文主义者开始使用的。,宗教对科学的迫害,自从公元312年君士坦丁宣布合法化基督教后，基督徒就从被迫害者变为迫害者。他们敌视一切不合乎圣经的东西，包括新思想及科学等。历史上就有很多伟大的思想家及科学家被基督徒迫害。到中世纪，更出现罗马教廷的“宗教裁判所”及加尔文的“宗教法庭”等合法机构
5、迫害所谓的“异端”。,宗教对科学的迫害自从公元312年君士坦丁宣布合法化基督教后，,1.哥白尼：意大利著名天文学家，著有天体运行论，遭到教会残酷迫害。1543年5月20日病逝。 2.坚持哥白尼“日心说”的布鲁诺，先被投入监狱，当他听完宣判后，面不改色地对这伙凶残的刽子手轻蔑地说：“你们宣读判决时的恐惧心理，比我走向火堆还要大得多。”后于1600年2月17日在罗马鲜花广场被烧死。,1.哥白尼：意大利著名天文学家，著有天体运行论，遭到教会,3.希柏提亚（375-415) 是史上第一个为人所知的女数学家。吉朋在罗马帝国衰亡史中叙述时说：“她由车上被拉下来，剥脱衣服到一丝不挂，被拖至教堂，为一群野蛮而
6、无人性的狂徒，用尖利的蚝将她的肉由骨上剥削下来，手脚砍下，抛掷火燄之中。 4.伽利略：意大利科学家。因捍卫科学真理，于1633年被宗教裁判所迫害，1642年不幸病逝，其时已双目失明。,3.希柏提亚（375-415) 是史上第一个为人所知的女数学,5.希腊女数学家海帕西娅，坚持传播科学知识，被暴徒施以肉刑，投放火中。 6.科学家帕利西因说化石是动物的遗体而不是“造物主的游戏”，被“宗教裁判所”判处死刑。 7.塞尔维特在基督教信仰的复兴一书中提出血液循环的见解，被烤两个多小时后死去。,5.希腊女数学家海帕西娅，坚持传播科学知识，被暴徒施以肉刑，,8.比利时生理学家维萨里，由于出版了解剖学著作人体结
7、构，于1564年被迫去圣地耶路撒冷作忏悔，归途中遇难; 9.阿莫里：巴黎大学教授，1210年，因宣扬泛神论被死后追审，墓穴被挖，十个弟子全部被处决。 10.西克尔：巴黎大学教授，因在物理研究上有所谓异端言论，被教会活活打死。,8.比利时生理学家维萨里，由于出版了解剖学著作人体结构，,文艺复兴,文艺复兴是一场发生在14世纪至17世纪的文化运动，在中世纪晚期发源于佛罗伦萨，后扩展至欧洲各国。“文艺复兴”一词亦可粗略地指代这一历史时期，但由于欧洲各地因其引发的变化并非完全一致，故“文艺复兴”只是对这一时期的通称。这场文化运动囊括了对古典文献的重新学习，在绘画方面直线透视法的发展，以及逐步而广泛开展的
8、教育变革。,文艺复兴文艺复兴是一场发生在14世纪至17世纪的文化运动，在,回归本源,在漫长的中世纪，生命中的一切都是从神的观点来解释，但到了文艺复兴时期，一切又重新以人为中心。当时的口号是回归本源，所谓本源主要是指古代的人文主义。罗盘、火器与印刷朮这三大发明，乃是文艺复兴时期所以形成的重要因素。,回归本源在漫长的中世纪，生命中的一切都是从神的观点来解释，但,实证法,自从十四世纪以来，愈来愈多思想家警告人们不要盲目相信权威，无论是宗教教条或亚理斯多德的自然哲学。但也有人劝告大众不要相信纯粹凭思索就可以解决问题。在整个中世纪期间，人们过度迷信理性思索的重要性。到了文艺复兴时期，则认为研究大自然现象
9、必须以观察、经验与实验为基础。我们称之为实证法。”,实证法自从十四世纪以来，愈来愈多思想家警告人们不要盲目相信权,16世纪以后,由于航海、战争和工业生产的需要，力学的研究得到了真正的发展。,钟表工业促进了匀速运动的理论；水磨机械促进了摩擦和齿轮传动的研究；火炮的运用推动了抛射体的研究。天文学的发展为力学找到了一个最理想的“实验室”天体。,16世纪以后由于航海、战争和工业生产的需要，力学的研究得到了,资本主义萌芽带来的契机(15世纪后半期开始),资本主义萌芽带来的契机(15世纪后半期开始),不得不提的中国四大发明,罗盘印刷术（和造纸术）火药,不得不提的中国四大发明罗盘,代表人物,弗兰西斯培根（F
10、rancis Bacon ，15611626）是英国哲学家、思想家、作家和科学家。被马克思称为“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”。 培根:“证明前人说法的唯一方法，只有观察和实践。”,培根,代表人物弗兰西斯培根（Francis Bacon ，156,达芬奇,意大利文艺复兴三杰之一，也是整个欧洲文艺复兴时期最完美的代表。他是一位思想深邃，学识渊博，多才多艺的画家、寓言家、雕塑家、发明家、哲学家、音乐家、医学家、生物学家、地理学家、建筑工程师和军事工程师。他的艺术实践和科学探索精神对后代产生了重大而深远的影响。,达芬奇 意大利文艺复兴三杰之一，也是整个欧洲文艺复兴时期最,（蒙娜丽莎的微笑
11、）,（达芬奇自画像与肖像）,（蒙娜丽莎的微笑） （达芬奇自画像与肖像）,力学基本定律的形成课件,达芬奇笔下的美杜莎画像与其雕塑作品,达芬奇笔下的美杜莎画像与其雕塑作品,达芬奇的城市规划、宫殿设计和运河设计图,达芬奇的城市规划、宫殿设计,（维特鲁威人人体之美：人体的躯干存在一定的比例）,人体,（维特鲁威人人体之美：人体的躯干存在一定的比例） 人体,心脏、头部、子宫,心脏、头部、子宫,达芬奇设计的武装坦克车（仿制 ）,达芬奇发明设计的带刀战车,达芬奇设计的达芬奇发明设计的带刀战车,火炮、弩车和飞行器,火炮、弩车和飞行器,力学基本定律的形成课件,达芬奇设计的汽车雏形,达芬奇设计的起重机,达芬奇设计的
12、汽车雏形 达芬奇设计的起重机,力学基本定律的形成课件,（,达芬奇的奇幻画作,“实验在任何情况下都是我的老师。”,（达芬奇的奇幻画作 “实验在任何情况下都是我的老师。”,梯子和巨人,笛卡尔胡克哥白尼伽利略,梯子和巨人笛卡尔,欧洲近代资产阶级哲学的奠基人之一，黑格尔称他为“现代哲学之父”。笛卡儿堪称17世纪的欧洲哲学界和科学界最有影响的巨匠之一，被誉为“近代科学的始祖”。,笛卡尔：数学演绎法,欧洲近代资产阶级哲学的奠基人之一，黑格尔称他为“现代哲学之父,笛卡尔方法论,第一，他善于运用直观“模型”来说明物理现象。例如利用“网球”模型说明光的折射；用“盲人的手杖”来形象地比喻光信息沿物质作瞬时传输；用
13、盛水的玻璃球来模拟并成功地解释了虹霓现象等。第二，他提倡运用假设和假说的方法，如宇宙结构论中的旋涡说。此外他还提出“普遍怀疑”原则。这一原则在当时的历史条件下对于反对教会统治、反对崇尚权威、提倡理性、提倡科学起过很大作用 。,笛卡尔方法论第一，他善于运用直观“模型”来说明物理现象。例如,罗伯特胡克,和牛顿争论最多的便是大他13岁同为皇家学会会员的，此人亦是一位多才多艺的大物理学家，他发明了很多东西，诸如湿度计，量雨器，螺旋弹簧，万向节等等，在物理学中物体的形变和外力成正比的胡克定律也是大大有名。,罗伯特胡克和牛顿争论最多的便是大他13岁同为皇家学会会员的,哥白尼（波兰）,天体运行论,“日心说”
14、,“思想的革命”,“从哥白尼时代起，脱离教会束缚的自然科学和哲学开始获得飞跃的发展。”,哥白尼（波兰）天体运行论“日心说”“思想的革命” “,天文的发展,第谷布拉赫（Tycho Brahe，15461601）顺应了这一要求，以毕生精力采集了大量观测数据，为开普勒（Johannes Kepler， 15711630）的研究作了准备。开普勒于 1609 年和 1619 年先后提出了行星运动的三条规律，即开普勒三定律。,天文的发展第谷布拉赫（Tycho Brahe，15461,第谷开普勒仰望星空的第一双眼睛,第谷的天文观测城堡,第谷开普勒仰望星空的第一双眼睛 第谷的天文观测城堡,开普勒第一定律和第二
15、定律,开普勒第一定律和第二定律,伽利略,*开创了数学方法与实验手段结合的科研方法,培根：实验归纳法,More：最早探寻“惯性定律”,伽利略 *开创了数学方法与实验手段结合的科研方法培根：实,伽利略简介,意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。,伽利略简介意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、力学家、哲学家、,偷窥上帝的秘密,爱因斯坦说过：“有一种超越一切的力量，支持著全宇宙的科学法则和自然界的运行变化。如果我们将这种力量称为上帝，那我就要向这位上帝低头。”,偷窥上帝的秘密爱因斯坦说过：“有一种超越一切的力量，支持著全,
16、伽利略铜像：手持偷窥上帝的工具,伽利略铜像：手持偷窥上帝的工具,伽利略观测,伽利略观测,（“蛋云翳”和宇宙“涅槃的凤凰”（两个星系碰撞）,人们常说：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙。”,（“蛋云翳”和宇宙“涅槃的凤凰”（两个星系碰撞）人们常说：,力学基本定律的形成课件,伽利略发明的机械定时器,1632年和1638年是伽利略的丰收年，他分别出版了两部对话：关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话支持了地动学说，首先阐明了运动的相对性原理；两门新科学的对话讨论了材料抗断裂、媒质对运动的阻力、惯性原理、自由落体运动、斜面上物体的运动、抛射体的运动等问题，给出了匀速运动和匀加速运动的定义。,伽利略
17、发明的1632年和1638年是伽利略的丰收年，他分别出,经典力学的第一步,以伽利略（Galileo Galilei， 15641642）为代表的物理学家对力学开展了广泛研究，得到了落体定律。,牛顿（Isaac Newton，16421727）把天体的运动规律和地面上的实验研究成果加以综合，进一步得到了力学的基本规律，建立了牛顿运动三定律和万有引力定律。,经典力学的第一步以伽利略（Galileo Galilei，,牛顿建立的力学体系经过 D.伯努利（Daniel Bernoulli，17001782）、拉格朗日（J.L.Lagrange，17361813）、达朗贝尔（Jean le Rond d
18、Alembert，17171783）等人的推广和完善，形成了系统的理论，取得了广泛的应用并发展出了流体力学、弹性力学和分析力学等分支。到了18世纪，经典力学已经相当成熟，成了自然科学中的主导和领先学科。,牛顿建立的力学体系经过 D.伯努利（Daniel Berno,1.2 伽利略的运动学研究,1638年，伽利略的两门新科学一书的出版，揭开了物理学的序幕。,1.2 伽利略的运动学研究 1638年，伽利略,1.2.1 伽利略为什么要研究自由落体,西方有句谚语：“对运动无知，也就对大自然无知。”运动是万物的根本特性。,西方有句谚语：“对运动无知，也就对大自然无知。”运动是万物的根本特性。在 16世纪
19、以前，亚里士多德的运动理论居统治地位。他把万物看成是由四种元素土、水、空气及火组成，四种元素各有其自然位置，任何物体都有返回其自然位置而运动的性质。,1.2.1 伽利略为什么要研究自由落体 西方有句谚语：“对,重物下落是物体的自然属性,运动分成自然运动和强迫运动：重物下落是自然运动，天上星辰围绕地心作圆周运动，也是自然运动；而要让物体作强迫运动，必需有推动者，即有施力者。力一旦去除，运动即停止。,重物下落是物体的自然属性运动分成自然运动和强迫运动：重物下落,批驳亚里士多德关于落体运动的错误理论，不仅是一个具体的运动学问题，也是涉及自然哲学的基础问题，是从亚里士多德的精神枷锁下解脱的一场思想革命
20、的重要组成部分。伽利略说：我的目的，是要阐述一门崭新的科学，它研究的却是非常古老的课题。,批驳亚里士多德关于落体运动的错误理论，不仅是一个具体的运动学,意义,1.实验方法与数学方法结合的成功：不是单纯做实验，而是从明确的物理思想出发，进行数学推证，选典型实验，最后得出结论。2.观察假设逻辑推理实验检验的成功之路，实验物理思维和数学演绎的巧妙结合。预见：“一门广博精深的科学已经启蒙，我在这方面的工作只是它的开始，那些比我更敏锐的人所用的方法和手段将会探索到各个遥远的角落。”,意义1.实验方法与数学方法结合的成功：不是单纯做实验，而是从,牛顿的伟大综合和理论飞跃,牛顿的伟大综合和理论飞跃,牛顿取得成功的历史条件,1.生产力发展的需要航海的发展，需要对天体的运行规律进行研究，对机械加工作物理原理的解释。2.物理方面的进展哥白尼的“日心说”，摧毁了附着在神学上的宇宙观，得到了几乎所有科学家的认同，教会的迫害反而使真理的声音广为传播。伽利略奠定了在运动观上的正确理论，各种力正在被发现。,牛顿取得成功的历史条件1.生产力发展的需要,牛顿取得成功的历史条件,3.在英国，政局比较稳定，商业发展使新兴资产阶级从自身的角度，开始注重科学研究。4.科学的国际研究联系加强。英法成立了“皇家学会”和“皇家科学院”。,牛顿取得成功的历史条件3.在英国，政局比较稳定，商业发展使新,
