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最新自然科学史--选修课..

第一章:四大文明古国美索不达米亚(巴比伦) (幼发拉底河,底格里斯河)

埃及(尼罗河)

印度(印度河,恒河)

中国(黄河,长江)

古埃及的科学技术

文明载体——纸草

文字进程:象形文字僧侶體世俗體

天文方面的成就——最早的太阳历,一年确定为365天

方尖碑即日晷

孟斐斯城外的大堤坝和水库

人类学会支配动物

青铜器的广泛使用

纺织技术比较高的水准

造船业与水路运输

数学方面的成就(古埃及人很早就采用了10进制记数法)

土地测量——几何学的起源计算矩形、三角形和梯形的面积以及立方体、长方体、正方锥体和柱体的体积

医学方面的成就——千年不腐的木乃伊

建筑方面的成就——金字塔,最大的金字塔是第4王朝的胡夫国王,哈佛拉金字塔前不远处有该国王的一个狮身人面像

20米长的医学巨著一部宽30厘米、长达20.23米的巨著,记述了47种疾病的症状及诊断处方,另外还记有解剖学、生理学和病理学方面的一些知识,所载药方有877个

古代印度的科学技术

古印度是指整个南亚次大陆及其邻近岛屿,包括今天的巴基斯坦、印度、孟加拉、尼泊尔、锡金、不丹和斯里兰卡诸国

古印度的榮光——哈拉帕文化遗址

古印度的驕傲——摩亨约·达罗城(印度河上的古城)

古印度的宗教——印度是世界三大宗教之一的佛教的发源地——公元前6世纪,恒河流域的迦毗罗卫国(今尼泊尔境内)的王子乔达摩·悉达多抛弃王室的荣华富贵。创立了世界三大宗教之一的佛教,他被信徒尊称为释迦牟尼,从公元前3世纪开始,佛教向印度境外传播,逐步发展为世界性宗教

人种博物馆

古印度的农业——世界上最早种植棉花的是古印度人

农业生产三要素——畜耕、人工灌溉和施肥

千年铁柱屹立至今——反映出古印度人高超的冶金技术

最早的远洋航

古印度的天文历法——吠陀时代一年定为360日,12个月古印度天文学家的后裔昙悉达所著的《开元占经》一书里规定一恒星年为365.2726日(今测值为365.25637日),一朔望月为29.530583日(今测值为29.530589日)

古印度的数学——10进制位计法记数已完备起来,圆周率在3.1416~3.1429之间

古印度的医学与炼丹术——《妙闻集》里还论述了生理学和病理学的许多问题,研究了内科、外科、妇产科和儿科等各类病症达1120种,《罗迦本集》是古印度的医学百科全书

古印度炼丹术一定的程度上促进了化学的发展

两河流域的古代文明

发明了第一种文字——楔形文字,建造了第一个城市,编制了第一种法律汉莫拉比法典,发明了第一个制陶器的陶轮,制定了第一个七天的周期

天文历法——每个月29或30天,12个月为1年(6个月为29天,6个月为30天),每年354天

天文学方面,已经能够区别恒星和五大行星,还观察到黄道

两河流域文明时代最早的居民是苏美尔人

苏美尔语是一种孤立语言,它不与任何其它已知语言相近

古巴比伦城被后世人称为“空中花园”。

苏美尔的每个城市都有它自己的神和神学,苏美尔的主神是天神安努

中国古代的科学技术

一、四大发明:造纸术,指南针,火药,印刷术

造纸术:纸发明前的书写材料:龟甲、兽骨、青铜器、玉石器、竹木简、帛

上述书写材料有什么缺点:书写比较麻烦,不易携带、价格昂贵

蔡侯纸的原料主要是什么?树肤、麻头及敝布、鱼网:

印刷术:早期的印刷术主要是雕版印刷

印刷于公元868年的《金刚经》是迄今所知世界上最早的有明确刊印日期的印刷品。它于1907年被英国人斯坦因从敦煌所骗购,现为大英博物馆所藏

归纳雕版印刷术的不足是什么?三费:费时、费力、费钱

毕升在宋仁宗庆历年间(公元1041-1048年)发明了泥活字印刷术

对比活字印刷与雕版印刷,毕升活字印刷术具有什么优点?三省:省时、省力、省钱

元代王祯创制木活字并发明了转轮排字盘

火药:唐代,炼丹家们在炼制丹药时偶然发明的

宋代火箭是世界上最早的喷射火器

南宋·突火枪是世界上第一种发射子弹的步枪。

火药的影响:(1)改变了人类的作战方式:冷兵器时代进入热兵器时代

(2)对欧洲资产阶级革命的影响:成为资产阶级战胜封建势力的重要武器

指南针:战国《韩非子》司南

宋《武经总要》指南鱼,《事林广记》指南龟

四大发明的传播及意义:(1)对中国的影响:奠定了中国文明古国的地位;带来无比的自豪和骄傲;但并没有给中华民族带来更多的社会和经济效益。(2)对世界文明(欧洲)的影响:①造纸术书写材料的一次革命,促进世界文明和文化的发展;②火药的使用,摧毁了欧洲封建堡垒;③指南针的使用,迎来了新航路开辟的时代;④印刷术促进了文化的传播,推动了文艺复兴和宗教改革运动。

为何四大发明对中国和对西方造成的影响大不相同?

对比:火药:中国,做爆竹敬神;西方,做子弹御敌

指南针:中国,看风水;西方,航海

中国:封建自然经济占主导地位;专制主义中央集权的阻碍;科举制度、重农抑商、闭关锁国等阻碍先进技术发挥作用

西方:商品经济的发展,资本主义萌芽的增长,重商主义,对外扩张等促进了西方科技的进步。

二、天文学

十世纪中国古星图,是世界现存最早的星图

简仪是郭守敬于公元1276年创制的一种测量天体位置的仪器

天体仪是现代天球仪的直接祖先

唐朝把天体仪和自动报时装置结合起来,发展成为世界上最早的天文钟

我国东汉天文学家张衡,在天体仪上安装了一套传动装置,利用漏刻的水推动铜球,均匀绕金属轴转动,每24小时转1圈,这一业绩已载入我国光辉成就史料库中。

水运仪象台英国李约瑟认为“很可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。

河南登封观星台是中国现存最早的古天文台建筑,也是世界上重要的天文古迹之一。

赤道经纬仪叫做“赤道环”

鲁文公十四年“秋七月,有星孛入于北斗这是世界上关于彗星的最早记录

人对天的结构认识有几种学说盖天说浑天说宣夜说新的论天三家浑盖合一论

二、数学

《九章算术》是中国古代数学专著,是“算经十书”中最重要的一种

三、农业

1.西汉成帝时期成书的《氾胜农书》是中国最早的农书。

2.公元前6世纪就已经发明了铁犁。

3.我国是世界上最早种植水稻、麦子、棉花、大豆、谷子等作物的国家。

中国是世界上养蚕、抽丝和丝织的国家。大约开始于六、七千年以前

《农政全书》可以说是我国明代一部农业百科全书。

《天工开物》明末科学家宋应星编著“中国17世纪的工艺百科全书

《齐民要术》我国现存的最早的一部农书

《农政全书》中国近代科学先驱

四、医学

?早在春秋战国时期成书的《黄帝内经》,就已全面奠定了中医理论基础。

?中医学五大核心理论——阴阳五行学说、藏象学说、经络学说、形神学说和天人学

说,均肇始于此书。

《黄帝内经》中国现存较早的一部医书,奠定了中医学理论的基础

《伤寒杂病论》张仲景被称为“医圣”,该书成为中医临床医学的经典

麻沸散五禽戏最早的麻醉药剂中国现存最早的体育保健体操

《千金方》孙思邈总结了古代至唐初的重要方剂被誉为“药王”

《本草纲目》全面系统地总结了16世纪以前的药物学成就,创立了当时世界上最先进的生物分类法

五、建筑

佛光寺大殿是我国现存最大的唐代木建筑,已列入全国重点文物保护单位。

唐代是我国佛教发展极盛时期,佛光寺的文物是我国唐代佛教艺术的精华。

中国建筑技术史上的两大成就,一是施工管理的科学性,一是建筑设计的摸数制。

赵州桥第一批全国重点文物保护单位(1961)。1991年,美国土木工程师学会将其选定为第12个“国际历史土木工程的里程碑”,并建造“国际历史土木工程古迹”铜牌纪念碑。中国古代科学思想

中国古代科学思想

1.进步性

(1)孔子提倡“多闻阙疑,慎言其余”;又说“知之为知之,不知为不知,是知也”。这些观点都是符合现代科学原则的。

(2)中国古代思想中讲究天人合一,尊重自然,重视完善人和自然的关系是有合理意义的。2.局限性

(1)儒家注重以社会人文问题作为论说的主题,对于自然的探求和技术的总结,没有给予充分的重视。

中国古代科技发展的特点(与西方近代科技相比)

(l).中国古代科技重经验,西方近代科技重实验。

中国古代科学从内容上看主要是应用科学,经验的终结,缺乏理论探索,还处于对自然界各种现象的描述阶段即感性认识阶段,缺乏理性认识。而西方近代科学把系统观察和实验同严密的逻辑体系结合,形成以实验事实为根据的系统的科学理论。

(2).中国古代科技重综合,西方近代科技重分析。

中国古代科技直接从现象中进行整体理论综合。只知其然,不知其所以然。西方近代科技善于分析法,把分析的实践上升到科学方法论的高度加以阐明,从而给近代科学理论提供有效方法和明确方向。

(3).中国古代科技重实用,西方近代自然科学重理论。

中国古代科技实用性强,一般能直接满足人们的实际需要,却很少能用逻辑方法对这些经验材料进行整理,作出理论概括和分析。西方近代自然科学重理论。

(4) 中国古代科技服务于农业,西方近代科技主要服务于工业。

第二章、古希腊科学

城邦制度:共同语言、共同血统、共同宗教、广泛交流

第一节古希腊的自然哲学

一、伊奥尼亚哲学

1、米利都学派:

泰利斯(“科学之祖”):水是万物之源

泰利斯是第一位对世界万物的统一性作出理性解释的古希腊哲学家。

阿那克西曼德:《自然论》

阿那克西美尼:气是万物之源,火?气?风?云?水?土?石

2、爱菲索学派

赫拉克利特:火是万物之源,火?气?水?土。明确认识到事物处于永恒运动变化之中

二、南意大利哲学、

1、毕达哥拉斯学派:

(1)“数”是万物的本原:

1→2 →数→点→线→面→体→感觉及一切形体→水、火、土、气→有生命、精神的、球形的世界.

(2)对立与和谐:

事物中包含着矛盾和对立面,对立是存在物的始基.

(3)灵魂轮回说:

人的灵魂分为表象、心灵和生气三部分。灵魂以血管、肺、神经为纽带,从血液里获取养料.灵魂分为感觉部分和理性部分.

2、爱利亚学派

克塞诺芬尼:“假如牛、马和狮子能象人一样作画和塑像,它们也会按自己的样子塑造出神的形象。”

巴门尼德:“存在者存在,它不可能不存在”。

芝诺:通过对“多”和运动的否定来反证巴门尼德有关“存在”的唯一与不动说正确性。

否定运动的“四个悖论”:两分法、阿基里追龟、飞矢不动、一半等于一倍。

三、原子唯物论哲学

1、恩培多克勒的“四根”说,土、水、气、火

2、阿那克萨哥拉的“种子”说,万物的本原是种子。种子是永恒的,不生不灭,无限多,性质也是无限多样的,各自独立,不能转化。

3、留基波和德谟克利特的原子论。万物的本原是“原子”与“虚空”。

四、亚里士多德及其“四因说”

第一哲学:万物的本原是独立存在的“实体”。实体是既变又不变的。不变的是实体自身的“同一性”,变的是实体的属性。

亚里士多德的宇宙本原观点:指出“运动是永恒的”。构成宇宙的质料有五种:土、水、气、火和以太。

第二节天文学和宇宙理论

一、构建宇宙模型

毕达哥拉斯学派宇宙模型(最早提出):整个宇宙为球形,中心天体名"中心火"。地球、太阳、月亮和金、木、水、火、土五大行星都绕中心火运行。

欧多克索宇宙模型:以地球为中心,日、月和五大行星以及恒星分别附着于27个同心透明球形壳层之上,围绕地球而旋转。

喜帕克本轮-均轮模型:地球为宇宙中心,各天体沿着自己的"本轮"作匀速圆周运动,本轮的中心又沿着各自的"均轮"绕地球作匀速圆周运动。

阿利斯塔克(约公元前310~前230年 )日心说:太阳和恒星是不动的,地球和行星都绕太阳旋转,地球又绕自己的轴每日自转一周。

二、其他方面的成就

欧多克斯、埃拉托色尼先后用天文学方法测量过地球赤道的周长;

喜帕克在天文学史上首先发现岁差;测算了回归年、朔望月、月地半径之比的数值;并第一个编制了包括850颗恒星的巨大星表。

第三节成就辉煌的数学

一、雅典时期

1、毕达哥拉斯学派

对勾股定理的证明和无理数根号2的发现.

2、智者学派

①只用圆规和直尺作一正方形,使其面积等于一已知圆的面积——化圆为方问题;

②作一立方体,使其体积等于一已知立方体的两倍——倍立方问题;

③三等分任意角

二、亚历山大时期

1、欧几里得(《几何原本》):

从若干个简单的公理出发, 推导出467个定理,从而把初等几何学知识构成为一个完整的理论体系。

2、阿波罗尼(约公元前262~前190):

所著《圆锥曲线》是一部古希腊杰出的数学著作。椭圆、抛物线、双曲线是由他命名的3、阿基米德

生于西西里岛叙拉古。

“数学之神”、“力学之父”研究出了求球面积和体积、弓形面积以及抛物线、螺线所围面积的方法。用穷竭法解决了许多难题,还用圆锥曲线的方法解了一元二次方程。数学:《沙的计算》,按级计算法、穷竭法物理:《论杠杆》:杠杆原理《论浮体》:比重及流体静力学的基本原理

第四节物理学

一、毕达哥拉斯学派研究了弦的长度和音律的关系。

二、亚里士多德《物理学》,自由落体原理

三、阿基米德《论杠杆》、《论浮体》

四、欧几里德《光学》、《论镜》

第五节生物学与医学生物进化思想的萌芽和早期的生物分类学

第六节手工技术和建筑技术制陶、造船、榨油、酿酒、家具制作

古希腊在制作金银饰物方面有很精湛的技艺

第七节古希腊科学思想和科学方法

一、科学思想1、第一次形成了独具特色的理性自然观

2、重视数学,极大地发展了逻辑演绎方法和逻辑思维。

二、科学方法

1、逻辑方法、观察方法、数学方法已经初步形成,为近代自然科学的形成作了较好的准备。

2、在实验科学方面严重不足。

古罗马科学技术

1.古罗马科学《至大论》

罗马医学:塞尔苏斯、普林尼、索拉纽斯(产科学之父)《妇科疾病》、盖伦《论解剖过程》、《论身体各部器官功能》、

2.古罗马技术公共建筑古罗马大兴道路工程

建筑学理论:维特鲁维奥著有《建筑学》10卷

罗马学术的衰落

罗马的奴隶主虽然也有闲暇,但是他们把闲暇用在消耗从新征服土地上掠夺来的巨额财富,观看角斗表演。他们驱使着一群比他们自己的知识程度还要高的奴隶。自然科学家被当作奴隶驱使。

第三章、中世纪欧洲与阿拉伯科学

中世纪欧洲的科学技术

原指古代文化衰落(五世纪)到意大利文艺复兴(十五世纪)之间漫长的一千年。

后来专指“黑暗时期”以后、文艺复兴以前的约四百年时间。

从科学史角度来看,在这段时期内,人类从希腊科学文明和罗马统治的高峰跌落,再沿着现代知识的斜坡挣扎向上。

社会特征:欧洲进入了封建社会。形成了欧洲特有的领主庄园制经济。教会神学占绝对统治地位。贵族割据、政治分裂、王权削弱。思想、文化受到严格的控制和禁锢。

1、欧洲文学的复兴大翻译运动:至大论,亚里士多德,希波克拉底,盖伦。大翻译的中心是西班牙和意大利

2、十字军东征:从11世纪开始,教会与欧洲封建主以宗教为借口,对地中海东部沿岸的伊斯兰教国家发动了8次“十字军东征”,长达200年(1096~1291)。作为带有宗教狂热情绪的战争活动然而通过战争的交往,反而促进了基督教文明、阿拉伯文明、以及东罗马帝国所保存的希腊文明的交流和融合。

罗伯特·格罗塞特——假设-演绎法

3、中世纪大学的兴起意大利博洛尼亚大学 (11世纪末)

巴黎大学(1150年)、牛津大学(1167年)、剑桥大学(1209年)、那不勒斯大学(1224年)、图卢兹大学(1230年)、里斯本大学(1290年)

中世纪欧洲大学的三种主要类型:第一种是由教会建立的,以巴黎、牛津和剑桥大学为代表。学校中的师生形成一个由校长指导的、封闭性的集合体。第二种是市立学校,例如波伦亚和帕多瓦大学。学校由一个教区长管理(学生选举出来),学生对教师以及课程有很大的控

制权。第三种是国立大学。由世俗的统治者在教皇的认可下建立的。那不勒斯大学和萨拉曼卡大学,就属于这种类型

中世纪大学的教学方法一般包括授课和辩论两个环节

牛津大学是英语国家中最古老的大学

剑桥大学三一学院是规模最大、财力最雄厚、名声最响亮的学院之一。同时,也拥有最优美的建筑与庭院。到目前为止该学院共培养出了31名诺贝尔奖得主,著名毕业生包括牛顿、培根、拜伦、怀特海、罗素、维根斯坦等人。

4、欧洲学术的复兴:托马斯·阿奎那——经院哲学的峰巅

所谓经院哲学,就是用推理的方式对基督教给出分析和解释。由于解释方式的不同,引起了经院哲学家之间的争论。

5、近代实验科学的先驱:罗吉尔·培根他说人们之所以犯错误,有四种原因:一是对权威过于崇拜、二是囿于习惯、三是囿于偏见、四是对有限知识的自负。

6、城市与建筑:哥特式建筑11世纪下半叶起源于法国,13~15世纪流行于欧洲的一种建筑风格。

中世纪基督教自然观对于中世纪科学发展的影响:贬低了科学研究的意义,打击了人类认识自然的信心,对奇迹的信仰影响了对于客观规律的认识。

中世纪基督教自然观对于近代科学的意义:1、自然和人类两分,因此可以对象化,人类可以外在于自然,将其当作纯客观的研究对象。2、自然是毫无神性的、绝对意志任意创造物,它是无法通过理性推导出来,可以而且必须成为经验研究的对象,也是可以任意加工控制对象。3、自然的秩序是可以经由理性来把握和整理的。

中世纪基督教的知识观对科学的影响:1、否定了知识的价值2、贬低了理性的作用,但同时也重新调整了对于知识的要求。(有学识的无知为经验知识提供了合法性)3、将知识与信仰逐渐分开,知识慢慢有了独立发展的自由空间。

对基督教的评价:(1)基督教神学的的精神禁锢扼杀了科学,使科学发展趋于停滞(2)教会的存在导致西欧中世纪政治力量多元化(3)知识的保存、延续作用(4)为了论证教义,宗教也要借助逻辑的力量

宗教对科学的补充和调节作用:生态伦理学与宗教关怀,生命伦理学与宗教关怀,反核和平运动与宗教关怀

对中世纪的评价:(1)中世纪并非全是黑暗时代,11世纪后开始进入复苏时期(2)复苏时期的农业、手工业技术进步和城市经济兴起为近代科学在欧洲的诞生奠定了基础

古代阿拉伯人在科学技术史上的主要贡献是:保存了古希腊、古罗马人的科学成就,沟通了东西方的科学技术交流。中国古代许多技术发明,就是通过阿拉伯人传到西方去的。

阿拉伯国家的科学技术:1.天文学的成就天文学研究的重点是在天文观测基础上对托勒密的天文常数进行修正。2. 数学的成就大数学家阿尔·花刺模(780-850)提出了“代数”的概念,给出二次方程“还原、对消”的代数解法,其《复原与化简算术》被译为拉丁文,作为欧洲的数学教科书一直用到16世纪。把三角学作为独立的数学分支来研究,取得重要成就3. 医学的贡献:累塞斯(860-922)《天花和麻疹的鉴别》——在世界上久负盛名

百科全书式的《万国医典》——集当时希腊、印度、中东的全部医学知识之大成阿维森纳(980-1037)《医典》4. 光学的贡献:光线来自观察物的反射5. 炼金术对化学的促进

阿拉伯科学文化的衰落:宗教权威压倒世俗知识,多元文化走向一元文化,由宽容走向排外。战争因素。受北方蒙古人和基督教世界的双重压力。1497年(达伽马直航印度)后东西方的贸易垄断地位的丧失

第四章、近代科学技术的兴起

社会背景:

1、东西方的交流,促进了欧洲的发展。

2、欧洲手工业的高度发达,资本主义生产方式的形成。

3、对外扩张、航海冒险活动推动了资本主义的迅速发展。

4、宗教神权受到挑战,解放人性呼声日益高涨。

达?芬奇:(画家、雕塑家、工程师、建筑师、物理学家、哲学家)

莎士比亚:四大悲剧《哈姆雷特》,《奥赛罗》,《李尔王》,《麦克白》

四大喜剧《第十二夜》《仲夏夜之梦》《威尼斯商人》《无事生非》

拉斐尔《雅典学院》

罗曼·罗兰《名人传》,包括《贝多芬传》、《米开朗琪罗传》、《托尔斯泰传》

罗曼·罗兰与拉斐尔和达芬奇并称为文艺复兴后三杰

马丁·路德宗教改革倡导者

哥伦布1492年到1502年间4次横渡大西洋,发现美洲大陆,因此成为名垂青史的航海家。麦哲伦完成了人类历史上第一次环球航行。

哥白尼《天体运行论》提出了太阳为宇宙的中心。

布鲁诺布鲁诺的宇宙没有任何中心

第谷·布拉赫他的天文观测资料与技术被广泛传播

开普勒行星运动三定律

哈雷牛顿好友哈雷用牛顿力学算出1682年出现的彗星的轨道,指出它的回归周期是75—76年

伽利略:自由落体

牛顿:数学微积分,天文学万有引力,力学运动三定律,光学太阳光谱,反射式望远镜

莱布尼兹:微积分

笛卡儿解析几何在数学史上具有划时代意义。

16、17世纪数学发展的特点:1、出现了大量新概念,如无理数、虚数、瞬时变化率、导数、积分等,都不是经验事实的直接反映,而是由数学理论进一步抽象所产生。2、数学和其他自然科学的联系更加紧密,实验科学(从伽利略开始)的兴起,促进数学的发展,而数学的成果又渗透到其他科学部门中去。 3、数学知识广泛交流传播,希腊时代只有少数人研究数学,到17世纪,研究人员大增,数学知识得到普遍的推广和应用。

英国科学家波义耳为把化学从炼金术中解放出来, 确立为一门科学

拉瓦锡:根据化学实验的经验,用清晰的语言阐明了质量守恒定律和它在化学中的运用。近代生命科学的开始:维萨留斯为血液循环的发现开辟道路,塞尔维特发现血液的小循环,哈维建立血液循环学说

光的本质:波动说与微粒说的交锋:

科学组织与研究机构:意大利:自然秘密研究会、林琴学院、齐曼托学院

英国:哲学学会、皇家学会

格林威治天文台(弗拉姆斯特德、哈雷)

法国:巴黎科学院、巴黎天文台

德国:柏林科学院(莱布尼兹)

近代科学与古代科学另一重大区别是它依靠科学实验来检验和发展科学理论,而不像古代学者那样只依靠直观和哲学思辨对自然界提出种种猜测。

科学实验是把自然现象从实际自然过程或生产技术实践中抽取出来,人为控制加以研究,它是近代自然科学赖以发展的一个最直接、最切近的基础。

1.中世纪时期宇宙观念的特点是什么?是什么天象的发现导致了这一宇宙观念支柱的倾

以地球为中心的水晶同心天球; 1577 年的彗星与 1572 年的超新星

2. 第谷为什么不相信哥白尼的日心说?他对地心体系做出了怎样的修正?

肉眼无法发现恒星的视差;太阳、月亮围绕地球转,水星、金星、火星、木星、土星围绕太阳转。

3. 伽利略在《关于哥白尼和托勒密两大体系的对话》中犯了哪两个错误?

用潮汐解释地球的自转和公转;借愚人辛普利丘之口说出教皇的信念,以讽刺教皇。4. 为什么说 1665 年是牛顿的奇迹之年?

牛顿做出了三项重要发明和发现:万有引力、光的分解和微积分

5. 为什么维萨留斯发现了心脏中隔坚硬致密,但未能导致血液循环的发现呢?

维萨留斯把血液穿过心脏中隔看作是上帝神奇力量的显示

第五章、第一次工业革命

十八世纪是工业革命即第一次技术革命时期。科学相对停滞,但上一世纪科学所取得的成果此时转化成技术成果,出现了人类历史上第一次工业技术革命。

1765年,詹姆斯·哈格里沃斯发明了锭子垂直放置的“珍妮机”

纽可门蒸汽机英国工程师,他发明的常压蒸汽机是瓦特蒸汽机的前身。

1769年瓦特制出第一台样机。他因发明冷凝器而获得第一项专利。

1781年底,瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。

1782年,瓦特试制出一种带有双向装置的新汽缸。由此获得第三项专利。

1784年,瓦特以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机的综合组装取得了第四项专利

蒸汽机的应用:汽船、铁路蒸汽机车、汽车

1. 蒸汽机的发明促使社会发生怎样的变革?

以工厂为基础的社会化大生产;以蒸汽为动力的交通运输;人口的大迁移—工业革命!第六章 18世纪的科学

欧拉(瑞士数学家)发明了变分法,引入了e为底的对数

丹尼尔·伯努利(瑞士数学家)流体动力学》(伯努利方程)彼得堡科学院院士

拉格朗日意大利-法国数学家天文学家拉格朗日是分析力学的创立者

达朗贝尔法国《论动力学》是达朗贝尔最伟大的物理学著作

库仑法国工程师、物理学家 1785年,库仑用扭秤建立了静电学中著名的库仑定律

卡文迪许英国物理学家和化学家1798年卡文迪许完成测量万有引力的扭秤实验

伏特意大利物理学家伏特电池的发明、电生理学的建立

拉普拉斯法国数学家天文学家巨著《天体力学》

高斯德国数学家数论、代数学、非欧几何、复变函数和微分几何

林奈瑞典植物学家建立了人为分类体系和双名制命名法《自然系统》

第七章19世纪的科学

第一节电学和磁学的新进展

1、电荷的发现

2、莱顿瓶的发现玻璃瓶可以储存大量电荷。此瓶被称为莱顿瓶。

3、避雷针的发明富兰克林

4、流电的发现意大利解剖学家伽伐尼于1780年解剖青蛙时偶然发现的

5、伏打的怀疑 1792年,伏打用实验证明了伽伐尼电是两种金属加导体造成,蛙腿只起验电器作用。1794年,伏打进一步表明没有蛙腿,伽伐尼电一样存在。

6、奥斯特的伟大发现 1819年丹麦物理学家奥斯特在经过20年的探索后发现了电流的磁效

7、安培的研究工作:右手定则、安培定律

7. 欧姆定律

第二节热力学与能量守恒定律的发现

1、热的运动说的发展

热质说

戴维 1812年他终于明确提出:“热现象的直接原因是运动”

2 各种运动形式相互转化的发现

3、能量守恒定律的发现

能量守恒定律不是那一个人发现的,而是迈尔、焦耳、亥姆霍兹等许多科学家智慧的结晶。

4 能量守恒定律的确立和正确表述

5、永动机的不可能永动机违反了能量守恒定律,因此永动机不可能制成。

达尔文英国生物学家,进化论的奠基人。进化论的先驱拉马克

华莱士《论变种极大地偏离原始类型的倾向》,提出以自然选择原理来说明物种的起源

生物学

一细胞学说的建立

1665年,英国科学家胡克发现细胞

1838年,德国植物学家施莱登提出:“植物,不论发展到多么高级,都是由充分个体化的各自独立的、分离的物体组成的聚合物,这些物体就是细胞。”

1839年,德国动物学家施旺通过对鱼、蛙、猪、等多种多细胞的系统观察后提出:“细胞是有机体,整个动物和植物都是细胞的集合体,它们依照一定的规律排列在动植物体内。”1858年,德国医生和病理学家魏尔肖指出:“细胞只能来自细胞,细胞是一个相对独立的生命活动的基本单位。

二遗传学说

1866年,奥地利遗传学家格雷戈尔.孟德尔根据他坚持10年的豌豆杂交试验,提出了分离定律,自由组合定律等。这些工作的重要性在于辩明了:遗传不是性状本身,而是决定性状的遗传因子

W·弗莱明首次观察有丝分裂发表了历史性著作《细胞物质、核和细胞分裂》。

三微生物学的建立

一、奠基时期(生理学发展时期)

巴斯德,法国微生物学家、化学家。

(1)每一种发酵作用都是由于一种微菌的发展,这位法国化学家发现用加热的方法可以杀灭那些让啤酒变苦的恼人的微生物。很快,“巴氏杀菌法”便应用在各种食物和饮料上。(2)每一种传染病都是一种微菌在生物体内的发展:由于发现并根除了一种侵害蚕卵的细菌,巴斯德拯救了法国的丝绸工业。

(3)传染病的微菌,在特殊的培养之下可以减轻毒力,使他们从病菌变成防病的疫苗。他意识到许多疾病均由微生物引起,于是建立起了细菌理论。

2 德国微生物学家科赫

1、发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立

2、证实炭疽病因—炭疽杆菌

3、发现结核病原菌—结核杆菌

4、科赫法则发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立

二、发展时期(生物化学水平)

1896,布赫纳Büchner用无细胞存在的酵母菌抽提液对葡萄糖进行酒精发酵成功

1929年,弗莱明发现青霉菌能抑制葡萄球菌的生长,揭示了微生物间的拮抗关系,并发现了青霉素。

1949年,瓦克斯曼在多年研究土壤微生物的基础上,发现了链霉素。

第八章电磁学与动力技术的新发展

一、法拉第和他的实验研究

法拉第发现的电磁感应定律,是发电机的理论基础,为人类开辟了一种新的能源,打开了电力时代的大门。

法拉第一生最重要的贡献是提出了场的概念。法拉第是从大量实验所得到的感性认识,逐渐形成场的概念的。

二、麦克斯韦的综合

1858年,麦克斯韦接受了法拉第关于场、力线的大胆思想。他利用19世纪20年代和30年代数学家在理论力学方面的研究成果,把法拉第的思想用数学语言表述出来。

1864年,他发表了一篇在电磁理论上有划时代意义的论文,用一组偏微分方程(即“麦克斯韦方程”) 把全部电磁现象概括为一个完整而可应用的电磁学的数学理论。

麦克斯韦方程把电、磁、光统一了起来,这一伟大成就几乎把麦克斯韦和牛顿置于同等的地位。

三.电磁波的实验发现

赫兹在物理学上的贡献主要是发现电磁波。

四.第二次技术革命

以电能的开发和广泛应用为主要标志的电力革命

3、信息传播技术的初步发展

电能的应用,使人类远距离传输信息的梦想成为可能,人类开始探求新的通讯方式,电报、电话、无线通讯、电视等相继发展起来。

1867年美国人贝尔(1847-1922)在实验室中实验了

用电传递声波,这标志着人类创造了比电报更方便、更直接的信息传播技术。

1929年英国发明家贝尔德(1888-1946) 研制成实用的电视系统,同年英国开始公共电视广播。

1837年,法国人达盖尔(1787-1851)成功的发明了

一种照相法。

4、内燃机的发明和改进

1869年法国发明家里诺(1821-1900)制成了第一台实用的内燃机,二冲程、无压缩、电点火煤气机,从此内燃机开始第一次批量生产

五、电气时代的到来!

第九章新物理学革命—20世纪的科学

一、物理学上空的两朵乌云

第一朵乌云:以太漂移实验

第二朵乌云——黑体辐射与“紫外灾难”

二、世纪之交物理学三大发现

1895年11月8日到12月28日,德国物理学家伦琴在研究阴极射线时,发现了具有惊人贯穿能力的X射线。

1896年,法国物理学家贝克勒发现铀元素具有放射性。

1897年,英国的汤姆逊和荷兰的塞曼分别测定了阴极射线的荷质比,确证了电子的存在。1898年,居里夫妇又发现了放射性极强的新元素钋和镭。

1899年,卢瑟福转向辐射本性的研究,他和索迪于1902年提出元素蜕变说。居里又于1903

年测定了镭的热效应。

三、爱因斯坦

1、光是由一定能量的光量子组成。正是这些光量子激发了金属内部的电子,而且,只有一定能量的光量子能被金属所吸收,并激发一定能量的电子。这就解释了光电效应。

2、第二、三篇论文是关于布朗运动的。1827年英国植物学家布朗发现显微镜下花粉颗粒的无规则运动,长期以来得不到解释。但爱因斯坦第一个从数学上详尽地解决了这一问题。

3、第四篇论文《论动体的电动力学》。完整提出狭义相对论。他以同时性的相对性为突破口,建立了全新的时间和空间理论。并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式。

4、1905年9月,爱因斯坦写了第5篇短文《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》,作为相对论的推论。质能相当性是原子核物理学和粒子物理学的理论基础,也为20世纪40年代实现核能释放和利用开辟了道路。

狭义相对论的基本原理:

1、狭义相对性原理(物理定律在一切惯性参考系中是平权的)。物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。

2、光速不变原理(真空中光速不因光源的运动而变,永远是30万km/s,即迈克尔逊—莫雷实验结果)

几个推论:

1、钟慢效应(已被实验证实)

2、尺缩效应(无法在实验中证实)

3、质量可变

4、质能关系式 E = MC2(原子弹爆炸)

四、量子理论的提出

普朗克在1900年12月14日发表的《论正常光谱的能量分布定律的理论》一文中阐明了能量子的观点,并给出了完整的普朗克公式,标志着量子物理学的诞生。

量子力学的建立:玻尔、德布罗意、海森堡、薛定格、狄拉克

1923年9月至10月,德布罗意连续发表三篇论文,提出了电子也是一种波的理论。他还预言,电子束穿过小孔时也会发生衍射现象

沿着物质波概念继续前进并创立了波动力学的是奥地利物理学家薛定格。

1925年写了以《关于运动学和力学关系的量子论的重新解释》为题的论文。创立了解决量子波动理论的矩阵方法。

波动力学(薛定格)和矩阵力学(玻尔、海森堡、狄拉克)的创始者们一开始还互相敌视,认为对方理论有缺陷。到1926年3月,薛定格发现这两种理论从数学上是完全等价的,方才消除双方敌意。从此以后,两大理论统称量子力学。薛定格的波动方程由于更易为物理学家掌握,成为量子力学的基本方程。

第十章20世纪科学的进展

二十世纪天文学的发展

观测手段的进步:射电望远镜、X射线望远镜

20世纪60年代四大发现:类星体、脉冲星、微波背景辐射、星际有机分子

类星体是20世纪60年代天文学的“四大发现”之一。这种天体在一般光学观测中只是一个光点,类似恒星。然而在分光观测中,它的谱线具有很大的红移,又不像恒星,因此称它为类星体。

脉冲星是在1967年首次被发现的。当时,还是一名女研究生的贝尔,检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号,它们的周期十分稳定,经过仔细分析,科学

家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号,人们就把它命名为脉冲星。

来自宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射。20世纪60年代初,美国科学家彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯,建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年,他们用它测量银晕气体射电强度时,发现总有消除不掉的背景噪声。他们认为,这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声相当于3.5 K。1965年,他们又订正为3 K,并将这一发现公诸于世,为此获1978年诺贝尔物理学奖金。

星际分子:1963年,美国科学家发现星际羟基分子(OH),此后,陆续发现大量星际有机分子。到90年代末,已发现了120多种,而且许多都是很复杂的有机分子,少数分子是地球上很难找到的或者根本找不到的。

两大基本理论:恒星演化、宇宙大爆炸模型

现代恒星演化理论

1、恒星是由星云产生的,星云经过自吸引形成星胚,星胚不断收缩,温度不断升高,当温度升高到氢核聚变反应可以进行时,就意味着恒星的诞生。

2、恒星诞生后,它内部氢核聚变成了它的主要能源,恒星在这个阶段的停留时间最长,这就是中年的主序星阶段。

3、核能耗尽后,恒星进入老年的红巨星阶段。

4、最后不同大小的恒星以不同的方式死亡,或变成白矮星,或变成中子星,或成黑洞等。宇宙大爆炸模型

1、宇宙演化过程起始于大约150亿年前

2、宇宙开始是一个高温、高密度的“原始火球”,球内充满辐射和基本粒子;后来火球内的基本粒子发生核衰变反应,引起大爆炸而向外急剧膨胀,辐射温度核物质密度急剧下降,核反应便停止;其间所产生的各种元素就形成了今天宇宙中的各种物质,膨胀过程中辐射物质逐渐凝聚成星云,进而演化为今天的各种天体。

3、此理论得到天文观测事实的支持:例如星系红移是宇宙膨胀的反应,微波背景辐射是宇宙大爆炸高温的直接遗迹等等。

现代地学的发展:大陆漂移说、海地扩张说、板块构造理论

大陆漂移说——魏格纳

地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块﹐称之为泛大陆或联合古陆﹐中生代开始﹐泛大陆开始分裂并漂移﹐逐渐达到现在的位置,形成目前的海陆布局。

海地扩张说——赫斯

海底是冷却了的地幔,地幔中有对流存在。高热流的地幔物质沿大洋中脊的裂谷上升,不断形成新洋壳;同时,以大洋脊为界,背道而驰的地幔流带动洋壳逐渐向两侧扩张;运动的洋壳碰到大陆地壳就下沉钻入地幔深部,并形成海沟,大陆地壳前缘被挤压抬升形成山脉或岛弧。

板块构造理论

整个地球的岩石圈不是一个完整的壳体,而是由若干巨大的板块构成的。由于岩石圈下面的地幔中的软流圈的循环运动,导致板块发生相对运动。板块互相撞挤而形成山脉,互相错动而形成水平断层,互相交汇俯冲而形成海沟和岛弧,互相分离而形成洋脊或海岭和裂谷。现代生物学的发展

现代遗传学的发展:孟德尔遗传定律及重新发现、摩尔根的基因理论

分子生物学的诞生和发展:DNA双螺旋结构模型的建立、遗传密码的破译

系统论信息论控制论

控制论是自动控制、通讯技术、计算机科学、数理逻辑、神经生理学、统计力学、行为科学

等多种科学技术相互渗透形成的一门横断性学科。

信息论是研究信息的产生、获取、变换、传输、存贮、处理识别及利用的学科。