第七章、物理学革命与现代科学的产生

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0绪论

学习自然科学史的意义
提高科学素养
掌握一定的现代科技知识，了解基本的科学过程和科学方法，并具有一定的应用它们处理实际
问题、参与公共事务的能力。
对基本科学知识的
了解
科学素养
对科学方法与科学过程的基本了解
对科学技术与社会关系的基本了解
公众科学素养的米勒三维测试体系
《自然科学史》课程目标
自然科学史＝自然＋科学＋历史
历史：人对某种历程的记录。自然科学的历程：内在历程：知识的产生、发展和系统化外在历程：社会背景（政治、经济、宗教等）
是研究自然科学发展过程及其规律的科学。描述和解释自然科学知识产生、发展和系统化进程的历史学科。
研究对象是科学、技术的发展，及其与社会的互动关系。它依据历史事实，通过对自然科学发展过程的分析，来总
“李约瑟难题”
李约瑟博士站在世界科学史、比较科学史和中外科学交流史的高度研究中国科技史，把中国科学文明置于世界史中应有的地位，从而纠正了西方过去对中国科学文化的各种错误看法、误解和严重低估。
李约瑟认为，近代以前，中国一直是世界上最文明最发达的国家。
有资料显示，明朝以前世界上主要的发明创造和重大科技成就大约有 300项，其中中国170项。
自然科学发展史的渊源
科教人文大片：
《宇宙与人》
思考：宇宙的来源？生命的起源？人类的起源？
对自然现象保持好奇与科学有关的人、事、时、地、物采取正确的
科学态度、科学精神、科学心灵建立吸收科普新知识的能力和兴趣
终身学习、增进新知、开拓视野理解科学家对科学理论的产生及其演变的过程体会科学家探讨自然奥妙的艰辛及快乐了解科学技术在推动及影响历史中的巨大作用

《科学发展简史》的第六至第七章的重点

第六章近代后期的科学成就和第二次技术革命第一次技术革命创造了巨大的生产力，使资本主义从工场手工业阶段进入机器产生的狂飙时期，显示了科学技术的威力。

资产阶级认识到发展科学技术与资本主义命运息息相关，采取了许多保护、鼓励科技发展的措施；同时也为科学的发展提供了物质手段。

近代后期的自然科学就是在这种背景下取得了突飞猛进的发展，一些基础学科相继建立起理论体系，而科学理论的形成又引发了第二次技术革命，将人类历史由蒸汽时代推进到电气时代。

如果说18世纪之前是技术走走科学之前的话，那么从18世纪下半叶起直至19世纪则是科学跃居技术之前，出于领先地位，技术革命以科学发展为先导。

近后期科学技术的主要成就有如下几个方面。

一、天文学近代后期在天文观测和天体理论方面都取得了一些新成就。

（一）天文观测新发现天文观测新发现得益于望远镜的改进、天体照相术的发明和光谱学技术。

1729年，英国业余天文学家霍尔制成了第一块消色差物镜。

1817年德国的夫琅和费制造出第一块优质物镜。

与此同时，反射望远镜也有很大改进。

1781年英国天文学家赫歇尔利用自制的大型望远镜发现了天王星。

后来他又陆续研制出巨型望远镜。

1846年德国天文台台长加勒发现了海王星。

天体照相术的发明首先应该归功于巴黎天文台台长阿拉戈。

1839年他发明了银板照相法，随后照相术被广泛应用于天文学研究之中。

1840年，美国的德雷伯利用大型望远镜和照相术拍摄了第一张月球表面的照片；1845年德国的费索拍摄了第一张太阳照片；1877年，米兰的斯基伯雷利公布了当时最精确的火星表面图片。

（二）赫歇尔的恒星天文学英国天文学家赫歇尔因1781年发现天王星而一举成名。

他利用统计方法研究了恒星的空间分布和运动，提出了第一个银河系结构模型。

1783年他发现了恒星的自行，并估测了太阳的运动，打破了太阳纪恒星静止不动的陈旧观念。

由于赫歇尔在恒星研究方面的成就，他被誉为“恒星天文学之父”。

（三）天体起源和演化假说从18世纪下半叶开始，天文学已从对天体的现状研究扩展到对天体起源和演化的历史研究。

现代科学技术常识

现代科学技术常识一、现代科学技术革命（一）科学技术革命的内涵与实质1、科学－理论认识；技术－理论认识在现实中的实际运用。

2、科学革命――认识的变革，带来了观念、理论、方法的变革。

如，牛顿第一定律技术革命――劳动工具、生产工艺、管理技术的根本变化。

第一次工业革命：蒸汽机的发明，是工场手工业发展到机器大生产的一个飞跃。

它不仅是一场生产技术上的革命，也是一次深刻的社会革命，引起了生产关系上的重大变革。

第二次工业革命，标志(产业革命):电气化，19世纪，随着资本主义经济的发展，自然科学研究工作取得重大进展，1870年前后，由此产生的各种新技术、新发明层出不穷，并被迅速应用于工业生产，促进经济的发展。

―――人类社会进入工业时代第三次工业革命，在二战以后，标志微电子技术的发展和普遍应用，是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃。

不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，而且也影响了人类生活方式和思维方式，使人类社会生活和人的现代化向更高境界发展。

是迄今为止人类历史上规模最大、影响最为深远的一次科技革命。

―――人类社会进入信息化时代第四次工业革命，则意味着人类社会宇航时代的开始！3、科学知识体系――科学事实、科学理论、科学观念（居于首要）组成。

科学革命的实质――科学知识体系发生了根本性变革。

（二）现代科学革命的主要内容科学革命往往是在某个领域发生的1、物理学革命――相对论和量子理论创立与发展，20世纪最伟大的科学革命。

相对论有狭义与广义之分，如，你看和一个美女在一起觉得时间特别短，与一个不怎么样的女人在一起，觉得时间特别长。

带来了能源、信息、生物工程等高新技术的发展，核技术的突破。

2、现代宇宙学――宇宙的时空特征，有爱因斯坦作为代表。

从古至今，人们一直渴望了解大千世界的来龙去脉。

在终于了解我们定居的这颗星球不过是茫茫宇宙无数星体中的一个以后，天文学家开始致力探索宇宙的起源。

第25课现代科学革命

这故事形象说明了时间和空间相对性。对性。
北极：北极：
赤道：赤道：
长度变短——尺缩效应长度变短——尺缩效应当速度接近光速时时间变慢——钟慢效应时间变慢——钟慢效应质量（重量）质量（重量）增加当速度达到光速时：钟表不走了——时间停止了当速度达到光速时：钟表不走了——时间停止了
ห้องสมุดไป่ตู้
二、现代科学革命——物理学革命（20世纪）现代科学革命——物理学革命 20世纪世纪）
说明了社会意识是一定的社会存在的反映；任说明了社会意识是一定的社会存在的反映；何事物的产生和发展都要经历一个曲折的过程。何事物的产生和发展都要经历一个曲折的过程。
三、现代物理学革命的意义
（1）量子理论和相对论一起，共同构成了现量子理论和相对论一起，共同构成了现代物理学的基础。代物理学的基础。（2）量子理论和相对论弥补了经典物理学在宏观宇宙世界和微观的粒子世界的不足的不足，宏观宇宙世界和微观的粒子世界的不足，大大开阔了人们的视野，大开阔了人们的视野，改变了人们看世界的角度和方式。角度和方式。自然科学，而且对整个人类的思维人类的思维都（3）对自然科学，而且对整个人类的思维都产生了不可磨灭的影响。产生了不可磨灭的影响。
二、现代科学革命——物理学革命（20世纪）现代科学革命——物理学革命 20世纪世纪）
Albert Einstein，1879-1955），，）， 1879年生于德国年生于德国， 1879年生于德国，现代物理学的开创者和奠基人。1909年年开始在大学任教，开始在大学任教，1914年任威年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。林大学教授。 1933年受希特年受希特勒迫害离开德国移居美国, 勒迫害离开德国移居美国爱因斯坦不仅建立相对论还量因斯坦不仅建立相对论还量子理论的建立做出重要贡献。子理论的建立做出重要贡献。

第一节现代科学革命

Anyone who isn't shocked by quantum theory has not understood it. 谁如果在量子面前不感到震惊，他就不懂得现代物理学；同样如果谁不为此理论感到困惑，他也不是一个好的物理学家。 ——尼尔斯· 玻尔
（一）科学史上的第四次大综合
——相对论的创立
1.
原子核也可以再分割——原子核是有结构的
J· J· 汤姆逊(1856-1940)
J.J.汤姆孙 (1856-1940)
英国剑桥大学实验物理学家 1906年诺贝尔物理学奖
1897年4月30日，汤姆孙在英国皇家
学会演讲时宣布发现了电子。 1899年汤姆生正式把这种微粒叫做 “电子”。电子的发现被科学界称为十九和二十世纪之交的三大发现之一，汤姆生被誉为“电子之父”。
三种射线、和
1898年卢瑟福发现了、射线 2. 1900年法国维拉尔发现了射线卢瑟福是这三类辐射术语的命名者。射线是带两个正电荷的氦核流；射线是带是带负电的电子流；射线是电中性的电磁辐射（高能光子流）。对于射线，一张纸就可把它挡住。对于射线，非但纸挡不住，甚至可穿过几毫米厚的铝板，但强度有明显减弱。对于射线，它的穿透力最强，在穿过几毫米的铝板后，减弱很少，要挡住它，则要用又厚又重的铅砖。
1914年一次大战爆发，他拒绝在所谓的“维护德国文化”声明上签字，震惊全世界。
1933年访问美国期间，希特勒上台，残酷迫害犹太人，他的家产被抄没，著作被焚毁，并被缺席判处死刑。爱因斯坦宣布放弃德国籍，退出普鲁士科学院，迁居美国。
1933—1945年人普林斯顿高等学术研究院研究员，1940年入美国籍。
法国科学家皮埃尔· 居里（1859-

科学技术史课程标准

《科学技术史》课程标准课程代码:课程名称：科学技术史英文名称：The history of science and technology课程类型:限定选修课总学时：36 授课学时： 30 实践（实验）学时：6学分：2适用对象: 小学教育专业一、课程概述（一）课程性质《科学技术史》是关于科学技术的产生、发展及其规律的科学。

科学技术史既要研究科学技术内在的逻辑联系和发展规律，又要探讨科学技术与整个社会中各种因素的相互联系和相互制约的辩证关系。

因此，科学技术史既不是一般的自然科学，也不同于一般的社会历史学。

它是横跨于自然科学与社会科学之间的一门综合性学科。

（二）课程基本理念《科学技术史》是一门具有史学和哲学性质的通识教育与文化素质教育的课程。

从事通过大量的史料生动地再现科技发展的历史，力求做到论从史出，以论带史，史论有机结合，理论联系实际。

该课程在培育学生的科学文化和人文文化素养，提升学生的科学思维能力和创新能力，帮助学生深刻理解科学技术及其与社会之间的关系，引导学生树立正确的科学观、世界观和方法论等方面都发挥了很好的作用。

（三）课程教授的设计思路本课程要求教师对科学技术史有深入的见解，注重从文化视角分析科学技术，力图揭示科学文化和人文文化的互动关系引导学生对科学技术史的兴趣，提升学生的科学思维能力和创新能力。

二、课程目标（一）总体目标通过本课程的学习使学生的科学文化和人文文化素养，提升学生的科学思维能力和创新能力，帮助学生深刻理解科学技术及其与社会之间的关系，引导学生树立正确的科学观、世界观和方法论。

（二）具体目标1、了解各个时期各个地区的科学技术发展成就2、了解科学技术发展本身的逻辑，科学技术发展的内在规律;3、了解科学技术发展的社会历史条件;4、了解科学技术对社会的反作用，科学技术未来的发展方向。

三、课程内容与要求第一章科学技术的起源教学目标：1、了解科学技术的起源2、学技术有初步的认识。

教学重点：理解和掌握古代科技的发端和萌芽课时安排：2第一节古代技术的发端1、古代技术的发端的背景2、古代技术的特点第二节古代科学的萌芽1、古代科学萌芽的起因2、古代科学萌芽的背景第二章古代河流文明的科学技术教学目标：1、了解文明古国的科学技术2、分析文明古国科学技术的特点教学重点：理解掌握古代河流文明的科学技术课时安排：2第一节古代巴比伦的科学技术1、古代巴比伦科学技术产生的历史背景2、古代巴比伦科学技术的主要成就第二节古代埃及的科学技术1、古代埃及科学技术产生的历史背景2、古代埃及科学技术的主要成就第三节古代印度的科学技术1、古代印度科学技术产生的历史背景2、古代印度科学技术的主要成就第四节古代中国的科学技术1、古代中国科学技术产生的历史背景2、古代中国科学技术的主要成就第三章古希腊罗马的科学技术教学目标：1、了解古希腊罗马的科学技术2、总结古代中、西放科学技术的特点，分析产生差异的原因教学重点：掌握了解古希腊罗马科学技术的成就课时安排：2第一节古希腊的科学技术1、古希腊科学技术产生的历史背景2、古希腊科学技术的主要成就第二节古罗马的科学技术3、古罗马科学技术产生的历史背景4、古罗马科学技术的主要成就第三节古代中、西科学技术发展的特点1、古代东方科学技术发展的特点2、古代西方科学技术发展的特点第四章近代科学的兴起与第一次技术革命教学目标：1、了解近代科学技术兴起的历史背景2、初步认识近代科著名科学理论体系3、初步认识第一次技术革命教学重点：掌握近代科学兴起与第一次技术革命课时安排：2第一节近代科学技术产生的历史背景1、近代科学技术产生的社会经济背景2、近代科学技术产生的社会文化背景第二节近代科学的独立宣言：哥白尼的日心说1、哥白尼日心说的内容2、哥白尼日心说的历史意义第三节经典力学体系的建立1、经典力学体系的内容2、经典力学体系建立的历史意义第四节近代生物学、化学和数学的形成1、近代生物学的形成2、近代化学的形成3、近代数学的形成第五节第一次技术革命1、第一次技术革命发生的过程2、第一次技术革命的历史贡献第五章近代科学的发展与第二次技术革命教学目标：1、了解近代科学技术各学科的发展2、了解第二次技术革命教学重点：掌握近代科学的发展与第二次技术革命课时安排：2第一节 19世纪的天文学和地质学1、19世纪的天文学2、19世纪的地质学第二节 19世纪的物理学和数学1、19世纪的物理学2、19世纪的数学第三节 19世纪的生物学和化学1、19世纪的生物学2、19世纪的化学第四节第二次技术革命1、第二次技术革命发生的过程2、第二次技术革命的历史贡献第六章近代科学技术的特点与启示教学目标：1、了解近代科学发展的特点2、世纪科技中心转移的启示教学重点：通过讨论总结近代科学发展的特点以及对世界科技中心的转移的启示，并能做到理论联系实际课时安排：2。

[知识]自然科学发展概论

1—2 简述自然科学发展的三个时期及三次科学革命三个时期：（1）自然科学发展的第一个时期大约是从远古到15世纪根据考古学的研究成果，人们在长期的实践活动中，逐步了解认识了自然界，到公元前6世纪已积累了不少的数学、天文学和医药知识，自然科学已开始萌发。

这一时期，关于自然界的知识中天文学走在最前面。

在医药方面，已有关于多种疾病的名称和药物的记载从公元前5世纪到15世纪，人们把自然界当作一个整体，从总的方面来把握自然界的发展变化，描绘自然界的总面目。

基于这种认识，产生了力求囊括自然界一切事物的自然哲学。

虽然那时已出现了天文学、数学、物理学、化学、医学、生物学、地学等专门化知识，但都包含在统一的自然哲学中。

在物理学方面，已出现了亚里士多德的《物理学》，他的工作给后人许多启发，但他所得出的结论有很多是错的，例如，受外力作用运动的物体，当外力停止作用，物体的运动也就立即终止。

又如，较重的物体下落较快，较轻的物体下落较慢等。

亚里士多德的这些错误结论纯粹是他的直观想象和逻辑推理，并无任何实验依据，那时人们也还没有“科学实验”的思想。

（2）自然科学发展的第二个时期——近代自然科学发展时期从时间上看，这个时期大约是从16世纪到19世纪。

随着欧洲文艺复兴运动和资本主义社会的发展，需要有探索自然物体的物理特性和自然力的活动方式的科学，从各个细节上分门别类地研究大自然的奥秘，于是数学、物理、化学、天文、地学、生物等专门学科逐渐从自然哲学中分离出来，形成了一门门独立的学科，使近代自然科学得到了迅速的发展。

这一时期，数学上，微积分和非欧几何已经建立；物理上，牛顿理论和电磁理论已经建立；化学上，创立了科学的原子论；天文学上，提出了日心说；地学上，提出了地质演化说；生物上，建立了细胞学说和生物进化论，等等。

近代自然科学的发展从天文学上首先突破，随后物理学又成为带头学科。

（3）自然科学发展的第三个时期——现代自然科学发展时期从时间上看，这个时期大约是从19世纪末开始。

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论的建立
一、量子论的诞生 1900年普朗克提出量子论爱因斯坦提出光量子、光的波粒二象性概念二、量子力学的建立海森伯的矩阵力学—薛定谔的波动力学三、世纪之争
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第七章、物理学革命与现代科学的产生
第一节、科学革命的序幕一、“以太漂移”的零结果 1887年迈克尔逊和莫雷以太漂移实验二、“紫外灾难” 1900年瑞利-金斯黑体辐射定律三、三大实验发现 X射线——放射性——电子
第二节、相对论的创立
一、爱因斯坦的科学生涯 1905年在论文《论动体的电动力学》中提出狭义相对论。 1915年完成广义相对论二、狭义相对论的建立两个前提：相对性原理---光速不变原理钟慢---尺缩---质增效应三、广义相对论的建立