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1、物理学科专业素养提升工程二级培训模块二学科知识与技能学科知识部分刘杰物理学的发展史(一)任何一门科学都有一个不断积累和发展的过程.物理学是研究宇宙间物质存在的基本形式、性质、运动和转化、内部结构等方面，从而认识这些结构的组成元素及其相互作用、运动和转化的基本规律的科学。现代物理学中的基本概念基本定律和基本理论,都经历过一番自酝酿到产生,从萌芽到建立的辨证发展过程.了解物理学的发展史有助于了解和掌握物理学的发生发展及其总体规律,加深对物理学基本理论知识的理解,更加系统地掌握物理学的科学思想和科学方法,.物理学的各分支学科是按物质的不同存在形式和不同运动形式划分的。人对
2、自然界的认识来自于实践，随着实践的扩展和深入，物理学的内容也在不断扩展和深入。人们发现物质的不同存在形式和不同运动形式之间存在着联系，于是各分支学科之间开始互相渗透。物理学也逐步发展成为各分支学科彼此密切联系的统一整体。 物理学家力图寻找一切物理现象的基本规律，从而统一地理解一切物理现象。这种努力虽然逐步有所进展，但现在离实现这—目标还很遥远。人们对客观世界的探索、研究是无穷无尽的。牛顿和经典力学体系的建立与发展经典力学是研究宏观物体做低速机械运动的现象和规律的学科。宏观是相对于原子等微观粒子而言的；低速是相对于光速而言的。物体的空间位置随时间变化称为机械运动。人们日
3、常生活直接接触到的并首先加以研究的都是宏观低速的机械运动.远古以来，由于农业生产需要确定季节，人们就进行天文观察。1543年哥白尼发表了“天体运行论”,提出了日心说,掀起了宇宙观的大革命.1609年伽利略利用所制造的望远镜获得了一系列重大天文发现,给哥白尼宇宙体系提供了有力的证明.16世纪后期，人们对行星绕太阳的运动进行了更加详细、精密的观察。17世纪开普勒从这些观察结果中总结出了行星绕日运动的三条经验规律。差不多在同一时期，伽利略进行了落体和抛物体的实验研究，从而提出关于机械运动现象的初步理论。牛顿深入研究了这些经验规律和初步的现象性理论，发现了宏观低速机械运动的基本
4、规律，为经典力学奠定了基础。亚当斯根据对天王星的详细天文观察，并根据牛顿的理论，预言了海王星的存在，以后果然在天文观察中发现了海王星。于是牛顿所提出的力学定律和万有引力定律被普遍接受了。关于万有引力定律的发现,流行这样一种说法,牛顿是在看到苹果坠地现象的影响下发现的.这个说法是有其来源的,牛顿的侄婿斯朵克利博士在回忆中说到”有一次我在伦敦,到牛顿家吃中饭.饭后天气炎热,我们便移坐到花园,在几棵苹果树荫下用茶.在座的只有我们两人.此时伊萨克爵士随便跟我谈起他第一次产生引力思想,其情况正和现在相似.这一思想的产生是由苹果落地所引起的------”.至今在剑桥大学三一学院的博
5、物馆中,还陈列着这棵苹果树的一段树干作为纪念.牛顿生平:1643年1月4日牛顿诞生于英格兰林肯郡的小镇乌尔斯普的一个自耕农家庭。牛顿于1661年以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，1664年成为奖学金获得者，1665年获学士学位。17世纪中叶，剑桥大学的教育制度还浸透着浓厚的中世纪经院哲学的气味。当牛顿进入剑桥大学时,那里还在传授一些经院式课程，如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年之后三一学院出现了新气象。卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座，规定讲授自然科学知识如地理、物理、天文和数学课程。讲座的第一任教授，巴罗是一位博学的科学家。就是这位教授把牛顿引向自然科学。在这
6、段学习过程中，牛顿掌握了算术、三角，学习了欧几里得的《几何原理》。他又读了开普勒的《光学》，笛卡儿的《几何学》和《哲学原理》，伽利略的《两大世界体系的》，R.胡克的《显微图集》，还有皇家学会的历史和早期的《哲学学报》等。牛顿在巴罗的门下学习，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，他认为牛顿的数学才能超过自己。1665～1666年伦敦发生了大瘟疫疫。剑桥离伦敦不远，为恐波及，学校停课。牛顿于1665年6月回到故乡。 在1665～1666年这两年之内，他在自然科学领域内思潮奔腾，才华迸发，思考前人从未思考过的问题，踏进前人没有涉及的
7、领域，创建前所未有的惊人业绩。1665年初他创立级数近似法以及把任何幂的二项式化为一个级数的规则。同年11月，创立正流数法（微分）；次年1月，研究颜色理论；5月，开始研究反流数法（积分）。这一年内,牛顿还开始想到研究重力问题，并想把重力理论推广到月球的运行轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说，说的也是在此时发生的轶事。总之，在家乡居住的这两年中，牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造，并关心自然哲学问题。当然,万有引力定律的确立,并非牛
