第二章 经典力学的建立和发展.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（以实验为基础）和演绎法（依靠数学）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; 早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了???的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。 这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。 ; 日心说提出的科学根源、哲学根源和历史根源是什么？ 科学根源：随着天文学观察数据越来越多，为了给予解释，托勒密的地心说不断修补，越来越复杂，难以使人信服。 哲学根源：他接受毕达哥拉斯学派提出的“宇宙是和谐的，可用简单的数学关系来表达宇宙规律”的基本思想。他也赞同柏拉图哲学，同柏拉图一样，高度赞美太阳，给予太阳“宇宙正中”的位置。 历史根源：在意大利留学10年，受到文艺复兴运动影 响，思想解放，投身科学革命。;哥白尼;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。 1600年与第谷合作，使他从第谷处 获得了大量精确的天文学数据。 于1609和1619年，他先后提出了 行星运动三定律。; 开普勒发现利用哥白尼模型火星轨道数据与第谷观测 的数据有8ˊ偏差，促使他改进理论模型。他曾说： “这8弧分是不允许忽略的，它使我走上改革整个天文 学的道路。” 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”。 用思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 斜面实验在2002年被评为历史上“最美丽”的十大物 理实验之一。从斜面实验看伽利略的研究方法：; 晚年伽利略在被软禁期间，直到逝世前，一直未中断过研究工作;§2.4 牛顿和经典力学的成熟;一、牛顿简历;二、牛顿力学三定律; 牛顿第三定律：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。 三、万有引力定律的创立 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。;2．万有引力公式的建立 牛顿将第二、第三定律和开普勒定律相结合，建