第十章近代前期自然科学的发展.ppt

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1、第十章 近代前期自然科学的发展 及第一次技术革命,第一节 数学 第二节 化学 第三节 生物学 第四节 近代自然科学方法论 第五节 第一次技术革命(蒸汽时代),第一节 数学 一、笛卡儿与解析几何的诞生 1、笛卡儿创立解析几何 1637，更好地指导推理和寻求科学真理的方法论：几何学、折光和陨星。 建立了历史上第一个倾斜坐标系和直角坐标系，提出曲线方程的思想。 2、费尔马对解析几何学的贡献 平面和立体的轨迹引论：记载了一般直线和圆的方程，以及关于双曲线、椭圆、抛物线的讨论 解析地定义了许多新的曲线提出了许多以代数方程定义的新曲线。,3、笛卡儿的科学方法 笛卡儿认为在一切领域中 可以建立一种普适的推证

2、真理 的方法，这个方法就是数学方 法，称之为“通用数学”。 强调代数的一般性以及它在推 理程序机械化和减小解题工作 量方面的价值。 任何的问题数学问题 代数问题方程求解 笛卡儿的哲学名言是：“我思故我在” 。 _“I think, therefore I am.”,二、对数的发明 1596年，耐普尔制成了一张7位数字的对数表。 1617年，布里格斯和耐普尔共同出版一千个数的对数。它是历史上第一个可供实际应用的、14位的、以10为底的对数表，正式确立了对数的计算方法。,拉普拉斯(Pierre Simon Laplace,17491827) ： 对数，可以缩短计算时间，“在实效上等于把天文学家的寿

3、命延长了许多倍”。,三、微积分的创立 1、牛顿创立微积分 牛顿站在更高的角度，将切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题的各种技巧统一为两类普通的算法微分和积分，并确立了这两类运算的互逆关系，从而完成了微积分发明中最关键的一步，为近代科学发展提供了最有效的工具，开辟了数学上的一个新纪元。 运用无穷多项方程的计算法（1711年发表） 流数术和无穷极数（1671年完稿，1736年发表） 求曲边形面积（1676年完稿，1704年正式发表）,2、莱布尼茨创立微积分,从几何方面独立发现了微积分，使微积分更加简洁和准确。 牛顿在微积分的应用上更多地结合了运动学，造诣较莱布尼茨高一筹，但莱

4、布尼茨的表达形式采用数学符号却又远远优于牛顿一筹，既简洁又准确地揭示出微积分的实质，强有力地促进了高等数学的发展。 莱布尼茨创造的微积分符号，正像印度阿拉伯数码促进了算术与代数发展一样，促进了微积分学的发展，莱布尼茨是数学史上最杰出的符号创造者之一。,四、其它数学成就 1、代数学 1545年，米兰学者卡尔丹出版大术，提出三次、四次方程的代数解法。 系统地引入符号代数。 2、三角学 波伊尔巴赫意：编制了十分精确的正弦表。 雷格蒙塔努斯：论各种三角形（1464年） 第一部脱离天文学的三角学专著。 韦达法：标准数学（1579） 斜截面（1615） 16世纪，三角学已从天文学中分离出来，成为一个独立的

5、数学分支。,第二节 化学 一、脱胎于炼金术的化学 1、炼金家的化学知识 R培根英：炼金术反射镜，是实验科学家的先导。,B瓦伦丁：锑的凯旋书，第一次描述了盐酸对金属的作用。,阿那德：哲学家的花坛 将炼金术与医学联系在一起，用化学药品治疗疾病。是第一个描述酒精的人，提出酒精可以用蒸馏葡萄酒的方法制取。,2、从炼金术向科学化学过渡 毕林古齐：1520年发表烟火术 论述了用火制取金属、非金属、火药和各种爆炸物的生产技术。 阿格里柯拉：论矿物的性质（1546） 论金属（1556） 论述了采矿、冶炼和检验过程，并专门论述了化学物品的制备和定量化学研究方法的意义。 表明化学已开始由工艺技术向化学学科靠拢,3

6、、医药化学 TB冯荷恩海姆 ：医药化学的创立人 把炼金术与医学相结合，创立了医药化学这门学科。强调医生们要注意研究药物的化学性质，而不能只注重其药理性质，故而应学习化学知识。 A李巴维 德：炼金术 描述了实验室操作技术设备、化学器皿和各种仪器。研究了各种物质及其制取、使用方法。,4、波义耳创立化学学科 怀疑派化学家 （1661） 明确地把化学单独划分为一门科学，论证了“化学是 什么” 。 重新明确了元素概念 分析化学的奠基人之一 把“分析”一词首次引入 化学，把当时的溶液检验也 提高到一个新的水平。 矿泉的博物学观察 波义耳的观念为新化学的 发展指明了方向。,二、燃素学说 1、波义耳的火微粒说

7、： 1673年，波义耳对金属煅烧增重的问题进行了定量的实验研究，得出结论：燃烧时有一种特殊的，超微小的“火素”进到了金属里，因而增加了它的重量： 金属火微粒金属煅灰,波义耳的实验 1、在一个抽掉空气的容器中，将硫磺撒在烧红的铁板上，硫磺只会冒烟，不燃烧；但在有空气的容器中则能燃烧产生兰色火焰。 结论：燃烧不能没有空气。 2、将硝石在真空中重结晶，以去掉“空气”，再做真空实验，硝石仍能燃烧。 结论：火药中必定含有与空气性质相似的“活化蒸汽”支持燃烧。 3、1673年，对金属煅烧增重问题的定量实验： 在密闭容器（称重）中加热金属2小时，后打开容器口再称重，结果增重。,2、贝歇尔与施塔尔共同创立燃素

8、学说 1669年，德国化学家贝歇尔出版土质物理，提出 “油土”的概念，即相当于以后的所谓“燃素”。 贝歇尔是燃素学说的第一个发起人。 1703年，德国化学家施塔尔正式发表燃素学说 。,燃素学说 火是由无数细小而活泼的微粒构成的物质实体。由这种火微粒构成的火的元素就是“燃素”。燃素充塞于天地之间。一切与燃烧有关的化学变化都可以归结为物体吸收燃素与释放燃素的过程，锻烧金属，燃素从中逸去，变成煅渣 ： 金属 燃素 = 煅灰 燃素说是把燃烧现象当成了燃烧的本质，真实的关系被颠倒了。,第三节 生物学,一、胚胎学的早期发展 、哈维对亚里士多德的胚胎渐成说的发展 1651年出版动物的发生：一切动物来自卵生。

9、主张动物胚胎从不定形的与同质的物质逐渐发展为一个由分化的和异质的各部分形成的综合有机体。 1672年，荷兰医生赖尼尔德 格拉夫观察到鸟的卵巢同兔子卵巢的滤泡十分相似，支持了哈维的观点。,、胚胎发育预成论 1672年，简施旺麦丹：蝴蝶在较早的毛虫期甚至在卵中已经预见成了。卵含有其种类的一切未来世代的预成微型，就象一个套着一个的盒子一样。 1677年，安东尼列文霍克用显微镜发现了男性精子的存在。 尼古拉哈特索克发表了预成人或微型人的图画。 预成论的两种形式： 一种认为后代在女性的卵里已经完全成形，主张此说的有施旺麦丹、马尔比基以及后来的邦尼特、冯哈勒和斯巴兰让尼； 另一种认为预成的微型人存在于男性

10、精子里，主张此说的有列文霍克、哈特索克、莱布尼茨和博尔哈弗。,、胚胎的渐成说 1748年，约翰特布尔维勒尼达姆对预成论提出了怀疑。 1759年，沃尔弗(CFWolff) 出版发生论，正式提出渐成说。 胚胎的生长始于一种清澈的、粘性的营养液体，开头没有任何组织。当发展在进行着的时候，液体中产生了腔穴，而且周围也要变得硬起来；如果腔穴是圆形的或多边形，就产生细胞；如果腔穴拉长，就产生脉管。这样便形成细胞组织，并进一步被生命力分化为器官；整个发展完全不依赖外界影响。,二、生物分类学 1、切沙尔比诺：用根和花作为植物分类的标准。 2、马尔比基：以呼吸器官的完善程度作为动植物分类 的标准。 3、雷：第一

11、个把物种作为分类单位 认为通过种子可以产生相同后代的植物应归为 一个种，也即物种。他根据植物胚胎中子叶是一 枚还是两枚，把被子植物分成单子叶植物和双子 叶植物，然后再用果、花、叶的其他特点，把植 物分成许多天然系统。 4、林耐：创立“双名制”命名法，使分类学成为了一门 科学。界、门、纲、目、科、属、种。,第四节 近代自然科学方法论 一、弗兰西斯培根的归纳法 二、笛卡儿的演绎法 三、伽利略创立观察实验与数学相结 合的科学方法 四、牛顿创立分析与综合相结合的科学 方法,一、弗兰西斯培根的归纳法： 学术的伟大复兴：论学术的进展（1605） 新工具论（1620） 对经院哲学的科学观和传统逻辑思维方式的

12、批判为自然科学的发展扫清了道路。 指出科学的目标是用新发现和新发明来改善人类的生活。 认为自然是物质的，物质是多种多样的、能动的，人类掌握知识是为了认识自然和征服自然。 “知识就是力量”。 弗兰西斯培根曾被马克思誉为“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”。,二、笛卡儿的演绎法 1637年出版的方法论一书成为哲学经典。 笛卡儿创立了数学演绎法：以唯理主义为根据，从简单自明的直观公理出发，运用数学的逻辑演绎推出结论。 笛卡儿的方法论列举了四条科学方法： 1）只承认完全明晰清楚、不容怀疑的事物为真实； 2）将问题分解到足够求解的小单位； 3）从最简单、最易懂的对象开始，依照先后次序，一 步一步

13、地达到更为复杂的对象； 4）列举一切可能，一个不能漏过。,笛卡儿指出：“想一眼尽收多个对象的人是什么也看不清楚的，同样，谁要是习惯用一次思维行动同时注意多个事物，其心灵也是混乱的。” 老子：“天下之难作于易，天下之大作于细”。,三、伽利略的观察实验与数学相结合的科 学方法 先提取出从现象中获得的直观认识的主要部 分，用最简单的数学形式表示出来，以建立量 的概念； 由此式用数学方法导出另一易于实验证实的数 量关系； 通过实验证实这种数量关系。,四、牛顿创立分析与综合相结合的科 学方法 牛顿的方法论原理集中表述在原理第三篇“哲学中的推理法则”中的四条法则中。概括起来，可以称之为： 简单性原理（法则

14、1） 因果性原理（法则2） 普遍性原理（法则3） 否证法原理（法则4，无反例证明者即成立） 牛顿的方法论体系被爱因斯坦赞为“理论物理学领域中每一工作者的纲领”。,第五节 第一次技术革命 （蒸汽时代） 一、社会历史背景 （1）文艺复兴、宗教改革和科学革命，不仅推进了自然理论的形成，也带动了技术的发展。 （2）从19世纪30年代至19世纪末，主要资本主义国家相继完成了产业革命，先后实现了工业化和机械化，使工业资本在国家经济中占据了优势。,二、蒸汽机的发明和完善 第一次技术革命开始于纺织工业的机械化英 国织布工人哈格里沃斯在1764年发明的“珍妮纺车”。 以蒸汽机的广泛使用为主要标志英国格拉斯哥大学机械师瓦特在1769年发明分离冷凝器，1781年取得旋转蒸汽机专利。 瓦特是近代第一次 技术革命的伟大旗 手，他开启了蒸汽 时代。,坐落于英国苏格兰格拉斯哥市乔治广场的瓦特塑像（1832）,