第九章近代自然科学的全面发展
一、概述
19 世纪是近代自然科学全面发展的时期。工业革命不仅推动了社会生产力突飞猛进的提高, 更推动了近代自然科学实现了全面的理论综合。经典的自然科学在19 世纪末已达到了基本完善的程度。各门自然科学都从经验科学变为理论科学, 科学研究方式从个人自由研究转变为集体研究。由于科学的进步, 特别是由于电磁理论的建立, 科学开始走到了生产技术的前面, 并推动了生产技术的发展, 使人类从蒸汽——机器时代, 逐渐向以电气应用为中心的时代过渡, 科学逐渐成为经济生活中起主要作用的手段。17 世纪受牛顿力学革命影响而形成的机械唯物主义自然观, 因19 世纪科学的发展而受到强烈的冲击, 辩证唯物主义自然观在新的科学事实的基础上诞生了。
二、19 世纪是“科学的世纪”
工业革命和生产力的巨大进步, 迎来了近代科学的全面繁荣, 其规模和成就远远超过17 世纪的科学革命。科学开始走到了生产技术的面前，并推动了生产技术的发展，使人类从蒸汽——机器时代向电气应用化时代过渡。19 世纪的热力学、光学、电磁学、化学、地质学、生物学、人类学等学科都取得了重大的突破, 并大都进入到理论综合的阶段。经典的自然科学在19世纪末已达到了基本完善的程度，我们今天所接受和应用的基础自然科学原理, 大部分是在这个世纪里奠定的。
各门自然科学已从经验科学变为理论科学，由个人自由研究转变为集体研究，科学研究手段和方法日益完善，是19 世纪科学发展的重要特点。这一时期的科学家不仅注意搜集材料, 用时还重视理论上的分析、概括和综合, 他们发展了科学的思维方法, 把假说、演绎同实验、归纳结合起来, 使大量自然知识得到有系统的整理。数学在力学和物理学等领域成为科学家进行理论思维的辅助工具和表现方式。
19 世纪的自然科学成就促进了整个文化的科学化, 特别是哲学的科学化。机械唯物主义自然观受到冲击，19 世纪的大多数自然科学家已经从科学发现中开始摆脱传统自然观和方法论的束缚。黑格尔在唯心主义
范围内对当时的自然科学知识做了全面概括, 提出了对立面的渗透和统一、由量变到质变、否定之否定三个辩证规律。在总结科学技术成果和批判吸取德国古典哲学的基础上, 马克思和恩格斯创立了辩证唯物主义。
三、热力学的研究和能量守恒与转化定律的发现
热力学是研究热同其他物理形式之间相互关系的科学, 它的建立是由研究蒸汽机的效率开始的。第一个对蒸汽机效率进行精密的物理和数学分析的是法国工程师卡诺。卡诺总结了关于热机效率的卡诺定理。这一时期的研究，确立了热力学第一、二定律。热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热力学上的表现。该定律证明不消耗任何能量就能永远作功的机器（第一类永动机）不可能实现。德国的克劳胥斯和凯尔文等人分别独立地发现了热力学第二定律。该定律揭示了热运动的自然过程是不可逆的, 宣布制造从单一热源吸取能量而永远作功的机器（第二类永动机）也是不可能的。任何科学定律都有其适用范围和应用条件，热力学第二定律是表达特定封闭系统宏观状态的规律, 但克劳胥斯却将其推广到无限宇宙中去，得出“热寂说”的错误判断。这是科学史上的一个教训。
最早公布能量守恒与转化定律的是德国医生迈尔。英国业余物理学家焦耳为能量守恒定律的确立作出了重要贡献。
能量守恒与转化定律的发现, 揭示了热、力学、电、化学等各种运动形式之间的统一性, 使物理学达到空前的综合和统一, 这是牛顿力学体系建立以来物理学的最大成就。
1826 年, 英国植物学家布朗发现了分子的运动, 即布朗运动。1857 年, 克劳胥斯指出，气体的热能就是气体分子运动的动能, 对热现象作出了微观解释。在此基础上, 英国物理学家麦克斯韦用概率统计方法研究分子运动论。分子运动说把宏观的热现象和它的微观机制结合起来, 开创了统计物理学这个新的分支学科。
四、天学、地学、生物学的演化理论
19 世纪产生了一个重要的科学概念, 即演化或进化的概念。当这个
概念被引入到天学、地学、生物学中之后, 使这几个学科都发生了理论
上的突破。
1．康德、拉普拉斯的星云说德国哲学家康德提出了关于太阳系起源的星云假说。1755 年他出版了《自然通史和天体论》一书, 详细论证了他的星云假说。拉普拉斯在1796 年出版的《宇宙体系说》一书中, 独立地提出了关于太阳系起源的星云假说。在整个19 世纪中, 天体演化学说取得了统治地位。
康德——拉普拉斯的星云假说把发展的观点带到了天文学领域中, 为天体演化学说奠定了最重要的科学基础。它第一次把自然界理解为一种运动发展、变化的过程, 这是对18 世纪形成的形而上学的自然观的一种重大突破。既然太阳系的现有状况是在长期发展的过程中逐渐形成的, 牛顿关于“第一推动力” 的假设也就显然是错误的了。
2．地质演化理论的提出在地层成因及生物化石的解释上有火成说与水成说之争、灾变说与渐变说之争。人们通过对越来越多的地质资料的深入研究, 发现无论是水成说、火成说, 还是灾变论, 都未能如实地反映地层构造形成的真正原因。赫顿认为历史比较法是考察地质现象的科学方法, 主张以现在还在起作用的地质力量来解释地层和岩石的形成。他的观点为地质学的研究指明了方向。1830年, 英国地质学家赖尔的《地质学原理》出版, 标志了近代地质学的系统化。赖尔提出了地质渐变论
的概念。赖尔的学说为地质学乃至整个地球科学提供了一种重要的科学方法, 使地质学得到迅速发展, 并且对达尔文建立生物进化论起了重要的启发作用。
19 世纪末, 奥地利地质学家休斯出版了巨著《地球的面貌》, 总结了赖尔以来迅速发展的近代地质学, 书中已出现了构造体系、大陆漂移等概念的雏型, 预示着现代地质学的崛起。
3．生物进化论
经过18 世纪中期法国博物学家布丰和19 世纪初期的拉马克等人的努力, 到了达尔文时代, 进化论终于战胜神创论, 这是19 世纪最伟大的生物学成就, 对哲学和社会科学都产生了深远的影响。
第一个系统地提出生物进化论的人是法国动物学家拉马克。拉马克在1809 年出版了这方面最重要的著作《动物哲学》。对于生物适应环境的演化机制, 拉马克提出了“用进废退”和“获得性遗传”两条法则。
英国生物学家达尔文是近代进化论的奠基人。达尔文的进化理论主要表现在于1859 年出版的《物种起源》一书。按照达尔文的观点, 自然选择包括三个始终综合发生作用的因素——变异性、遗传性和由繁殖过剩引起的生存斗争。变异性为形成生物的新组织与机能提供材料, 遗传性巩固并积累它们, 生存斗争则是排除一切对生存条件不适合或不太适合的生物, 即通过生存斗争不断淘汰不利变异, 保留有利变异, 通过有利变异的积累, 到一定程度就能形成新类型, 实现生物进化。
英国动物学家华莱士也几乎同时独立地提出了生物通过自然选择而进化的理论。
4．遗传学研究与细胞学说的建立
19世纪的生物学研究, 除物种起源问题之外, 还有遗传学和细胞学的研究。
现代遗传学创始人奥地利修道士孟德尔从1857 年起对生物子代与亲代的关系进行了系统的实验研究, 总结出生物遗传方面的显性定律、分离定律和独立分配定律。孟德尔的遗传定律对育种生产有重要的实践意义。根据这定律, 人们既可以设想把某些符合需要的特性保留下来并聚集在一个品种内, 又可以把具有有害倾向的特性淘汰掉。
德国动物学家魏斯曼也是19 世纪末遗传学研究中的重要代表人物。1892 年, 他在《种质: 一种遗传理论》一书中提出了种质连续和种质选择的学说。这就是所谓“新达尔文主义”的进化论。魏斯曼认为，自然选择的对象是生殖细胞, 体细胞获得的变异不会遗传。这样, 他不仅完全否定了拉马克的获得性遗传原则, 又给自然选择以新的意义。这一理论对20 世纪细胞遗传学的发展和综合进化论的形成, 有着深刻的影响。
1838 年, 德国植物学家施莱登在《植物的发生》一文中宣称, 细胞
是一切植物的基本生命单位, 一切植物都是以细胞为实体发展成的。1839 年, 德国解剖学家施旺把施莱登的论点推广到动物界, 消除了动物与植物的严格界限。细胞学说的建立, 使生物个体发育过程变成可以理解的了。
1858年, 柏林大学病理学教授微耳和在长期病理检验实践的基础上, 将细胞学说应用于病理学, 创立了细胞病理学。几乎与此同时, 法国的化学教授巴士德建立了细菌致病的学说, 并在微生物学的研究中作出了卓越贡献。他开创了医学上的免疫学。巴士德关于消灭细菌的消毒方法在医学上广泛应用, 使手术真正成为拯救生命的手段。巴士德被后人称之“细菌猎人”。细菌学说的建立还从根本上否定了“自然发生说”。
五、物质结构的化学理论
自波义耳把化学确立为科学, 摆脱了炼金术的形式之后, 化学在19 世纪取得了飞速发展。精密天平的应用, 为化学的定量化研究提供了可能；工业革命提出了许多化学方面亟需解决的问题, 推动了酸碱盐的制造及有机合成技术的发展, 导致了化学结构理论的建立。
1．原子——分子学说
19 世纪化学发展最重要的成就之一, 是科学的原子——分子论的提出和确立。提出化学原子论的是英国化学家道尔顿。道尔顿原子论的建立是近代化学发展中一次重要的理论综合, 它把原子量作为区分化学元素的最本质特征, 这就为许多经验性的化学定律提供了清晰的理论解释, 使人们认识到一切化学现象内在的统一本质。
意大利物理学家阿佛伽德罗于1811 年明确提出了分子的概念。阿佛伽德罗的分子论与道尔顿的原子论相结合, 形成科学的原子——分子论, 建立了物质结构的基本理论。
2．元素周期律的发现
原子——分子论确立之后, 化学上又一个重大突破是化学元素周期率的发现。俄国化学家门捷列夫对发现化学元素周期律做出了决定性的贡献。他于1869 年2 月排出了他的第一张周期表。他明确指出: 元素的性质和它们的化合物的性质与元素的原子量有周期性的依赖关系, 他
还大胆地预言了10 多种未知元素的存在及其性质。元素周期律揭示了各种元素之间的内在联系实现了无机化学由经验到理论的飞跃, 为元素的研究、新元素的寻找提供了一个可遵循的规律。
3．有机化学结构理论的建立原子——分子论的确立对有机化学的发展起了推动作用。有机化学中原子价概念的形成是有机化合物结构理论建立的先决条件。1858 年, 德国化学家凯库勒用原子价的概念奠定了有机结构理论的基础。原子一分子论获得公认后, 人们根据原子量可以
确定分子式, 再按原子价和化学性质就可以描绘出分子的结构式, 进而认识了结构与性能之间的关系。1865 年, 凯库勒又提出苯的环状结构。19世纪化学在实际应用领域的重大成就就是有机合成的实现。1824年, 维勒用无机物氰和氨水合成了有机物尿素。这给当时生物学界和化学界流行的“活力论” 以致命的打击, 并为有机合成开辟了广阔道路。到50 年代后期, 有机合成从实验室研究发展到工业生产, 彻底打破了无机物与有机物之间的绝对界限。
六、电磁理论的建立
1820 年, 丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。1822 年, 法国物理学家安培进而发现了电流产生磁力的基本定律, 奠定了电动力学的基础。
电磁感应现象的发现者和近代电磁理论的创始人是法拉第。无论在实验上, 还是在科学思想上, 他都可以被称为19 世纪最伟大的物理学家。1831年法拉第提出了电磁感应定律，这是发电机的理论基础。为了解释电磁感应现象, 法拉第提出“力线” 和“场”的概念。这是自牛顿以来物理学基本概念的重大发展。经典电磁学说的理论总结是由英国物理学家麦克斯韦完成的。1873年, 麦克斯韦的巨著《电磁学通论》问世, 这是一部系统总结电磁理论的经典著作, 它标志着完整的电磁理论的确立, 它的科学价值可以与牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》相媲美。从法拉第到麦克斯韦是物理学发展中的一个巨大跃进。麦克斯韦的贡献再一次表明了数学方法和理论思维的重要性。麦克斯韦关于电磁波的预言, 在1886 年被德国物理学家赫兹实验所证
实。
电磁波的发现为后来无线电通讯技术的发展开辟了道路。从电磁感应到发电机, 从电磁理论、电磁波实验到无线电技术的发展, 这两段历史雄辩地说明了科学对生产的巨大的能动作用, 说明了科学是生产力的重要组成部分。从整体来看, 科学的发展固然基本上取决于生产的需要, 但当科学进入比较成熟的阶段, 科学能够走在生产前面, 对生产的发展起指导作用。这是科学同生产之间一种新关系的开端。
19 世纪自然科学的发展, 特别是能量守恒与转化定律、细胞学说、生物进化论等的科学发现, 为人们提供了一个新的自然图景, 形成了辩证
唯物主义的自然观。实践表明, 辩证唯物主义
才是适用于自然科学的世界观和方法论。在自然科学中, 由于其本身的发展, 使形而上学的观点已经成为不可能的了
1、近代自然科学在欧洲发展的两个历史前提： A、社会历史动因－－资本主义生产方式的出现和地理大发现； B、文化前提和思想基础－－文艺复兴和宗教改革运动 •14世纪，资本主义性质的手工工场在意大利地中海沿岸地区发展起来，随后，德，法，英，荷，西班牙，葡萄牙资本主义经济快速发展。15－16世纪，纺织、酿酒、玻璃制造、金属加工等行业部门逐渐形成。 资本主义生产方式的兴起，一方面迫切需要先进的科学技术作依托，另一方面，又为科学技术的发展提供研究课题、资料和必要的物质手段。近代科学技术就是在资本主义创业过程中发展起来的。 新兴资产者为了加速资本和扩大资本的原始积累，开拓新市场，获得劳动力，迫切需要进行大规模远洋探险，航海探险推动了科学技术的发展。首先，它证明地球是球形的，又发现了新大陆，加深了人们对地球的认识。同时，它推动了天文学、大地测量学、数学和力学的发展。推动了造船技术等的进步。航海探险开拓了欧洲人的视野，向人们展示了一种开拓进取精神。 •远洋探险的代表国家：葡萄牙，西班牙 •代表人物：迪亚士、达伽马，哥伦布，麦哲伦 欧洲自然科学产生的文化前提和思想基础： 资本主义走向历史舞台，却受到封建制度和宗教力量的束缚，资产阶级要想获得政治上的统治权，必须打败封建势力和宗教势力。 1、文艺复兴 文艺复兴以复兴古典文化为口号，发掘、光大古希腊文化，树立起理性主义和人文主义大旗，反对神权和封建特权，提倡个性自由。它不只是一场复兴古典文化的运动，更是一场新时代的启蒙运动。文艺复兴增进了人对自然观察的兴趣，通过对自然的研究，科学研究开始走向重视实验的道路。这时候，人们的思想空前活跃，艺术创造空前繁荣，使得久已压抑的人性和主体理性得到空前拓展。出现了文艺复兴时期美术三杰：拉斐尔、米开朗基罗、达芬奇；以及三大作家：莎士比亚、塞万提斯、但丁 2、宗教改革运动 16世纪，德国神甫马丁·路德倡导宗教改革运动，反对教会特权，主张自己寻求信仰，追求自由与平等，动摇了封建教会和宗教神学。为近代自然科学的产生逐渐铺平道路－－中国的印刷术为新教的思想宣传奠定技术基础。 经典力学体系的建立 力学体系为什么首先建立？ 1．资本主义发展的需要。开矿、建筑、机械制造、航海等，需要力学的发展；2．受到天文学发展的影响。是什么力量使得运转中的行星既不飞离，也不相撞？3．力学比较简单和直观。 近代自然科学的辉煌成就 1、伽利略（“近代科学之父”）对经典力学的贡献： 进行了著名的斜面实验并发现了； （1）发现了自由落体定律； （2）发现惯性定律； （3）发展了抛物体运动轨迹理论， 论证了炮身倾斜角在45度射程最远。
学兴起和发展的原因 1.资本主义经济的发展需要科学知识，又为科技进步奠定了物质基础。 2.资产阶级力量的壮大和资产阶级统治的确立为科技发展提供政治前提。 3.人文主义和理性主义的兴起为科技发展奠定了思想基础. 4.欧洲国家保护、奖励科技发明,重视科技发展推动了近代科学的发展. 5.科学家献身科学的勇气、严谨的态度和锲而不舍的精神为科技进步作出了巨大贡献。蒸汽机的发明和电气技术对人类社会发展的作用和影响？ 1.促使生产力大幅度提高
2.改变着社会结构和世界形势 资产阶级确立对世界的统治 世界日益成为一个整体 3.新城市形成和城市面貌发生巨大变化 4.人们的生活更加丰富多彩 5.经济迅速发展同时，污染环境，破坏了生态平衡 （一）现代科学技术的发展 一.现代物理学 1、背景：经典物理学的危机 1）17—19世纪牛顿经典力学日趋完善、成熟 积极意义：把人类对自然界的认识推进到前所未有的深度和广度。(如:海王星和冥王星的发现) 局限性：①建立在绝对时空观的理论之上 ②适用的范围主要是人们日常生活中的物理现象 2）19世纪末以牛顿力学为基础的经典物理学陷入危机 经典力学无法解释物理学研究中遇到的一些新问题： ①高速运动中的物理现象 ②微观粒子的运动
性的进步 牛顿力学体系与爱因斯坦相对论的关系 1.牛顿力学体系概括了物体机械运动的基本定律，这些定律有 3、普朗克与量子理论 1）量子论的提出和发展： •1900年普朗克提出量子假说,宣告量子论诞生 •1905爱因斯坦提出了光的量子理论； •丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论； •在这个基础上，一门新的物理学分支量子力学建立起来。 2）量子论提出的意义： •量子理论是现代物理学的另一支柱，是20世纪最深刻、最有成就的科学理论之一，使人类对微观世界的认识有了革命性的进步。 •量子力学对化学、生物学、医学、古生物学和地质学等科学领域都产生了重大的影响，带来了许多划时代的技术创新，直接推动了社会生产力的发展，从根本上改变了人类的物质生活。
第二章：近代自然科学的诞生和发展 第一节近代科学革命 1．1天文学革命 一．哥白尼的日心地动说 哥白尼(Nicolaus Copernicus，1473—1543)是波兰数学家兼天文学家，于1543午发表了《天体运行论》一书，全面地阐述了他的日心地动说。其要点是：太阳是宇宙的中心，所有行星在以太阳为公共圆心的圆形轨道上绕日旋转；地球是一颗普通的行星，它有自转并与其他行星一样绕太阳公转。根据这两个基本观点，哥白尼指出，太阳的东升西落不是太阳绕地球旋转，而是地球自转的表现；天球上恒星位置每年所发生的周期性变化也不是恒星运动所致，而是地球绕太阳公转的结果。以现代的观点来看，哥白尼的学说并非完美无缺，但是它从根本上纠正了自古流传并为基督教会所支持的地心和地静说的错误，当哥白尼的学说为世人所接受之后，它就不可避免地动摇了教会的权威，从而解放了人们的思想。 ）称哥白尼日心体系的诞生为“西方人知识发展的划时代的转折点”，因为它不仅是天文学基本概念的变革，而且是人对自然的理解的根本变革，甚至是西方人价值观念变更的一部分。但也有些人断言，哥白尼革命只不过是提出了地球每日绕自身轴旋转一周，每年绕太阳公转一周，甚至有些科学史家根本否认存在一场“哥白尼革命”。我们认为，尽管哥白尼体系有很多旧理论的痕迹和不完善之处，甚至在得到观测证实的精确程度上一度比托勒密理论还逊色些，但是它用日心、地动说代替统治天文学界多年的地心、地静说，是在重大理论问题上用正确认识取代了谬误的认识。哥白尼理论的意义至少有两方面： 其一，它引起了整个宇宙观、世界观的巨大变革。长期以来，教会利用地心说来说明上帝创造世界，说明上帝创造一切都是为了地球上的人类，所以有意把地球摆在字宙的中心。而现在，在宗教教义中被说成是宇宙中心的地球已沦为一个普通
近代自然科学的兴起 一、教学目标 1．知识与技能 （1）知道近代自然科学兴起的背景。 （2）了解哥白尼、布鲁诺、刻卜勒、伽里略和牛顿等科学家在近代科学兴起过程中的作用和地位。 （3）知道近代早期科学中心的转移。 （4）认识科学技术的进步，推动了社会经济的发展。 2．能力与方法 教师可运用问题探讨法，引导学生去思考：日心说最早是古代希腊人提出的，是古代希腊人的一种猜想，在当时没有产生什么影响。为什么16世纪时期，哥白尼通过天文观察再度提出日心说，却引发了一场观念革命和科学革命呢？教师可以帮助同学从近代科学兴起的背景和哥白尼提出日心说的意义两个方面考虑。从而培养同学们“论从史出”的史学观。 3．情感、态度与价值观 通过本课学习，使同学们认识到科学探索需要有怀疑和批判的勇气和献身科学的精神。人类科学史上的每一次进步，都要付出巨大的代价，都要同谬误作艰苦的斗争。正是有无数科学家的顽强探索和不懈追求，才有今天辉煌灿烂的文明成果。 二、教材分析
本课的重点是介绍哥白尼、伽里略和牛顿的主要科学成就，通过介绍，使同学们了解近代科学兴起的基本情况。教师要突出他们在科学史的地位，如哥白尼提出日心说揭开了近代科学革命的序幕；伽里略是近代物理学之父；牛顿创立了经典力学理论。科学的发现和发明常常改变着人们的观念，是本课的难点。教师可以从史实或现实生活中事例出发，引导学生进行对比，而不是直接灌输。 本课以哥白尼、伽里略和牛顿三位科学家作为子目，来统领近代科学的兴起过程。 本课导语 本课导语讲述的是布鲁诺因宣传哥白尼的日心说而被宗教法庭 活活烧死的故事，其用意是引起同学们学习科学史的浓厚兴趣，同时也试图诱发同学们去积极思考，布鲁诺宣传日心说为什么会被宗教法庭处死？由此而导入课文。 哥白尼 本子目共三段大字。第一段大字简单介绍了近代科学革命的背景、兴起的时间和有关科学领域，以及哥白尼揭开了科学革命的序幕。第二段大字介绍了哥白尼发表《天体运行论》，以及日心说提出的伟大意义。第三段大字介绍了哥白尼学术的发展。 伽里略 本子目共两段大字。第一段大字介绍了伽里略发明望远镜，通过观察来证实哥白尼的学术。第二段大字介绍伽里略开创了实验和数学相结合的科学研究方法，成为近代物理学之父。
近代自然科学的兴起与发展 一、近代自然科学兴起和发展的原因 1.资本主义的发展需要科学知识，又为科技进步奠定了物质基础。 近代自然科学是资本主义生产发展的产物， 手工工场、 大机器生产不断地采 用新工具、 新能源， 追求最高的劳动生产率， 在生产和技术上向科学家提出新的 任务和要求， 这是推动自然科学创立与发展的前提。 同时， 新兴资产阶级要求掌 握政治权力，他们需要把自然科学作为反对宗教统治争取思想自由的理论武器。 资本主义生产方式的产生和发展， 不仅向自然科学提出大量的研究课题， 还 提供了丰富的经验材料以及新的科学实验条件。 能够支持、吸引和稳定一批优秀 的科学人材，使他们从事科学研究。 2.资产阶级力量的壮大和资产阶级统治的确立为科技发展提供政治前提。 如：建立良好的科学教育基础和保持较高的科学普及水平。科学不可能孤立 地产生， 必须有相应的科学普及、有较高程度的科学教育和国民科学素质才有可 能产生一定数量和水平的优秀科学家队伍。 政策保护。欧洲先进国家进行保护科学发展的政策，允许自由讨论学术问题 和学术思想的自由发展等等又为近代科学的创立和发展提供了极其有利的条件。 即欧洲国家保护、奖励科技发明,重视科技发展推动了近代科学的发展. 3.人文主义、 地理大发现和理性主义的兴起解放了人们的思想， 为科技发展奠定 近代自然科学的兴起和发展 主要著作 / 天文学 / 《自然哲学的 数学原理》 《物种起源》 《人类的起源》 生物学 《人在自然界 中的地位》 / / 成就与贡献 日心说 证明日心说 “近代科学之父” 万有引力定律 三大力学定律 进化论 论证人猿同祖 进化论逐渐被接受 改良蒸汽机 推动电力广泛应用 人物 哥白尼 伽利略 牛顿 达尔文 赫胥黎 瓦特 爱迪生 国别 波兰 意大利 英国 英国 英国 英国 美国 研究领域 物理学 动力
简述自然科学的起源和发展 自然科学是人类对自然现象的系统性研究的总称，它的起源可以追溯到古代文明。随着人类社会的发展，自然科学也不断发展壮大，形成了许多分支学科。 1. 古代自然科学：古代文明中对自然科学的探索主要表现为对一些自然现象的观察和简单解释。例如，古希腊的哲学家泰勒斯、亚里士多德等对天文、地理、生物学等进行了初步的研究。在古代中国，也有诸如《周易》、《黄帝内经》等著作，探讨了天文、地理、医学等方面的知识。 2. 中世纪自然科学：在欧洲中世纪时期，自然科学的研究受到宗教和迷信的制约，发展较为缓慢。然而，仍有一些学者在艰苦的环境下坚持研究，如波兰天文学家哥白尼提出了日心说，挑战了教会的地心说观念。 3. 科学革命：16世纪至17世纪，欧洲经历了一场科学革命，标志着近代自然科学的兴起。这期间，牛顿提出了力学三定律和万有引力定律，奠定了经典力学的基础；德国天文学家开普勒发现了行星运动的三大定律；英国生物学家达尔文提出了进化论，改变了人们对生物世界的认识。 4. 19世纪的自然科学：19世纪，自然科学的研究取得了巨大进展。英国科学家麦克斯韦建立了电磁理论，预言了电磁波的存在；德国物理学家爱因斯坦提出了相对论，改变了人们对时空的认识；荷兰物理学家洛伦兹等人发展了统计学力学，为热力学和统计物理奠定了基础。 5. 20世纪的自然科学：20世纪是自然科学蓬勃发展的时代。量子力学、相对论和基因理论等重大科学突破改变了人们对物质世界、生命现象和宇宙的认识。此外，计算机科学、空间科学、纳米科技等新兴领域的出现，拓展了自然科学的范畴和应用。 6. 当代自然科学：进入21世纪，自然科学继续飞速发展，不断开拓新的研究领域，如大统一理论、量子信息科学、生物技术等。与此同时，自然科学与社会科学的交叉融合也越来越紧密，推动了众多领域的创新和变革。
近代自然科学的产生的原因和条件 西方社会15世纪中叶，资本主义政权陆续在欧洲各国建立,资产阶级革命为近代自然科学的诞生提供了社会条件。在这同时，科学本身为争得自己的独立地位，摆脱宗教的桎梏，也进行了不屈不挠的斗争。许多科学家为坚持真理而献身的精神，在科学史上写下了壮丽的篇章，实验科学的兴起，更使自然科学有了独立的实践基础。从此，近代自然科学开始了它的相对独立发展的新时代。 第一节近代自然科学产生的社会基础和条件 欧洲从13世纪中叶开始，技术的社会应用促进了生产力的发展，导致资本主义生产方式的出现和发展。资本主义生产方式的形成和发展，又促进了技术的社会应用。 随着资本主义生产方式的产生，在欧洲出现了航海探险运动、文艺复兴运动和宗教改革运动。这些由资产阶级发动的经济活动和文化运动，对近代自然科学的产生有着极为重要的影响。 一、航海运动与地理大发现 工商业的发展，使商人和工场主的经济实力日益雄厚。他们不仅极力扩大欧洲各国间的贸易，又再次想到东方去寻找市场和黄金。在此欲望的驱使下，开始了大规模的航海探险活动。这种航海探险活动首先在葡萄牙和西班牙兴起。1487年，葡萄牙人迪亚士率领船队，沿非洲西岸南行，到达非洲最南端，证明了由此继续航行可以到达印度。意大利人哥伦布得到西班牙国王的赞同和资助，于1490年8月经过70天的航行，到达美洲，并于1493年3月回到西班牙。15世纪末，意大利商人阿美利哥·味斯普奇再次前去美洲，后来使用他的名字将这块大陆命名为阿美利加洲。葡萄牙人伽马沿迪亚士的航路于1497年绕过好望角，终于到达印度。麦哲伦又得到西班牙国王的支持，于1519年9月从西班牙出发渡过大西洋，绕过南美洲南端海峡，进入太平洋，到达印度，又绕过非洲，于1522年9月回到西班牙海岸，完成了人类历史上
近代以来世界的科学发展历程 【高考展望】 近代以来科学技术的发展，是历年高考考查重点之一。新高考考查强 调政治史、经济史、科学文化史三者并重，加大了文化史、社会生活史内 容的含量。因此，科技史的内容在今后的高考试题中将会逐年增加。从内 容上看，几次科技革命的重大成果、物理学取得的重大成就，尤其是蒸汽机、电力的广泛应用所产生的重大影响将会是高考的重要命题点。从热点 命题的角度来看，主要侧重于科学技术的发展对社会经济、政治、国际关 系产生主要影响，生物学的发展等方面的考查。我们在复习迎考中要注意 对以上问题的归纳。 【考点梳理】 一、物理学的重大进展 1.经典力学的奠基者——伽利略 伽利略确立将科学实验与数学相结合进行科学研究的方法；发现了自 由落体定律；利用望远镜观察天体，证实了哥白尼的发现（太阳中心说），为经典力学的创立和发展奠定了基础。 2.牛顿经典力学的建立 （1）建立：1687年出版《自然哲学的数学原理》，提出物体机械运 动的三大定律和万有引力定律，形成了一个以实验为基础、以数学为表达 形式的牛顿力学体系。 （2）意义：对自然界的力学现象做出了系统、合理的说明，完成了 人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，标志着近代科学的形成。
3.量子论的诞生与发展 （1）诞生与发展：1900年，普朗克提出量子概念；1905年，爱因斯坦把量子理论推广到光学中；1923年，德布罗意提出物质波理论。 （2）影响：量子力学成为反映自然界基本规律的理论体系，指导着人们向物质运动的各个层面进行深入探讨；标志着人类对客观规律的认识开始从宏观世界深入到了微观世界。 4.爱因斯坦的相对论 （1）内容：包括狭义相对论和广义相对论。 （2）意义：爱因斯坦的相对论形成了全新的时空观、运动观和物质观，是人类思想发展史上的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。 二、破解生命起源之谜——达尔文进化论 1.诞生：1859年，《物种起源》的发表。 2.主要观点：自然界中生物的物种是不断进化的，是不断从低级向高级发展的；自然界进化的规则是物竞天择，适者生存。 3.历史意义：挑战了封建神学的神创世，促进了人类认识的飞跃；开创了生物学的新时代；为资产阶级最终战胜封建主义提供思想武器；为马克思主义提供了自然史基础；对近代中国思想界产生了巨大影响。 三、蒸汽和电的革命 1.“蒸汽时代”：18世纪上半期，蒸汽机运用于矿井抽水；1785年瓦特改良的“万能蒸汽机”运用于纺织业；蒸汽机运用于交通运输。
19世纪科学的发展 系别：数学系 班级：102班 姓名：张爽 学号：52号
19世纪科学的发展 【摘要】18世纪后期，近代自然科学进入了全面发展的时期。17世纪自然科学的发展，促进了英、法、德等国的工业革命，而工业革命在其进行的近一个世纪的时间里，不仅使西欧的社会生产力得到了史无前例的发展，更使近代自然科学进入了全面的理论综合阶段。经典的自然科学在19世纪已达到了基本完善的程度。各门自然科学已从经验科学变为理论科学。科学开始走在生产技术的前面，使人类从蒸汽—机器时代，逐渐向以电气应用为中心的时代过渡。资本主义生产关系在这一时期得到了确立和巩固。 关键词：19世纪科学 19世纪的自然科学主要在以英、法、德等欧美国家发展最为迅速。英国的自然科学在19世纪仍居于世界的前列，出现了道尔顿、法拉第、赖尔、焦耳、麦克斯韦、达尔文等一批成就卓著的科学家。法国在进入19世纪后，由于历届政府推行了一系列鼓励科学技术活动的政策，使科学研究日益制度化和专业化，在18世纪末至19世纪上半叶，取得了辉煌的成就。到19世纪中期，法国的科学研究水平和成就，就已赶上和超过了英国，出现了拉普拉斯、库仑，达兰贝尔，拉瓦锡、盖·吕萨克、卢布兰、居维叶、布丰、拉马克等学者，巴黎成为世界科学活动的中心。德国的自然科学在19世纪30年代，也取得了重大的成果，高斯、欧姆、楞次、迈尔、赫尔姆霍兹、克劳修斯、赫兹、施莱登、施旺等著名科学家大都是在这一时期取得成就的。当然，其他国家也有相应的发展
首先，我们要从电磁学开始， （一）电流的磁效应，主要人物为奥斯特和安培这两位，安培，1775年1月20日生于里昂一个富商家庭，1836 年6月10日卒于马赛1802年他在布尔让-布雷斯中央学校任物理学和化学教授；1808年被任命为法国帝国大学总学监，此后一直担任此职；1814 年被选为帝国学院数学部成员；1819年主持巴黎大学哲学讲座；1824年担任法兰西学院实验物理学教授。1827年，安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中，这是电磁学史上一部重要的经典论著，对以后电磁学的发展起了深远的影响。除此之外，他还发现了右手定则、电流的相互归律、电流计、分子电流假说. （二）欧姆定律，乔治·西蒙·欧姆，65岁出生在德国，1805年，16岁的欧姆进入埃尔朗根大学学习数学、物理和哲学。他并没有把精力放在学习上，而是在跳舞、滑冰和台球上花费了大把的时间。欧姆的父亲对于欧姆如此浪费受教育的机会，而感到非常愤怒，于是把欧姆送到了瑞士。1826年，欧姆发现了电学上的一个重要定律——欧姆定律，这是他最大的贡献。 欧姆定律及其公式的发现，给电学的计算，带来了很大的方便。人们为纪念他，将电阻的单位定为欧姆，简称“欧”，符号为Ω。 （三）电流感应定律，迈克尔·法拉第（Michael Faraday，公元1791～公元1867）英国物理学家、化学家，也是著名的自学
简述近代自然科学所取得的主要成就 1.牛顿：英《自然哲学的数学原理》，提出运动三定律和万有引力定律建立经典力学的基本体系，近代自然科学的奠基者 2.达尔文：英《物种起源》，提出生物进化论“自然选择，适者生存”，近代生物学的奠基者 3.爱因斯坦：德裔美籍，提出相对论，为原子能技术的开发提供了理论依据，现代自然科学的开创者 4.孟德尔：遗传学两大定律，人们尊称他为“遗传学之父”。 5. 巴斯德：法国科学家，对微生物生理学的研究为现代微生物学奠定了基础。他提出了防止酒变质的加热灭菌法，后来被人称为巴斯德灭菌法，使用这一方法可使新生产的葡萄酒和啤酒长期保存。 6. 科赫：科赫对新兴的医学微生物学作出了巨大贡献。科赫首先论证炭疽杆菌是炭疽病的病原菌，接着又发现结核病和霍乱的病原细菌，并提倡采用消毒和杀菌方法防止这些疾病的传播；他首创细菌的染色方法，采用了以琼脂作凝固培养基培养细菌和分离单菌落而获得纯培养的操作过程；他规定了鉴定病原细菌的方法和步骤，提出著名的科赫法则。 7.利斯特：1860年，英国外科医生J．利斯特应用药物杀菌，并创立了无菌的外科手术操作方法。 8.维诺格拉茨：俄国出生的法国微生物学家C．H．维诺格拉茨基于1887年发现硫磺细菌，1890年发现硝化细菌，他论证了上壤中硫化作用和硝化作用的微生物学过程以及这些细菌的化能营养特性。他最先发现嫌气性的自生固氮细菌，并运用无机培养基、选择性培养基以及富集培养等原理和方法，研究土壤细菌各个生理类群的生命活动，揭示土壤微生物参与土壤物质转化的各种作用，为土壤微生物学的发展奠定了基础。 9. 拉瓦锡：近代化学的奠基人。从试验的角度验证并总结了质量守恒定律，并成为他进行实验、思维和计算的基础。燃烧原理——氧化说：拉瓦锡最重要的发现是关于燃烧的原理。拉瓦锡最终排除了当时流行极广的关于“燃素”的错误看法。 10.道尔顿和原子道尔顿在化学方面提出了定量的概念，总结出质量守恒定律定、比定律和化合量（当量）定律。 11.门捷列夫的元素周期律，周期律的正确性由此得到了举世公认. 周期律在使化学知识特别是无机化学知识的系统化上起了重要作用，对于研究无机化合物的分类、性质、结构及其反应方面起了指导作用。周期律在指导原子核的研究上也有深刻的影响，放射性的位移定律就是以周期律为依据的，原子核的种种人工蜕变也都是按照元素在周期表中的位置来实现的。
近代科学技术革命：“实体”对象及对 “实体”的认识 16世纪，自然科学研究发生了历史性的大转折，形成了以牛顿经典力学为中心的科学体系。并随之引起18世纪中叶的第一次科学技术革命。这次科学和技术革命极大地推动了社会经济的发展，导致英国、法国、德国、美国等西方主要资本主义国家先后完成了工业革命。工业生产的发展，必然要求自觉地利用自然科学，同时又为自然科学研究提供了先进的技术手段，使得近代自然科学进入了全面的发展时期。而随着1873年麦克斯韦电磁学理论的建立，又引起了近代第二次技术革命，促使人类的科学、技术、经济和社会得到更迅猛的发展，写下了光辉灿烂的篇章。综观16到19世纪这一时期的科技成就，都是建立在实体性思维的基础上的。也就是说，近代科学的辉煌，实际上就是关于“实体”科学的辉煌。 一、近代第一次科学技术革命：“实体”科学的革命 1近代科学诞生的主要标志是建立了一套有别于古代和中世纪的关于“实体”的自然观和方法论 近代科学诞生的主要标志是建立了笛卡儿——牛顿机械自然观和实验——数学方法论。其主要内容为四个方面：第一，主
客体分离，即人与自然的分离；第二，自然界的数学设计；第三，物理世界的还原论说明；第四，自然界与机器类比。 从此，科学沿着两种传统发展：一种传统是通常所说的“经典科学”，包括天文学、力学、数学和光学，它们在方法论上以数学和理论为基础，规范而严谨；另一种是培根式的“经验科学”，依靠仪器，注重定性和定量分析，在方法论上更看重实验。这两种传统既平行又交织，共同促进了科学技术向前发展。 而无论是依靠理性思维的“经典科学”，还是依靠仪器，注重定性和定量分析的“经验科学”都有一个共同的理论预设：世界的本质是简单的，它是由刚性不变的“实体”构成，外部世界复杂性是由种种简单性“实体”聚合而成，并在“实体”层面得到还原论的清楚解释和充足说明。科学的任务就是探明宇宙的最终“实体”，而科学中的所有学科最终都可以统一到“实体”上来。 牛顿机械自然观认为，决定自然界物体千差万别的是微粒量和空间排列的不同；运动不是物质性质的一般变化，而本质上是位置的改变；一切运动包括生物的生长不是受神秘的力的驱使，而是机械位移和机械碰撞的结果。机械自然观还主张，科学的任务不是寻求最终的目的论解释，而是对运动作出数学的描述；机械模型可以说明包括人体在内的一切自然事物；自然应该成为人类理性透彻研究的对象。这实际上就意味着：微观(小的)世界是不变的、简单的，而大的(宏观)世界是可变的、复杂的。但复杂
第九章近代自然科学的全面发展 一、概述 19 世纪是近代自然科学全面发展的时期。工业革命不仅推动了社会生产力突飞猛进的提高 , 更推动了近代自然科学实现了全面的理论综合。经典的自然科学在 19 世纪末已达到了基本完善的程度。各门自然科学都从经验科学变为理论科学 ,科学研究方式从个人自由研究转变为集体研究。由于科学的进步 , 特别是由于电磁理论的建立 , 科学开始走到了生产技术的前面 , 并推动了生产技术的发展 , 使人类从蒸汽——机器时代 ,逐渐向以电气应用为中心的时代过渡 , 科学逐渐成为经济生活中起主要作用的手段。 17 世纪受牛顿力学革命影响而形成的机械唯物主义自然观 , 因 19 世纪科学的发展而受到强烈的冲击 , 辩证唯物主义自然观在新的科学事实的基础上诞生了。 二、19 世纪是“科学的世纪” 工业革命和生产力的巨大进步, 迎来了近代科学的全面繁荣 , 其规模和成就远远超过 17 世纪的科学革命。科学开始走到了生产技术的面前，并推动了生产技术的发展，使人类从蒸汽——机器时代向电气应用化时代过渡。 19 世纪的热力学、光学、电磁学、化学、地质学、生物学、人类学等学科都取得了重大的突破 , 并大都进入到理论综合的阶段。经典的自然科学在19世纪末已达到了基本完善的程度，我们今天所接受和应用的基础自然科学原理 , 大部分是在这个世纪里奠定的。 各门自然科学已从经验科学变为理论科学，由个人自由研究转变为集体研究，科学研究手段和方法日益完善，是 19 世纪科学发展的重要特点。这一时期的科学家不仅注意搜集材料 , 用时还重视理论上的分析、概括和综合 , 他们发展了科学的思维方法 , 把假说、演绎同实验、归纳结合起来 , 使大量自然知识得到有系统的整理。数学在力学和物理学等领域成为科学家进行理论思维的辅助工具和表现方式。
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，
近代自然科学发展的四个阶段-概述说明以及解释 1.引言 1.1 概述 概述: 自然科学是人类对自然界规律的研究和认知的过程。近代自然科学的发展经历了四个阶段，每个阶段都有其独特的特点和贡献。本文将对这四个阶段进行详细介绍和探讨。 第一阶段是近代自然科学的起步阶段，也是观察和实证研究阶段。在这个阶段，科学家主要通过观察和实验来收集数据和获取关于自然现象的信息，推动了自然科学的发展。经典力学的奠基者牛顿和开普勒就是这个阶段的代表人物。 第二阶段是理论建模的发展阶段。在这个阶段，科学家开始尝试建立数学模型来解释和预测自然现象，并通过理论来解析和推导实验结果。电磁学和物理学的发展进入了这个阶段，麦克斯韦和法拉第等科学家的贡献在此阶段功不可没。 第三阶段是量子力学的诞生和发展阶段。在这个阶段，科学家发现了微观世界的奇异现象，并建立了量子力学这一新的物理学理论。量子力学
不仅革新了自然科学的思维方式，也对物质和粒子的本质有了更深入的认识。爱因斯坦、波尔等科学家在发展量子力学方面作出了重要贡献。 第四阶段是近代自然科学的多学科交叉阶段。在这个阶段，自然科学与其他学科领域的交叉研究变得越来越重要。生物学、化学、地球科学等学科相互渗透和融合，推动了自然科学的进一步发展。现代天文学、生物技术等新兴学科的出现，标志着近代自然科学取得了前所未有的成就。 总之，近代自然科学的发展经历了四个阶段，从观察实证到理论建模，再到量子力学的发现与应用，最后进入了多学科交叉的阶段。这四个阶段构成了近代自然科学发展的历程，为人类对自然界规律的认知提供了坚实的基础，也为人类社会的进步和发展作出了巨大贡献。 文章结构部分的内容可参考以下写法： 1.2 文章结构 本文将对近代自然科学发展的四个阶段进行详细探讨。整篇文章将分为三个主要部分：引言、正文和结论。 引言部分将提供对整篇文章的概述，包括简要介绍近代自然科学的演进背景和意义。同时，我们将明确文章的目的，即探讨近代自然科学发展的四个阶段。