光学科普仪器生产、科技馆建设——电影原理
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光学科普仪器&科技馆生产厂家&科技馆方案&声光电科普&科普馆仪器设备&
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科技互动展品 数字化探究实验室 计算机数据采集处理系 社区科技馆 科技创新活动室
光学科普仪器生产、科技馆建设——电影原理
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产品说明：看啊，一个个不动的图画连着动起来，就成了电影！好有趣啊！这是因为我们的视觉是通过化学反应完成的，而这种化学反应不能瞬间完成，也无法骤然停止。如果不同色彩的刺激接踵不断，前一个化学反应还没有结束，下一个又开始了，结果就会在眼睛里产生短暂停留的图象，这也叫残像。
让科学动起来，让科学更好玩，让学生热爱科学，在玩中感悟科学，提高科学素养，是建设校园小型科技馆的重要目标。校园小型科技馆的建立可以满足学生对科技知识的渴求，激发学生的科学兴趣，促进素质教育及学生科技素质活动的开展；校园小型科技馆的建立可以让每一位学生都能亲身体验科技活动，进行相关的实践研究，进一步加深对科学原理的理解，感悟科学的深奥，培养科学兴趣，增强动手能力。
“师大教育”校园科技馆、科学探究实验室由声、光、电、力、磁、能、水、气、新材料等九个方面的系列仪器组成。这些仪器集科学性、知识性、趣味性、操作性于一体，将光的反射、声的传播、力的分解、电的产生、水的循环、能的转化、磁场变化等自然常识和科学原理以最直观的形式演示出来。学生亲自操作，动脑动手，发现其中的奥妙，掌握其中的科学原理。
小学科技馆建设方案
(学校根据场地大小和经费等因素选择配备)
序号 仪器名称
1、数学系列
01 巧布哨兵
02 拼五星（四星拼一星）
03 巧垒立方体
04 几何体就位
06 小熊猫走钢丝
08 数学游戏平台
09 哥尼斯堡七桥
10 忽多忽少的小人
11 装箱游戏
12 疯狂的立方体
13 搭建金字塔
14 拼出正方形
16 伤脑筋十二块
17 圆形井盖之谜
18 先到二十为胜
19 拼走廊（拼出连线）
20 梵天之塔
22 滚球进洞
24 高尔夫球拼板
25 棋盘完全覆盖问题
26 三角测身高
2、电磁学系列
01 奥运悬浮球
03 风力发电
04 柔和电击
05 仿真雷电
06 无形的力
07 手蓄电池
09 人体导电
10 人体导电
12 捕捉磁场
13 电磁起重机
14 脚踏发电机
16 电磁炮（大型）
17 懒惰的管子
18 无线电能传输
19 流沙发电
20 水力发电
21 背道而驰
23 互感无线通讯
24 静电喷泉
25 磁力转盘
26 无规则摆锤
27 飞轮蓄能
29 太阳能发电
32 声控和光控电路
33 节能灯PK普通灯
34 飞轮储能
3、力学系列
02 锥体上滚
04 气流飞球
06 吹不开的苹果
08 风洞戏球
09 风洞模型-1型
10 风洞模型-2型
11 听话的小球
12 曹冲称象
13 离心现象1
14 离心现象2
17 气浮平台－１型
19 惯量笆蕾
20 准确通过
21 准确投球
24 自己拉自己
25 力看得见
26 滚筒游戏
27 永动机神话
29 齿轮传动比较
4、光学系列
02 吃钱的箱子
03 一窗两景
06 无源之水-1
07 放虎归山
08 光压风车
10 穿针引线
11 电影的原理
12 井底捞月
13 投篮歪手
14 看得见摸不着
15 你我换脸
16 狭缝错觉
17 频闪动画
18 窥视无穷
19 泉水幻影
20 东方明珠塔
（一组四个）
22 大瞪小眼
23 穿墙而过
24 腾空而起
25 到底动不动
26 三维空间成像
28 动态立体造型
29 海市蜃楼
30 同自己握手
31 神奇的光导
33 彩色的影子
34 隐身人（小）
35 隐身人（大）
36 错觉画（5幅）
37 三维错觉画
38 万丈深渊
39 飞翔的大雁
40 摩尔条纹
41 逐行扫描
43 光纤传声
44 忽明忽暗
46 爸爸的鼻子
47 菲涅尔透镜
48 环环相扣
49 难以钩抓的柱子
50 光学转盘
51 光纤星空图
54 柱面镜成像
56 补色立体图
59 马尾巴的魔术
60 大象穿鼠洞
61 盲点测试
64 距离测试
5、声学系列
05 回音壁原理
07 声波看得见
09 天籁之声
10 雪浪声波
11 奇妙的音乐
12 双耳变向
13 鹦鹉学舌
14 语音对话机器人
15 声音的三要素
16 有声有色
17 奇妙的乐器
18 气流音乐转盘
6、生命科学系列
02 时间反应测试
03 光合作用
04 人体经络系统模型
05 植物进化系统树
06 动物进化系统树
07 视角仪(眼的余光)
08 老橡树有多少岁
09 记忆力测试
10 补色立体图
13 马尾巴的魔术
14 大象穿鼠洞
15 盲点测试
18 距离测试
7、热学与分子物理学
01 仿真瓦特蒸汽机
8、地震与海啸专题系列
02 地震防震
03 地震小屋
9、新能源系列
01 自动飞舞的蝴蝶
02 新能源小屋
10、新材料系列
01 不怕割的材料
02 不怕割的材料
03 拉不断的绳子
04 透气不透水的布
05 光致发光材料
07 奇妙的液晶玻璃
11、综合系列
01 大型火箭模型
02 多米诺骨牌效应演示模型
03 虚拟高尔夫、乒乓球、虚拟网球、虚拟排球
12、墙壁画
01 绕月工程三个阶段
02 月球上的地形
03 地震的形成和种类
04 地震后的自救要领
校园室外科技馆建设方案
军事训练科技馆建设方案
生命科技馆建设方案
生态与环境保护科技馆建设方案
小学科技馆建设方案
初中科技馆建设方案
高中科技馆建设方案
壁挂式科技馆建设方案
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按排行字母分类：变深另一端颜色变浅．
分析：平衡2NO2（g）?N2O4（g）△H＜0，升高温度向吸热方向移动，即逆反应方向移动，NO2浓度增大，颜色加深．解答：解：平衡2NO2（g）?N2O4（g）△H＜0，升高温度向吸热方向移动，即逆反应方向移动，NO2浓度增大，颜色加深，所以放入热水的一端颜色变深，另一端颜色变浅；故答案为：变深；变浅．点评：本题结合实验考查了温度对化学平衡的影响，培养了学生灵活运用知识的能力．
练习册系列答案
科目：高中化学
下列现象不能用平衡移动原理解释的是（　　）A、合成氨工作中采用较高的压强B、硫酸工业生产中，O2与SO2物质的量的比值大于1?2C、将盛有NO2与N2O4混合气体的玻璃球放入热水中，气体颜色加深D、高温下食品易变质
科目：高中化学
将盛有NO2和O2的混合气体的试管倒扣在水中，充分反应后，试管内充满溶液，则NO2和O2的体积比为（　　）A．1：1B．3：1C．4：3D．4：1
科目：高中化学
将盛有NO2和NO混合气体的试管倒立在水槽中，最终液面上升到距试管底部三分之二处，则原混合气体中NO2和NO的体积比是（　　）
A、1：1B、2：1C、1：2D、3：1
科目：高中化学
来源：2014届吉林省高一上学期期末考试理科化学试卷
题型：选择题
将盛有NO2和O2的混合气体的试管倒扣在水中，充分反应后，试管内充满溶液，则NO2和O2的体积比为A、1：1&&&&&&&B、3：1&&&&& C、4：3&&&&&&& D、4：1&
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请输入手机号　　王老师讲物理学史之二十六　　进入经典科学时代——英国皇家学会成立　　英国皇家学会是英国资助科学发展的组织。成立于1660年。并于 1662年、1663年、1669年领到皇家的各种特许证。英女皇是学会的保护人。全称“伦敦皇家自然知识促进学会”。学会宗旨是促进自然科学的发展。它是世界上历史最长而又从未中断过的科学学会。它是英国最具名望的科学学术机构，在英国起着全国科学院的作用。在成立之初的16、17世纪，几乎全世界最优秀的科学家都是它的会员或外籍会员，他们包括：波义耳、胡克、惠更斯、牛顿、哈雷……随着英国皇家学会的成立，进入了经典科学的时代。　　皇家学会一开始是一个约12名科学家的小团体，当时称作“无形学院”。他们会在许多地方聚会，包括成员们的住所以及格雷沙姆学院。其中知名的成员有约翰?威尔金斯（John Wilkins）、乔纳森?戈达德（Jonathan Goddard）、罗伯特?胡克、克里斯多佛?雷恩、威廉?配第和罗伯特?波义耳。　　约1645年之时，他们曾聚在一起探讨弗兰西斯?培根在《新亚特兰提斯》中所提出的新科学。最初这个团体并没有立下任何规定，目的只是集合大家一起研究实验并交流讨论各自的发现。团体随着时间改变，在1638年由于旅行距离上的因素分裂成了两个社群：伦敦学会与牛津学会。 因为许多学院人士住在牛津，牛津学会相较之下较为活跃。一度成立了“牛津哲学学会”，并明订了许多规则，如今这些规则纪录仍保存在博德利图书馆。　　伦敦学会依然于格雷沙姆学院聚会讨论。与会成员在这个时期也逐渐增加。在护国主克伦威尔时期的军事独裁下，1658年学会被迫解散。在查理二世复辟后，学会才继续于格雷沙姆学院重新运作。普遍认为，这个团体鼓舞了后来皇家学会的建立。　　1660年查理二世复辟以后，伦敦重新成为英国科学活动的主要中心。此时，对科学感兴趣的人数大大增加，人们觉得应当在英国成立一个正式的科学机构。因此伦敦的科学家于公元1660年11月某日在格雷山姆学院克里斯托弗?雷恩一次讲课后，召集了一个会，正式提出成立一个促进物理－数学实验知识的学院。约翰?威尔金斯被推选为主席，并起草了一个“被认为愿意并适合参加这个规划”的41个人的名单。　　不久，罗伯特?莫雷带来了国王的口谕，同意成立“学院”，莫雷就被推为这个集会的会长。两年后查理二世在许可证上盖了印，正式批准成立“以促进自然知识为宗旨的皇家学会”，布隆克尔勋爵当上皇家学会的第一任会长，第一任的两个学会秘书是约翰?威尔金斯和亨利?奥尔登伯格。　　皇家学会的会员在1660年创立时约为100人，到70年代时就增加到200人以上，但是在17世纪快要终了时，人们对科学的兴趣开始下降了，所以在1700年时只剩下125位会员。这以后会员人数又增加起来，到1800年达到500人，但是500人中真正谈得上是科学家的还不到一半，其余都是名誉会员。　　起初，学会的院士都是选举产生的，但是规则模糊，大部分的院士都不是专业科学家。1731年定立了规矩，所有院士候选人都必须获得书面推举，并需要得到支持者的签名。到了1847年，学会决定将来院士的获选提名必须根据他们的科学成就来取决。　　这个决定让皇家学会从一个“会社”摇身变为实际上的科学家学会。英国政府在1850年发给学会1000英镑的资助，以帮助科学家进行研究和添置器材。政府资助制度从此成立，学会与政府的关系也从此开始。　　皇家学会是一个独立的社团，不对政府任何部门负正式责任，不必经过政府批准。但它与政府的关系是密切的，政府为学会经营的科学事业提供财政资助。　　1850年，国会第一次投票同意给学会拨款，用以资助科学研究。当时的拨款是1000英镑，到1876年，拨款数升至5000英镑。如今政府拨款数额已达到2500万英镑，占其每年年度开支的79%。剩余的21%来自多种渠道，如学会的投资、遗产及个人的捐赠、出版物收入、工业界的研究合同收入等。学会发起的“科学工程”活动就是要每年能够筹集到约200万至300万英镑的额外款项，以使皇家学会能扩大其独立活动范围。　　学会没有自己的科研实体，它的科学研究、咨询等职能主要通过指定研究项目、资助研究、制订研究计划、通过会员与工业界联系及开展研讨会等实现。　　皇家学会会员候选人必须由至少6名责任会员提名和推荐。英国皇家学会每年的11月30日召开学会年会，每年3月第三个星期三召开选举年会。皇家学会在每年3月份选举，根据章程，每年提名的“外国会员”人数不得超过4人。　　皇家学会共分两大学科领域，即物质学科领域（包括数学，通称A类）和生物学科领域（通称B类），下边又分设12个学部委员会。学会成员分为皇家会员、英籍会员、外籍会员3类。皇家会员只产生于皇族，不定期选举；英籍会员每年至多选出40名；外籍会员每年至多选出4名。会员有极高的社会荣誉。　　皇家学会的事务由理事会负责处理。理事会由21名成员组成，其中5位学会领导，其中4位领导相当于副会长理事会成员，对学会的某些使命负有法律责任理事会通过年会选举产生，每年要改选其中的10名，除5位学会领导外，任何人均不得连续任职2年以上，学会会长及外事秘书任期不得超过5年。　　自1915年以来，皇家学会的历任会长都是诺贝尔奖获得者。
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　　哦，会讲卡文迪许实验室吗，一直神往。
　　王老师讲物理学史之二十七　　波义耳-马略特定律　　波义耳　　罗伯特?波义耳（Robert Boyle，），英国化学家、物理学家。他是1660年英国皇家学会成立时的创始人和最早的理事之一，1680年曾任该会会长。　　被称为“英国科学界的明星”的罗伯特?波义耳于日出生在爱尔兰的利斯莫尔城，他是斯图亚特王朝新贵族科克伯爵的后裔。波义耳家中豪富，广有田园和牧场，马匹成群，还有一个规模宏大的果园。波义耳在幼年时就表现出非凡的记忆力和语言才能，并且对自然科学产生了浓厚的兴趣。而他的父亲也经常对儿子的学习热情加以鼓励，并聘请了一些优秀的教师来给他上课。1635年波义耳进入伦敦西郊著名的贵族学校伊顿公学学习。三年后，他又和哥哥法兰克一起在家庭教师陪同下来到当时欧洲的教育中心之一的日内瓦过了两年。在这里他学习了法语、实用数学和艺术等课程，更重要的是，瑞士是宗教改革运动中出现的新教的根据地，反映资产阶级思想的新教教义熏陶了他。此后波义耳在实际行动中虽然未参与任何一派，但是他在思想上一直是倾向于革命的。1641年，波义耳兄弟又在家庭教师陪同下，游历欧洲，年底到达意大利。旅途中即使骑在马背上，波义耳仍然是手不释卷。就在意大利，他阅读了伽利略的名著《关于两大世界体系的对话》。这本书给他留下了深刻的印象，20年后他的名著《怀疑派化学家》就是模仿这本书的格式写的。他对伽利略本人更是推崇备至。　　1644年，波义耳17岁时，英国发生了一场战争。在战争中，老波义耳不幸中箭身亡。也许正是因为这件事的刺激，使波义耳成了一个专心学问、不问政治的人。　　1654年波义耳移居牛津，建立了一个实验室，开始致力于科学实验研究。此后他长期从事科研活动，发表了大量论文和著作。　　波义耳具有多方面的才能，对于化学、物理学、生理学等方面都有卓越贡献，他是用实验方法研究自然科学的先驱。　　波义耳精于实验，敏于观察，他发明了用来检验酸碱性的石蕊试纸，人们把这种试纸称为“波义耳石蕊试纸”，这种试纸在化学界一直传用至今。　　波义耳还是照相技术的先驱，他在实验中发现，从硝酸银中沉淀出来的白色物质，如果暴露在空气中，就会变成黑色。这一发现，为后来人们把硝酸银、氯化银、溴化银用于照相术上做了先导性工作。　　在波义耳的实验室助手中，有一位后来也成为了著名的科学家，他就是胡克。当胡克成为波义耳的助手以后，他们把研究方向主要放在了气体和微粒理论上。当时，笛卡儿认为物体是由微粒和以太组成的，他概括了机械论观点，摒弃了原子学说，并相信真空不可能存在。但波义耳认为机械论哲学就是物质由运动的微粒组成的理论。他认为托里拆利实验中管子里水银上方就是真空。为了证实自己的想法，他决定检验抽出空气后的仪器中还有什么。但当时所使用的空气泵不够好使，于是胡克着手设计了一种新的空气泵。借助于这种空气泵，这两位科学家才把空气几乎全部抽了出来。但是，想要证明容器中存在以太的一切努力都毫无结果。波义耳又对空气泵加以改进，他们再次进行实验，结果还是和以前一样。于是波义耳得出结论：仪器里不存在以太，而是真空。这一结论很快受到了笛卡儿派的攻击，但波义耳性格温和，不愿与他们展开论战，只想找出新的资料、写出新书来证明真理。　　17世纪50年代末，经济危机波及整个英国，波义耳的工作被中断，他回到了祖传的庄园。在那里他可以安静地工作，完成了他的第一部科学巨著——《关于空气的重量及其表现的新的物理力学实验》。这本书在1660年问世，在书中，波义耳描述了自己近两年来的全部实验，第一次批判了亚里士多德的四元素理论、笛卡儿的“以太”和炼金术士的三本原。这部著作受到了亚里士多德的追随者和笛卡儿派的猛烈攻击。但波义耳是以事实为根据的，大多数科学家非常高兴地接受了他的概念。　　不久后，波义耳又着手写他的下一部专著——《怀疑派化学家》，在书中他发展了自己关于化学元素的想法，完全驳倒了炼金术关于硫、汞、盐三本原的学说，彻底摧毁了已存在两千年的四元素学说。这部专著对化学从药剂师和炼金术士那里解脱出来成为一门独立的科学有着重要意义。　　在这期间波义耳并没有中断实验，当国内政治稳定以后，他又回到牛津从事研究工作。这时他开始研究气体压强同体积的关系。波义耳第一次总结出了气体压强与体积的关系。1662年，他用一根容积是12立方英寸的U形玻璃管（短的一端的口封闭），将水银从开口中灌进去，让原来管内的空气被压缩。波义耳观察到：当压强是两个大气压时，空气的体积是6立方英寸；当压强是三个大气压时，空气的体积是4立方英寸。于是得出了“一定质量的气体，在温度不变时，它的体积与压强成反比”的结论，这就是著名的波义耳-马略特定律。此后波义耳又进一步提出了这一定律可以用微粒说加以解释。后来牛顿和伯努利对波义耳的定律的证明都采用了微粒说。除此以外，波义耳还发现了声音传播需要媒质；对于水结冰时的膨胀力、物质的比重进行了测量；研究了光媒质的折射现象和折射率以及晶体的性质；还研究了电现象、流体静力学、热力学等。他还做过大量把力转化为热的实验。　　在生理学方面，波义耳研究了空气对于生物的作用，发现了肺内血液颜色和摄取空气有关。他还发现动物离开空气会很快死亡，以及动物和燃烧的蜡烛都需要空气，并消耗其中一部分空气。　　马略特　　马略特（Edme Mariotte，），法国物理学家，法国实验物理学的创始人之一。马略特青年时代热心学习科学技术和神学，他的知识面很广，涉及力学、光学、植物学、气象学、方法论等。1666年法国巴黎科学院成立，马略特是第一批起领导作用的成员之一。　　他在1667年写了一本有关植物学方面的著作。1668年发现了眼睛盲点。1670年迁居巴黎。1673年发表了关于物体碰撞性质的著作。　　马略特对物理学的主要贡献在于发现波义耳-马略特定律。1676年在《关于空气性质的实验》的论文中，他宣布发现了气体的体积和压强关系的规律。他满怀自信地写道：“有充分的证据表明，人们可以把空气的压缩正比于它所承受的重量作为一个确定的自然法则或定律。”实际上，英国物理学家波义耳已于1662就建立了这个定律，英国科学界称为波义耳定律。马略特的发现晚了14年，但是他是完全独立地发现的，而且比波义耳更深刻地认识到这个定律的重要性。法国科学界将此定律叫做马略特定律。后人把他俩的发现合称波义耳-马略特定律。　　马略特还作出了不少其他研究成果。他进行了气压的实验，指出可以利用气压表来测定山的高度。他研究过春潮时期的水源问题，通过对塞纳河流域水量的粗略估计，推出春季潮水来源于雨水和冰雪融化的结论。他还对日冕、虹、光晕等自然现象做了研究。马略特在研究弹性物体碰撞规律的时候，设计了一个构思巧妙的用绳悬挂两个弹性小球的装置，后来被牛顿借用。
　　会的，亲。我考虑了很久，要不要为了可读性放弃科学性，讲些道听途说的故事，最后还是觉得应该坚持初衷，讲尽量真实的科学史，其实科学史真的不是枯燥的。谢谢
　　王老师讲物理学史之二十八　　光的波动学说创始人——克里斯蒂安?惠更斯 　　惠更斯　　克里斯蒂安?惠更斯（Christian Huygens，），荷兰物理学家、数学家、天文学家，英国皇家学会会员，是与牛顿同一时代的科学家，历史上最著名的物理学家之一，他对力学的发展和光学的研究都有杰出的贡献，在数学和天文学方面也有卓越的成就，是近代自然科学的一位重要开拓者。他建立向心力定律，提出动量守恒原理，改进了计时器，提出光的波动学说。　　惠更斯于日诞生于海牙的一个富豪之家。他的父亲是一个杰出的诗人和外交家，与笛卡儿等学界名流交往甚密。惠更斯从小就喜欢钻研学问，跟随父亲学习了数学和力学。16岁时，惠更斯进入莱顿大学，后转到布雷达大学学习法律和数学。1650年起，惠更斯开始研究光学，同时对天文观测产生了浓厚兴趣。1655年获得法学博士学位后，惠更斯转入科学研究。他先后访问了伦敦和巴黎，并在巴黎获得了普遍的尊敬。1663年，惠更斯成为英国皇家学会第一个外籍会员，并被巴黎科学院接纳为唯一的一个外籍院士。在伦敦和巴黎时，惠更斯结识了许多当时著名的科学家，包括牛顿、莱布尼兹等。在巴黎生活的第15年，法国和荷兰之间爆发了战争，惠更斯不得不离开巴黎，回到故乡荷兰，过着孤独寂寞的晚年生活。惠更斯体弱多病，一心致力于科学事业，终生未婚。日，惠更斯在海牙逝世。　　在力学方面的研究，惠更斯是以伽利略所创建的基础为出发点的。对摆的研究是惠更斯所完成的最出色的物理学工作。多少世纪以来，时间测量始终是摆在人类面前的一个难题。当时的计时装置诸如日圭、沙漏等均不能在原理上保持精确。直到伽利略发现了摆的等时性，惠更斯将摆运用于计时器，人类才进入一个新的计时时代。　　当时，惠更斯的兴趣集中在对天体的观察上，在实验中，他深刻体会到了精确计时的重要性，因而便致力于精确计时器的研究。当年伽利略曾经证明了单摆运动与物体在光滑斜面上的下滑运动相似，运动的状态与位置有关。惠更斯进一步确证了单摆振动的等时性并把它用于计时器上，制成了世界上第一架计时摆钟。这架摆钟由大小、形状不同的一些齿轮组成，利用重锤做单摆的摆锤，由于摆锤可以调节，计时就比较准确。在他随后出版的《摆钟论》一书中，惠更斯详细地介绍了制作有摆自鸣钟的工艺，还分析了钟摆的摆动过程及特性，首次引进了“摆动中心”的概念。他指出，任意形状的物体在重力作用下绕一水平轴摆动时，可以将它的质量看成集中在悬挂点到重心之连线上的某一点，以将复杂形体的摆动简化为较简单的单摆运动来研究。　　惠更斯在他的《摆钟论》中还给出了他关于所谓的“离心力”的基本命题。他提出：一个做圆周运动的物体具有飞离中心的倾向，它向中心施加的离心力与速度的平方成正比，与运动半径成反比。这也是他对有关的伽利略摆动学说的扩充。　　在研制摆钟时，惠更斯还进一步研究了单摆运动，他制作了一个秒摆（周期为2秒的单摆），导出了单摆的运动公式。在精确地取摆长为3.0565英尺时，他算出了重力加速度为9.8米/秒2。这一数值与现在我们使用的数值是完全一致的。　　后来，惠更斯和胡克还各自发现了螺旋式弹簧丝的振荡等时性，这为近代游丝怀表和手表的发明创造了条件。　　在《论摆钟》一书中还论述了关于碰撞的问题。大约在1669年，惠更斯就已经提出解决了碰撞问题的一个法则——“活力”守恒原理，它成为能量守恒的先驱。惠更斯继承了伽利略的单摆振动理论，并在此基础上进一步研究。他把几何学带进了力学领域，用令人钦佩的方法处理力学问题，得到了人们的充分肯定。　　　在古代和中世纪的漫长岁月里，光是哲学家和自然科学家十分关心的问题。到了17世纪，科学家们对光学现象进行了研究，他们通过出色的实验工作，奠定了近代物理学的基础。这个时期，曾经发生了一场关于光的本性问题的讨论。　　惠更斯在巴黎工作期间曾致力于光学的研究。1678年，他在法国科学院的一次演讲中公开反对了牛顿的光的微粒说。他说，如果光是微粒性的，那么光在交叉时就会因发生碰撞而改变方向。可当时人们并没有发现这现象，而且利用微粒说解释折射现象，将得到与实际相矛盾的结果。因此，惠更斯在1690年出版的《光论》一书中正式提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他推导出了光的反射和折射定律，圆满地解释了光速在光密介质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双折射现象，认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。　　惠更斯原理是近代光学的一个重要基本理论。但它虽然可以预料光的衍射现象的存在，却不能对这些现象作出解释，也就是它可以确定光波的传播方向，而不能确定沿不同方向传播的振动的振幅。因此，惠更斯原理是人类对光学现象的一个近似的认识。直到后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立了“惠更斯-菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。　　惠更斯在天文学方面有着很大的贡献。他把大量的精力放在了研制和改进光学仪器上。当惠更斯还在荷兰的时候，就曾和他的哥哥一起以前所未有的精度成功地设计和磨制出了望远镜的透镜，进而改良了开普勒的望远镜。惠更斯利用自己研制的望远镜进行了大量的天文观测。因此，他得到的报酬是解开了一个由来已久的天文学之谜。伽利略曾通过望远镜观察过土星，他发现了“土星有耳朵”，后来又发现了土星的“耳朵”消失了。伽利略以后的科学家对此问题也进行过研究，但都未得要领。“土星怪现象”成为了天文学上的一个谜。当惠更斯将自己改良的望远镜对准这颗行星时，他发现了在土星的旁边有一个薄而平的圆环，而且它很倾向地球公转的轨道平面。伽利略发现的“土星耳朵”消失，是由于土星的环有时候看上去呈现线状。以后惠更斯又发现了土星的卫星——土卫六，并且还观测到了猎户座星云、火星极冠等。　　惠更斯在数学上有出众的天才，早在22岁时就发表过关于计算圆周长、椭圆弧及双曲线的著作。他对各种平面曲线，如悬链线、曳物线、对数螺线等都进行过研究，还在概率论和微积分方面有所成就。1657年发表的《论赌博中的计算》，就是一篇关于概率论的科学论文，显示了他在数学上的造诣。
　　王老师讲物理学史之二十九　　“皇家学会的双眼和双手”——胡克　　胡克　　罗伯特．胡克（Robert Hooke，），英国物理学家、天文学家，17世纪英国最杰出的科学家之一。他在力学、光学、天文学等诸多方面都有重大成就。他所设计和发明的科学仪器在当时是无与伦比的。他本人被誉为是英国皇家学会的“双眼和双手”。　　胡克日出生于英格兰南部威特岛的弗雷施瓦特。父亲是当地的教区牧师。胡克从小体弱多病，性格怪僻，不能按时上学。但他心灵手巧，喜欢动手做机械方面的玩具，如木制的钟表、能在水中开动的航模等。10岁时，胡克对机械学发生了强烈的兴趣，并为日后在实验物理学方面的发展打下了良好的基础。1648年，胡克的父亲逝世后，家道中落。13岁的胡克被送到伦敦一个油画匠家里当学徒，后来作过教堂唱诗班的领唱，还当过富豪的侍从。　　在威斯特敏斯特学校校长的热心帮助下，胡克修完了中学课程。几乎在一个星期里，他贪婪地读完了欧几里得的《几何原本》前六卷，并马上把数学知识应用到机械设计中去。胡克做了十二种机械结构和三十种飞行方法的设计。1653年，胡克进入牛津大学里奥尔学院学习。在这里，他结识了一些颇有才华的科学界人士。这些人后来大都成为英国皇家学会的骨干。此时的胡克热心于参加医生和学者活动小组，并且显露出独特的实验才能。1655年，胡克被推荐给波义耳当助手，在波义耳的实验室工作。　　1663年，胡克获得了文学硕士学位，并且被选为皇家学会会员。1665年，胡克担任格列夏姆学院几何学、地质学教授，并从事天文观测工作。1666年伦敦大火后，他担任测量员以及伦敦市政检查官，参加了伦敦重建工作。　　1676年，胡克发表了著名的弹性定律。1677年至1683年就任英国皇家学会秘书并负责出版会刊。早在1663年，胡克就起草了皇家学会章程草案，规定学会的宗旨是“靠实验来改进有关自然界诸事物的知识，以及一切有关的艺术、制造、实用机械、发动机和新发明（不牵涉神学、形而上学、道德、政治、语法修辞或逻辑）”。胡克作为该学会的实验工作与日常事务操办人，在长达20多年的学会活动中，接触并深入到当时自然科学活跃的前沿领域，且均做出了自己的贡献。日，胡克逝世于伦敦，终年68岁。　　胡克在力学方面贡献尤为卓著。他从1661年开始积极参加了皇家学会研究重力本质的专门委员会的活动。为了确定物体重力与地心距离的关系，他用一架精密天平放在威斯特敏斯特教堂的塔尖上，称量一块铁和一段很长的绳子的重量，然后将这块铁挂在绳子的末端再称，看是否因为铁块十分接近地面而改变重量，结果并无测出明显的改变。后来他又在旧圣保罗教堂重做了这一实验。1674年，胡克发表了《从观察角度证明地球周年运动的尝试》的论文，文中根据修正的惯性原理，从行星受力平衡观点出发，提出了行星运动的三条假设：　　1．一切天体都具有倾向其中心的吸引作用或重力，它不仅吸引其本身各部分，并且还吸引其作用范围内的其他天体；　　2．每一物体都保持平直、简单的运动而且继续沿直线前进，直到受到其他作用力影响，因而改变为圆、椭圆或其他曲线运动为止；　　3．受到吸引力作用的物体，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。　　胡克在1679年给牛顿的信中正式提出了引力与距离平方成反比的观点，但他并没有将自己的引力思想如牛顿所做的那样用数学式子表示出来，并用太阳、地球、月亮、行星和地球上物体的运动实例来加以验证，因此，把发现万有引力定律的殊荣拱手让给了牛顿。但胡克的某些想法对牛顿完成万有引力的研究是起着积极的启示作用的。　　弹性定律是胡克最重要的发现之一，也是力学最重要的基本定律之一，在现代，它仍然是物理学的重要基本理论。胡克的弹性定律指出：在弹性限度内，弹簧的弹力f和弹簧的长度x成正比，即f= -kx。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长（或压缩）的方向相反。为了证实这一定律，胡克还做了大量实验，制作了各种材料构成的各种形状的弹性体。他还进一步把弹性定律应用于实际问题。在宣布弹性定律的同时还进行了简谐运动的最早分析，证明了弹簧振动是等时的。由此，他把弹簧应用于钟表制造，取得了巨大成功。　　胡克还对光学问题进行过研究，也取得了杰出的成绩。胡克是光的波动学说的忠实支持者，他认为光的传播与水波的传播相似，并进一步提出了光波是横波的概念。他还研究过光的干涉现象。他观察和研究了肥皂水形成的薄膜和云母片的颜色，发现它们的颜色跟薄膜的厚度和云母的厚度有关，他说：“当光落在一个透明薄膜上时，薄膜的前后两表面都要发生反射，从而共同产生薄膜颜色的效应。”　　1665年，胡克发表了《显微图集》一书，这是在他全部成就中最重要的一部著作，也是欧洲17世纪最主要的科学文献之一。他开始应用显微镜于生物研究，他将蜜蜂的刺、苍蝇的脚、鸟的羽毛、鱼鳞片以及跳蚤、蜘蛛、荨麻等，用显微镜详细地予以考察比较。他观察到软木塞等物品的结缔组织，并使用“细孔”和“细胞”来说明，“细胞”（“cell”）一词从此被生物界直接采用。胡克的这一发现，引起了人们对细胞学的研究。现在知道，一切生物都是由无数的细胞所组成的。胡克对细胞学的发展做出了极大的贡献。　　胡克通过皇家学会还进行了许多有关化学燃烧理论、呼吸、地质、地震、海洋等方面的研究。他认为燃烧和人的呼吸相似。缺乏空气，灯会熄灭；用风箱将新鲜空气有规则地注入开有小孔的狗的肺部，还能使小狗的心脏维持跳动一个多小时，说明呼吸的作用是给动物供给新鲜空气。胡克在《地震讲义》和《关于地面经常发现贝壳和其他海栖动物残骸的原因》等论著中，强烈反对圣经中的神创论。他提出了地貌变化的思想，并且认为由于地貌变化引起了生物的变化，化石则是古动物的残骸，是地球演变史中的“纪念碑”，人们可以根据这些化石，认识地球的历史。胡克在进化论出现以前提出这些观点是可贵的。　　胡克在仪器的制造和改进方面的特长，早在其作为波义耳的助手时就显露出来。他协助波义耳三次改进了真空泵。第三次改进后的抽气机已具有现代真空泵的雏形，其动力是靠司泵人用脚踏滑轮两边活塞上的蹬板来提供的。利用这一设备，波义耳和胡克完成了气体的波义耳定律实验。胡克改进的仪器有复式显微镜和用指针读数的轮式气压计等。他还建议用液体的凝固点及膨胀或收缩程度来作为温标刻度的根据。胡克曾经设计过一架大型的“气候钟”，用以测量和记录风力、风向、温度、压强和湿度、降雨量等。在望远镜上他增加了目镜的叉丝、调节螺旋和光阑等。他在实验方面的创造性才能，对皇家学会初期开展的以实验为基础的研究做出了巨大的贡献，被称为“皇家学会的台柱”。由于胡克和波义耳对皇家学会起着积极的作用，因而人们称颂他们：“如果说波义耳是皇家学会幕后的灵魂，那么胡克提供学会的就是双眼和双手了。”　　胡克热爱科学事业，并为此奉献了一生。他研究的面十分广泛，如建筑、化石、气象等，他都有所涉猎和贡献。但作为科学家的素养，胡克还缺少熟练雄厚的数学与逻辑推理功力作为进行研究和思维的武器，这样便不容易从理论和实践的结合上透彻地分析与解决问题。这也是胡克与牛顿、惠更斯相比的逊色之处。
　　王老师讲物理学史之三十（上）　　经典物理学理论体系的建立者——牛顿　　我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。　　——牛顿　　牛顿　　日，伟大的科学家牛顿逝世。在他84岁离开人世时，为他抬棺材的是两位公爵、三位伯爵以及大法官。伏尔泰是这样描述的：“他是像一位深受自己的臣民爱戴的国王一样被安葬的。在他之前，是没有哪一位科学家享受如此殊荣的。在他之后，受到如此厚葬的也屈指可数。”就在牛顿去世后不久，18世纪伟大的诗人亚历山大?薄柏总结了世人对牛顿的评价：“自然和自然规则在黑夜中躲藏，主说，让人类有牛顿！于是一切被光照亮。”这句诗铭刻于牛顿的墓志铭上。　　古希腊的灿烂文化在漫长的黑暗中世纪中埋没风尘，黯然失色。15世纪，文艺复兴的大旗飘扬在欧洲大陆上，自然科学获得新的生命，蓬勃成长。科学巨匠哥白尼、第谷、开普勒、伽利略以及笛卡儿等先后驰名于欧洲。一场科学革命冲破了中世纪封建势力和经院哲学的层层罗网，不断取得胜利。　　牛顿──伟大的科学家，经典物理学理论体系的建立者──正是在欧洲出现政治、经济和科学文化新变革的时代诞生的。　　艾萨克?牛顿（Isaac Newton，），英国物理学家、数学家、天文学家。　　从18世纪起，牛顿开始被认为是现代科学时代首屈一指的最伟大的人，一位理性主义者，一个教会我们在冷静的和纯粹的理性路线上思考的人，牛顿的名字一直是科学的代名词。　　日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人，并且竟活到了84岁的高龄。　　牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，这种习性可能来自他的家庭处境。　　牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他受到了化学试验的熏陶。　　牛顿在中学时代学习成绩并不出众，只是爱好读书，对自然现象有好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类地记读书笔记，又喜欢别出心裁地做些小工具、小技巧、小发明、小试验。　　1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收入支付学费，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渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味，当牛顿进入剑桥时，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。　　讲座的第一任教授伊萨克?巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼，看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。　　在这段学习过程中，牛顿掌握了算术、三角，读了开普勒的《光学》，笛卡儿的《几何学》和《哲学原理》，伽利略的《两大世界体系的对话》，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。　　牛顿在巴罗门下的这段时间，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，认为牛顿的数学才超过自己。后来，牛顿在回忆时说道：“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”　　当时，牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作。其中，对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的《几何学》和沃利斯的《无穷算术》，它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿——解析几何与微积分。1664年，牛顿被选为巴罗的助手，第二年，剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。　　年严重的鼠疫席卷了伦敦，剑桥离伦敦不远，为恐波及，学校因此而停课，牛顿于1665年6月离校返乡。　　由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养，对探索自然现象产生浓厚的兴趣，家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月，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，踏进了前人没有涉及的领域，创建了前所未有的惊人业绩。　　1665年初，牛顿创立级数近似法，以及把任意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，用三棱镜研究颜色理论；5月，开始研究反流数法（积分）。这一年内，牛顿开始想到研究重力问题，并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的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，说的也是此时发生的轶事。小小的苹果，有幸砸中了伟大的牛顿。人类从此知道是什么让我们能在地球上生活，而不会羽化登仙了。　　总之，在家乡居住的两年中，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。他的三大成就：微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。　　1667年复活节后不久，牛顿返回到剑桥大学，10月1日被选为三一学院的仲院侣（初级院委），翌年3月16日获得硕士学位，同时成为正院侣（高级院委）。日，巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职，26岁的牛顿晋升为数学教授，并担任卢卡斯讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路，如果没有巴罗的帮助，牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤，这在科学史上一直被传为佳话。
　　王老师讲物理学史之三十（中）　　经典物理学理论体系的建立者——牛顿　　在牛顿的全部科学贡献中，数学成就占有突出的地位。莱布尼茨曾说过：“在从世界开始到牛顿生活的时代的全部数学中，牛顿的工作超过了一半。”他从二项式定理到微积分，从代数和数论到古典几何和解析几何，甚至在概率论等方面，都有创造性的成就和贡献。牛顿在数学上最卓越的成就是创建微积分。他不但清楚地看到，而且大胆地运用了代数的方法论，完成了积分的代数化。从此，数学逐渐从感觉的学科转向思维的学科。　　牛顿是极坐标的创始人。牛顿在代数方面也作了经典的贡献，他大大推动了方程论。他发现实多项式的虚根必定成双出现。牛顿还设计了“牛顿方法”。　　牛顿数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。据牛顿本人回忆，他是在1664年和1665年间的冬天，在研读沃利斯博士的《无穷算术》时，试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的。　　笛卡儿的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应。牛顿在老师巴罗的指导下，在钻研笛卡儿的解析几何的基础上，找到了新的出路。可以把任意时刻的速度看作是在微小的时间范围里的速度的平均值，这就是一个微小的路程和时间间隔的比值，当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候，就是这一点的准确值。这就是微分的概念。求微分相当于求时间和路程关系曲线在某点的切线斜率。一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程，可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和，这就是积分的概念。求积分相当于求时间和速度关系曲线下面的面积。牛顿从这些基本概念出发，建立了微积分。　　微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿是为解决运动问题，才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的，牛顿称之为“流数术”。它所处理的一些具体问题，如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等，在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人，他站在了更高的角度，对以往分散的努力加以综合，将自古希腊以来求解无限小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。　　牛顿没有及时发表微积分的研究成果，他研究微积分可能比莱布尼茨早一些，但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理，而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早。　　在牛顿和莱布尼茨之间，为争论谁是这门学科的创立者的时候，竟然引起了一场轩然大波，这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间，造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国，囿于民族偏见，过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前，因而数学发展整整落后了一百年。　　应该说，一门科学的创立决不是某一个人的业绩，它必定是经过多少人的努力后，在积累了大量成果的基础上，最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样，是牛顿和莱布尼茨在前人的基础上各自独立地建立起来的。　　1707年，牛顿的代数讲义经整理后出版，定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数基础及其（通过解方程）在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数基本概念与基本运算，用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程，同时对方程的根及其性质进行了深入探讨，引出了方程论方面的丰硕成果，如，他得出了方程的根与其判别式之间的关系，指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数，即“牛顿幂和公式”。　　牛顿对解析几何与综合几何都有贡献。他在1736年出版的《解析几何》中引入了曲率中心，给出密切线圆(或称曲线圆)概念，提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论《三次曲线枚举》，于1704年发表。此外，他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。　　在牛顿以前，墨子、培根、达?芬奇等人都研究过光学现象。反射定律是人们很早就认识的光学定律之一。近代科学兴起的时候，伽利略靠望远镜发现了“新宇宙”，震惊了世界。荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。笛卡儿提出了光的微粒说……　　牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人，也像伽利略、笛卡儿等前辈一样，用极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年，牛顿在家休假期间，得到了三棱镜，他用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后，分解成几种颜色的光谱带，牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住，只让一种颜色的光再通过第二个三棱镜，结果出来的只是同样颜色的光。这样，他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的，这是他在光学方面的第一大贡献。　　牛顿为了验证这个发现，设法把几种不同的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光的折射率，精确地说明了色散现象，揭开了物质的颜色之谜，原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上，这是他第一次公开发表的论文。　　许多人研究光学是为了改进折射望远镜。由于天文观测的需要，光学仪器的制作很早就得到了发展，光的反射定律早在欧几里得时代已经闻名，但折射定律直到牛顿出生之前不久才为荷兰科学家斯涅耳所发现。玻璃的制作早已从阿拉伯辗转传入西欧。16世纪荷兰磨制透镜的手工业大兴。把透镜适当组合成一个系统就可成为显微镜或望远镜。这两种仪器的发明对科学发展起了重大作用。在牛顿之前，伽利略首先把他所制作的望远镜用在天象观测上。伽利略式的望远镜是以一片会聚透镜为目镜、一片发散透镜为物镜的望远镜。还有当时盛行的由两片会聚透镜组成的开普勒望远镜。两种望远镜都无法消除物镜的色散。牛顿由于发现了白光的组成，认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的（后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象），就设计和制造了反射望远镜。牛顿发明以金属磨成的反射镜代替会聚透镜作为物镜，这样就避免了物镜的色散。　　牛顿不但擅长数学计算，而且能够自己动手制造各种试验设备并且做精细实验。为了制造望远镜，他自己设计了研磨抛光机，实验各种研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望远镜样机，这是他在光学方面的第二大贡献。1671年，牛顿把经过改进的反射望远镜献给了皇家学会，牛顿名声大震，并被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。　　同时，牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算，比如研究惠更斯发现的冰洲石的异常折射现象，胡克发现的肥皂泡的色彩现象，“牛顿环”的光学现象等等。　　牛顿支持光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外，他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。
　　王老师讲物理学史之三十（下）　　经典物理学理论体系的建立者——牛顿　　牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统地总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。　　在牛顿以前，天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行？天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明，天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律——力学规律的支配。　　早在牛顿发现万有引力定律以前，已经有许多科学家严肃认真地考虑过这个问题。比如开普勒就认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用，他认为这种力类似磁力，就像磁石吸铁一样。1659年，惠更斯从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力，并且试图推导引力和距离的关系。　　1664年，胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果；1673年，惠更斯推导出向心力定律；1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。　　牛顿自己回忆，1666年前后，他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是：在假期里，牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次，像以往屡次发生的那样，一个苹果从树上掉了下来……　　一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢？牛顿思索着。终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。　　牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年，胡克曾经写信问牛顿，能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律，来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有回答这个问题。1685年，哈雷登门拜访牛顿时，牛顿已经发现了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离的平方成反比，和两个物体质量的乘积成正比。　　当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力，也证明了在太阳引力作用下，行星运动符合开普勒运动三定律。　　在哈雷的敦促下，1686年底，牛顿写成划时代的伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。皇家学会经费不足，出不了这本书，后来靠了哈雷的资助，这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版。　　牛顿在这部书中，从力学的基本概念（质量、动量、惯性、力）和基本定律（运动三定律）出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，不但从数学上论证了万有引力定律，而且把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。　　牛顿的研究领域非常广泛，他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越贡献外，他还花费大量精力进行化学实验。他常常一个星期一直留在实验室里，不分昼夜地工作。他在化学上花费的时间并不少，却几乎没有取得什么显著的成就。为什么同样一个伟大的牛顿，在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢？　　其中一个原因就是各个学科处在不同的发展阶段。在力学和天文学方面，有伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力，牛顿有可能用已经准备好的材料，建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正像他自己所说的那样：“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上。”而在化学方面，因为正确的道路还没有开辟出来，牛顿没法走到可以砍伐材料的地方。　　牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的：“我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。”　　但是由于受时代的限制，牛顿基本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动，是空间位置的变化；宇宙和太阳一样是没有发展变化的；靠了万有引力的作用，恒星永远在一个固定不变的位置上…　　随着科学声誉的提高，牛顿的政治地位也得到了提升。1689年，他当选为国会中的大学代表。作为国会议员，牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时，他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。　　晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活，1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有，被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长，在他任职的24年时间里，他以铁拳统治着学会。没有他的同意，任何人都不能被选举。　　晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否定哲学的指导作用，虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，竟提出了“神的第一推动力”的谬论。他说：“上帝统治万物，我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他。”　　日，伟大的艾萨克?牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样，他被埋葬在了威斯特敏斯特教堂。　　牛顿年表：　　1643年 出生。　　1655年 入格兰瑟姆中学。　　1661年 入剑桥大学三一学院，当工读生。 　　1664年 获得三一学院奖学金，开始专心研究。 　　1665年 大学毕业。发明二项式定理。 　　1666年 发现万有引力、微积分学，研究光谱及望远镜。 　　1667年 重回剑桥大学，被选为特别研究员。发明反射望远镜。 　　1668年 获硕士学位。 　　1669年 任三一学院的数学讲座教授。开始讲授光学。10月27日，巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职，26岁的牛顿晋升为数学教授，并担任卢卡斯讲座的教授。　　1672年 被选为皇家学会会员。 　　1675年 发现“牛顿环”，提出光的“微粒说”。 　　1677年 莱布尼兹宣告发明微积分学，两人开始论战。 　　1684年 开始写《数学原理》 。　　1687年 《数学原理》出版，举世震惊。 　　1689年 被选为国会议员。母亲过世。 　　1692年 患上神经衰弱。 　　1699年 任造币局局长。 　　1703年 任皇家学会会长。 　　1704年 《光学》出版。 　　1705年 被安妮女王封为爵士。 　　1708年 微积分学公开论战。 　　日，牛顿病逝于伦敦郊区。英国政府为他举行了隆重的国葬。　
　　王老师讲物理学史之三十一　　微积分的另一个发明者——莱布尼兹　　莱布尼兹　　莱布尼兹（Gottfriend Wilhelm Leibniz，），17、18世纪之交德国最重要的数学家、物理学家和哲学家，一个举世罕见的科学天才。他博览群书，涉猎百科，对丰富人类的科学知识宝库做出了不可磨灭的贡献。　　莱布尼兹出生于德国东部莱比锡的一个书香之家，父亲是莱比锡大学的道德哲学教授，母亲出生在一个教授家庭。莱布尼兹的父亲在他年仅6岁时便去世了，给他留下了丰富的藏书。莱布尼兹因此得以广泛接触古希腊罗马文化，阅读了许多著名学者的著作，由此而获得了坚实的文化功底和明确的学术目标。15岁时，他进了莱比锡大学学习法律，一进校便跟上了大学二年级标准的人文学科的课程，还广泛阅读了培根、开普勒、伽利略等人的著作，并对他们的著述进行深入的思考和评价。在听了教授讲授欧几里得的《几何原本》的课程后，莱布尼兹对数学产生了浓厚的兴趣。17岁时他在耶拿大学学习了短时期的数学，并获得了哲学硕士学位。　　20岁时，莱布尼兹转入阿尔特道夫大学。这一年，他发表了第一篇数学论文《论组合的艺术》。这是一篇关于数理逻辑的文章，其基本思想是出于想把理论的真理性论证归结于一种计算的结果。这篇论文虽不够成熟，但却闪耀着创新的智慧和数学才华。　　莱布尼兹在阿尔特道夫大学获得博士学位后便投身外交界。从1671年开始，他利用外交活动开拓了与外界的广泛联系，尤以通信作为他获取外界信息、与人进行思想交流的一种主要方式。在出访巴黎时，莱布尼兹深受帕斯卡事迹的鼓舞，决心钻研高等数学，并研究了笛卡儿、费马、帕斯卡等人的著作。1673年，莱布尼兹被推荐为英国皇家学会会员。此时，他的兴趣已明显地朝向了数学和自然科学，开始了对无穷小算法的研究，独立地创立了微积分的基本概念与算法，和牛顿共同奠定了微积分学。1676年，他到汉诺威公爵府担任法律顾问兼图书馆馆长。1700年被选为巴黎科学院院士，促成建立了柏林科学院并任首任院长。　　日，莱布尼兹在汉诺威逝世，终年70岁。　　17世纪下半叶，欧洲科学技术迅猛发展，由于生产力的提高和社会各方面的迫切需要，经各国科学家的努力与历史的积累，建立在函数与极限概念基础上的微积分理论应运而生了。微积分思想，最早可以追溯到希腊由阿基米德等人提出的计算面积和体积的方法。1665年牛顿创始了微积分，莱布尼兹在年间也发表了微积分思想的论著。以前，微分和积分作为两种数学运算、两类数学问题，是分别加以研究的。卡瓦列里、巴罗、沃利斯等人得到了一系列求面积（积分）、求切线斜率（导数）的重要结果，但这些结果都是孤立的，不连贯的。只有莱布尼兹和牛顿将积分和微分真正沟通起来，明确地找到了两者内在的直接联系：微分和积分是互逆的两种运算。而这是微积分建立的关键所在。只有确立了这一基本关系，才能在此基础上构建系统的微积分学。并从对各种函数的微分和求积公式中，总结出共同的算法程序，使微积分方法普遍化，发展成用符号表示的微积分运算法则。因此，微积分“是牛顿和莱布尼兹大体上完成的，但不是由他们发明的”（恩格斯《自然辩证法》）。　　然而关于微积分创立的优先权，数学上曾掀起了一场激烈的争论。实际上，牛顿在微积分方面的研究虽早于莱布尼兹，但莱布尼兹成果的发表则早于牛顿。莱布尼兹在1684年10月发表的《教师学报》上的论文——“一种求极大极小的奇妙类型的计算”——在数学史上被认为是最早发表的微积分文献。牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》的第一版和第二版也写道：“十年前在我和最杰出的几何学家G.W.莱布尼兹的通信中，我表明我已经知道确定极大值和极小值的方法、作切线的方法以及类似的方法，但我在交换的信件中隐瞒了这方法…这位最卓越的科学家在回信中写道，他也发现了一种同样的方法。他并诉述了他的方法，它与我的方法几乎没有什么不同，除了他的措词和符号而外。”（但在第三版及以后再版时，这段话被删掉了。）因此，后来人们公认牛顿和莱布尼兹是各自独立地创建微积分的。牛顿从物理学出发，运用集合方法研究微积分，其应用上更多地结合了运动学，造诣高于莱布尼兹。莱布尼兹则从几何问题出发，运用分析学方法引进微积分概念，得出运算法则，其数学的严密性与系统性是牛顿所不及的。莱布尼兹认识到好的数学符号能节省思维劳动，运用符号的技巧是数学成功的关键之一。因此，他发明了一套适用的符号系统，这些符号进一步促进了微积分学的发展。1713年，莱布尼兹发表了《微积分的历史和起源》一文，总结了自己创立微积分学的思路，说明了自己成就的独立性。　　莱布尼兹在数学方面的成就是巨大的，他的研究及成果渗透到高等数学的许多领域。他的一系列重要数学理论的提出，为后来的数学理论奠定了基础。　　莱布尼兹曾讨论过负数和复数的性质，得出复数的对数并不存在，共扼复数的和是实数的结论。在后来的研究中，莱布尼兹证明了自己的结论是正确的。他还对线性方程组进行研究，对消元法从理论上进行了探讨，并首先引入了行列式的概念，提出行列式的某些理论。此外，莱布尼兹还创立了符号逻辑学的基本概念，发明了能够进行加、减、乘、除及开方运算的计算机和二进制，为计算机的现代发展奠定了坚实的基础。　　莱布尼兹的物理学成就也是非凡的。他发表了《物理学新假说》，提出了具体运动原理和抽象运动原理，认为运动着的物体，不论多么渺小，它将带着处于完全静止状态的物体的部分一起运动。他还对笛卡儿提出的动量守恒原理进行了认真的探讨，提出了能量守恒原理的雏型，并在《教师学报》上发表了“关于笛卡儿和其他人在自然定律方面的显著错误的简短证明”，提出了运动的量的问题，证明了动量不能作为运动的度量单位，并引入动能概念，第一次认为动能守恒是一个普通的物理原理。他又充分地证明了“永动机是不可能”的观点。他也反对牛顿的绝对时空观，认为“没有物质也就没有空间，空间本身不是绝对的实在性”，“空间和物质的区别就像时间和运动的区别一样，可是这些东西虽有区别，却是不可分离的”。在光学方面，莱布尼兹也有所建树，他利用微积分中的求极值方法，推导出了折射定律，并尝试用求极值的方法解释光学基本定律。可以说莱布尼兹的物理学研究一直是朝着为物理学建立一个类似欧氏几何的公理系统的目标前进的。　　莱布尼兹对中国的科学、文化和哲学思想十分关注，是最早研究中国文化和中国哲学的德国人。他向耶稣会来华传教士格里马尔迪（F. M. Grimaldi，，于1660年发现了光的衍射）了解到了许多有关中国的情况，包括养蚕纺织、造纸印染、冶金矿产、天文地理、数学文字等等，并将这些资料编辑成册出版。他认为中西相互之间应建立一种交流认识的新型关系。在《中国近况》一书的绪论中，莱布尼兹写道：“全人类最伟大的文化和最发达的文明仿佛今天汇集在我们大陆的两端，即汇集在欧洲和位于地球另一端的东方的欧洲——中国。”“中国这一文明古国与欧洲相比，面积相当，但人口数量则已超过。”“在日常生活以及经验地应付自然的技能方面，我们是不分伯仲的。我们双方各自都具备通过相互交流使对方受益的技能。在思考的缜密和理性的思辨方面，显然我们要略胜一筹”，但“在时间哲学，即在生活与人类实际方面的伦理以及治国学说方面，我们实在是相形见拙了”。在这里，莱布尼兹不仅显示出了不带“欧洲中心论”色彩的虚心好学精神，而且为中西文化双向交流描绘了宏伟的蓝图，极力推动这种交流向纵深发展，是东西方人民相互学习，取长补短，共同繁荣进步。　　莱布尼兹为促进中西文化交流做出了毕生的努力，产生了广泛而深远的影响。
　　王老师讲物理学史之三十二　　南天的第谷——哈雷　　哈雷
　　埃德蒙?哈雷（Edmond Halley，），英国天文学家、数学家。日生于伦敦附近的哈格斯顿，日卒于格林威治。　　哈雷于1673年进牛津大学王后学院。1676年放弃获得学位的机会，决心去测定南天星辰的位置。他在父亲的支持下，携带一具半径为1.5米多的六分仪和一架镜身长7米多的望远镜，搭乘东印度公司的航船，来到南大西洋的圣赫那岛，建立了一座临时天文台，一年之内便作成第一个南天星表，包括381颗南天恒星的黄道坐标，发表于他回国的1678年，这些成就使他在22岁便享有盛名了，人们称他为“南天的第谷”。1678年星表发表后他被选为皇家学会会员。1684年，哈雷与牛顿一见如故，成了牛顿的学生和挚友，数年切磋，受益颇多。　　哈雷编纂了大量彗星的观测记录，并且是第一个全力以赴地从事彗星轨道计算的人。1705年发表《彗星天文学论说》一书，阐述了从1337年到1698年观测到的24颗彗星的轨道。他发现1531年、1607年和1682年出现的三颗大彗星，具有十分相似的轨道，由此推断这是同一彗星，每隔75至76年回归一次，并且预言这颗彗星将于1758年底或1759年初再度回归。这颗彗星果然如期而至，可惜哈雷已于1742年故去。人们为了纪念他的功绩，把这颗彗星命名为“哈雷彗星”。相信大家都听过这颗如雷贯耳的彗星吧。　　哈雷还发现了天狼、南河三和大角这三颗星的自行。1720年，他继弗兰斯提德任格林威治天文台第二任台长。　　月亮运行的长期加速现象是哈雷的又一重要发现。这个发现从表面上看与牛顿的定律是矛盾的，因此曾引起轩然大波，直到一个世纪以后，拉普拉斯才指出这是一种长周期的差数，加速阶段过去以后将有一个减速阶段接踵而来。　　除此之外，哈雷曾涉猎数学、地球物理、考古学等，但一颗彗星的光芒，似乎已完全笼罩了他身后漫长的岁月。很少有人知道，1693年哈雷发表的一篇关于死亡年龄分析的文章，为英国政府出售寿险时确定合理的价格，提供了坚实基础。据说，这是有关社会统计学的开创性工作，甚至对后来的人寿保险业影响不小。　　哈雷是个不同凡响的人物。他当过船长、地图绘制员、牛津大学几何学教授、皇家制币厂副厂长、皇家天文学家，是深海潜水钟的发明人。他写过有关磁力、潮汐和行星运动方面的权威文章，还天真地写过关于鸦片的效果的文章。他发明了气象图和运算表，发现了恒星的自行，提出了利用金星凌日的机会测算地球的年龄和地球到太阳的距离的方法，甚至发明了一种把鱼类保鲜到淡季的实用方法。他还发现了月亮运动的长期加速现象，为精密研究地、月系的运动作了重要贡献。　　哈雷作为船长航海归来后，绘制了一张显示大西洋各地磁偏角的地图。磁偏角，即指南针指示的北方与实际正北方的夹角，我国宋代科学家沈括首先发现磁偏角现象。哈雷在十四五岁时就对这现象感兴趣了，当时还亲手测量了几次。三十多年后，在经历海上、船上重重艰辛后，这张实用又美观的地图问世了。它是第一张绘有等值线的图。图中每条曲线经过的点，磁偏角的值都是相同的。今天我们常看到的等高线地形图、有等气压线的天气图，其实都来自哈雷的创意。等值线在当时被称为“哈雷之线（Halleyan Lines）”。　　如果有人拿出个难题请教哈雷，哈雷一定会用一切方法去解决它。比如说，一个皇家学会成员约翰?霍顿问道：怎样才能合理而准确地测量出英格兰和威尔士的总面积呢？版图是不规则的，直接对着地图，用尺子测量再计算显然太费功夫了。对这个复杂的问题，哈雷用了一种独特的方式轻松搞定了。他找来了当时最精确地地图，贴在一块质地均匀的木板上，然后小心地沿着边界把地图上的英格兰和威尔士切下来，称其重量；再切下一块面积已知的木板（如10 cm*10 cm），称其重量。两块的重量之比也就是它们的面积之比，所以英格兰和威尔士在地图中的面积可以很容易算出。再根据比例尺进行放大，就可知两地区的实际面积了。他得出的结果和现在用高科技手段测量出的面积惊人吻合。这种方法也可以在某些科学竞赛中找到踪影。　　然而，尽管他取得了这么多的成就，但他对人类知识的最大贡献也许只在于他参加了一次科学上的打赌。赌注不大，对方是那个时代的另外两位杰出人物。一位是罗伯特?胡克，人们现在记得最清楚的兴许是他描述了细胞；另一位是伟大而又威严的克里斯托弗?雷恩爵士，他起先其实是一位天文学家，后来还当过建筑师，虽然这一点人们现在往往不大记得。1683年，哈雷、胡克和雷恩在伦敦吃饭，突然间谈话内容转向天体运动。当时人们普遍认为，行星往往倾向于以一种特殊的卵行线即以椭圆形在轨道上运行，但人们都不知道这是什么原因。雷恩慷慨地提出，要是他们中间谁能找到一个答案，他愿意发给他价值40先令（相当于两个星期的工资）的奖品。胡克以好大喜功闻名，尽管有的见解不一定是他自己的。他声称他已经解决这个问题，但现在不愿意告诉大家，他的理由有趣而巧妙，说是这么做会使别人失去自己找出答案的机会。因此，他要“把答案保密一段时间，别人因此会知道怎么珍视它”。没有迹象表明，他后来有没有再想过这件事。可是，哈雷着了迷，一定要找到这个答案，还于次年前往剑桥大学，冒昧拜访该大学的数学教授艾萨克?牛顿，希望得到他的帮助。1684年8月，哈雷不请自来，登门拜访牛顿。他指望从牛顿那里得到什么帮助，我们只能猜测。但是，多亏一位牛顿的密友——亚伯拉罕?棣莫佛后来写的一篇叙述，我们才有了一篇有关科学界一次最有历史意义的会见的记录：1684年，哈雷博士来剑桥拜访。他们在一起待了一会儿以后，博士问他，要是太阳的引力与行星离太阳距离的平方成反比，他认为行星运行的曲线会是什么样的。这里提到的是一个数学问题，名叫平方反比律。哈雷坚信，这是解释问题的关键，虽然他对其中的奥妙没有把握。艾萨克?牛顿马上回答说，会是一个椭圆。博士又高兴又惊讶，问他是怎么知道的。“哎呀，”他说，“我已经计算过。”接着，哈雷博士马上要他的计算材料。艾萨克爵士在材料堆里翻了一会儿，但是找不着。这是很令人吃惊的——犹如有人说他已经找到了治愈癌症的方法，但又记不清处方放在哪里了。在哈雷的敦促之下，牛顿答应再算一遍。　　性格怪异的牛顿不愿意发表自己的观察和研究所得，在哈雷游说下，牛顿开始写《自然哲学的数学原理》一书，皇家学会也同意印行。此书的编辑、校对和序言撰写，更是由哈雷亲自完成。万事俱备之时，皇家学会却无法筹集资金，哈雷于是自掏腰包。为了让该书被更多的人接受，哈雷甚至致信当时的国王，作了深入浅出的介绍。1687年出版的这本书，成为牛顿最著名的著作。哈雷也开始用牛顿的万有引力定律来研究彗星。　　哈雷活泼好动，说起话来轻快幽默，他是个大方的人，口才又好，几乎成了皇家学会的“专业调解员”。胡克和海维留（Hevelius）之争、牛顿和胡克之争、牛顿和莱布尼茨之争，都是有了哈雷的劝说才稍显平息（尽管后两者最终还是酿成杯具）。
　　华氏温标和摄氏温标　　物体的冷热程度我们能感觉出来，但是，人的感觉是不准确的。初中物理课上我们曾做过实验：把左手放入冰水中，右手放入热水中，过一会，再把双手同时放入同一温水中，两只手的感觉绝然不同，左手觉得热，右手觉得冷。冷热的标准是什么？必须有一个温度标准。　　物理学的温标有华氏温标、摄氏温标和开氏温标。开氏温标由英国物理学家威廉?汤姆逊（开尔文勋爵）于19世纪建立。而华氏温标和摄氏温标都是18世纪建立的。　　华伦海特　　华伦海特（Gabriel Daniel Fahrenheit，），荷兰物理学家。日诞生于波兰格但斯克。1701年华伦海特的父母突然去世，他的保护人送他到阿姆斯特丹接受商业教育。华伦海特在那里学习科学仪器的制作，对物理学很有兴趣。1707年他先后前往柏林、莱比锡、德累斯顿、哈勒等地，通过参观别的学者以及工匠的操作，学到了不少技术。1708年在哥本哈根遇到了丹麦天文学家罗默（），建立了友谊。1715年华伦海特和数学家莱布尼茨合作制成测定大海经度的时钟。1724年华伦海特正式确立以他名字命名的温标。同年，他被选为英国伦敦皇家学会会员。1736年他发明一种抽水泵，获得了专利，用这种泵抽干了荷兰一些低洼地里的水。日，华伦海特在荷兰海牙逝世，终年50岁。　　华伦海特在物理学中的贡献是建立了华氏温标。他把水的沸点定作212°，冰点记作32°。在书写华氏温度的时候，在数值后面加上°F，读作“华氏度”。这种温标的一个优点在于，对于常用的温度，很少需要负的度数。　　此外，华伦海特发明了净化水银的方法，并且第一次提出了在温度计中普遍使用水银的主张，他自己就制作过水银和酒精两种温度计。华伦海特还发现了水的沸点随大气压变化的规律，应用这一规律研制成功沸点测高计。　　摄耳修斯　　摄耳修斯（Andreas Celsius，），瑞典物理学家、天文学家。日生于乌普萨拉。他的父亲是乌普萨拉大学的天文学教授。乌普萨拉大学当时是瑞典的有名望的大学之一，摄耳修斯在这里学习和研究天文学、物理学和数学，取得了超群的成绩。　　1727年，仅26岁的摄耳修斯便成为乌普萨拉科学协会的会长，并且在大学里任教。1730年被任命为天文学教授。1732年起，摄耳修斯离开瑞典，去柏林、纽伦堡、意大利和巴黎等地访问。在这些地方，他广泛参观访问各地的天文台和著名的科学家，学习到了丰富的新知识和新理论。1735年，法国组织大批科学家，到赤道和北极圈内进行大规模的地球纬度测量工作。摄耳修斯积极参加了去北极圈内地区的测量工作，1736年出发，1737年回到瑞典乌普萨拉，继续担任大学教授。此后，他又致力于物理学的研究，在热学理论上作出了重大贡献。日，摄耳修斯逝世于乌普萨拉，终年43岁。　　摄耳修斯的科学研究工作对世界科学事业的发展，具有重大的意义。在天文学方面，他的主要工作是，1733年出版了关于北极光观察的记录；1740年采用玻璃滤光片，测量星光的光度等。 　　摄耳修斯的不可磨灭的伟大贡献，是创立了摄氏温标。18世纪初，随着对热现象研究的发展，温标的概念已开始出现。人们对温度的测量，越来越成为主要的研究课题。华氏温标已经开始推广，测温方法也开始完善。但是，温标的确定，还存在着很大的缺陷。1742年，摄耳修斯总结了前人的经验，创立了新的温标。他把水沸腾的温度确定为零度，把冰水混合物的温度定为一百度，温度计是均等分格的。1750年，根据施勒默尔的建议，又把这一标度倒转过来。1948年，第九届国际计量大会正式将这个温标命名为摄氏温标，记做℃。现在摄氏温标已被世界所公认，成为国际标准之一。
　　王老师讲物理学史之三十四　　电磁学的进一步发展　　吉尔伯特之后的整个17世纪，电和磁的研究几乎没有什么进展，只是1646年英国医生托马斯?布朗发表了关于电的排斥作用的报导。其实，在这之前，1629年，意大利的卡毕奥已经发现了这一现象。大约在1650年，格里凯发明了第一台摩擦起电机，可以产生大量的电荷。他在一个球状玻璃瓶中，装满研磨成粉末的硫磺，用火烧到硫磺全部熔化，等冷却下来之后，他把玻璃瓶打掉，把硫磺球支在一根轴上使它可以自由转动。他将手掌放在硫磺球面上不断地转动硫磺球，硫磺球的表面就会因摩擦而起电，获得大量电荷。这就是最初的摩擦起电机。1750年，有人用巨大的飞轮架在木头支架上，带动大型玻璃柱转动，通过皮带与玻璃柱的摩擦起电，然后设法将电荷转移到附近悬空的物体上，例如炮身、枪管之类的物体上，一直到19世纪，这种摩擦起电机才为感应式电机所代替。　　18世纪，特别是40年代前后，对电现象的研究迅速地开展起来了。1729年，英国的斯蒂芬?格雷发现，受摩擦而带电的玻璃管，可以把它的电状态传播到玻璃管的木塞子上，使它也具有吸引或排斥轻小物体的能力。后来他又将一个象牙球和木棒分别放在一根玻璃管的两端，然后摩擦玻璃管使之带电，他发现象牙球和木棒都带了电。进而他使电沿着打包绳传播了700英尺远。他还根据朋友的建议，使站在树脂板上的小孩带上了电。这一发现不仅发明了绝缘台，而且也否定了吉尔伯特把物体分为本质上可带电的和不可带电的两类这种断言。吉尔伯特把人体、动物等归入第二类物体。通过对实验的分析，格雷把物体分为“本质上带电的物体”和“非电性的物体”两类。前一个术语是从吉尔伯特那里借用来的，是指可以用摩擦办法使之带电的绝缘体；后一类则指当时被人们认为是不能用摩擦办法而只能用与带电体接触的办法之带电导体。至于“绝缘体”和“导体”这两个术语，则是牛津的物理学教授德萨古利斯于1740年提出的。格雷曾做过一个轰动一时的电“透过”玻璃的实验：在玻璃罩内的木台上安装一根羽毛，把带电体移近玻璃罩，并来回移动，结果罩内的羽毛也移动起来。格雷还用实验证明，带电体上物体的性质与它是否能被磁石吸引是没有关系的，从而说明“电的性质”不会作用于“磁的性质”，反之亦然。格雷还用两上同样大小的橡木方块，一个实心，一个空心，在用同样办法充电时显示出同样的电学效应，从而表明电荷集中在木块的表面上。　　格雷的工作引起了法国皇家植物园园长、物理学家杜菲的兴趣。杜菲自己也进行了不少实验。　　1733年杜菲发现，绝缘的金属也可以通过摩擦的办法起电，他否定了关于一切物体可以分为“电的”和“非电的”论断，认为所有物体都可以通过摩擦而带电。他勇敢地以自己的身体来作带电实验，让助手把自己用绝缘丝绳吊在天花板上，使自己的身上带电。当助手靠近他时，杜菲突然感到针刺般的电击，并产生噼噼啪啪的声音。晚上重复这个实验时，他还发现在放电过程中有突然闪现的火花，从而说明人体这种“非电的”物体也可以带电。为了对电现象作深入一步的研究，杜菲在吉尔伯特工作的基础上，对验电器作了改进。他用金属来代替金属细棒，用它对受激带电的玻璃棒及受听话带电的琥珀作了检验，并发现不同材料经摩擦后产生的电是不同的。他首先将带电玻璃棒接触验电器，使金属箔带电，然后通过摩擦树指棒使之带电。他设想将树脂棒接近验电器，将会排斥金属箔。但出乎他的预料，当用带电的树脂棒接近验电器时，金属箔反被吸引。他把实验观察到的现象作了一个总结，发表在巴黎的一家学报上。　　杜菲写道：“存在着两种实质上不同的带电形式，其中的一种我称为玻璃型的，另一种称为树脂型的。第一种电在玻璃、宝石、毛发和其他物体上出现，而另一种电表现在琥珀、生漆、丝绸等物体上。这两种电的特殊标志是：同种电相排斥，而异种电相吸引。”　　“……互相排斥的物体有相同的电性，互相吸引的物体具有不同的电性。不带电的物体可以从另一种带电物体获得电性，两者所带的电性是相同的……”这是对两种电以及“同性相斥、异性相吸”规律的明确表述。为了解释这些现象，杜菲还提出了二元电液理论。但令人遗憾的是，杜菲的重要发现被忽视了20多年，直到1759年才被塞默尔重新提出。　　在18世纪的40年代和50年代， 发电装置的改善和大气电现象的研究，吸引了物理学家们的广泛兴趣，1745年，普鲁士的克莱斯特（E. G. V. Kleist，）利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他用手触及铁钉时，受到猛烈的一击。可能是在这个发现的启发下，莱顿大学的马森布罗克（P. V. Musschenbroek，）在1746年发明了收集电荷的“莱顿瓶”。　　在荷兰王国的阿姆斯特丹与海牙之间，有一座美丽而静谥的小城，叫莱顿城。城里有一所古老又著名的高等学府，就是创建于中世纪的莱顿大学。大学里有一位从事刚兴起的电现象研究的物理学家，名叫马森布罗克，他对当时发明的几种摩擦起电机很感兴趣。因为他看到好不容易起得的电却很容易地在空气中逐渐消失，他想通过实验找到一种能把静电“储存”起来的容器。　　那天，他来到实验室的时候，他的助手和往常一样，已把实验装置准备好了。桌上摆着一台摩擦起电机，上方用丝线水平悬吊着一根铁管，铁管的一端正好碰在起电机的玻璃球上，另一端悬空绕着一根钢丝。为了验证起电机产生的电荷能从铁管的玻璃球端传到钢丝端，待助手用手摇起电机后，他使用手指接近铜丝，立即看到手指与钢丝之间的电火花。　　这时他忽然产生一个灵感，让助手找来一个盛水的玻璃瓶，用丝线吊在绕有铜丝的铁管一端，使钢丝正好插在玻璃瓶的水中。他想，铁管上传过来的电荷也许可储存在水中。实验开始了，助手一次又一次地手摇起电机，他也一次次小心地用手指测试电火花。突然，他发现瓶子有点晃动，于是他伸过另一只手去托住瓶子。猛然一声巨响，把马森布罗克击倒在地，他觉得手臂一阵麻痛，比平时手指受到的针刺般灼痛要历害不知多少倍。他由此得出结论：把带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来。只是当时搞不清楚起保存电作用的究竟是瓶子还是瓶子里的水。　　尽管马森布罗克一时还未弄清楚这现象的来龙去脉，但强烈的放电立即引起周围人的好奇。消息不胫而走，闻讯赶来看热闹的人络绎不绝，很快被法国的诺雷神父知道了，他对用水“储存”电很感兴趣，反复做着实验，终于弄明白是干燥的玻璃瓶把静电“储存”起来。因为这个最早的储存电的容器是马森布罗克在莱顿城发明的，后来大家就把它叫做“莱顿瓶”。“莱顿瓶”是蓄电池的最早形式。　　马森市罗克和诺雷知道了是干燥的玻璃瓶能够储存静电以后，就着手对莱顿瓶作改进。在一个玻璃瓶的内外壁上粘贴上一层锡箔，瓶口盖上绝缘的软木塞，塞子中央打个孔，插上一根金属棒，棒的上端是个金属球，下端用金属链与锡箔相连。这样制造的莱顿瓶，当用一个带电体或起电机的导体与金属球接触时，假如带电体带正电，瓶里的锡箔上会带上正电，由于静电感应的缘故，瓶外的锡箔因与大地接触，大地上就会有负电荷跑到瓶外的锡箔上，这时一旦把带电体移去，内外锡箔上带的正、负电荷因为彼此相互吸引，好像组成一个“家”一样，都和睦相处地留在那里，很长时间也不会跑散。这就是莱顿瓶充电的原理。　　要使用莱顿瓶里的电时，只要用导体将金属球和瓶外壁锡箔相接，就会产生强烈的火花放电，并有一股气味，放电时发出的电火花可点燃酒精灯，直到瓶内外两种电互相中和，不再带电为止。　　莱顿瓶作为当时人们认识电的仪器是很有意思的，一些人用它来电杀小鸡、小鸟和做使钢针磁化的表演，也有人用它来做以身试电的实验，他们甚至以能亲自受电一击为荣。这些有趣的实验和表演，实际上起了为电现象做广告的作用，吸引广大有识之士投身到电学研究中去。富兰克林用风筝引雷电就是一个例子。另外，现在的收音机、电视机里面使用的电容器，就是根据莱顿瓶的原理制成的。
　　王老师讲物理学史之三十五　　“新的盗取天火的普罗米修斯”——富兰克林　　富兰克林　　本杰明?富兰克林（Benjamin Franklin，），18世纪美国最伟大的科学家，著名的政治家和文学家，资产阶级革命时期的民主主义者，同时亦是出版商、印刷商、记者、作家、慈善家，更是杰出的外交家及发明家。他是美国革命时重要的领导人之一，参与了多项重要文件的草拟，并曾出任美国驻法国大使，成功取得法国支持美国独立。他还曾是美国首位邮政局长。富兰克林是一名出色的公职人员，不过他亦因为曾以权力替亲人谋求进升，使他的公务生涯蒙上污点。他最重要的政治成就包括改革北美的邮政系统，以及出任外交职位，分别代表北美殖民地与宗主国英国打交道，以及之后出使法国。独立战争爆发后，他还参加了第二届大陆会议以及《独立宣言》的起草工作。　　他只上过两年小学，但他对科学十分向往，勤奋自学，掌握了意大利、西班牙等多种外语和广泛的自然科学知识。由于天才和勤奋，终于使自己成为举世瞩目的伟大科学家和发明家。 　　富兰克林是资本主义精神最完美的代表，他一生最真实的写照是他自己所说过的一句话：“诚实和勤勉，应该成为你永久的伴侣。”　　日，富兰克林诞生于美国波士顿的一个工人家庭，他的父亲生有17个小孩，他是最小的一个。8岁上小学，聪明、好学，成绩突出。因为家境贫困，10岁就退学，跟着父亲学做肥皂和蜡烛。12岁的时候，到哥哥詹姆士的厂里当印刷工。在这期间，他博览了许多有名的著作，不仅获得了丰富的科学文化知识，而且养成了良好的自学习惯。15岁已能写得一手好文章。1723年离开波士顿，到费城一家印刷厂当工人。后来去英国学艺，回国后制造成北美第一台铜版印刷机。1727年富兰克林组织了青年自学团体“共读社”，在这个基础上，于1731年创办了北美第一座图书馆。在富兰克林的领导下，“共读社”几乎存在了40年之久，后来发展为美国哲学会，成为美国科学思想的中心。1743年富兰克林在费城创建了美国第一个科学团体“北美增进有用知识哲学会”。1746年富兰克林开始走上了研究电学的道路。1748年他出卖了他的印刷所，把全部时间致力于电的实验。1753年富兰克林发明了避雷针。同年，因为他在电学方面的出色成果，荣获英国伦敦皇家学会授予的科普利金质奖章。1754年富兰克林取得美国麻省坎布里奇大学（现在的哈佛大学）文学硕士学位。1756年富兰克林被选为英国伦敦皇家学会会员。在美国独立战争期间，富兰克林积极参加反英斗争，参与1776年美国《独立宣言》的起草工作。1769年当选为美国哲学会会长，一直连任到他去世之日。1772年他还当选为法兰西科学院的外国院士。年出使法国，促成1778年法美同盟的缔结。1787年被选为制宪会议代表，极力主张废除农奴制度，为解放黑奴作出了很大贡献。日，富兰克林病逝于费城。　　富兰克林对物理学的贡献主要在电学方面，是探索电学的先驱者之一。电学是近代科学中较为年轻的一门科学，富兰克林的成就开创了电学史的新纪元。他的主要研究对象是大气电理论。　　他首先说明各种电现象的理论，最早提出电荷守恒定律。　　就在一个简单的放电实验中，富兰克林取得了第一个重要发现。他让A、B两人分别站在木箱上，用莱顿瓶分别使他们带上玻璃电和松香电，又让A、B向站在地上的第三个人C放电，结果都有火花闪现。但是如果A、B带电后先互相握手，再向C放电，结果都没有火花闪现。富兰克林由此发现玻璃电和松香电可以互相抵消，于是总结出电荷有两类，他把玻璃电叫做正电，把松香电叫做负电，分别用“+”、“-”符号来表示。并提出了电的单流体学说，他认为：每个物体都有一定量的电，电只有一种。摩擦不能创造出电，只是使电从一个物体转移到另一个物体上，它们的总电量不变。物体上带过量电的称为带正电，不足的称为带负电。由于这些概念的引入，使电成为可以定量的物理量了。　　他揭开雷电现象的秘密，制作了避雷针。　　在1749年到1}