自然科学与军事技术史
文章目录
- 自然科学与军事技术史
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- 1.内史与外史
- 2.学习科学史的意义
- 3.“自由”型科学与“力量”型科学
- 4．算筹计算法
- 5．自然的发现
- 6．亚里士多德自然哲学
- 7．哥白尼革命的内容
- 8.牛顿在自然科学上的成就
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- ①力学成就：
- ②数学成就：
- ③光学成就：
- ④天文成就：
- 9．培根传统
- 10．第一次工业革命
- 11．第二次工业革命
- 12.创新型国家的特征
- 13.科学技术与战争的关系
- 14.法拉第的主要科学贡献
- 15.生物武器的主要特点
- 16.摩尔根团队的主要科学贡献及成功的原因
- 17.中国古代磁学的主要成就
- 18.十九世纪末物理学的三大发现的内容
- 19.通往核时代的三个科学阶梯的内容及意义 ==??==
- 20.促进原子弹问世的主要因素
- 21.爱因斯坦、西拉德等科学家在原子弹研制中的作用
- 22.德国原子弹的研制情况和失败原因
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- 研制情况：
- 失败原因：
- 23.热核聚变的发现和氢弹的研制机理
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- 热核聚变的发现：
- 氢弹的研制机理：
- 拓展:
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- 美国为何选择在广岛、长崎投放原子弹，而不是政治中心的东京？
- 科学通史笔记
自然科学与军事技术史
1.内史与外史
内史主要研究某一学科本身发展的过程，关心科学事实在历史中的前后联系，注重科学发展中的概念框架、方法程序、理论的阐述、实验的完成以及理论与实验的关系等等。外史侧重于研究科学发展过程中与外部环境之间的互相影响和作用，及其在历史上的社会功能和文化性质。
2.学习科学史的意义
①科研指导功能：在科学研究中，科学史对提出问题、洞察疑点、解决难题、简化理论、扩大视野、深化认识、了解现状、预见未来、把握科学发展的进程和方向大有裨益。
②科学教育功能：有助于树立正确的科学形象，把握科学的批判性本质。有助于克服自然科学思维方式的片面性。
③通识培育功能：有助于培养科学精神。有助于提高道德修养。有助于理解科学的社会角色和人文意义。
3.“自由”型科学与“力量”型科学
自由型科学：为求得知识本身，不考虑功利应用而从事科学活动，就是一种个人权利。
力量型科学：知识就是力量；对待自然就要像审讯女巫一样，在实验中用技术发明装置折磨她，严刑拷打她，审讯她，以便发现她的阴谋，逼她说出真话。为改进人类的生活条件服务。
4．算筹计算法
筹算制度是中国古代数学特有的制度。它的运算工具是算筹，不需要纸和笔就可以进行数学计算。其最早出现时代以不可考，但最迟到春秋战国时期，算筹的使用已经非常普遍了。在算筹计数法中，以纵横两种排列方式来表示单位数目的，其中1－5均分别以纵横方式排列相应的数目的算筹来表示，6－9则以上面的算筹再加下面相应的算筹来表示。表示多位数时，个位用纵式，十位用横式，百位用纵式，千位用横式，(纵横纵横…)以此类推，遇零则置空。
1~9的纵/横表示
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25X13=325的运算
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5．自然的发现
区分“自然”与“超自然”，即认识到自然现象不是因为受到任意的、胡乱的影响而产生的，而是有规则的，受着一定的因果关系的支配。
6．亚里士多德自然哲学
①亚里士多德物质学说：给出了天地二分的五元素学说，月下天（土水气火）,分别对应四种属性干、冷、湿、热；月上天（以太）
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②亚里士多德的天然运动说：提出了运动的概念，潜能由运动变成现实。区分**“自然运动”和“受迫运动”**。
自然运动，所有物体都有回归天然位置的趋势。(惯性?)
受迫运动，推动者施加与被推动者，推动者一旦停止推动，运动就会立即停止。
③宇宙论：
地球在宇宙的中心。
水、土“自然地”垂直降落向宇宙中心；气、火“自然地”直线上升,把地区与天区分开。
天区是第五元素“以太”的王国，它自然地作圆周运动，并携带行星与恒星一起旋转。
亚里士多德自然哲学的历史地位：实现了古代科学的伟大综合，在当时具有合理性。为近代科学提供了思考的起点与批判的对象。
7．哥白尼革命的内容
在《天体运行论》中，哥白尼首先论述了地动说，驳斥了地球不动的谬论。哥白尼从运动的相对性出发，论证了行星的视运动是地球运动和行星运动复合的结果。
还提出了地球在宇宙中位置的问题，认为地球并不在中心，而是像其他行星一样距太阳有一定距离，在自己的轨道上运行，而认为太阳是宇宙的中心。
此外，他还提到月亮的运动、行星在太阳系中的排列等等。
意义:哥白尼的学说否定了上帝把地球置于宇宙中心的宗教教条，建立了科学的宇宙观，标志着“从此自然科学便开始从神学中解放出来”，开始了近代自然科学的革命。
8.牛顿在自然科学上的成就
①力学成就：
在《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿阐述了三大运动定律并定义了万有引力定律。
第一定律，即惯性定律：任何一个物体在不受任何外力或收到的力平衡时，总保持匀速直线运动或静止状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。(惯性定律)
第二定律：是力的瞬间作用规律。力和加速同时产生、同时变化、同时消逝。F=ma为一个矢量方程，应用时应规定正方向。(F=ma)
第三定律：作用力与反作用力大小相等、方向相反。(相互作用力)
②数学成就：
创立微积分学，促成数学发展中除几何与代数之外的另一重要分支——数学分析的发展。从而进一步发展为微分几何，微分方程、变分法等，促进了理论物理学的发展。
发现二项式定理，为促进微积分发展提供条件。
③光学成就：
牛顿用三棱镜研究日光，发现不同波长的光有不同的折射率。在可见光中，紫光波长最短，折射率最大；红光波长最长，折射率最小。这一重要发现成为波谱分析的基础。
④天文成就：
创制了反射望远镜。
9．培根传统
培根继承和发展了前人的思想，建立了实验归纳法。
他指出认识事物的两种方法——演绎法和归纳法，但认为演绎法无助于认识真理，提倡以归纳法探索真理。[演绎推理（Deductive Reasoning）是由一般到特殊的推理方法。与“归纳法”相对。]
归纳法分三步：①广泛搜集自然史和科学实验的材料；
②整理材料，为归纳做好准备；
③进行归纳。
归纳过程即人们从认识个别的经验上升到一般和原理的过程。依靠归纳法就能认识事物的本质和规律。
此外，培根还提倡实验的方法，认为实验比感性直觉更优越，唯有通过实验才能发现一切现象的原因和规律。
培根冲破经验哲学和经院哲学的束缚，使科学研究建立在唯物主义基础上，以实验和归纳的方法，为欧洲近代哲学和自然科学发展开辟了新的途径。因而，他被马克思称之为“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”。
10．第一次工业革命
①经过：第一次工业革命始于18世纪60年代的英国，以棉纺织业的技术革新为始，以瓦特蒸汽机的发明和广泛使用为枢纽，以19世纪30、40年代机器制造业机械化的实现为基本完成的标志。
1733年，机械师凯伊发明了“飞梭”，大大提高了织布的速度，纺纱顿时供不应求。
1765年，哈格里夫斯发明了“珍妮纺织机”，在棉纺织业引发了发明机器，进行技术革新的连锁反应，揭开了工业革命的序幕。随着机器生产越来越多，原有动力如畜力、水力和风力等已经无法满足需要。
1785年，瓦特改良的蒸汽机投入使用，提供了更加便利的动力，迅速得到推广，大大推动了机器的普及与发展。人类社会从此进入蒸汽时代。随着工业生产中机器生产逐渐取代手工操作，传统手工业无法适应机器生产的需求，为了更好的进行生产管理，提高效率，资本家开始建造工房，安置机器雇佣工人集中生产。一种新型的生产组织形式——工厂出现了，并成为工业化生产最主要的组织形式。机器生产的发展，促进了交通运输事业的革新。
1807年，美国人富尔顿制成的以蒸汽为动力的汽船试航成功。
1814年，英国人史蒂芬孙发明了“蒸汽机车”。
1825年，火车试航成功。
1840年前后，英国的大机器生产基本上取代了传统的工厂手工业生产，工业革命基本完成。随后，法国、美国等国也依次完成工业革命进程。
②影响：这不仅是一次技术改革，更是一场深刻的社会变革，推动了经济领域、交通领域、政治领域、思想领域、世界市场等诸多方面的变革:
蒸汽机的改良推动了机器的普及/交通工具的革新以及大工厂制的建立,
开创了以机器生产取代手工劳动的时代,
进而促进生产力大幅度提高,推动经济发展,
使原有政治经济力量出现不对等。
11．第二次工业革命
①经过：第二次工业革命以电器的广泛应用最为显著。
19世纪六七十年代开始，出现了一系列重大发明。
1866年，德国人西门子制成了发电机；
到70年代，实际可用的发电机问世，电器开始用于代替机器，成为补充和取代以蒸汽机为动力的新能源。
随后，电灯、电车、电影放映机等相继问世，人类进入“电器时代”。
19世纪七八十年代，以煤油和汽油为燃料的内燃机相继诞生，90年代柴油机创制成功。
内燃机的发明解决了交通工具的发动机问题。
80年代德国人卡尔等人成功制造出由内燃机驱动的汽车。内燃机的发明也推动了石油开采业的发展和石油化工工业的生产。
电讯事业也发展迅速，
19世纪70年代，美国人贝尔发明了电话，
90年代意大利人马可尼实验无线电报取得了成功。
②主要特点：第二次工业革命与第一次工业革命相比，具有以下三个特点：
首先，第一次工业革命中多数技术的发明都来源于工匠的实践经验，科学与技术尚未真正结合。
而在第二次工业革命中，自然科学的新发展，开始同工业生产紧密的结合起来，科学在推动生产力发展的方面发挥更为重要的作用，它与技术的结合使第二次工业革命取得了巨大的成果。
其次，第一次工业革命首先发生在英国，重要的新机器和新生产方法主要是在英国发明的，其他国家工业革命进程相对缓慢。而第二次工业革命几乎同时发生在几个先进的资本主义国家，新的技术和发明超过一国的范围，其规模更加广泛，发展也比较迅速。
最后，由于第二次工业革命开始时，有些国家尚未完成第一次工业革命，对它们来说，两次工业革命是交叉进行的，它们既可以吸收第一次工业革命，又可以直接利用第二次工业革命的新技术。
③影响：第二次工业革命促进生产力飞跃发展，使社会面貌发生翻天覆地的变化，形成西方先进、东方落后的局面，资本主义逐步确立起对世界的统治。
12.创新型国家的特征
（1） 创新投入高，国家的研发投入即R&D（研究与开发）支出占GDP的比例一般在2%以上；
（2） 科技进步贡献率达70%以上；
（3） 自主创新能力强，国家的对外技术依存度指标通常在30%以下；
（4） 创新产出高
穆荣平:一是创新体系健全，二是创新能力强，三是创新效率高，四是创新效益好，五是创新环境好。
13.科学技术与战争的关系
战争是科学技术的催化剂，推动着科学技术的飞速发展，而科学技术又在改变着战争的进程和形式，二者相辅相成，相互促进，共同改变着人类的发展进程。
14.法拉第的主要科学贡献
发现了电磁感应现象，即(Δφ→E)变化的磁场可以产生感应电流，并概括了五种产生感应电流的类型：
(Key:ΔI,Δφ)
变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。
15.生物武器的主要特点
\1. 作用面积广（单位质量的武器造成的有效杀伤范围）
\2. 危害作用大（具有传染性，容易造成时间上持续进行，空间上不断扩大的传染）
\3. 作用时间长（某些病原体可以长期存活）
\4. 作用对象专一性（如针对特定人群制造“人种炸弹”）
\5. 隐蔽性高
\6. 易于生产，成本低廉
16.摩尔根团队的主要科学贡献及成功的原因
科学贡献：
- 证明了基因在染色体上；
- 提出连锁互换(同一条染色体的基因有连在一起传给下一代的倾向叫连锁现象 交叉互换:同源染色体等位基因的互换)定律；
- 出版《孟德尔遗传的机制》和《遗传的物质基础》，把染色体学说与孟德尔理论统一起来；
- 出版**《基因论》**，实现了基因理论的系统化。
成功原因：
- 选择了果蝇做实验材料,果蝇染色体少,繁殖快,便于实验；
- 有一个团结合作的科学家集体；
- 这个集体有浓厚而活跃的学术气氛。
17.中国古代磁学的主要成就
\1. 磁石吸铁性的记载和应用（阿房宫的磁石门是世界上第一个磁性警卫装置，做药物和医疗器具）；
\2. 对磁石指极性的应用（发明了指南针，司南）；
\3. 发明了人工磁化法：用天然磁石摩擦小钢针和利用地磁场制指南鱼法；
\4. 地磁学知识的总结和概括：发现了磁偏角、磁倾角（地球磁场和水平面的夹角）、地磁场的水平分量，还有磁偏角因地而异、因时而异的记录
18.十九世纪末物理学的三大发现的内容
\1. X射线的发现。起源于伦琴对阴极射线的研究，他发现的X射线可以穿透不透光材料，打破了“原子不可再分”的思维；
\2. 放射性的发现。贝克勒尔发现了铀原子可以发出射线，居里夫人发现铀的辐射强度与铀含量成正比；钍原子也发出射线；发现并提炼出镭元素；分离提纯出氯化镭。二者的发现不仅加深了人们对原子结构复杂性的认识，而且使人们意识到原子核内蕴含着巨大的能量。
\3. 电子的发现。汤姆孙通过对阴极射线定性定量研究发现了电子，使得原子不可再分的传统观念被彻底否定。
19.通往核时代的三个科学阶梯的内容及意义 ??
(1) 原子核人工嬗变的实现：卢瑟福用α粒子(由两个中子和两个质子构成（He2+)轰击氮元素生成氧原子和氢原子实现第一次人工核转变。意义：打开了人工核裂变的通道，为人们探究核反应、利用核能奠定了基础。
(2) 中子的发现：卢瑟福提出中子的存在一猜想，他的学生查德威克发现了中子。意义：中子不带电，不受静电作用的影响，可自由接近原子核引起核变化，使人类更接近实际控制控制和利用原子能的目标。
(3) 重核裂变的发现：费米用中子轰击铀核而发现了超铀元素;慢中子的发现，是重核裂变发现的重要前提。
慢中子指具有热能(0.025电子伏)级的低能中子,其自身能量不足以引起电离和激发。但这种中子存在于核反应堆中,当材料在这些反应堆中加以辐照时,即间接引起若干化学变化。
1938年德国化学家哈恩和助手斯特拉斯曼重复用中子轰击铀的实验，经过仔细分析得到中间元素镧和钡，证实用中子打击铀核除产生超铀元素外，还引起铀核的裂变。接着奥地利籍科学家迈特纳和弗里施根据玻尔的液滴模型对铀核分裂作了精辟的物理解释。至此20世纪令世人震惊的原子核裂变发现了
\1. 居里夫妇发现用α粒子轰击原子核得到的都是稳定的元素。
\2. 费米发现“慢中子效应”(经过石蜡减速之后的慢中子更能引起人工核反应)。
\3. 哈恩、迈特内和斯特拉斯曼通过研究中子轰击铀的产物得到了9种放射性元素。
\4. 哈恩推断居里夫人发现中子轰击铀得到几乎是铀原子序数一半的镧。
\5. 迈特内和弗里施根据玻尔的原子核液滴模型建立了铀裂变理论，迈特内还根据爱因斯坦质能方程估算铀裂变放出的能量。
\6. 居里夫妇、西拉德和费米等证实了链式反应不仅可能，而且速率极高。
意义：为人类开辟了一种新的能源—核能。促进了原子弹的问世。
20.促进原子弹问世的主要因素
1 作为一项科学技术发明，它有赖于20世纪前半叶原子物理学的发展和计算机科学的发展；
2作为一件前所未有的杀人武器，它与第二次世界大战息息相关。直接促成原子弹诞生的是曼哈顿工程,
3美国强大的经济和人员动员能力也是一个重要原因:美国有足够的经济储备和人才储备,并且能够动员利用这些资源
其他:1938年，德国科学家发现了核裂变原理，并将这个原理公布世界。不得不说，日本方面的反应非常快，日本科学家仁科芳雄立刻意识到核裂变可以运用到军事领域。当然，当时他还没有想到原子弹那一步。日本军方高层对这个建议非常重视，如果日本拥有了威力巨大的炸弹，那完全可以同时北上和南下。日本高层命令仁科芳雄为总工程师，专门主持研究原子弹工程。而且以仁科芳雄的名字，把这个计划明明为仁计划。
奥本海默被任命为研制原子弹的“曼哈顿计划”的首席科学家
相关链接:
观察者网一周军事观察：第一颗原子弹的铀从哪里来？
21.爱因斯坦、西拉德等科学家在原子弹研制中的作用
一方面,通过自己或者他人游说比利时等拥有铀矿石的国家不要和德国进行交易,告诫科学家们不要发表任何有关原子核反应的论文,减缓了德国的研发步伐.
同时,向罗斯福总统写信建议美国加速研究核能,促使美国成立铀顾问委员会/曼哈顿计划,加速了美国原子弹研发计划的开启和进行
在德国战败后,深刻认识到核武器的危险性,质疑继续研发氢弹的必要性.
爱因斯坦虽然没有直接参与研发,但他提出了质能方程,从理论上解决了物质和能量之间的转化关系,让人们意识到制造原子弹的可行性,使得大家有了研究的方向.其他许多科学家也在原子弹研制中贡献出了自己的智慧.
22.德国原子弹的研制情况和失败原因
研制情况：
一直到大战结束，德国在原子弹制造方面并没有取得显著进展，虽然建立了三种反应堆，但是没能实现链式反应。
失败原因：
- 频繁的战争使德国没有足够的技术经费去支持原子弹的研制。
- 德国并不知道美国人也在研制原子弹，高估了自己的研究水平，低估了制造原子弹的困难、美军为军事研究动员经济力量的能量和研制原子武器的水平。
- 德国科学家对法西斯的统治极为不满,纷纷出走。
- 美国时刻关注德国的研究动向，曾对德国的原子核能设施进行过多次破坏。
23.热核聚变的发现和氢弹的研制机理
热核聚变的发现：
\1. 科学家们发现某些轻核能聚合成较重的核，聚变时发出的能量要比裂变大几倍到几十倍。
\2. 贝特和魏扎克分别证明依靠氢核聚变成氦核，足以使太阳在今后几十亿年内都能像目前一样继续发出强大的辐射。
\3. 费米计算的出氘-氚混合燃料的聚变点火温度为5000万度以上。
氢弹的研制机理：
利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘、氚等轻原子核使之发生聚变反应。
拓展:
美国为何选择在广岛、长崎投放原子弹，而不是政治中心的东京？
- 减少美国士兵伤亡
- 尽快结束战争,避免苏联的全面介入,独霸战后对日本的控制权,进而掌握在东亚的政治主动权
- 目的是促使日本投降而不是斩首行动:为了避免日本失去首脑后激起日本军国主义分子的斗志
- 借此验证原子弹的威力
- 相比其他城市而言，广岛不但号称日本的“军都”，拥有众多的军工企业，是日本南方司令部的驻防地，还是日本兵员的主要来源地。同时广岛人口众多，常住居民大约有35万人，这其中还包括数万日军。
- 第二颗原子弹投放的首选地点是小仓。但当携带“胖子”的轰炸机飞临小仓上空后，因天气原因，飞机在厚厚的云层中数次穿梭都没能找到投弹口，只好转头飞向备选城市长崎。而当轰炸机来到长崎上空时，天气异常晴朗，长崎的地面建筑清晰可见。所以，长崎不幸成为了第二座遭受原子弹轰炸的城市。
By陈小孩