通识中心--陈昭宏.ppt

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1、近代科學史陳昭宏 授課通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏導論近代科學的七大發現近代科學的七大發現 ：1.1.物理學之各種定律及基本原理物理學之各種定律及基本原理 牛頓牛頓 （物理學之父）。（物理學之父）。2.2.原子結構：原子結構：uu波爾波爾 【波爾模型波爾模型】、拉塞福拉塞福 發現原子核。發現原子核。3.3.相對論：相對論：愛因斯坦愛因斯坦uu長度收縮（當速度接近光速時）。長度收縮（當速度接近光速時）。uu時間延長（當速度接近光速時）。時間延長（當速度接近光速時）。uu 光速光速3 108 m/sec3 108 m/secuu例：某人乘太空船，以接近光速離開地球，太空船上的人認為只經歷一例：某

2、人乘太空船，以接近光速離開地球，太空船上的人認為只經歷一天，地球上之觀察者卻認為過了一個月。（這種現象就是時間延長）。天，地球上之觀察者卻認為過了一個月。（這種現象就是時間延長）。4.4.宇宙的形成：宇宙的形成：哈伯哈伯 。（外太空）黑洞。（外太空）黑洞。5.5.演化和天擇說：演化和天擇說：達爾文達爾文uu 演化論演化論 解釋現在地球生物之由來。解釋現在地球生物之由來。uu 天擇說天擇說 物競天擇，適者生存。物競天擇，適者生存。6.6.細胞和遺傳：佛萊明、孟德爾（遺傳學之父）。細胞和遺傳：佛萊明、孟德爾（遺傳學之父）。7.DNA7.DNA的結構：的結構：克利克。克利克。生物科技（基因）。生物科

3、技（基因）。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏物理基本原理（由神學到科學）uu亞里斯多德（哲學家）：對宇宙下一個定義uu上帝創造永恆又完美之天體循環。uu地球上之萬物，由風、火、地、水四種元素組成。uu地球是宇宙的中心，太陽繞地球轉。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏哥白尼：（波蘭）推翻地球為中心論。推翻地球為中心論。地球以正圓軌道繞太陽轉。地球以正圓軌道繞太陽轉。太陽位於中心不動。太陽位於中心不動。修正曆法。修正曆法。發現太陽系有六大行星。發現太陽系有六大行星。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏太陽系九大行星 uu水星（水星（MercuryMercury）uu金星（金星（VenusVenus）uu地球（

4、地球（EanthEanth）uu火星（火星（MansMans）uu木星（木星（JupiterJupiter）uu土星（土星（SaturnSaturn）uu天王星（天王星（UranusUranus）uu海王星（海王星（NeptuneNeptune）uu冥王星（冥王星（PlutoPluto）通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏第谷（Tycgh）：為（天文觀測家）在在1313年前就發現日偏蝕年前就發現日偏蝕 是上第一位發現者。是上第一位發現者。這個現象在這個現象在1717年前，哥白尼即利用其理論偵年前，哥白尼即利用其理論偵測這一結果。測這一結果。【註註】日蝕：月球在地球和太陽之間。日蝕：月球在地球和太陽之

5、間。月蝕：地球在月球和太陽之間。月蝕：地球在月球和太陽之間。第谷第谷證明哥白尼之太陽中心說是正確的。證明哥白尼之太陽中心說是正確的。uu15721572年在仙后座，發現一顆新的恆星，證明亞里年在仙后座，發現一顆新的恆星，證明亞里斯多德之論點錯誤。斯多德之論點錯誤。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏克卜勒：為第谷的學生 確定行星之運動和行星跟太陽之距離有關，並提確定行星之運動和行星跟太陽之距離有關，並提出三大行星運動定律。出三大行星運動定律。行星運動軌道是橢圓形，太陽在橢圓之焦點上。行星運動軌道是橢圓形，太陽在橢圓之焦點上。uu【圖示】：離太陽遠速度慢，反之離太陽近速度快。uu 地球運動速度和離太陽

6、之遠近有關。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏伽利略：義大利 當時歐洲發生黑死病，故很多人研究醫學，包括伽利略。當時歐洲發生黑死病，故很多人研究醫學，包括伽利略。他大一時，發現吊燈擺動的時間相同，可利用這個原理製作時他大一時，發現吊燈擺動的時間相同，可利用這個原理製作時鐘。鐘。【註註】：單擺擺動之時間，只和擺長有關。擺長愈長，週期愈：單擺擺動之時間，只和擺長有關。擺長愈長，週期愈長。長。在比薩斜塔，將輕重不同的物體同時自由落下，結果他發現這在比薩斜塔，將輕重不同的物體同時自由落下，結果他發現這兩種物體同時落地。兩種物體同時落地。【註註】：在實際狀態中，要考慮空氣阻力的因素。：在實際狀態中，要考慮空

7、氣阻力的因素。發明望遠鏡利用兩片鏡片重疊。發明望遠鏡利用兩片鏡片重疊。利用望遠鏡來觀察行星。利用望遠鏡來觀察行星。木星有四個衛星木星有四個衛星 月球上凹凸不平。月球上凹凸不平。公然支持哥白尼的太陽中心說，被捕軟禁。公然支持哥白尼的太陽中心說，被捕軟禁。360360年後，教宗對其認錯。年後，教宗對其認錯。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏結論 uu第谷、克卜勒、伽利略，認為太陽中心說推翻了亞里斯多德的地球中心論奠定科學的基礎。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏牛頓：英國（物理學之父）出生於英國農家，又是早產兒。在其院子中種了一顆蘋果樹。出生於英國農家，又是早產兒。在其院子中種了一顆蘋果樹。父親很早過逝，

8、母親改嫁，幼時常爬上這顆蘋果樹眺望母親。父親很早過逝，母親改嫁，幼時常爬上這顆蘋果樹眺望母親。有天他在樹下思考：月亮繞地球的原理。發現蘋果落地，因而有天他在樹下思考：月亮繞地球的原理。發現蘋果落地，因而發現地心引力。提出：若蘋果像月亮一樣運行的話，就不會落發現地心引力。提出：若蘋果像月亮一樣運行的話，就不會落地。地。地心引力萬有引力（任何東西都有）。地心引力萬有引力（任何東西都有）。發現微積分的技巧。發現微積分的技巧。提出牛頓三大運動定律。將物理學統一提出牛頓三大運動定律。將物理學統一 所有可做之研究，均所有可做之研究，均被牛頓處理完畢。被牛頓處理完畢。其友人哈雷（其友人哈雷（Halley H

9、alley 第一位計算彗星週期的人）。哈雷鼓勵牛第一位計算彗星週期的人）。哈雷鼓勵牛頓將著作發行，書名為自然的哲學原理，此書分為三冊：頓將著作發行，書名為自然的哲學原理，此書分為三冊：uu第一冊：物體運動的道理。第一冊：物體運動的道理。uu第二冊：物體在阻力時之運動。第二冊：物體在阻力時之運動。uu第三冊：用前面解釋太陽系。第三冊：用前面解釋太陽系。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏原子結構 uu 原子的假設，起源於希臘。uu劉析伯斯（Leui ppus），宇宙的組成是原子和虛空，人類的身體和靈魂都是由原子組成。uu另一派人認為是由風、水、火、土組成。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏煉金術 uu當時

10、希臘人認為喝過黃金器具所裝的食物就可長生不老。uu煉製黃金技術，就是化學的起源。蒸餾法、分解法。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏波義耳：第一位研究和黃金無關之化學 uu研究氣體，並提出波義耳定律。PVK（封閉空間裡壓力和體積成反比）。uu認同劉析伯斯的原子論。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏空氣和燃燒 uu在波義耳之後，很多科學家開始研究空氣，並認為空氣是由很多種成分組成的。uu法國布萊克，發現二氧化碳、氮。uu史達勒（普魯士）提出燃素說，解釋金屬燃燒重量增加的現象。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏拉瓦節：（現代化學之父）uu提出：物質必須經過化學的方法，無法再分解時，才能確定是原子。uu首先在空氣

11、中分解出氧氣者，並研究氧在燃燒和動物呼吸中所扮演之角色。uu定義氧的名稱：Oxygen。uu1783年，提出水是氫和氧的化合物，並證明波義耳的理論，更廢除風、水、火、土四大元素說。uu熱衷政治，死於斷頭台。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏道爾吞（Dalton）uu英國科學家，根據拉瓦節之研究，列出原子質量之對比表。uu2.提出原子論：uu1同一種元素之原子相同。uu2兩種或兩種以上之原子可組成化合物。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏1881年義大利，亞加佛厥 基本粒子，不一定是原子，也可能是由原子基本粒子，不一定是原子，也可能是由原子組成的分子。組成的分子。相同體積的分子數相同。相同體積的分子數相

12、同。定義：定義：1 1莫耳莫耳6102361023個。個。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏門德烈夫：1869年（第一個排列週期表者）將原子的質量按照大小排列，結果發現相同將原子的質量按照大小排列，結果發現相同的性質會重覆出現。的性質會重覆出現。當時發現的元素有當時發現的元素有6363種。種。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏量子躍遷（原子內部結構）uu 侖琴（侖琴（RontgenRontgen）：發現）：發現X X光。光。uu利用陰極射線，實驗紫外線照射，當其利用紫外利用陰極射線，實驗紫外線照射，當其利用紫外線照在亞鉑氰化鋇上時，發現此結晶吸收紫外光線照在亞鉑氰化鋇上時，發現此結晶吸收紫外光而放不同

13、之光線。而放不同之光線。uu侖琴將這侖琴將這X X光，照在他太太的手上，發現照片呈現光，照在他太太的手上，發現照片呈現骨頭的形狀世界上第一張骨頭的形狀世界上第一張X X光照。光照。uu第一位拿到諾貝爾物理獎的科學家。第一位拿到諾貝爾物理獎的科學家。uu貝克勒，研究這種未知光線，發現鈾硫化鉀不用貝克勒，研究這種未知光線，發現鈾硫化鉀不用紫外線照射也可產生類似光源，後來發現這光是紫外線照射也可產生類似光源，後來發現這光是 射線，貝克勒也得一個諾貝爾獎。射線，貝克勒也得一個諾貝爾獎。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏湯木生：發現電子，得諾貝爾獎 uu提出：侖琴所使用之陰極射線，存在一種帶負電的微粒子後來

14、稱為電子。uu提出原子模型葡萄乾麵包模型（後來發現這個模型不正確）。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏瑪麗居里（居里夫人）：發現放射線 uu對侖琴和貝克勒的射線，有高度興趣故其博士論文題目到底是什麼東西使貝克勒的底片感光。uu提出放射線之來源一定來自於鈾原子內部，並定義放射性“radius”。uu居里夫人和貝克勒獲得諾貝爾獎。uu死於放射線。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏拉塞福 uu研究研究 射線，發現元素不是永恆不變的，隨著時間其會射線，發現元素不是永恆不變的，隨著時間其會放出放射性，而變成其它元素。放出放射性，而變成其它元素。uu利用利用 射線撞金箔，發現原子應該存在原子核，故提出射線撞金箔，

15、發現原子應該存在原子核，故提出“原子有核論原子有核論”，並反對湯木生之模型。，並反對湯木生之模型。uu其助理蓋革，發現蓋革計數器，目前廣為使用。其助理蓋革，發現蓋革計數器，目前廣為使用。uu受封為爵士，但未得諾貝爾獎。受封為爵士，但未得諾貝爾獎。uu 【原子模型比較原子模型比較】uu （i.i.）湯木生模型：電子在原子裡。）湯木生模型：電子在原子裡。uu（ii.ii.）拉塞福：電子和原子核。）拉塞福：電子和原子核。uu（iii.iii.）波爾模型：電子有固定軌道）波爾模型：電子有固定軌道 通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏波爾：（丹麥科學家）uu波爾原為湯木生的學生，其認為湯木生的波爾原為湯木生的

16、學生，其認為湯木生的“葡萄乾麵包葡萄乾麵包模型模型”不對，因而意見不合，改頭拉塞福門下。不對，因而意見不合，改頭拉塞福門下。uu波爾提出：（波爾提出：（i.i.）原子有一個原子核，電子在原子核外）原子有一個原子核，電子在原子核外繞著原子核轉。繞著原子核轉。uu （ii.ii.）電子若用變換軌道，必須要吸收光或放）電子若用變換軌道，必須要吸收光或放出光。出光。uu 【波爾模型波爾模型】：電子變換軌道發光，：電子變換軌道發光，LEDLED（發光極體）（發光極體）就是利用這個原理。藍光（經過處理可發出白光，可取就是利用這個原理。藍光（經過處理可發出白光，可取代燈泡）最難做出來。代燈泡）最難做出來。u

17、u根據波爾原子模型，若原子核像書上之句點大小，電子根據波爾原子模型，若原子核像書上之句點大小，電子軌道半徑約軌道半徑約3030公尺。公尺。原子內部大部分空無一物。原子內部大部分空無一物。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏波爾之後的研究重點 uu開始利用實驗證明波爾模型之正確性。開始利用實驗證明波爾模型之正確性。uu電子是粒子或波？電子是粒子或波？uu電子為何會改變軌道。電子為何會改變軌道。uu原子內部還有更基本的粒子嗎？原子內部還有更基本的粒子嗎？uu電子湯木生電子湯木生uu質子貝克勒質子貝克勒 （均為諾貝爾獎得主）。（均為諾貝爾獎得主）。uu中子查德威克中子查德威克uu 中子的發現中子的發現：居

18、里夫人的女兒，利用：居里夫人的女兒，利用 射線撞擊鈹（射線撞擊鈹（BeBe）結果發現一種不帶電性的射線。隨著，拉塞福的學生查德威克，確結果發現一種不帶電性的射線。隨著，拉塞福的學生查德威克，確認其為一種不帶電之粒子，稱為中子，認其為一種不帶電之粒子，稱為中子，19321932年得諾貝爾獎。年得諾貝爾獎。uu由於波爾提出正確的模型，發現的新元素越來越多，目前週期表有由於波爾提出正確的模型，發現的新元素越來越多，目前週期表有108108種元素。（原子序愈大愈不穩定）。種元素。（原子序愈大愈不穩定）。uu是否有比中子、質子、電子更小的粒子？後來發現質子是由三種夸是否有比中子、質子、電子更小的粒子？後

19、來發現質子是由三種夸克（克（GuarkGuark）組成。）組成。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏核子分裂 uu太陽能量和原子核之關係：太陽能量和原子核之關係：uu 1.1.太陽能量來源是根據愛因斯坦質能公式。太陽能量來源是根據愛因斯坦質能公式。E Emc2mc2消耗質量換取能量。消耗質量換取能量。uu 2.E2.Emc2mc2，造成之能量相當大，造成之能量相當大，2 2克的氫燃克的氫燃燒可使燒可使150w150w燈泡發生燈泡發生4040分鐘，但核分裂可以使分鐘，但核分裂可以使發光發光5 5萬萬6 6千年。千年。uu 3.3.太陽上的核能反應是屬於核融合反應，太陽上的核能反應是屬於核融合反應，4

20、4個個氫原子合成氫原子合成1 1個氫原子。個氫原子。uu 4.4.因核融合需要高溫，故人類較難由核融合因核融合需要高溫，故人類較難由核融合中取得能量。中取得能量。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏原子核模型 uu目前較理想的原子核模型是蘇聯科學家加莫創立之液滴模目前較理想的原子核模型是蘇聯科學家加莫創立之液滴模型。型。uu2.2.液滴模型最主要是說原子核之作用力就像水分子之作液滴模型最主要是說原子核之作用力就像水分子之作用一般，若分裂後由於張力之作用，仍然是圓形。用一般，若分裂後由於張力之作用，仍然是圓形。uu根據此模型，科學家提出自然界中存在四種作用力：根據此模型，科學家提出自然界中存在四種作用力：uu （i.i.）強作用力）強作用力 原子核內。原子核內。uu （ii.ii.）弱作用力）弱作用力 分子間。分子間。uu （iii.iii.）電磁作用力）電磁作用力 正負極、南北極。正負極、南北極。uu （iv.iv.）萬有引力）萬有引力 只要有質量，就有吸引力。只要有質量，就有吸引力。uu根據此模型核能的應用方法能實現。根據此模型核能的應用方法能實現。通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏相對論uu愛因斯坦：uu 1.愛因斯坦曾經擔任，伯恩辦事處之專利技術員，他很快的適應這份工作，充分發揮創意。uu 通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏通識中心通識中心-陳昭宏陳昭宏