阿基米德与浮力定律的发现.ppt
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1、视频视频1:阿基米德的故事:阿基米德的故事阿基米德阿基米德一、一、阿基米德生平阿基米德生平阿基米德(公元前阿基米德(公元前287年年公元公元前前212年),古希腊年),古希腊哲学家哲学家、数、数学家、学家、物理学家物理学家,古希腊物理,古希腊物理学家和数学家,静力学和流体学家和数学家,静力学和流体静力学的奠基人。静力学的奠基人。出生于出生于西西西西里岛里岛的叙拉古。发现了的叙拉古。发现了浮力定浮力定律律,发明了,发明了阿基米德式螺旋抽阿基米德式螺旋抽水机水机。后来阿基米德成为兼数学家与力学家的伟大。后来阿基米德成为兼数学家与力学家的伟大学者学者,并且享有,并且享有“力学之父力学之父”的的美称美
2、称。阿基米德流。阿基米德流传于世的数学传于世的数学著作著作有有10余种,多为希腊文手稿。余种,多为希腊文手稿。1 生平简介生平简介公元前公元前公元前公元前287287年,阿基米德生于年,阿基米德生于年,阿基米德生于年,阿基米德生于地中海西西里岛的叙拉古城地中海西西里岛的叙拉古城地中海西西里岛的叙拉古城地中海西西里岛的叙拉古城(今意大利锡拉库萨)。(今意大利锡拉库萨)。(今意大利锡拉库萨)。(今意大利锡拉库萨)。在当在当时古希腊的时古希腊的辉煌辉煌文化已经逐渐文化已经逐渐衰退,经济、文化中心逐渐转衰退,经济、文化中心逐渐转移到移到埃及埃及的亚历山大城;但是的亚历山大城;但是另一方面,另一方面,意
3、大利意大利半岛上新兴半岛上新兴的罗马帝国,也正不断的扩张势力。阿基米德就的罗马帝国,也正不断的扩张势力。阿基米德就是生长在这种新旧势力交替的时代,而叙拉古城是生长在这种新旧势力交替的时代,而叙拉古城也就成为许多势力的角力场所。也就成为许多势力的角力场所。1 生平简介生平简介阿基米德出身于贵族家庭、父阿基米德出身于贵族家庭、父阿基米德出身于贵族家庭、父阿基米德出身于贵族家庭、父亲菲迪阿斯是位天文学家和数亲菲迪阿斯是位天文学家和数亲菲迪阿斯是位天文学家和数亲菲迪阿斯是位天文学家和数学家。阿基米德从小深受父亲学家。阿基米德从小深受父亲学家。阿基米德从小深受父亲学家。阿基米德从小深受父亲的影响,偏爱数
4、学和天文学。的影响,偏爱数学和天文学。的影响,偏爱数学和天文学。的影响,偏爱数学和天文学。8 8岁时开始在家乡上学,岁时开始在家乡上学,岁时开始在家乡上学,岁时开始在家乡上学,1111岁时岁时岁时岁时被送到当时著名文化中心埃及被送到当时著名文化中心埃及被送到当时著名文化中心埃及被送到当时著名文化中心埃及的亚历山大里亚城求学。亚历的亚历山大里亚城求学。亚历的亚历山大里亚城求学。亚历的亚历山大里亚城求学。亚历山大城是当时世界的知识、文山大城是当时世界的知识、文山大城是当时世界的知识、文山大城是当时世界的知识、文化中心,化中心,化中心,化中心,学者学者学者学者云集,举凡文学、数学、天文学、医云集,举
5、凡文学、数学、天文学、医云集,举凡文学、数学、天文学、医云集,举凡文学、数学、天文学、医学的研究都很发达,阿基米德在这里跟随许多著名学的研究都很发达,阿基米德在这里跟随许多著名学的研究都很发达,阿基米德在这里跟随许多著名学的研究都很发达,阿基米德在这里跟随许多著名的数学家学习,包括有名的的数学家学习,包括有名的的数学家学习,包括有名的的数学家学习,包括有名的几何几何几何几何学大师学大师学大师学大师欧几里德,欧几里德,欧几里德,欧几里德,在此奠定了他日后从事科学研究的在此奠定了他日后从事科学研究的在此奠定了他日后从事科学研究的在此奠定了他日后从事科学研究的基础基础基础基础。1 生平简介生平简介阿
6、基米德在亚历山大里亚城求学,阿基米德在亚历山大里亚城求学,阿基米德在亚历山大里亚城求学,阿基米德在亚历山大里亚城求学,受业于欧几里得的门徒柯农,学受业于欧几里得的门徒柯农,学受业于欧几里得的门徒柯农,学受业于欧几里得的门徒柯农,学习哲学、数学、天文学和物理学习哲学、数学、天文学和物理学习哲学、数学、天文学和物理学习哲学、数学、天文学和物理学等。在学习天文学时,他发明了等。在学习天文学时,他发明了等。在学习天文学时,他发明了等。在学习天文学时,他发明了用水力推动的星球仪,并用它模用水力推动的星球仪,并用它模用水力推动的星球仪,并用它模用水力推动的星球仪,并用它模拟太阳、行星和月亮的运行及表拟太阳
7、、行星和月亮的运行及表拟太阳、行星和月亮的运行及表拟太阳、行星和月亮的运行及表演日食和月食现象。为解演日食和月食现象。为解演日食和月食现象。为解演日食和月食现象。为解决用尼罗河水灌溉土地的难题,他发明了圆筒状的决用尼罗河水灌溉土地的难题,他发明了圆筒状的决用尼罗河水灌溉土地的难题,他发明了圆筒状的决用尼罗河水灌溉土地的难题,他发明了圆筒状的螺旋扬水器,后人称之为螺旋扬水器,后人称之为螺旋扬水器,后人称之为螺旋扬水器,后人称之为 阿基米德螺旋阿基米德螺旋阿基米德螺旋阿基米德螺旋,它不仅,它不仅,它不仅,它不仅至今仍在埃及等地区使用着,而且还是当代一切螺至今仍在埃及等地区使用着,而且还是当代一切螺
8、至今仍在埃及等地区使用着,而且还是当代一切螺至今仍在埃及等地区使用着,而且还是当代一切螺旋推进器的原始雏型。旋推进器的原始雏型。旋推进器的原始雏型。旋推进器的原始雏型。1 生平简介生平简介 在经过许多年的求学历程后,公在经过许多年的求学历程后,公在经过许多年的求学历程后,公在经过许多年的求学历程后,公元前元前元前元前240240年,阿基米德回到故乡年,阿基米德回到故乡年,阿基米德回到故乡年,阿基米德回到故乡叙拉古叙拉古叙拉古叙拉古。据说叙拉古的国王。据说叙拉古的国王。据说叙拉古的国王。据说叙拉古的国王海维海维海维海维隆二世隆二世隆二世隆二世与阿基米德的父亲是朋友,与阿基米德的父亲是朋友,与阿基
9、米德的父亲是朋友,与阿基米德的父亲是朋友,也有另一种说法是:国王与他们是也有另一种说法是:国王与他们是也有另一种说法是:国王与他们是也有另一种说法是:国王与他们是亲戚关系。总之,回国后的阿基米亲戚关系。总之,回国后的阿基米亲戚关系。总之,回国后的阿基米亲戚关系。总之,回国后的阿基米德很受国王的礼遇,经常出入宫德很受国王的礼遇,经常出入宫德很受国王的礼遇,经常出入宫德很受国王的礼遇,经常出入宫廷,并常与国王、大臣们闲话家常或是畅谈国事。同廷,并常与国王、大臣们闲话家常或是畅谈国事。同廷,并常与国王、大臣们闲话家常或是畅谈国事。同廷,并常与国王、大臣们闲话家常或是畅谈国事。同时还经常与亚里山大图书
10、馆长埃拉托色尼等著名科学时还经常与亚里山大图书馆长埃拉托色尼等著名科学时还经常与亚里山大图书馆长埃拉托色尼等著名科学时还经常与亚里山大图书馆长埃拉托色尼等著名科学进行书信来往和学术交流。阿基米德在这种优裕的环进行书信来往和学术交流。阿基米德在这种优裕的环进行书信来往和学术交流。阿基米德在这种优裕的环进行书信来往和学术交流。阿基米德在这种优裕的环境下,作了好几十年的研究工作,并在数学、力学、境下,作了好几十年的研究工作,并在数学、力学、境下,作了好几十年的研究工作,并在数学、力学、境下,作了好几十年的研究工作,并在数学、力学、机械方面取得了许多重要的发现与成就,成为上古时机械方面取得了许多重要的
11、发现与成就,成为上古时机械方面取得了许多重要的发现与成就,成为上古时机械方面取得了许多重要的发现与成就,成为上古时代欧洲最有创建的科学家。代欧洲最有创建的科学家。代欧洲最有创建的科学家。代欧洲最有创建的科学家。埃拉托色尼埃拉托色尼古埃及的一个现名为阿古埃及的一个现名为阿古埃及的一个现名为阿古埃及的一个现名为阿斯旺的小镇。在这个小斯旺的小镇。在这个小斯旺的小镇。在这个小斯旺的小镇。在这个小镇上,夏日正午的阳光镇上,夏日正午的阳光镇上,夏日正午的阳光镇上,夏日正午的阳光悬在头顶:物体没有影悬在头顶:物体没有影悬在头顶:物体没有影悬在头顶:物体没有影子,阳光直接射入深水子,阳光直接射入深水子,阳光直
12、接射入深水子,阳光直接射入深水井中。埃拉托色尼是公井中。埃拉托色尼是公井中。埃拉托色尼是公井中。埃拉托色尼是公元前元前元前元前3 3世纪亚历山大图世纪亚历山大图世纪亚历山大图世纪亚历山大图书馆馆长,他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。书馆馆长,他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。书馆馆长,他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。书馆馆长,他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。在以后某一年里的同时间,他在亚历山大量了同一地点的物在以后某一年里的同时间,他在亚历山大量了同一地点的物在以后某一年里的同时间,他在亚历山大量了同一地点的物在以后某一年里的同时间,他在亚历山大量了同一地点
13、的物体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜,在垂直向偏离大约体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜,在垂直向偏离大约体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜,在垂直向偏离大约体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜,在垂直向偏离大约7 7度角。是地球圆周角度角。是地球圆周角度角。是地球圆周角度角。是地球圆周角(360(360度度度度)的五十分之一,由此推算地球的的五十分之一,由此推算地球的的五十分之一,由此推算地球的的五十分之一,由此推算地球的周长大约为周长大约为周长大约为周长大约为4 4万公里,这与实际地球周长万公里,这与实际地球周长万公里,这与实际地球周长万公里,这与实际地球周长(40076(40076公里公
14、里公里公里)相差无相差无相差无相差无几。他还算出太阳与地球间距离为几。他还算出太阳与地球间距离为几。他还算出太阳与地球间距离为几。他还算出太阳与地球间距离为1.471.47亿公里。亿公里。亿公里。亿公里。2 数学大师数学大师阿基米德对纯理论上的研究有阿基米德对纯理论上的研究有阿基米德对纯理论上的研究有阿基米德对纯理论上的研究有着浓厚的兴趣,尤其是在数学着浓厚的兴趣,尤其是在数学着浓厚的兴趣,尤其是在数学着浓厚的兴趣,尤其是在数学和和和和天文天文天文天文方面。在数学方面,他方面。在数学方面,他方面。在数学方面,他方面。在数学方面,他利用利用利用利用“逼近法逼近法逼近法逼近法”算出球面积、算出球面
15、积、算出球面积、算出球面积、球体积、抛物线、球体积、抛物线、球体积、抛物线、球体积、抛物线、椭圆椭圆椭圆椭圆面积,面积,面积,面积,后世的数学家依据这样的后世的数学家依据这样的后世的数学家依据这样的后世的数学家依据这样的“逼逼逼逼近法近法近法近法”加以发展成近代的加以发展成近代的加以发展成近代的加以发展成近代的“微微微微积分积分积分积分”。他更研究出螺旋形他更研究出螺旋形他更研究出螺旋形他更研究出螺旋形曲线曲线曲线曲线的性质,现今的的性质,现今的的性质,现今的的性质,现今的“阿基米德阿基米德阿基米德阿基米德螺线螺线螺线螺线”曲线,就是为纪念他而命名。面对古希腊繁曲线,就是为纪念他而命名。面对古
16、希腊繁曲线,就是为纪念他而命名。面对古希腊繁曲线,就是为纪念他而命名。面对古希腊繁冗的数字表示方式,阿基米德还首创了记大数的方冗的数字表示方式,阿基米德还首创了记大数的方冗的数字表示方式,阿基米德还首创了记大数的方冗的数字表示方式,阿基米德还首创了记大数的方法,突破了当时用法,突破了当时用法,突破了当时用法,突破了当时用希腊字母希腊字母希腊字母希腊字母计数不能超过一万的局计数不能超过一万的局计数不能超过一万的局计数不能超过一万的局限,并用它解决了许多限,并用它解决了许多限,并用它解决了许多限,并用它解决了许多数学数学数学数学难题。难题。难题。难题。阿基米德确定了抛物线阿基米德确定了抛物线阿基米
17、德确定了抛物线阿基米德确定了抛物线弓形弓形弓形弓形、螺线螺线螺线螺线、圆形的面积以及、圆形的面积以及、圆形的面积以及、圆形的面积以及椭球体椭球体椭球体椭球体、抛物面体等各种复杂几何体的表抛物面体等各种复杂几何体的表抛物面体等各种复杂几何体的表抛物面体等各种复杂几何体的表面积和体积的计算方法。在推演面积和体积的计算方法。在推演面积和体积的计算方法。在推演面积和体积的计算方法。在推演这些公式的过程中,他创立了这些公式的过程中,他创立了这些公式的过程中,他创立了这些公式的过程中,他创立了“穷竭法穷竭法穷竭法穷竭法”,即我们今天所说的逐,即我们今天所说的逐,即我们今天所说的逐,即我们今天所说的逐步近似
18、求步近似求步近似求步近似求极限极限极限极限的方法,因而被公的方法,因而被公的方法,因而被公的方法,因而被公认认认认为微积分计算的鼻祖。他用圆内接为微积分计算的鼻祖。他用圆内接为微积分计算的鼻祖。他用圆内接为微积分计算的鼻祖。他用圆内接多边形多边形多边形多边形与外切多边与外切多边与外切多边与外切多边形边数增多、面积逐渐接近的方法,比较精确的求出形边数增多、面积逐渐接近的方法,比较精确的求出形边数增多、面积逐渐接近的方法,比较精确的求出形边数增多、面积逐渐接近的方法,比较精确的求出了圆周率。他利用圆的外切与内接了圆周率。他利用圆的外切与内接了圆周率。他利用圆的外切与内接了圆周率。他利用圆的外切与内
19、接9696边形,求得边形,求得边形,求得边形,求得圆周圆周圆周圆周率率率率 为:为:为:为:22/7223/7122/7223/71,这是,这是,这是,这是数学史数学史数学史数学史上最早的,明确上最早的,明确上最早的,明确上最早的,明确指出误差限度的指出误差限度的指出误差限度的指出误差限度的 值。值。值。值。2 数学大师数学大师 2 数学大师数学大师阿基米德流传于世的数学著作阿基米德流传于世的数学著作阿基米德流传于世的数学著作阿基米德流传于世的数学著作有有有有1010余种,多为余种,多为余种,多为余种,多为希腊希腊希腊希腊文手稿。文手稿。文手稿。文手稿。他的著作集中探讨了求积问题,他的著作集中
20、探讨了求积问题,他的著作集中探讨了求积问题,他的著作集中探讨了求积问题,主要是曲边图形的面积和曲面主要是曲边图形的面积和曲面主要是曲边图形的面积和曲面主要是曲边图形的面积和曲面立方体的体积,其体例深受欧立方体的体积,其体例深受欧立方体的体积,其体例深受欧立方体的体积,其体例深受欧几里德几里德几里德几里德几何原本几何原本几何原本几何原本的影响的影响的影响的影响,先是设立若干定义和假设,再依次证明。作为数,先是设立若干定义和假设,再依次证明。作为数,先是设立若干定义和假设,再依次证明。作为数,先是设立若干定义和假设,再依次证明。作为数学家,他写出了学家,他写出了学家,他写出了学家,他写出了论球和圆
21、柱论球和圆柱论球和圆柱论球和圆柱、圆的度量圆的度量圆的度量圆的度量、抛物线求积抛物线求积抛物线求积抛物线求积、论螺线论螺线论螺线论螺线、论锥体和球体论锥体和球体论锥体和球体论锥体和球体、沙的计算沙的计算沙的计算沙的计算数学著作。数学著作。数学著作。数学著作。阿基米德最有影响的力学发阿基米德最有影响的力学发阿基米德最有影响的力学发阿基米德最有影响的力学发现是浮力定律(现是浮力定律(现是浮力定律(现是浮力定律(阿基米德原阿基米德原阿基米德原阿基米德原理理理理):物体在液体中所获得):物体在液体中所获得):物体在液体中所获得):物体在液体中所获得的浮力,等于他所排出液体的浮力,等于他所排出液体的浮力
22、,等于他所排出液体的浮力,等于他所排出液体的重量。一直到现代,人们的重量。一直到现代,人们的重量。一直到现代,人们的重量。一直到现代,人们还在利用这个原理计算物体还在利用这个原理计算物体还在利用这个原理计算物体还在利用这个原理计算物体比重和测定船舶载重量等。阿基米德花中一个比重和测定船舶载重量等。阿基米德花中一个比重和测定船舶载重量等。阿基米德花中一个比重和测定船舶载重量等。阿基米德花中一个重要发现是重要发现是重要发现是重要发现是“杠杆原理杠杆原理杠杆原理杠杆原理”,他自己曾说:,他自己曾说:,他自己曾说:,他自己曾说:“给给给给我一个支点我就能撬动整个地球。我一个支点我就能撬动整个地球。我一
23、个支点我就能撬动整个地球。我一个支点我就能撬动整个地球。”3 力学方面力学方面4 天文研究天文研究阿基米德在天文学方面也有出阿基米德在天文学方面也有出阿基米德在天文学方面也有出阿基米德在天文学方面也有出色的成就。他曾运用水力制作色的成就。他曾运用水力制作色的成就。他曾运用水力制作色的成就。他曾运用水力制作一座一座一座一座天象仪天象仪天象仪天象仪,球面上有日、月、,球面上有日、月、,球面上有日、月、,球面上有日、月、星辰、五大行星,根据记载,星辰、五大行星,根据记载,星辰、五大行星,根据记载,星辰、五大行星,根据记载,这个天象仪不但运行精确,连这个天象仪不但运行精确,连这个天象仪不但运行精确,连
24、这个天象仪不但运行精确,连何时会发生何时会发生何时会发生何时会发生月蚀月蚀月蚀月蚀、日蚀日蚀日蚀日蚀都能加都能加都能加都能加以预测。晚年的阿基米德开以预测。晚年的阿基米德开以预测。晚年的阿基米德开以预测。晚年的阿基米德开始怀疑始怀疑始怀疑始怀疑地地地地球中心学说。他认为地球是圆球状的,并球中心学说。他认为地球是圆球状的,并球中心学说。他认为地球是圆球状的,并球中心学说。他认为地球是圆球状的,并围绕着太阳旋转,这一观点比哥白尼的围绕着太阳旋转,这一观点比哥白尼的围绕着太阳旋转,这一观点比哥白尼的围绕着太阳旋转,这一观点比哥白尼的“日心地动日心地动日心地动日心地动说说说说”要早一千八百年。限于当时
25、的条件,他并没有要早一千八百年。限于当时的条件,他并没有要早一千八百年。限于当时的条件,他并没有要早一千八百年。限于当时的条件,他并没有就这个问题做深入就这个问题做深入就这个问题做深入就这个问题做深入系统系统系统系统的研究。的研究。的研究。的研究。5 机械研究机械研究阿基米德和雅典时期的科学阿基米德和雅典时期的科学阿基米德和雅典时期的科学阿基米德和雅典时期的科学家有着明显的不同,就是他既重家有着明显的不同,就是他既重家有着明显的不同,就是他既重家有着明显的不同,就是他既重视科学的严密性、准确性,要求视科学的严密性、准确性,要求视科学的严密性、准确性,要求视科学的严密性、准确性,要求对每一个问题
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