科学家

【阿基米德】 阿基米德是古希腊著名的数学家和物理学家。公元前287 年诞生于地中海西西里岛的叙拉古。

他的父亲是古希腊天文学家和数学家。阿基米德从小深受父亲的影响，偏爱数学，很早就学习希腊著名数学家欧几里得的《几何学原本》。11 岁的时候，阿基米德去当时著名的文化中心——尼罗河畔的亚历山大城学习。在这期间，他发明了有名的阿基米德螺旋（螺旋扬水器），解决了利用尼罗河水灌溉的问题。回叙拉古城后，他继续致力于数学和物理学的研究。

阿基米德在物理学中的主要贡献是在静力学和流体静力学方面。他在

《论平面图形的平衡》一书中，证明了物体的重量之比等于距离的反比的杠杆定律。据说阿基米德发现杠杆定律以后，在写给叙拉古国王亥厄洛的信中得意地说：“我找到了把力放大的办法”，“只要给我一个支点和立足点，我就能移动地球”。当时，亥厄洛国王为埃及王造了一艘大船，下水那天，许多人围着这艘船团团转，费了九牛二虎之力也无法推船下水。国王召来了阿基米德，请他想想办法。阿基米德欣然接受任务，精心设计了一个杠杆滑轮系统。在隆重的推船下水仪式上，阿基米德从容地把绳子的一端系到船上，另一端交给国王，只见国王轻轻地一拉，魔术般的奇迹出现了：大船缓缓地移动到了水里。

阿基米德有许多发现，其中最著名的要算浮力定律——阿基米德定律了。关于这个定律的发现过程，历史上流传着这样一个发人深思的故事：亥厄洛国王为了炫耀自己的尊贵，命令工匠为他制作一顶金王冠。到了规定的日期，工匠送来了金光灿灿的王冠，重量恰好和交付的黄金相同，国王十分满意。后来有人告诉国王，工匠在王冠里掺了假，国王感到受了欺骗，但是又没有办法把工匠的阴谋揭露出来，于是命令阿基米德查明真相。

阿基米德冥思苦想好几天，不得其解。有一天，阿基米德去洗澡，由于澡盆里水太满，他一进澡盆，水就向外溢，而且感到水对身体有托力。他用身体沉浮多次来体验浮力的大小，领悟到身体排开的水越多，浮力就越大。他立即联想到王冠里如果掺银子，必然比同样重量的金子体积大，放入水中所受的浮力就会比纯金的大。阿基米德立刻跳出澡盆，狂喜地跑过人流熙攘的大街，直向王宫奔去，嘴里喊着：“找到了！找到了！”后来经过阿基米德的严格检验，证明王冠里确实用银子掺了假，工匠也被国王治了罪。

阿基米德在数学上也有辉煌的成就。他在《圆的度量》一书中，证明

了圆周率在310 和3 1 之间，他还求出了球体、圆柱体、椭球体以及锥体

71 7

等的表面积和体积公式．

阿基米德不仅是一位杰出的学者，而且是一位伟大的爱国者。传说古罗马大将马塞拉斯率兵攻打叙拉古，阿基米德和叙拉古人民一起英勇抗击入侵者。他把科学用于战争，设计制造了大型抛石机，敌人到达城下时，一按动机关，石块便自动抛出，砸向敌人；他还让守城的人各拿一面镜子，组成大型凹面镜，把炽热的太阳光集中到迎面而来的敌船上，烧得敌军鬼哭狼嚎。

公元前 212 年，古罗马军队打进了叙拉古。年已 75 岁的阿基米德仍在潜心研究数学，证明他的几何题。罗马士兵闯进了他的房间，惊动了他。“喂，你们踩坏了我的图，赶快走开！”阿基米德发怒地说。凶神恶煞的士兵毫不理会，并把刀剑指向了他的胸膛。阿基米德明白将要发生的事情，坦然自若地说：“等一下杀我的头，让我把这条几何定理证完。”然而，无知而又残暴的罗马士兵，一刀杀死了阿基米德。

阿基米德生前最引为自豪的是这样一个发现：高和底面直径相等的圆柱体的体积，等于同它内接的球体积的一倍半。人们遵照他的嘱咐，把一个含有内接球体的圆柱体图案，铭刻在他的墓碑上，作为永久的纪念。

【沈括】 沈括，字存中，是我国宋代杰出的科学家、政治家。他 1031 年诞生在浙江钱塘（现为杭州）。

沈括少年时期喜爱读书，在母亲的指导下，14 岁就读完了家里的藏书。他还跟父亲游历泉州、开封、南京、苏州等地，知晓风土人情，开阔了眼界。这些对他一生的事业产生了深远的影响。1054 年，沈括进入官场，任县主簿，后升为县令。1063 年，沈括考中进士，历任京城司天监、军器监、翰林大学士、三司使等军政要职。1082 年，沈括镇守永乐，因兵败被罢官，软禁在随州、秀州等地。1088 年，沈括开始写作巨著《梦溪笔谈》，总结他毕生的见闻和研究成果。

在物理学方面，沈括研究了力学、声学、光学和磁学等现象。他发现了地磁偏角的存在，指出磁针“能指南，然常微偏东，不全南也”。这在世界物理学史上是一大贡献。西方哥仑布横渡大西洋发现新大陆的时候才观测到磁偏角现象，要比沈括迟了 4 个世纪。

沈括做过一个很有名的共振实验。他剪一些小纸人，把它们骑放在琴弦上，拨动一根琴弦，就可以看到和它相应的另一根琴弦上的纸人跳动不止，这是相应的两根琴弦发生共振的结果。沈括还通过观察和实验，通俗生动地论述了小孔成像、凹面镜成像、凹、凸透镜的放大和缩小作用，比较科学地解释了虹的成因，认为它是“雨中日影”。

在天文学方面，他极力推荐、启用精通历法的平民卫朴，修编了新历法《奉元历》，并且提倡使用著名的“十二气历”。十二气历建立在科学的基础上，有利于农事，英国直到本世纪 30 年代才采用和十二气历原理一样的“萧伯纳农历”。沈括还精心研究和改革了浑仪、漏壶、日晷（guǐ）等天文观测仪器。他曾经每夜三次，连续观测了三个月，画了两百多张星图，终于发现北极星并不在正北，而是偏离北极“三度有余”。

此外，在数学方面，沈括创立了求高阶等差级数和的“隙积术”以及已知圆的直径和弓形的高求弓形的弦和弧长的“会圆术”，在数学史上占有重要的地位。在医学方面，沈括对中草药作了精心研究，整理出许多民间验方，著有《良方》等。

沈括处处精细观察，事事独立思考，敢于发表与众不同的见解，这是他取得杰出成就的重要原因之一。据说有一次，许多人议论白居易写的《游庐山大林寺》中“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”两句诗，嘲笑白居易写错了，理由是这首诗写于唐元和十二年四月九日，那时桃花早就谢了。可是沈括却认为深山里气候比较寒冷，所以桃花比平原上开得迟，白居易尊重事实，没有写错。

沈括是中国科技史上的一位巨人，他的才智学识的凝聚物——《梦溪

笔谈》，不但是“中国科学史上的坐标”，也是世界科技文献中的一份珍品。沈括晚年受人排挤，不得志，经常生病。1095 年他在隐居地润州去世，归葬钱塘，终年 65 岁。

【伽利略】 伽利略是意大利著名的物理学家、天文学家。1564 年 2 月 25 日诞生于意大利比萨城的一个破落贵族家庭。他父亲是一位很有才华的音乐家，还精通数学。

伽利略从小勤学好动，领悟力强，才学惊人，父亲决定培养他当医生。1581 年，伽利略被送入比萨大学学医.但是伽利略的兴趣却在数学和物理方面，上课的时候常常在医书下面藏着欧几里德、阿基米德等人的著作，课余喜欢制作仪器，做实验。由于他刻苦自学，发明了“浮力天平”，还写了一篇题为《物体的重心》的论文，引起了学者们的注意，被誉为“当代的阿基米德”。1589 年，伽利略被比萨大学聘请担任数学教授，三年后又转到帕多瓦大学任教。从 1609 年开始，伽利略用自制的望远镜进行天文观测，并且积极宣传哥白尼学说。1613 年因为出版《关于太阳黑子通信集》，宣传和捍卫日心说，伽利略和宗教神学发生公开冲突，受到教廷警告。从 1623 年起，伽利略花了九年时间，写成名著《关于托勒玫和哥白尼两种世界体系的对话》，这本书的发表招来了横祸，1632 年末伽利略被逮捕，遭终身监禁。1638 年，伽利略写成《两种新科学的对话》，总结了他一生在力学上的研究成果。

伽利略是经典力学和实验物理学的先驱者。他在物理学方面的主要贡献是：确定了自由落体定律，发现了单摆振动的等时性，抛体运动规律，提出了运动的相对性原理，还对速度、加速度等运动学的基本概念作出了严格的定义等。

单摆振动的等时性是伽利略作出的第一个重要发现。1583 年，年轻的伽利略在比萨教堂祈祷的时候，他的注意力被摆动的吊灯吸引住了，他全神贯注地用自己的脉搏来测定吊灯摆动的时间，奇怪地发现，不管吊灯摆动的幅度是大是小，摆动的时间总是相等的。回去以后，伽利略用绳子系住石子，作了一系列实验，终于发现了摆振动的等时性规律，为以后摆钟的发明打下了基础。

在近两千年的时间里，人们都相信亚里士多德的“圣言”：重的物体比轻的物体下落得快。伽利略认为，不同重量的物体从同一高度同时下落，将会同时落地。这个结论对于当时的人来说，真是一件天大的奇闻，许多知名的大学教授对此纷纷表示怀疑和反对。伽利略感到用辩论的方法很难说服那些顽固的先生，于是他发出邀请，让人们来到比萨城的斜塔下。那一天，斜塔周围聚集了许多看热闹的人。伽利略拿了两个铁球，一个重 100

磅，另一个重 1 磅，上到了高 54.62 米的塔顶上。“大家注意！”伽利略在塔顶上喊。两球一齐开始下落了，差不多平行地下降着，并同时着了地！那些顽固的教授们在铁的事实面前哑口无言。后来伽利略又通过进一步的实验，建立了科学的落体定律。

伽利略对天文学也有重要的贡献。他是第一个利用望远镜观察天体并取得大量成果的科学家，被人们誉为“天空的哥仑布”。

伽利略一生道路坎坷，尤其是屡遭罗马教廷的残酷迫害。早在 1592 年，比萨大学当局惧怕伽利略反传统的科学思想，借口资格不够，把他赶出比萨大学。1632 年《关于托勒玫和哥白尼两种世界体系的对话》一书出

版以后，再次点燃了尊重科学、冲击宗教的火焰。教皇十分恐慌，大发雷霆，下令没收这本书，并立即逮捕伽利略，最后法庭判决伽利略终生监禁。

残酷的迫害使已经风烛残年的伽利略得了多种疾病，双目失明。1642 年 1 月 8 日，伽利略在满目凄凉和贫病交加中，在监禁地佛罗伦萨含冤去

世，终年 78 岁。

历史一再证明，科学总要战胜邪恶。科学的不断发展，迫使罗马教廷不得不在 1757 年宣布解除对哥白尼《天体运行论》的禁令；1882 年罗马教皇又无可奈何地承认了日心说。1979 年 11 月 10 日，罗马教廷再一次向真理低了头，作出了为伽利略平反的决定。

【牛顿】 牛顿是英国著名的物理学家、数学家和天文学家。 1642

年 12 月 25 日诞生于英国林肯郡伍耳索浦的一个农民家庭。

牛顿出世前两个月父亲病故，他自己不足月就降生世界。牛顿幼年时体弱多病，性格腼腆，学习成绩是班上倒数几名。但是牛顿意志坚强，有一股不服输的劲头。牛顿告诫自己说：“无论做什么事情，只要肯努力，是没有不成功的。”经过刻苦学习，牛顿一跃而为全班的第一名。牛顿 12 岁进入金格斯中学上学，那时他喜欢动手制作玩具、风筝、水车之类的东西。由于心灵手巧，肯动脑筋钻研，他制作的风筝比商店里买的飞得还要高；他制作的一架精巧的风车，里面还别出心裁地放进一只老鼠，名叫“老鼠开磨坊”，连大人看了都赞不绝口。

1661 年牛顿到剑桥大学三一学院学习。两年之后，三一学院创办了“卢卡斯自然科学讲座”，内容包括地理、物理、天文和数学，这个讲座的教授是著名的数学家巴罗。牛顿对这些课程十分喜欢，如饥似渴地学习，很快就崭露头角。巴罗教授不愧是一位多才多识的“伯乐”，他看出牛顿才华非凡，就指导他先后钻研了开普勒的《光学》、欧几里德的《几何学原本》等名著。1665 年牛顿大学毕业，取得学士学位，留校做研究工作。这年夏天，伦敦发生鼠疫，牛顿暂时离开剑桥，回到家乡，在那里整整呆了18 个月。

大概是“因祸得福”吧，牛顿回乡的这 18 个月，竟成为他一生中最丰产的时期。在这期间，牛顿发现了二项式定理、微积分、光的色散和颜色理论，同时开始考虑如何把重力推广到月球轨道。

瘟疫过后，牛顿回到了剑桥大学。1668 年他取得硕士学位。1669 年巴罗教授主动让贤，推荐牛顿任“卢卡斯自然科学讲座”教授。1672 年牛顿当选为英国伦敦皇家学会会员。1705 年英国女王加封牛顿为艾萨克爵士。

牛顿是 17 世纪最伟大的科学巨匠。他一生对科学事业所做的贡献，遍及物理学、数学和天文学等领域。

牛顿在物理学上最重要的成就，是发现了万有引力定律，创立了经典力学的基本体系，从而完成了物理学史上第一次大综合。

牛顿对伽利略等人的工作也进行了详细研究和总结，把地球上物体的力学和天体力学统一起来。1687 年牛顿写成了科学巨著《自然哲学的数学原理》，他在书中全面地、系统地论述了物体运动理论和万有引力理论，给出了质量、动量、惯性和力的定义，系统地表述了三个基本运动定律，就是惯性定律、力和加速度定律、作用和反作用定律，牛顿根据力学理论，预言了岁差现象和地球的形状是扁平的，这些后来都被实验观察所证实。

对于光学，牛顿曾经致力于光的颜色和光的本性的研究。1666 年牛顿

把一张一半涂红色、一半涂蓝色的长纸片水平放置在实验台上，然后通过三棱镜用眼睛观察，发现当三棱镜的棱角朝上的时候，纸片的蓝色部分看起来比红色部分高，反过来，当棱角朝下的时候，纸片的红色部分看起来比蓝色部分高。受它启发，牛顿又用三棱镜来观察通过小孔的日光光线，发现透过棱镜后，日光变成了一条彩色光带，这样，他证明了白光是由不同颜色的光组成的，为光谱分析的研究打下了基础。1675 年牛顿观察到了著名的牛顿环现象， 1704 年出版了《光学》一书，系统阐述了光的现象和光的本性，提出了光的微粒说。

牛顿的杰出成就主要归功于他的勤奋，牛顿对于科学研究专心到痴迷的地步，据说有一次牛顿煮鸡蛋时，他一边看书一边干活，糊里糊涂地把一块怀表扔进了锅里，等水煮开后，揭盖一看，才知道错把怀表当鸡蛋煮了。

牛顿的科学成就是无与伦比的，但是他自己却谦逊地说：“如果说我比笛卡儿看得远一点，那是因为我站在巨人的肩上。”“我不知道在世人眼里我是什么样的人，但是在我自己看来，我不过像是在海边玩耍的孩子，为不时拣到一块比较光滑的卵石、一只比较漂亮的贝壳而喜悦，而真理的大海在我面前，一点也没有被发现。”这些质朴感人的话，一直成为科学界的至理名言。

牛顿晚年患有膀胱结石、风湿等多种疾病，于 1727 年 3 月 20 日深夜

在伦敦去世，葬在威斯特教堂，终年 85 岁。人们为了纪念牛顿，便用他的名字来命名力的单位，简称“牛”。

【托里拆利】 托里拆利是意大利物理学家。 1608 年 10 月 15 日诞生于意大利的法恩扎。

托里拆利从小家境贫穷，由伯父雅可布抚养。托里拆利小时候酷爱学习，表现出很多才能，尤其在法恩扎耶稣教会学校学习数学和哲学课程的时候，成绩特别出众。1627 年，伯父把托里拆利送到罗马，拜伽利略的得意门生、数学家和水力学工程师卡斯特里为师，继续深造。从 1630 年到

1641 年，托里拆利在伽利略的朋友夏波利手下工作，主要从事力学研究，写了一批论文。1641 年在卡斯特里的推荐下，托里拆利来到伽利略身边工作，并和伽利略的学生维维安尼结成了好朋友。伽利略去世后，他的保护人托斯吉姆大公爵让托里拆利以学院数学教授的名义作为伽利略的继承人。

卡斯特里是非常赏识托里拆利才华的。1628 年，卡斯特里出版了一本有关流体力学的著作，托里拆利仔细阅读了导师的名著，还做了一系列实验，逐个验证书中的重要结论。他发现，书中关于液体从容器底部小孔流出的速度和小孔离液面高度成正比的结论，和实验不符。经过反复测量和计算，他总结出这个速度和小孔上方水面高度的平方根成正比的正确结论。托里拆利热爱和尊敬自己的导师，但是他并不盲从，他决定把自己的发现整理成文，公开发表，来纠正导师的这个学术错误。胸怀宽广的卡斯特里看到这篇文章以后，十分高兴，认定托里拆利大有培养和发展前途，立即决定让他当自己的秘书。

托里拆利在物理学中的主要贡献是设计了有名的托里拆利实验，证明真空的存在，发现了大气压强。

早在古希腊时代，亚里士多德认为“自然界厌恶真空”，他特别用飞

矢作例子来说明，认为飞矢的箭头把空气向两边分开，当箭尾向前去的时候，空气不断补充，不存在真空。后来，人们在抽水的时候发现，吸气筒式抽水机无论如何也无法把水抽到 33 英尺高，真空不存在的观念发生了动摇。伽利略研究了这一现象以后认为，空气是有重量的，空气密度是水的

400

；别的液体抽吸所能达到的高度也有一个限度，这个限度由这种液

体的密度大小来确定。不过，他没有做实验来验证自己的看法。

1643 年，托里拆利用实验进行了仔细的研究。他设计了一个用水银柱测真空阻力的方案，预言水银柱的高度大约是水柱高度的 1/14。接着，他和维维安尼一起在佛罗伦萨做了这个著名的实验。他们在一支一端开口的玻璃管里灌满水银，然后把开口的一端倒插入水银槽中，他们发现，水银柱立即下降，直到比槽中水银面高出 76 厘米为止，而且不论玻璃管斜放还是竖放，水银柱的垂直高度都不变。托里拆利认为，水银柱的高度是由大气对槽中水银面的压力引起的。

当时由于托里拆利忙于摆线的研究，所以没有公开发表这个著名实验。他仅于 1644 年在给罗马的朋友里奇的两封信里描述了这个实验。同年，里奇在给巴黎学者默森的信中介绍了托里拆利实验，在法国科学界广为传播，引起很大的轰动。1648 年，帕斯卡先后在巴黎教堂的顶尖上和法国南部的多姆山重做了这个实验，成功地证实了托里拆利的重大发现。这样，古代权威亚里士多德的“自然界厌恶真空”的谬说被彻底推翻了。

此外，托里拆利曾磨制成直径 80 毫米的望远镜透镜，还用小玻璃球作透镜制成简易显微镜。他写了不少有价值的数学论文，对摆线、圆锥曲线、对数曲线等进行了深入的研究。

托里拆利于 1647 年 10 月 25 日在意大利的佛罗伦萨去世，才活了 39 岁。

【帕斯卡】 帕斯卡是法国数学家、物理学家。1623 年 6 月 19 日诞生于法国多姆山省克莱蒙费朗城。

帕斯卡没有受过正规的学校教育，他四岁那年母亲病故，由父亲和两个姐姐对他进行教育和培养，1631 年随全家迁居巴黎。从此，父亲对帕斯卡抓得很紧，专门辅导他的语文，帕斯卡聪明好学，不但语文学得很好，而且几何学也学得很出色。他 12 岁就阅读了欧几里德的《几何学原本》，

还做了很多练习题。父亲发现帕斯卡很有出息，在他 16 岁那年，带他去参加巴黎数学家和物理学家小组（法国巴黎科学院的前身）的学术活动，让他开开眼界。帕斯卡的才能很快得到一位数学家的赏识，在这位数学家的指导下，他开始了数学研究工作，当年就发表了一篇有关圆锥曲线的出色论文。这篇论文使年轻的帕斯卡名声大震，正式踏进了法国学术界的大门。1641 年帕斯卡迁居鲁昂，1650 年又回到巴黎。

帕斯卡在物理学方面的主要贡献是重复了托里拆利实验，发现了大气压强随高度变化而改变的规律，建立了流体的帕斯卡定律。

1644 年，托里拆利关于大气压强的实验的公布，推翻了亚里士多德的“自然界厌恶真空”的谬说，因此招来了许多人的怀疑和反对。消息传到帕斯卡那里，尽管关于实验的说明很不完全，不迷信亚里士多德的帕斯卡还是相信这个实验的正确性。他说：“真空在自然界是可能存在的，自然界不是像许多人想象的那样用如此巨大的厌恶来避开真空。”帕斯卡不仅

重复了托里拆利实验，而且验证了他自己的推论：既然大气压力是由空气重量产生的，那么在海拔越高的地方，玻璃管中的液柱就应该越短。1648 年，帕斯卡用水和葡萄酒等作实验液体，采用不同形状的管子，先后在巴黎的教堂尖顶和法国南部多姆山的不同高度，反复进行实验。据说当时帕斯卡用的最长的管子达 12 米，以至不得不用船桅把它支撑起来。这一系列规模很大的实验，轰动了巴黎的学术界。帕斯卡从实验中得出了两条令人信服的重要结论：一是空气确实有重量；二是真空确实存在。在帕斯卡的实验面前，一些原来迷信亚里士多德、反对托里拆利的人变得哑口无言了。

后来，帕斯卡又做了一系列实验，研究液体压强的规律。其中最著名的一个实验是这样的：他用一个木酒桶，顶端开一个小口，小口上接一根很长的铁管子，接口密封。实验的时候，酒桶先盛满水，再慢慢往铁管子里倒上几杯水，当管子中的水柱高达到几米的时候，只见木酒桶突然破裂，水流满地。帕斯卡总结了这些实验，于 1654 年写成一篇论文《论液体的平衡》，提出了著名的帕斯卡定律，指出压强能够在密封流体内部大小不变地传向各个方向。这一定律的发现，为流体静力学的建立奠定了基础。

帕斯卡在数学方面的贡献也很杰出。 1639 年，他在一篇关于圆锥曲线的论文中提出了一条定理，后人把它叫做帕斯卡定理。他还提出了有名的帕斯卡三角形，阐明了代数中二项式展开的系数规律。1641 年，帕斯卡发明了加法器。帕斯卡对概率论等也都有一定的研究。

晚年的时候，帕斯卡对文学和哲学有浓厚的兴趣。他的文学作品《致外省人书》、《思想录》等，对法国散文的发展有很大的影响。在哲学上，他信奉怀疑论，认为感性和理性都不可靠，得出了信仰高于一切的结论。他把人们的直觉称作“微妙的精神”，而把演绎能力称作“几何的精神”，认为只有通过直觉而不是演绎，才能认识宇宙的真正面貌。

帕斯卡由于工作和学习过于劳累，从 18 岁起就病魔缠身，1658 年健康迅速恶化，1662 年 8 月 19 日在巴黎病逝，年仅 39 岁。后人为了纪念帕斯卡，用他的名字来命名压强的单位，简称“帕”。

【焦耳】 焦耳是英国物理学家。1818 年 12 月 24 日诞生于英国曼彻斯特附近索尔福德的一个酿酒厂老板的家庭。

从童年时代起，焦耳就在家里接受父母的启蒙教育，后来一边跟父亲学习酿酒技术一边自学。1834 年，父亲把近 70 岁的著名化学家道尔顿请到家里，给 16 岁的焦耳当家庭教师，指导他学习初等数学、自然哲学、化

学。从 1837 年开始，焦耳对物理学产生了浓厚的兴趣，他把酿酒厂的一间房子布置成实验室，在里面做了一系列物理实验，取得了不少重要成果，为他建立“热的动力学说”打下了坚实基础。1847 年，焦耳有幸会见了英国著名物理学家威廉·汤姆孙（开尔文勋爵），和他建立了比较深的友谊，合作进行能量守恒等问题的研究。1850 年焦耳当选为英国伦敦皇家学会会员。1866 年由于他在热学、热力学和电学方面的贡献，皇家学会授予他柯普利奖章。1872 到 1887 年焦耳任英国科学技术协会主席。

焦耳在物理学中的主要贡献是第一次提出了机械功和热等价的概念，精确测定了热功当量，为发现和建立能量守恒和转换定律作了奠基性的研究。

从 1840 年开始，焦耳多次进行通电导体发热的实验，他把通电金属丝浸没在水中，测算水的热量变化情况，结果发现通电导体产生的热量同电

流强度的平方、导体的电阻和通电时间的乘积成正比，比楞次早一年得到了电流的热效应定律。

1843 年 8 月，在考尔克的一次学术报告会上，焦耳作了题为《论磁电的热效应和热的机械值》的报告。他在报告中描述了四个实验，其中一个是在磁场中让电磁体在水里旋转，分别测量运动线圈中感应电流所产生的热量和维持电磁体旋转所作的功，他发现感应电流所产生的热量和电流强度的平方成正比，旋转所需要的机械功也和电流的平方成正比，可见热量和机械功之间存在着恒定的比例关系。焦耳从这里测得了第一个热功当量值：1 千卡热量相当于 460 千克·米的机械功。

当时许多物理学家对测出热功当量值抱怀疑甚至反对态度。为了证明这个发现是成功的，焦耳以极大的毅力，采用不同的方法，长时间地反复实验。尤其在 1847 年，焦耳精心地设计了一个著名的热功当量测定装置，也就是用下降重物带动叶桨旋转的方法，搅拌水或其他液体产生热量，得到热功当量的平均值是 428.9 千克·米/千卡。从 1849 年到 1878 年，焦

耳反复做了 400 多次实验，所得到的热功当量值和现在的公认值 427 千克米/千卡相比，只差 0.7％.焦耳用惊人的耐心和巧夺天工的技术，在当时的实验条件下，测得的热功当量值能够在几十年时间里不作较大的修正，这在物理学史上也是空前的。

焦耳是一位主要靠自学成才的科学家，他对物理学作出重要贡献的过程不是一帆风顺的。1845 年在剑桥召开的英国科学协会学术会议上，焦耳又一次作了热功当量的研究报告，宣布热是一种能量形式，各种形式的能量可以相互转化，但是焦耳的观点遭到与会者的否定，英国伦敦皇家学会拒绝发表他的论文。同年 6 月，在英国科学协会的牛津会议上，焦耳再一次提出热功当量的研究报告，宣传自己的新思想。会议主席只准许他作简要的介绍，只是由于威廉·汤姆孙在焦耳报告结束后作了即席发言，他的新思想才引起与会者的重视。1850 年，焦耳的科学结论终于获得了科学界的公认。

焦耳于 1889 年 8 月 11 日在英格兰紫郡的塞尔去世，享年 71 岁。后人为了纪念他，把能量的单位命名为焦耳，简称“焦”；并且用焦耳的拉丁文拼法的第一个字母“J”来标记热功当量。

【瓦特】 瓦特是英国工人出身的工程师和发明家。1736 年 1 月 19 日诞生于苏格兰格拉斯哥附近格林克镇的一个工人家庭。

瓦特从小就喜欢学习，六岁开始学几何学，十四五岁学习物理学。在做木匠的父亲影响下，瓦特的手很巧，经常自己动手修理、制作玩具。少年瓦特还爱动脑筋，好问为什么。据说有一天晚上，瓦特正和别人聊天，忽然听到厨房里的水开了，跑去一看，立即被蒸汽冲动壶盖的现象所吸引，于是，就在水壶上做起小实验来。他用布把壶嘴堵死，结果蒸汽把壶盖冲开了。1753 年瓦特在格拉斯哥一家钟表店当学徒。1754 年又到伦敦一家仪表制造厂学手艺，以后又到一个仪器厂当修理工。瓦特刻苦钻研技术，爱动脑子，努力学习专业知识，不仅手艺提高很快，而且有所发明。1763 年他首次发明了一台用来画三维物体的投影仪。1785 年当选为英国伦敦皇家学会会员。

瓦特在科学技术中的主要成就是对已出现的原始蒸汽机作了一系列重大改进和发明，提高了蒸汽机的热效率和工作的可靠性。

早在 1698 年，英国技师塞维莱发明了第一台实用的蒸汽机。1705 年苏格兰铁匠纽可门发明了能较大规模地利用热能推动机械的蒸汽机，很快被当时的英国和欧洲所使用。但是，纽可门的蒸汽机有两大缺点，一是效率低，煤的消耗大；二是活塞只能做往复运动，不能做旋转运动。

瓦特经过深入研究，认为要提高蒸汽机的效率，必须设法使汽缸里排出的高温蒸汽尽快冷却。因此，瓦特专门设计了一个和汽缸分离的冷凝器，在熟练工人的帮助下，终于研制成功第一台装有冷凝器的新式蒸汽机，大大提高了蒸汽机的效率。

瓦特并没有因此满足。后来他又把活塞“单向式”推动改成“双向式” 推动，进一步提高了效率。1784 年他发明了一种“联动”装置，用特殊的齿轮传动机构来传递动力。为了使蒸汽机在有负载时仍能保持均匀运行，瓦特设计了离心式调速器，对蒸汽机的运转实行自动调节。经过这些改进，瓦特蒸汽机的性能更加优良，煤的消耗大大降低，成为工业上广泛使用的发动机。瓦特蒸汽机的广泛使用，极大地推动了当时正在蓬勃兴起的英国工业革命，也使世界工业进入了所谓的“蒸汽时代”。

瓦特于 1819 年 8 月 19 日在伯明翰去世，终年 83 岁。后人为了纪念瓦特，把功率的单位用他的名字来命名，简称“瓦”。

【开尔文】 开尔文勋爵原名威廉·汤姆孙，是英国著名物理学家。1824 年 7 月 26 日出生于爱尔兰贝尔发斯特的一个知识分子家庭。

汤姆孙童年丧母，在英国皇家学院任数学教授的父亲对他和哥哥杰姆十分疼爱，亲自对他俩进行严格的教育。1832 年，8 岁的汤姆孙和 10 岁的杰姆跟着父亲在大学里旁听数学、电学等课程。1834 年汤姆孙 10 岁，正式考入格拉斯哥大学预科学习，成为当时世界上年龄最小的大学生。他 15 岁获得大学物理学奖，16 岁获得天文学奖，17 岁开始研究电磁学和热学。1846 年，22 岁的汤姆孙受聘任格拉斯哥大学自然哲学教授，任期长达 53 年。1851 年被选为英国伦敦皇家学会会员，1890 年当选为皇家学会会长。1892 年由于汤姆孙在电缆研制中的功绩，英国维多利亚女王封他为勋爵。

汤姆孙对科学技术的主要贡献是在电磁学、热力学，另外，在他的率领下铺设了世界上第一条大西洋电缆。

1845 年汤姆孙发表了一篇电学方面的论文，运用镜像法阐述了静电感应的电荷分布，同年夏天，提出磁感线可以用数学来表示；后来他又通过数学分析的方法，建立起静电场和弹性体之间的相似性，得出可以用类似弹性固体中表示位移的方法来研究电磁现象，他力图用数学的方法来统一电力和磁力。实际上汤姆孙为建立电磁理论进行了开拓性的研究工作。

1847 年，在牛津召开的英国科学协会会议上，汤姆孙结识了焦耳。在焦耳的影响下，汤姆孙对热力学开始了深入的研究，第二年他就创立了热力学温标，又叫做绝对温标或开氏温标。后来汤姆孙和焦耳一起作了一个实验，发现气体通过多孔物质向低压容器流出后会产生膨胀降温的现象，这就是著名的焦耳-汤姆孙效应，它为现代低温物理、低温工程提供了重要的理论基础。

从 1856 年起，汤姆孙转向海底电缆的研制工作。在他的率领下，英国

大西洋海底电缆公司经过 10 年的艰苦努力，终于在 1866 年的第 4 次沉放中，完全成功地铺设了世界上第一条永久性的横跨大西洋的海底电缆。在铺设过程中，汤姆孙始终意志坚定，不达目的誓不罢休，坚信“大西洋阻

挡不住人类的进步”！在铺设电缆中，汤姆孙还根据需要研制成静电计、镜式电流计、双臂电桥等多种电学仪器。

汤姆孙是一位公认的知识渊博的学者，但是他晚年还积极学习新知识。1899 年新学期开始的时候，已经 75 岁的汤姆孙和学生们一起走进格拉斯哥大学的注册室，在报名单上写下：“开尔文勋爵，研究生”。

开尔文勋爵于 1907 年 12 月 17 日在苏格兰埃尔郡的格拉斯哥去世，安

葬在牛顿墓的旁边，终年 83 岁。