第18課近代科學體系的奠基人牛頓

1、英國人將威斯敏斯特大教堂（也譯為西敏寺）稱為“榮譽的寶塔尖”。 牛頓墓“他是像一位深受自己的臣民愛戴的國王一樣被安葬的。在他之前，是沒有哪一位科學家享受如此殊榮的。在他之后，受到如此厚葬的也將會是屈指可數(shù)的?！弊匀唤绾妥匀灰?guī)律隱藏在黑暗中，上帝說：讓*出生吧！于是，一切都變得光明。（英）亞歷山大蒲柏第 18 課近代科學體系的奠基人牛頓(16421727) 課程標準了解牛頓的成長歷程及主要科學成就，認識他在社會發(fā)展中的作用 1）了解牛頓的成長歷程。2）請按學科領域歸納牛頓一生中的主要科學成就。并舉例說明牛頓的科學成就有何作用。3）牛頓為什么能夠成為“近代科學之父”？4）學習了本課內容后，我們學到

2、了什么？受到了什么啟發(fā)？探究學習 人們普遍認為，牛頓是大科學家，是近代科學的象征。他生前就成為科學界的主宰，幾乎被當作偶像崇拜。他死后作為自然科學家又第一個獲得國葬。身后的聲望有增無減。他不僅以不朽的著作自然哲學的數(shù)學原理等流傳于世，而且由于后繼大師們的發(fā)展，他的思想觀念長期統(tǒng)率著科學戰(zhàn)線上的士卒。他在物理、數(shù)學研究上的主要成果，至今仍是各國大中學生必修的功課。 然而他卻并不是天生的神童。今天我們來剖析牛頓的生涯，尋覓偉大科學家行程的足跡，揭示這位智慧巨匠崇高的人格魅力。一、成長的足跡 牛頓出生前，父親已去世。牛頓是遺腹子，又是早產(chǎn)兒，先天不足，出生時體重只有3磅，差點夭折。他兩歲時母親改嫁，

3、靠外祖母撫養(yǎng)。牛頓小學時期，體弱多病，性格靦腆，生性孱弱，有些遲鈍，自幼沉默寡言，性格倔強，而這種習性可能來自他的家庭處境。 少年牛頓資質平常，成績一般，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡單機械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動手制作些奇奇怪怪的小玩意，如風車、木鐘、折疊式提燈等等。1）童年時代： 善于觀察 、發(fā)明創(chuàng)造2）中學時代： 科學研究與實驗3）大學時代： ？牛頓的母校英國劍橋大學 牛頓19歲時進入劍橋大學，成為三一學院的減費生，靠為學院做雜務的收入支付學費。1665年大學畢業(yè)，成績平平。 正當牛頓準備留校繼續(xù)深造時，嚴重的鼠疫席卷了英國，劍橋大學因此而關閉，牛頓離校返鄉(xiāng)。牛頓在

4、成長中遇到哪些困難？ 僅就光學方面的成就或許就可以使他在本書中占有一席之地，但是他在這方面的成就比起他在數(shù)學或力學方面的成就來，那就相形見絀了。 歷史上最有影響的100人 “從有世以來，到牛頓所處的時代，他在數(shù)學領域所做的工作占了整個的絕大部分?！?萊布尼茲 牛頓之“牛”牛頓的主要科學成就 成就領域數(shù)學天文學物理學光學力學提出二項式定理和微積分的新計算方法1）制作折射望遠鏡，對太陽光進行反射實驗，證明日光由七色光組成，說明物體顏色的形成原理； 2）在關于光和色的新理論中提出了光的 “微粒說”。1）創(chuàng)立了物體運動三定律和萬有引力定律； 2）自然哲學中的數(shù)學原理,標志著經(jīng)典力學理論體系的建立。制作

5、了世界上第一架反射望遠鏡考察行星運動，解釋了潮汐現(xiàn)象、地球的圓扁形狀等問題。二、科學成就及對社會發(fā)展的作用二、科學成就及對社會發(fā)展的作用1、數(shù)學(大學畢業(yè)前)：提出二項式定理以及微積分的初步算法2、天文學：首創(chuàng)反射望遠鏡，考察行星運動，分析潮汐現(xiàn)象，預言地球不是正球體 使人類對天體的觀察進入了一個新階段 3、物理學：光學：力學：（1）制作了折射望遠鏡，對太陽光進行反射實驗，證明日光即白光由七色光組成；還進一步說明了物體顏色的形成原理。 其實驗與結論奠定光譜學的基礎（2）提出了光的本質是“微粒”的見解。 統(tǒng)領西方物理學界兩個世紀，構成關于光的兩大基本理論之一。力學體系：3、物理學： 對于科學家而

6、言，牛頓家鄉(xiāng)的那棵蘋果樹，也許是世間最神圣的樹了。力學體系：3、物理學：1687年，自然哲學的數(shù)學原理（2）內容：（1）建立標志：萬有引力定律： 內容： 意義：成為天文學上的基礎定律，推動人們對天體運動的研究。物體運動三定律（慣性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律）解釋潮汐現(xiàn)象、地球形狀等問題（3）意義：哈雷慧星軌道的推算力學體系：3、物理學：1687年，自然哲學的數(shù)學原理（2）內容：（1）建立標志：萬有引力定律： 內容： 意義：成為天文學上的基礎定律，推動人們對天體運動的研究。物體運動三定律（慣性定律、加速度定律、作用力和反作用力定律）解釋潮汐現(xiàn)象、地球形狀等問題（3）意義：經(jīng)典力學體系

7、的建立是人類認識史上對自然規(guī)律的第一次理論概括和總結，標志著近代科學的形成。居物理學的統(tǒng)治地位達兩百多年。從此科學擺脫神學的束縛向前發(fā)展，到19世紀近代科學進入了全面繁榮時代。打開了工業(yè)革命的大門，推動人類文明演變。 牛頓在科學史上的崇高地位是舉世公認的。恩格斯曾指出：“牛頓由于發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律而創(chuàng)立了科學的天文學，由于進行了光的分解而創(chuàng)立了科學的光學，由于建立了二項式定理和無限理論而創(chuàng)立了科學的數(shù)學，由于認識了力的本性而創(chuàng)立了科學的力學。”的確，牛頓在自然科學領域里作了奠基性的貢獻。 牛頓第一個成功地找到了一個用公式清楚表述的基礎，從這個基礎出發(fā)，他用數(shù)學思維，邏輯地、定量地演繹出范圍很廣

8、的現(xiàn)象并且同經(jīng)驗相符合。 愛因斯坦思考：牛頓為什么獲得如此巨大的成就？三、取得成就原因1、勤奮的探索精神、嚴肅的科學態(tài)度：+善于借鑒吸收前人成果并大膽創(chuàng)新；甘于寂寞，獻身科學的精神等；（1）將實驗作為得出科學概念的主要途徑（2）采用“歸納演繹”法 2、科學的研究方法：3、有利的社會環(huán)境：（1）經(jīng)濟：資本主義經(jīng)濟進一步發(fā)展；（2）政治：英國資產(chǎn)階級革命正在進行中；（3）科學：自然科學有所突破，出現(xiàn)伽利略等近代自然科學家；（4）思想文化：文藝復興、宗教改革啟蒙運動，解放了思想。 “我之所以能比別人看得遠些，是因為我站在巨人們的肩上。”在發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程中，有哪些巨人的肩膀托起了牛頓？開普勒伽

9、利略哥白尼 牛頓以自己杰出的貢獻，獲得了國葬的禮遇。他被安葬在威斯敏斯特教堂，那是安葬英國英雄們的地方。為他抬棺材的是兩位公爵、三位伯爵以及大法官。法國著名哲學家伏爾泰當時正在英國訪問，他目睹了牛頓的葬禮，十分感嘆牛頓所獲得的殊榮。他是這樣描寫的：“他是像一位深受自己的臣民愛戴的國王一樣被安葬的。在他之前，是沒有哪一位科學家享受如此殊榮的。在他之后，受到如此厚葬的也將會是屈指可數(shù)的。” 科學簡史 他在辭世之前曾簡短地評價過自己： “我不知道世人怎樣看我，但我自己以為我不過像一個在海邊玩耍的孩子，不時為發(fā)現(xiàn)比尋常更為美麗的一塊卵石或一片貝殼而沾沾自喜，至于展現(xiàn)在我面前的浩翰的真理海洋，卻全然沒有

10、發(fā)現(xiàn)?！睂εｎD的評價 英國著名詩人在他的墓碑上鐫刻著銘言：讓人們歡呼這樣一位多么偉大的巨匠，人類榮耀曾經(jīng)因他而在世界上存在過。對牛頓的評價 1942年愛因斯坦為紀念牛頓誕生 300周年而寫的文章，對牛頓的一生作如下的評價：“只有把他的一生看作為永恒真理而斗爭的舞臺上一幕才能理解他”。依據(jù)教材，結合以上材料，就應該怎樣評價牛頓談談你的看法。對牛頓的評價四、評價牛頓劍橋大學校園 創(chuàng)建了經(jīng)典力學的理論體系，在光學、數(shù)學、天文學研究方面也做出劃時代發(fā)明和發(fā)現(xiàn)；其科研與思維方法極大的推動了其它學科的研究和發(fā)展（牛頓將實驗作為得出科學概念的主要途徑，牛頓是第一個充分使用這種方法的人）。被稱為“近代科學之父

11、”。 牛頓力學體系為英國工業(yè)革命提供科學理論，并促進了啟蒙運動的進一步發(fā)展四、評價牛頓1、成就及地位：牛頓數(shù)學橋是劍橋大學城里的一大景觀，全橋由7177根大小不一的木頭銜接而成，有10299個接口，如果以一個接口用一枚鐵釘來計算，那么至少需要 10299枚鐵釘。但牛頓把所有鐵釘都倒進了河里，整座橋沒用一枚鐵釘，這就是數(shù)學的奇妙。多少年來，劍橋數(shù)學系的高才生們都夢想解破數(shù)學橋的奧秘，換句話說就是想在紙頭上造一座跟數(shù)學橋一模一樣的橋。但如愿者無一。多數(shù)人設計出來的橋至少需要上千枚鐵釘才能達到原橋同等效果，只有少數(shù)幾人把鐵釘數(shù)量減少 到千枚數(shù)之內。有個冰島人，他創(chuàng)造了有史以來的最好成績，把鐵釘數(shù)減少

12、到561枚。 晚年的困惑晚年的牛頓開始致力于對神學的研究，他否定哲學的指導作用，虔誠地相信上帝，埋頭于寫以神學為題材的著作。當他遇到難以解釋的天體運動時，竟提出了“神的第一推動力”的謬論。他說，“上帝統(tǒng)治萬物，我們是他的仆人而敬畏他、崇拜他?！?0歲以后，他把興趣逐漸轉向政治、化學（賤金屬變成黃金）、神學問題，寫了近200萬言的著作，毫無價值。隨著科學聲譽的提高，牛頓的政治地位也得到了提升。1689年，他被當選為國會中的大學代表。作為國會議員，牛頓逐漸開始疏遠給他帶來巨大成就的科學。他不時表示出對以他為代表的領域的厭惡。這就給他后半生帶來不少爭論和麻煩。晚年的困惑機械決定論對啟蒙思想及某些社會

13、科學研究產(chǎn)生了一定的負面影響。 四、評價牛頓牛頓是英國物理家、數(shù)學家和天文學家，是經(jīng)典力學建立者。17C科學革命中所涌現(xiàn)出來最偉大的科學家，也是人類歷史上最偉大的科學家之一。2、局限性：3、總評：1、我的成就，當歸功于精微的思索。2、你若想獲得知識，你該下苦功；你若想獲得食物，你該下苦功；你若想得到快樂，你也該下苦功，因為辛苦是獲得一切的定律。3、聰明人之所以不會成功，是由于他們缺乏堅韌的毅力。4、勝利者往往是從堅持最后五分鐘的時間中得來成功。牛頓名言 材料一 予觀雁蕩諸峰，皆峭拔險怪，上聳千尺，穹崖巨谷，不類他山，皆包在諸谷中，自嶺外望之，都無所見；至谷中則森然干霄。原其理，當是為谷中大水沖

14、激，沙土盡去，唯巨石巋然挺立耳。日月之形如丸。何以知之？以月盈虧可驗也。如一彈丸，以粉涂其半，側視之，則粉處如鉤；對視之，則正圓，此有以知其如丸也。 -摘自沈括夢溪筆談材料二 中國傳統(tǒng)的歷法是陰陽合歷，節(jié)氣與月份的關系并不固定，而節(jié)氣對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等活動有著很大影響。因此，為使節(jié)氣與月份建立起相對固定的關系，沈括大膽提出了一種純陽歷的歷日制度，即十二節(jié)氣歷法。這種歷法可以說是歷法史上帶有革命性的創(chuàng)意。它完全以太陽視運動為計算依據(jù)，按節(jié)氣定歷，即簡便易算，又有利于農(nóng)事活動的安排。但由于這種純陽歷否定了中國幾千年傳統(tǒng)的陰陽合歷，不可避免的招致“怪怨攻罵”而難以實行?？墒牵蚶M有信心的說“然異時必有用

15、予之說者?！比缃瘢澜缤ㄓ玫年枤v，其實質與沈括的“十二節(jié)氣歷”是很相似的。 -摘編自白壽彝總主編中國通史（1）根據(jù)材料一、二，概括指出沈括進行科學研究時使用的方法。（6分）（2）根據(jù)材料一、二，指出沈括作為科學家所具有的素質。（9分）答案：（1）實地考察：模擬實驗；總結經(jīng)驗和規(guī)律。（2）具有積極探索的精神，勤于思考；掌握科學的研究方法，注重實踐；突破陳見，勇于創(chuàng)新。1、牛頓提出的物體機械運動定律不包括 A、萬有引力定律 B、慣性定律 C、加速度定律 D、作用與反作用定律2、17世紀牛頓力學體系產(chǎn)生原因有 生產(chǎn)的迅速發(fā)展對基礎理論提出了迫切要求伽俐略等人的研究已有堅實的基礎牛頓個人的偉大天才和所做出的巨大努力同時代眾多著名科學家協(xié)同一致的通力合作 A、B、 C、D、跟蹤訓練3、實現(xiàn)了物理學史上第一次飛躍的是A、電磁學理論的建立B、進化論的出現(xiàn)C、牛頓力學的建立D、日心說的提出4、科學巨著自然哲學的數(shù)學原理的作者是A、牛頓B、達爾文C、萊布尼茨 D、哥白尼5、下列關于牛頓的評述不正確的是A、牛頓被譽為“近代科學開創(chuàng)者”B、牛頓的三大成就是萬有引力定律、微積分學和對光的分析 C、牛頓的力學是經(jīng)典物理學和天文學的基礎，也是現(xiàn)代工程力學和技術的理論基礎D、牛頓的熱學和力學引發(fā)了以英國工業(yè)革命為起點的第二次技術革命6、近代科學體系形成的標志是A、 牛頓的力學體系B、微積分的發(fā)