1、第4课 近代科学之父牛顿 必备知识自主学习 一、早期科学发明与创造 1.学习生涯:(1)童年时代:1643年,牛顿出生于英国。从小就爱思考,善于观察生活。(2)中学时代:开始进行科学研究与实验。成绩优异,考入剑桥大学。(3)大学时代。在剑桥大学期间,师从著名学者_教授学习,自学笛卡儿等人的数学著 作。大学毕业前,提出了数学上有名的二项式定理以及_的初步算法。巴罗 微积分 2.早期成就:(1)光学成就。在研究了_等人的实验成果后,自己制作了一架折射望远镜,对太阳光 进行反射实验,证明日光,即白光,由七色光组成,还进一步说明了物体颜色的形 成原理。1672年,牛顿在提交给英国皇家学会的论文_中,提
2、 出了光的本质是微粒的见解。这与以后荷兰物理学家惠更斯的“_”构 成了关于光的两大基本理论。(2)天文学成就:1668年设计并制作了世界上第一架_,用它考察了行 星运动,分析潮汐现象,预言地球不是正球体。伽利略 关于光和色的新理论 波动说 反射望远镜 二、发现万有引力定律 1.提出:1687年,牛顿的划时代科学巨著_出版,确定了 解决万有引力问题的_,解释了潮汐现象、地球的圆扁形状等问 题。2.意义:万有引力定律后来成为_上的基础定律,极大地推动了人们对天 体运动的研究。人们用这个定律解释慧星的轨道问题、双星行为以及新发现行 星的运动等。自然哲学的数学原理 物体运动三定律 天文学 三、勤奋的探
3、索与科学的研究方法 1.勤奋的探索精神:长时间专注的思考;勤奋探索的精神。2.科学的研究方法:以_作为得出科学概念的主要途径,这一研究方法被后 人总结为“_”法。实验 归纳演绎【微点拨】【概念阐释】1.万有引力定律:是物体间相互作用的定律,1687年为牛顿所发现。任何物体之间都有相互吸引力,这个力的大小与各个物体的质量成正比例,而与它们之间的距离的平方成反比。如果用m1、m2表示两个物体的质量,r表示它们间的距离,则物体间相互吸引力为F=(Gm1m2)/r2,G称为万有引力常量也可简称为引力常量。2.自然哲学的数学原理:是牛顿重要的物理学哲学著作。全书分为三卷,第一卷“论物体的运动”,表述了牛
4、顿三定律;第二卷也是“论物体的运动”,论述了阻力下物体的运动,为流体力学开先河;第三卷“论宇宙的系统”,讨论了宇宙系统。自然哲学的数学原理总结了近代天体力学和地面力学的成就,为经典力学规定了一套基本概念,提出了力学的三大定律和万有引力定律,从而使经典力学成为一个完整的理论体系。该书意味着经典力学的成熟,其中所建立的经典力学的理论体系成为近代科学的标准尺度。3.归纳法和演绎法:归纳法,指的是从许多个别事例中获得一个较具概括性的规则。而演绎法,则与归纳法相反,是从既有的普遍性结论或一般性事理出发,推导出个别性结论的一种方法。【特别提醒】1.牛顿关于光的理论学说继承和发展了已有的光学研究成果,开启了
5、光学研究的新时代,对近代光学研究和其他物理学科的发展产生了重大而深远的影响。2.牛顿物体运动三大定律和万有引力定律的发现,为经典力学规定了一套基本概念,标志着经典力学体系的形成。万有引力定律把地面上物体的运动和天体运动统一起来,为近代天文学奠定了基础,对以后的天体研究起了极大的推动作用,人们把牛顿力学体系的建立当作近代科学体系形成的标志。3.自然哲学的数学原理不仅使牛顿闻名世界,也使世人对宇宙的认识有了革命性的转变,还对科学产生了革命性的影响,同时也打开了工业革命的大门。关键能力素养探究 主题 牛顿的贡献及评价【素养探究】1.牛顿的成就。材料一 19世纪末,正当物理学家在庆贺“物理学大厦”落成
6、之际,科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。思考:(1)材料一的“物理学大厦落成”指的是什么?它是在怎样的背景下落成的?(唯物史观)【点拨】由材料中的“发现了许多经典物理学无法解释的事实”可知“物理学大厦”的“落成”所指的对象。背景可从经济、思想等方面进行提炼。提示:“物理学大厦”落成:经典物理学建立。背景:资本主义经济的发展;人文主义的兴起和发展极大地解放了人们的思想;自然科学从神学的束缚中解脱出来。材料二 1687年,牛顿划时代的科学巨著自然哲学的数学原理一书的出版,使经典物理学积累的显得有些杂乱无章的大量成果系统化了,物理学从此成为一门成熟的自然科学。(2)据材料二并结合所学知识
7、,分析自然哲学的数学原理的出版有何意义。(史料实证)【点拨】由画线部分关键信息“杂乱无章的大量成果系统化”“成为一门成熟的自然科学”等提炼出体系自身的完善;再根据所学知识明确其对经典力学的贡献。提示:把前人提出的零散的理论系统化,形成了完整的力学理论体系;标志着经典力学的诞生,使其在此后的二百多年里,居于统治地位。2.对牛顿的评价。材料一 爱因斯坦说:“在牛顿时代,牛顿的道路是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路;牛顿所创造的概念,至今仍然指导着我们的物理学思想。”1942年,爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年撰写了一篇文章,对牛顿的一生作了如下评价:“只有把他的一生看作为永恒真理
8、而斗争的舞台上之一幕才能理解他。”思考:(1)据材料一概括爱因斯坦对牛顿的评价。(历史解释)【点拨】据画线部分概括,分两部分总结。提示:肯定牛顿对其所处时代的贡献和他对物理学的奠基作用;认为应该放到人类“为永恒真理而斗争”的长河中去理解。材料二 据英国米切尔怀特牛顿:最后的巫师记载,1936年,英国经济学家凯恩斯从一个收藏者手里购买了一批有关牛顿的秘密资料。通过几年的研究,凯恩斯于1942年在英国皇家学会俱乐部发表了一场名为“牛顿其人”的演说,给出一个与传统模式截然不同的牛顿形象,即牛顿不再只是一个科学家,也是一个醉心神学和炼金术的人。(2)根据材料二概括凯恩斯对牛顿的评价。结合两则材料,指出
9、二人评价牛顿的不同角度。(历史解释)【点拨】评价:凯恩斯认为,牛顿“不再只是一个科学家,也是一个醉心神学和炼金术的人”,强调牛顿的多面性。角度:材料二中的强调了牛顿的多面性,多角度认识牛顿。提示:评价:凯恩斯认为,牛顿“不再只是一个科学家,也是一个醉心神学和炼金术的人”。角度:爱因斯坦主要强调牛顿的科学贡献;凯恩斯则强调牛顿的多面性。【史论阐释】评价牛顿 牛顿是著名物理学家、数学家和哲学家。1.自然哲学的数学原理里用数学方法阐明了宇宙中最基本的法则万有引力定律和三大运动定律,奠定了之后三个世纪中物理界的科学观点,并成为现代工程学的基础。2.牛顿为人类树立起“理性主义”的旗帜,开启工业革命的大门
10、,为近代科学的发展奠定了基础。3.牛顿谦虚的态度和严谨的科学研究态度,还有勤奋的探索精神等值得后人学习。【深化点拨】牛顿是英国物理学家、数学家和天文学家、经典物理学理论体系的建立者,他在物理学、数学和天文学研究方面都作出了划时代的贡献,被称为“近代科学之父”。课堂检测素养达标【基础过关练】1.勤奋和善于钻研是牛顿的性格,有人评价他在大学时代取得的某项成就时说:“即使牛顿没有别的成就,仅这个也足以使他在科学史上留下不朽之名。”该人所评价的牛顿的成就是()A.提出二项式定理 B.制成反射望远镜 C.发现天体运行规律 D.提出万有引力定律【解析】选A。大学时代的牛顿,提出了数学上的二项式定理和微积分
11、的初步算法。故选A。2.英国科技史专家丹皮尔指出:“亚里士多德以为天体是神圣而不腐坏的,和我们有缺陷的世界是不同类的。”对亚里士多德宇宙观进行证伪的科学家是()A.哥白尼 B.牛顿 C.普朗克 D.爱因斯坦【解析】选B。哥白尼提出了日心说否定了教会的权威,改变了人类对自然对自身的看法,不符合材料信息,故A错误;牛顿把天体纳入研究范围,根据地面上的实验和归纳所得到的万有引力定律,推翻了传统天体的研究方法,故B正确;普朗克主要研究能量子的变化,故C错误;爱因斯坦主要研究宇宙空间,提出相对论,故D错误。3.爱因斯坦曾夸赞一位伟人:“他伟大而清晰的观念,作为自然哲学领域里整个近代概念结构的基础,将永远
12、保持它独特的意义。”材料中“他”()A.发现自由落体定律 B.发表了相对论 C.提出万有引力定律 D.提出量子假说【解析】选C。根据材料信息“自然哲学领域”和所学知识可知“他”指的是牛顿,因此C说法正确;A是伽利略的成就,B是爱因斯坦的成就,D是普朗克的成就,排除。【深化点拨】经典力学把人类对整个自然界的认识推进到一个新水平,牛顿把天上运动和地上运动统一起来,从力学上证明了自然界的统一性,这是人类认识自然历史的第一次大飞跃和理论大综合,它开辟了一个新时代,并对学科发展的进程以及后代科学家们产生了极其深刻的影响。4.爱因斯坦说:“牛顿第一个成功地找到了一个用公式清楚表达的基础,从这基础出发,他用
13、数学的思维,逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合。”由此可见西方近代科学的特点之一是()A.重视经验积累 B.重视定量分析 C.重视科学实验 D.直接服务生活【解析】选B。根据题干信息“用公式清楚表达的基础,从这基础出发,他用数学的思维,逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合”,可知选B。【高考模拟练】5.阅读材料,完成下列要求。材料一 宋应星(1587约1666年)青年时曾考取举人,后来连续六次赴京参加进士考试,均名落孙山。45岁以后,面对明末流民遍地的现实,宋应星不再追求科举功名,转而探求“致富”之术。他全面搜集整理传统农业、手工业技术,撰成天工开物一书,书名取“
14、天工人其代之”“开物成务”之义。正如宋应星在该书的序言中所说,“是书与科举功名毫无关系”,当时士大夫对这部书不屑一顾。后来乾隆时编四库全书,不予收录,民间因此更不敢印行。这部书在19世纪传入欧洲后,被誉为“17世纪中国科技的百科全书”,是我们今天探讨古代科技成就的重要文献。摘编自潘吉星宋应星评传等 材料二 牛顿(16431727年)自幼喜欢钻研科学。1687年,他的自然哲学的数学原理出版,阐述了其后被视作真理的物体运动三大定律。该书受到学术界的赞誉,很快销售一空。同年,牛顿被选为国会议员,后被封为爵士,成为英国皇家学会会长和法国皇家学会会员。当时他被公认为活着的最伟大的科学家,英国有学识的人都
15、把牛顿“奉为他们的首领,承认他是他们的主帅和大师”。伏尔泰全面接受了牛顿的自然哲学,并与人合作发表了一本关于牛顿力学体系的通俗著作。18世纪中期,牛顿的理论体系在欧洲各国得到广泛认可,对整个欧洲和世界的科学与哲学发展产生了深远的影响。摘编自詹姆斯格雷克牛顿传等(1)根据材料一、二并结合所学知识,分别指出宋应星、牛顿二人科技成果的特点及它们出现的背景。(2)根据材料一、二并结合所学知识,分析指出二人科技成果命运不同的原因。【解析】第(1)题根据材料中宋应星“全面搜集整理传统农业、手工业技术,撰成天工开物”,牛顿“自幼喜欢钻研科学”“自然哲学的数学原理出版,阐述了其后被视作真理的物体运动三大定律”
16、,再依据所学,不难得出二人科技成果的特点及它们出现的背景。第(2)题二人科技成果命运的不同,取决于二人所处的社会环境的不同,具体可从政治、经济、文化等角度阐述。科举制使得士大夫热衷于科举功名,轻视农业、手工业劳动;小农经济占统治地位,生产方式没有质的变化;文字狱导致文化专制。英国重视科学的社会氛围;资本主义发展迅速,资本主义生产方式产生,提供了认识世界的新方法。答案:(1)特点:宋应星:传统科技的集大成;多总结,少创造。牛顿:长期实验基础上的理性探讨;突破性的科学成果。背景:中国传统农业、手工业发达;科举失利后的发愤之作。科学冲破了中世纪的神学束缚;近代科学研究方法形成;长期从事科学研究。(2
17、)原因:士大夫热衷于科举功名,轻视农业、手工业劳动;生产方式没有质的变化;文化专制。重视科学的社会氛围;资本主义生产方式产生;提供了认识世界的新方法。6.阅读材料,回答下列问题。材料 由于伽利略勇敢地宣传哥白尼的学说,1616年,被传唤到罗马的宗教裁判所。宗教裁判所谴责了哥白尼的学说,并责令伽利略保持沉默。1632年,伽利略由于发表关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话一书,被判处终身监禁,他的书也被列为禁书。在狱中伽利略继续力学的研究,并于1638年完成了两种新科学的对话。由于教会的禁令,这部书无法在意大利出版,只能在荷兰秘密刊行。这部书是伽利略最伟大和最重要的著作。伽利略研究了惯性运动和规律
18、,为牛顿第一定律和第二定律的研究铺平了道路。他坚持自然科学书籍要用数学来写的观点,倡导实验和理论计算相结合,用实验检验理论的推导。这种研究方法对以后的科学研究工作具有重大的指导意义。1642年,伽利略在贫病交加中逝世,享年78岁。(1)根据材料并结合所学知识,分析伽利略所处时代的社会特征。(2)根据材料并结合所学知识,评价伽利略对科学发展所作的贡献。【解析】第(1)题据材料“伽利略勇敢地宣传哥白尼的学说”结合所学文艺复兴提倡人文主义得出在文艺复兴运动的推动下,人们开始怀疑传统的神学世界观;由材料“宗教裁判所谴责了哥白尼的学说,并责令伽利略保持沉默”得出天主教会的势力依然强大,科学的发展受到宗教神学的压迫和束缚。第(2)题据材料“在狱中伽利略继续力学的研究”结合所学可知他敢于挑战权威不懈追求真理的科学精神对人们起到鼓舞作用等。答案:(1)特征:在文艺复兴运动的推动下,人们开始怀疑传统的神学世界观;天主教会的势力依然强大,科学的发展受到宗教神学的压迫和束缚。(2)评价:他敢于挑战权威、不懈追求真理的科学精神对人们起到鼓舞作用;重视实验、把数学作为表达方式的研究方法开启了近代科学;力学上的研究成就为牛顿经典力学奠定了基础。
