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第11课 物理学的重大进展
经典力学
1．伽利略对物理学的贡献
〔材料一〕外力是改变物体运动状态的原因：
一个运动的物体假如有了某种速度以后，只要没有增加或减小速度的外部原因，便会始终保持这种速度──这个条件只有在水平的平面上才有可能，因为假如在沿斜面运动的状况里，朝下运动则已经有了减速的起因。由此可知，只有水平的平面上的运动才是不变的，运动既不会减小或减弱，更不会消灭。
──伽利略《关于两门新科学的对话》
〔材料二〕加速度概念的确定：
正如匀速运动被解释为相等时间中保持相等的速度，所以我们也可以用类似的方法，设想在一段相等的时间中，速度的增加并不会复杂，这样我们可以认为速度是平衡的、连续的变化着，在任意相等的时间间隔中，速度的增加总是确定的。
──伽利略《关于两门新科学的对话》
【解读】《关于两门新科学的对话》是伽利略关于自然运动科学和材料强度科学的一部重要著作，为物理学的发展作出卓越的贡献。
伽利略对于力学的研究，在他的科学活动中占有极为重要的地位，他所建立的摆的定律、惯性定律、落体运动定律，以及对抛体运动的研究和他提出的相对性原理，奠定了动力学的重要基础。以后经牛顿的发展完善，建立了现代经典力学的系统理论。
2．伽利略捍卫发展哥白尼的日心说
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〔材料〕萨：如果世界的中心确是所有天层以及星体（即行星）环绕运行的中心点，那就完全可以肯定，处于宇宙中心的是太阳，而不是地球。因此，作为第一个普遍概念而言，中心的地点就是太阳的地点，而地球离开中心的距离就是它离开太阳的距离。
辛：你是怎样引申出行星环绕的中心是太阳而不是地球呢？
萨：这是根据最明显，因而也是最具有说服力的许多观察而引申出来的。在这些把地球从中心排除出去，而把太阳放在中心的观察中，一个最确实可靠的观察是，我们发现所有的行星在某一个时候靠近地球，而在另一个时候又距地球较远。
──《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》
【解读】《关于托勒密和哥白尼两大世界体系对话》一书，是伽利略天文学研究成果总集。在天文学方面，伽利略的贡献是极其巨大的。他的宇宙观的核心是维护和坚持、发展了哥白尼学说。他的日心说观点是完全建立在对天文的长期观测所获得的大量新发现的可靠事实基础之上的。
3．伽利略的科学研究方法
〔材料一〕哲学被写在宇宙这本大书中，正一页一页的为我们展开。但我们只有先学懂它的语言，认识组成语言的字母，才能读懂这本书。这本书是用数学的语言写成的，它的字母就是三角形、圆和其他几何图形，没有这些字母，人类就不能懂得书里的任何一个单词：没有这些字母，人类只能迷失在黑暗的迷宫中。
──《伽利略的发现与见解》转引自S．德雷克著唐云江译《伽利略》
〔材料二〕抛射体45度时射程最远
仅用数学便得到如此严格的证明，这使我心中充满又惊又喜的感觉。……大炮和破击炮轰击时，最大射程（即炮弹发射的最远距离），是在仰角45度时获得的……但是要理解为什么发生这种情况，这比从别人那里得到证据甚至反复实验得到的证据重要的多……通过探索原因而达到对某一效应的理解会使人顿开茅塞，从而使理解和确证其他事实无须再借助实验，目前的例子恰好证明了这一点……
──伽利略《关于两门新科学的对话》
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〔材料三〕伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。
──英费尔德《物理学的进化》
〔材料四〕意大利一直是古典学术复兴的舞台。也是在意大利，伽利略和他的追随者为近代科学奠定了基础。
──沃尔夫《16、17世纪科学、技术和哲学史》
【解读】伽利略是近代科学史上划时代的人物。他对近代科学的主要贡献表现在三个方面：一是奠定了经典力学的基础；二是捍卫和发展了哥白尼的日心说；三是创立了实验与数学相结合的科学研究方法。
在观察实验的基础上，经过推理和计算对现象提出假定性的说明和描述，并用数学公式表示出来，然后再用实验方法去考核推理的结果是否正确。这是近代科学研究的一般程序和经典方法。伽利略是这种科学研究方法和传统的奠基人。这种研究方法既推动了经典力学的发展，也推动了数学的发展。人们称伽利略是近代实验科学之父，近代科学方法的奠基人。
4．牛顿对物理学基本概念的定义
〔材料〕定义1物质的量是物质的度量，可由其密度和体积共同求出。
定义2运动的量是运动的度量，可由速度和物质的量共同求出。
定义3物质固有的力，是一种起抵抗作用的力，它存在于每一物体当中，大小与该物体相当，并使其保持现有的状态，或是静止，或是匀速直线运动。
定义4外力是一种对物体的推动作用，使其改变静止的或匀速直线运动的状态。
定义5向心力使物体受到指向一个中心点的吸引，或推斥任何倾向于该点的作用。
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定义6以向心力的绝对度量量度向心力，它正比于中心导致向心力产生并通过周围空间传递的作用源的性能。
定义7以向心力的加速度度量量度向心力，它正比于向心力在给定时间里所产生的速度部分。
定义8以向心力的运动度量量度向心力，它正比于向心力在给定时间里所产生的运动部分。
──牛顿《自然哲学之数学原理》
【解读】《自然哲学之数学原理》一书，是牛顿经典力学研究成果汇编。这部重要著作被称为17世纪物理科学的百科全书。
《自然哲学之数学原理》由四部分组成：
前言：说明了研究理论物理的目的和方法。他指出：从物理的全部任务看来就在于从各种运动的现象来研究各种自然力，然后再用这些力去论证其他现象。
第一、二编定义并分析了质量、动量、惯性、力、向心力、时间、空间等一系列奠定力学基础的概念，提出了严谨的天体力学理论，讨论了物体在有阻力的介质中的运动问题，叙述了牛顿力学三条基本运动定律和万有引力定律，以及流体动力学的有关定律。第三编运用前两编推导出的运动定律来解释自然界的实际问题，如月球的运动、潮汐、二分点的岁差和彗星的运动等。
5．经典力学理论
〔材料一〕牛顿物体运动三大定律
定律1每个物体都保持其静止，或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那种状态。
定律2运动的变化正比于外力，变化的方向沿外力作用的直线方向。
定律3每一种作用都有一个相等的反作用，或者，两个物体间的相互作用总是相等的，而且指向相反。
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──牛顿《自然哲学之数学原理》
〔材料二〕万有引力定律
命题76如果若干球体（就其物质密度和吸引力而言）相互间由其中心到表面的同类比值完全不相似，但各球在其到中心给定距离处是相似的，而且各点的吸引力随其到被吸引物体的距离的平方而减小；则这些球体中的一个吸引其他球体的全部的力反比于球心距离的平方。
推论3一个球相对于另一个球的运动吸引，或二者见的相对重量，在相同的球心距离处，共同正比于吸引的与被吸引的球，即正比于这两个球的乘积。
推理4在不同的距离处，正比于该乘积，反比于二球心距离的平方。
──牛顿《自然哲学之数学原理》
【解读】经典力学理论体系由牛顿力学三大运动定律和万有引力定律组成。
牛顿第一定律即惯性定律，是继承和发展了伽利略的成果。伽利略根据斜面实验发现了水平方向的惯性运动。牛顿把它扩大到任意方向。任何物体没有外力作用，将永远保持静止或匀速直线运动状态。
牛顿第二定律也是继承和发展了伽利略的工作。伽利略纠正了亚里士多德力与速度有关的传统观念，指出力不是同速度有关而是与加速度有关。牛顿进一步指出，力与加速度和质量的乘积有关。牛顿在研究碰撞与动量问题的基础上，又总结出运动第三运动定律，即作用与反作用定律。
牛顿力学三大定律深刻揭示了机械运动的普遍规律，万有引力定律则把天体的运动和地球上物体的运动联系起来了，最后完成经典力学理论体系。
6．牛顿提出哲学中的推理规则
〔材料〕规则1寻求自然事物的原因，不得超出真实和足以解释其现象者。
因此对于相同的自然现象，必须尽可能地寻求相同的原因。
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2020届人教版高中历史必修3第四单元 第11课 物理学的重大进展材料解析
