第4课 近代科学之父牛顿
课程标准 学习目标 了解牛顿早期的科学发展与创造，知道牛顿的成长历程。 掌握牛顿的主要贡献，经典力学的含义和 了解牛顿的成长历程及主要科学成就，认识他在社会发展中的作用。 影响，认识牛顿力学体系的建立是自然科学史上第一次理论大综合。 分析牛顿的伟大发现为近代科学的发展奠定了基础，理解牛顿是“近代科学之父”，是人类历史上最伟大的科学家之一。
一、早期科学发明与创造 1．早期的科学发明
(1)童年时代：牛顿从小就爱思考，善于观察。
(2)中学时代：除进行发明创造外，牛顿已开始进行科学研究和实验。
(3)大学时代：牛顿接触到大量的自然科学著作，逐渐被引导到当时数学的最前沿——解析几何与微积分方面。大学毕业前，牛顿提出了二项式定理以及微积分的初步算法。
(4)1665－1666年：他在光学、数学和力学等领域的研究都取得了重要进展。 2．光学方面的成就
(1)折射：牛顿在研究伽利略等人的实验成果的基础上，制作了折射望远镜，证明日光即白光由七色光组成，并进一步说明物体颜色的形成原理。
(2)反射：1668年，设计并制作了世界上第一架反射望远镜。
(3)光的本质：1672年，在论文《关于光和色的新理论》中提出了光的本质是微粒的见解，该学说长期统领西方物理学界，与荷兰物理学家惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。
[特别提醒] 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。
二、发现万有引力定律 1．万有引力定律
(1)理论基础：在大学，牛顿就已了解了哥白尼、伽利略和开普勒等人在天文学方面的研究成果。
(2)提出：牛顿经过反复思考与实验后，得出结论：宇宙中一切物体之间，都存在着一种
相互吸引的作用，这种相互吸引的作用力，就是万有引力。
2．牛顿力学
(1)三大定律：1687年，牛顿在科学巨著《自然哲学中的数学
原理》中，确定了解决万有引力问题的物体运动三定律，阐明万有引力的概念并把它应用到天文学中。
(2)体系形成：把伽利略和开普勒等人提出的零散的理论加以科学整理，从而构成一个完整的力学理论体系。
(3)地位：牛顿力学成为经典力学理论，在以后的二百多年间，居于物理学的统治地位，直到爱因斯坦相对论的提出和量子力学的建立才打破了这种绝对权威。
[特别提醒] 《自然哲学中的数学原理》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。
三、勤奋的探索与科学的研究方法
1．勤奋的探索精神：在科学研究上，牛顿是一个十分专注的科学家，是一位勤奋的探索者。
2．科学的研究方法：牛顿将实验作为得出科学概念的主要途径，这是近代的科学研究方法。后人将其方法总结为“归纳－演绎”法。
3．严肃的科学态度：在实验中得出结论后，还要在进一步的实验中证明自己所得出结论的正确性。这种严肃的科学态度和勤奋的探索精神相结合，使牛顿做出科学史上的伟大发现，并为近代科学的发展奠定基础。 [思维启迪] 19世纪20年代，人们在制作星表时发现天王星的运行轨道不是完美的椭圆，经天文学家们用牛顿的科学成果进行计算，认为在天王星附近可能有一颗未知行星的引力在干扰其运动，并算出了这颗行星的位置。1846年，德国天文学家加勒在认定的位置上果然找到了这颗后来被命名为海王星的行星。 海王星的发现运用了牛顿的哪一项研究成果？这一现象说明了什么问题？ 提示 成果：万有引力定律。说明的问题：万有引力定律推动了人们对天体运动的研究；自然科学具有惊人的预见力和理论指导意义。
牛顿自幼就善于思考，热爱科研，在数学方面提出了二项式定理及微积分的初步算法，
光学方面提出了光的微粒说，力学方面提出万有引力定律、经典力学，天文学方面发明了反射望远镜，并且以《自然哲学中的数学原理》一书完成了物理学史上的第一次大综合，成为近代科学体系的奠基人。
牛顿的成就
史料一 牛顿出生的时代，正是欧洲的自然科学、社会科学向前跃进的变革时代。欧洲的科学，曾经有过辉煌的过去。……①文艺复兴后的200年中，真正的科学伴随着资本主义的发展而登上新的历史舞台，并以磅礴的气势迅速发展。牛顿的时代是一个科学革命的大时代，而他也以巨大的成就给这个时代增添了绚烂的色彩。
史料二 恩格斯在《英国状况——十八世纪》中概括说：“牛顿由于发现了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而②创立了科学的力学。”
史料三 1687年，牛顿划时代的科学巨著《自然哲学中的数学原理》一书的出版，③使经典物理学多处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。
①表明文艺复兴对科技的推动作用。 ②标志着人类科学时代的开始。 ③体现了牛顿科学的研究方法。
(1)据史料一分析，近代科学迅速发展的原因是什么。
提示 资本主义的发展为科学的发展奠定了物质基础和发展动力；文艺复兴解放了人们的思想。
(2)据史料二分析，牛顿在力学上取得了哪些巨大成就。
提示 1687年出版了《自然哲学中的数学原理》，提出了物体运动三大定律和万有引力定律；形成一个以实验为基础，以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系；万有引力定律成为天文学的基础定律。
(3)据史料三并结合所学知识，分析《自然哲学中的数学原理》的出版有何意义。 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，在此后的二百多年里，居于统治地位。
牛顿的科技成就
(1)数学方面：提出二项式定理及微积分的初步算法。
(2)光学方面：白光由七色光组成；物体颜色形成原理；光的“微粒说”(《关于光和色的新理论》)。
(3)天文学方面：制作折射望远镜和反射望远镜；提出万有引力定律(天文学基础定律)；解释潮汐现象、地球的圆扁形状等问题。
(4)力学方面：出版《自然哲学中的数学原理》，提出物体运动三定律；用数学表达方式把前人零散理论系统化，形成完整力学体系。
评价牛顿
史料一 曾经有人问牛顿：“你获得成功的秘诀是什么？”牛顿回答说：“假如我有一点微小成就的话，没有其他秘诀，唯有①勤奋而已。”他又说：“如果说我比别人看得远些，那是因为站在巨人肩上的缘故。”
史料二 英国著名诗人亚历山大·蒲伯写道：自然界和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说，让牛顿出生吧，于是②一切都成为光明。
史料三 牛顿③自评：“我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前浩瀚的真理的海洋，我还没有发现呢。”
①说明牛顿具有非常高的人格品质。 ②说明牛顿的科学成就具有深远意义。 ③牛顿的这段“自评”是其自谦的表现。
(1)据史料一并结合所学知识，分析牛顿成功的原因有哪些。
提示 牛顿在前人研究的基础上，以献身的精神，专注的思考，勤奋探索，加之以科学的研究方法，这些都是牛顿成功的原因。
(2)据史料二，分析牛顿的科学成就有何意义。 提示 揭示了自然规律，解放了人们的思想。
(3)据史料三，分析牛顿是如何评价自己的成就的。你如何认为？
提示 自己有了一些微不足道的发现，没有能够揭示更多的真理；这是牛顿自谦的话。牛顿的成就是科学史上的伟大发现，为近代科学的发展奠定了基础。
评价牛顿
牛顿是著名物理学家、数学家和哲学家。
(1)《自然哲学中的数学原理》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学界的科学观点，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。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。
一、牛顿建立力学体系的主要条件
除牛顿的学术水平、刻苦好学、勤于思考等主观条件外，客观条件为：
1．社会的经济基础：当时英国资本主义的发展，提出了经济和技术方面的要求，这些要求向自然科学提出的问题基本上是力学问题，如增加船的装载能力和航行速度，从深矿井中把矿石运出来，研究发射时火炮内部发生的变化及火炮的改进、弹道问题等。牛顿力学体系的建立正是顺应了时代的需要。
2．具备较好的知识条件：当时的力学、光学、天文学等领域已经具备了丰富的知识积累。如伽利略提出的惯性定律和自由落体定律、开普勒提出的行星运动三定律、培根提出的科学研究方法等都为牛顿力学体系奠定了坚实的基础。正是在前人研究的基础上牛顿建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。
二、牛顿经典力学体系产生的历史影响
1．经典力学体系囊括了地上的物体运动和天上的天体运动，对自然界的力学现象作出了系统、合理的说明，完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，标志着近代科学的形成，开启了人类科学的新时代。
2．经典力学体系使力学和天文学在理论上达到了相当完备的程度，并在社会生产、科学实验中得到了广泛的应用和验证，使科学摆脱了神学的束缚和压制，为人们正确认识和解释自然界的现象提供了理论指导。
3．经典力学体系不仅是经典物理学和天文学的基础，也是现代工程力学以及与之有关的工程技术的理论基础，引发了以英国工业革命为起点的第一次技术革命，为法国的启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。
教材答疑·名师指津
一、学思之窗
1．你怎样看待牛顿的学习方法？(教材P129)
提示 牛顿通过做实验、记笔记积累知识；对知识进行分类。这样的学习方法与当时的“归纳—演绎”科学研究方法是一致的。牛顿用学过的数学去研究宇宙，去设计更多的实验方法。这说明仅仅掌握已有的知识是不够的，还应该采取各种方法去获得事物的规律，从而获得新知识，或发现新规律。
2019-2020学年历史人教版选修4学案：第六单元第4课 近代科学之父牛顿 Word版含答案
