1、第第 18 课课 近代科学体系的奠基人牛顿近代科学体系的奠基人牛顿 课标要求 了解牛顿成长历程及主要科学成就，认识他在社会发展中的作用。 一、成长的足迹 1中学时代：牛顿 12 岁进入中学读书，由于家境贫寒，曾经一度辍学。由于牛顿的好学精 神感动了舅舅，舅舅说服牛顿母亲让他复学。 2大学时代：1661 年，牛顿进入剑桥大学三一学院，在这里，牛顿悉心研究了欧几里得和 笛卡儿的几何学，发现了代数二项式定理。这些都为牛顿后来在数学领域做出贡献奠定了坚 实基础。 3回归故乡：1665 年，牛顿回到了故乡，这期间他发明了微积分，发现了日光的组成，并 开始研究引力问题。 教材互补 牛顿出生的时代，正是欧洲
2、的自然科学和社会科学发生巨大变革的时代。(人民版) 二、万有引力定律 1前人的基础：在牛顿以前，天文学家开普勒发现了行星绕日运动的三大定律，伽利略也发 现了力学的一些基本原理。 2万有引力定律 (1)证明：牛顿通过大量的研究，充分证明了宇宙间所有的物体，都是相互吸引的。他把这种 无处不有的引力，称做“万有引力”。 (2)撰文：1686 年，牛顿撰写了自然哲学的数学原理一文，提出了力学的三大定律和万有 引力定律，为经典力学规定了一套基本概念。 (3)意义：“万有引力定律”的创立，对以后的天体研究起了极大的推动作用，人们把“牛顿 力学”体系的建立当做近代科学体系形成的标志。 史论要旨 牛顿力学体系
3、内容包括：力学三大定律及万有引力定律。它产生的标志是 1687 年发表的自 然哲学的数学原理 。 历史认识 牛顿建立起一个完整的力学理论体系， 成为宇宙定律的发现者， 把科学革命推向了新的高峰。 三、晚年的困惑 1原因 (1)个人生理和心理方面： 由于过度疲劳以及为确定最先发明权与同行的争吵， 牛顿心境不佳， 性格变得固执易怒，患上了严重的忧郁症。 (2)认识的局限性方面：大千世界的奥秘无穷无尽，人们对它的认识也总是相对的。 (3)宗教神学的影响：在牛顿生活的那个时代，中世纪神学的巨大阴影还未消退。 2表现：晚年的牛顿转而迷恋和钻研宗教与神秘思想，写下了大量的圣经评注和其他神 学论文。 3牛顿
4、的地位 (1)牛顿是近代自然科学体系的奠基人。 (2)从伽利略到牛顿，是实验自然科学诞生的时代，对后来科学的发展产生了深远影响。 归纳总结 牛顿成功的因素 牛顿虚怀若谷、谦虚好学，具有勇于探索的精神，甘于寂寞、献身科学的精神；使用科学的 研究方法，吸取前人的研究成果等。 知识图示 主题一 牛顿的主要科学成就 探究点 1 牛顿的成就 史料一 自然界和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说，让牛顿出生吧！于是一切都成为光明。 蒲柏 史料二 牛顿由于发明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 质而创立了科学
5、的力学。恩格斯 问题思考 结合史料及所学，说一说牛顿使“自然界和自然规律”成为光明的成就表现。 提示 (1)大学毕业前，牛顿已经提出了二项式定理和微积分的初步算法。 (2)自制了折射望远镜，证明了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。 (3)自制了世界上第一架反射望远镜，用以考察行星运动，分析潮汐现象，预言地球不是正球 体。 (4)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，与“波动说”构成了关 于光的两大基本理论。 (5)1687 年出版了自然哲学的数学原理 ，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
6、力学体系；万有引力定律成 为天文学的基础定律。 探究点 2 牛顿力学的特点 史料 恩格斯在自然辩证法中指出：“如果说，在中世纪的黑夜之后，科学以意想不到 的力量一下子重新兴起，并且以神奇的速度发展起来，那么，我们要再次把这个奇迹归功于 生产。工业有了巨大的发展，并产生了大量力学上的(纺织、钟表制造、磨坊)、化学上 的(染色、冶金、酿酒)以及物理学上的新事实，这些事实不但提供了大量可供观察的材料， 而且自身也提供了和以往完全不同的进行实验的手段，并使新的工具成为可能。可以说，真 正有系统的实验科学，这时候才第一次成为可能。” 问题思考 依据史料指出以牛顿力学为代表的近代科学的突出特点。 提示 适
7、应社会大生产的需要而产生；建立在科学实验基础之上。 主题二 评价牛顿 史料一 牛顿是 17 世纪科学革命中所涌现出的最伟大的科学家。 下面是几枚不同国家发行的 邮票： 史料二 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，至今仍然指导我们的物理学思想。 问题思考 (1)史料二中的“牛顿时代”是一个什么样的时代？ (2)牛顿取得了哪些重大科学发现？ (3)从今天的科学发展来看，爱因斯坦的说法正确吗？为什么？ 提示 (1)17 世纪中叶至 18 世纪 20 年代， 处于资本主义手工工场时期， 资产阶级文化在逐渐 发展。 (2)万有引力定
8、律及物体运动三定律。微积分学是他在数学上最卓越的成就，数学从感觉 学科转向思维学科。对光的研究奠定了光谱学的基础。反射望远镜的发明，使人类对天 体的观察进入一个新阶段。 (3)正确。牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志，不管时代如何发展，他在科学史上的 杰出贡献不容抹杀。正如爱因斯坦所说“牛顿所创造的概念，至今仍在指导着我们的物理学 思想”。 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中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
9、革命的大门。为近代科学的发展奠定了 基础。 (3)牛顿的谦虚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。 1 “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，由于认识了力的本质而创立了科学的力学。”恩格斯这段评论针对的是( ) A牛顿 B爱迪生 C达尔文 D爱因斯坦 答案 A 解析 材料中提到了光学、数学和力学三个方面，在这三个方面都作出了突出贡献的只有牛 顿。 2下列各项中，不属于牛顿的科学贡献的是( ) A创立微积分学 B提出万有引力定律 C提出力学的三大定律 D发现机械能可以转化为电能 答案 D 解析 发现机械能可以转化为电能
10、属于法拉第的成就，不是牛顿的贡献，D 错误，符合题意， A、B 和 C 都是牛顿科学贡献，排除。 3法国数学家和天文学家拉普拉斯曾经这样说过：“不会产生两个牛顿，因为要发现的世界 只有一个。”牛顿所发现的“世界”是指( ) A微积分 B反射望远镜 C光的色散原理 D三大运动定律 答案 D 解析 牛顿的三大运动定律揭示了物体的运动规律，把经典力学确立为完整而严密的体系， 把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。 419 世纪，以牛顿力学为基础的经典物理学之所以被看做是绝对权威的理论，主要是由于 ( ) A经典物理学日臻完善 B牛顿力学采用了数学的方法 C人们认识的局
11、限性 D经典物理学可以解释 答案 C 5晚年的牛顿研究领域转向( ) A自然科学研究 B物理学研究 C宗教与神秘思想 D光学研究 答案 C 解析 牛顿晚年研究转向了神学，C 正确；其他选项不符合材料主旨，排除。 6 近代科学之父牛顿勇于创新， 对推动社会发展作出了杰出贡献。 阅读下列材料， 回答问题。 材料一 规则 寻求自然事物的原因，不得超出真实并足以解释其现象者。 规则 物体的性质， 它们既不能被增强又不能被减弱， 并且属于所能做的实验中所有物体的， 应被认为是物体的普遍性质。 规则 在实验哲学中， 由现象归纳得出的命题， 在其他现象使这些命题更加精确或出现例外 之前，都应被视为完全正确或
12、基本正确的，而不管相反的假设。 牛顿自然哲学的数学原理 材料二 随着文艺复兴的深入发展，人性从上帝重新回归到人本身。但文艺复兴时代的“人 性”主要是指人的情感、意志和人格等自然本性。到 17、18 世纪，英国知识界围绕三个 重大思想主题进行了知识体系创新。这三个思想主题是：第一，宇宙和物质世界的本质和支 配法则是什么？第二，作为人类社会核心组织的国家和政府的起源、范围和目的是什么？第 三，人类知识的起源、范围和限度是什么？ 邓云清思想的时代牛顿、洛克的思想及其生成 材料三 科学技术除了是对客观世界的系统认识，是正确世界观、认识论和方法论的基础之 外，同时也是技术与管理创新的基础和源泉，是先进文
13、化的重要组成部分，是人类生存与发 展以及人与自然和谐相处的基石，是人类文明可持续发展的动力。 路甬祥全面认识科学的价值及其时代特征 (1)据材料一并结合所学知识，指出牛顿的创新成就。 (2)据材料一指出材料二中， 以牛顿为代表的英国科学家深度诠释的思想主题。 结合所学知识， 从政治和思想文化两个角度，分析英国知识界“三个思想主题”生成的原因。 (3)据材料三并结合所学知识，说明牛顿创新成果的历史影响。 答案 (1)成就：“归纳演绎”(实验)法；物体运动的三大定律和万有引力定律。 (2)主题：宇宙和物质世界的本质和支配法则。 原因：政治：资产阶级革命的爆发；国家权力结构的重建。 思想文化：文艺复
14、兴的深入；近代科学的兴起。 (3)影响：标志着经典力学体系的形成，对解释和预见物理现象有决定意义；为工业革命提供 理论基础；促进思想解放(启蒙运动的发展)。 解析 第(1)题据材料一得出“归纳演绎”(实验)法，结合所学得出物体运动的三大定律和 万有引力定律；第(2)题第一问据材料得出宇宙和物质世界的本质和支配法则；第二问据材料 二“17、18 世纪”“英国”，结合这一历史时期政治及思想文化背景分析；第(3)题，据材料 三中“对客观世界的系统认识”得出标志着经典力学体系的形成，对解释和预见物理现象有 决定意义；据材料三“也是技术与管理创新的基础和源泉”并结合所学得出为工业革命提供 理论基础；由材
15、料三中“是先进文化的重要组成部分”得出促进了思想解放或启蒙运动的发 展。 课时训练课时训练 基础达标 1诗人亚历山大 蒲伯曾经写道：“自然界和自然规律隐藏在黑暗中，上帝说，让他出生吧， 于是一切成为光明。”其中“他”是指( ) A欧几里得 B伽利略 C哥白尼 D牛顿 答案 D 解析 结合材料可知，该科学家发现了“自然界和自然规律”，而发现该规律的是牛顿，故 选 D。A 涉及几何学，B 涉及物理学，C 涉及天文学，排除。 2牛顿的自然哲学的数学原理的内容不包括( ) A确定了物体运动三定律 B解释了潮汐现象 C地球的圆扁形状 D提出光的本质是微粒的见解 答案 D 解析 自然哲学的数学原理是关于力
16、学理论的著作，而“光的本质是微粒”是关于光学 的理论。 3下列对 17 世纪牛顿力学体系产生的原因的表述，不确切的是( ) A资本主义生产的迅速发展对力学提出了迫切要求 B伽利略、开普勒等人的研究已有相当厚实的基础 C牛顿个人具有的伟大天才和作出的巨大努力 D同时代的众多著名科学家协同一致的通力合作 答案 D 解析 本题要求选出错误的选项。资本主义经济的发展，提出了许多问题，迫切需要自然科 学来解释，以促进生产力的更大发展，在力学和天文学方面，在哥白尼、开普勒、伽利略等 人的研究基础上，牛顿才建立起力学体系，但不能说是同时代众多著名科学家协同一致的合 作，排除 A、B、C，选 D。 4牛顿对近
17、代自然科学的奠基作用不包括( ) A经典力学 B微积分 C放射理论 D日光的分析 答案 C 解析 结合所学知识可知，牛顿的科学贡献主要在物理学、数学、天文学和光学领域，由此 可知 A、B、D 均是其贡献所在，并对近代自然科学的发展起了巨大的推动作用，与题意不 符；C 放射理论不是牛顿的科研成就，符合题意。 5牛顿在自然哲学的数学原理序言中说：“哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象 来研究各种自然之力，而后用这些方法论证其他的现象。”据此可知，牛顿注重( ) A总结前人的理论研究成果 B实验和数学运算的有机结合 C实验、理论和应用相结合 D运用哲学原理解释自然现象 答案 C 解析 由“从各种运
18、动现象来研究各种自然之力，而后用这些方法论证其他的现象”得出牛 顿注重的是理论和应用相结合，故 C 正确。 能力提升 6阅读下列材料： 材料一 正是在物理学领域，牛顿进行了最有意义的研究。在这方面，他以伽利略的研究为 基础，将后者的成果发展到辉煌的顶点。伽利略主要关心的是地球的运动，牛顿则发现了有 关宇宙本身的定律。 材料二 伽利略发现，运动中的物体若无一定的外力使它转向，便做匀速直线运动。这一发 现要求人们必须解释：为什么行星不易直线飞离，而趋于落向太阳，结果形成其椭圆形的轨 道；为什么月亮同样趋于落向地球。 材料三 牛顿已发现了一个数学上能证实的根本的宇宙规律实际上，自然界好像是一个 巨大
19、的机械装置， 按照通过观察、 实验、 测量和计算可予以确定的某些自然法则进行运转。 因而牛顿的物理学分析方法现今开始不仅被应用于物质世界，而且被应用于思想知识的整个 领域及人类社会。正如伏尔泰(法国著名的启蒙思想家)所说的，“整个自然界、所有行星竟 会服从永恒的法则，而且一种身高 5 尺的小动物竟能不顾这些法则，完全按照自己的怪想随 心所欲地行动，这是非常奇异的”。寻找决定人类事物的这些永恒法则，是法国大革命之前 的所谓的启蒙运动的实质。以上材料均摘自美斯塔夫里阿诺斯全球通史 请回答： (1)据材料一、二简要指出牛顿经典力学诞生的客观条件。 (2)牛顿物理分析方法的特征是什么？ (3)据材料三
20、，结合所学知识指出牛顿经典力学产生的影响。 答案 (1)继承前人的科研成果；科技自身发展的要求。 (2)利用数学做完整的推演；注重实验。 (3)牛顿经典力学开创了物理学的新时代，推动了近代科学的发展；对社会意识形态的发展产 生了巨大影响，为启蒙思想家探求人类社会的法则提供了科学理论依据。 解析 第(1)问可依据材料一、二中“以伽利略的研究为基础”等信息，从理论基础和社会需 求等方面进行归纳；第(2)问应联系材料三中“数学上能证实的根本的宇宙规律”等信息，从 表达形式、研究方式等方面进行分析和说明；第(3)问应结合材料三中“应用于思想知识的整 个领域”等信息，从直接影响和间接影响等方面进行概括。
21、 7阅读下列材料： 材料一 牛顿的原理被公认为是科学史上的最伟大的著作。在对当代和后代思想的影响 上，无疑没有什么别的杰作可以同原理相媲美。二百多年来，它一直是全部天文学和宇 宙学思想的基础无怪乎牛顿力学的非凡成功甚至给诸如心理学、经济学和社会学等各个 不同领域的工作者也留下了极其深刻的印象，以致他们试图在解决各种问题时以力学或准力 学为楷模。十六、十七世纪科学、技术和哲学史 材料二 启蒙思想家们在牛顿革命的启发、激励下进行了种种思考。伏尔泰曾写道：“如果 全部自然界，一切行星，都要服从永恒的规律，而有一个小动物，五尺来高，却可以不把这 些定律放在眼中，完全任意地为所欲为，那就太奇怪了。”但由
22、于牛顿学说本身的机械决定 论性质， 充满机械唯物论精神的启蒙思想也不可避免地带有形而上学的武断(主要是忽视了人 的心灵的复杂性)。世界文明史 请回答： (1)牛顿说：“假如我看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。”结合所学知识，指出牛顿 生活的时代特征，并列举两位影响了牛顿的“巨人”。 (2)根据上述材料并结合所学知识，指出牛顿学说对近代社会发展的主要影响。 答案 (1)资本主义不断发展，启蒙思想兴起与传播，近代科学不断取得进展。 开普勒、伽利略。 (2)在物理学、数学、天文学等领域作出杰出贡献，并确立了相关学科的科学体系和科学的研 究与思维方法；为心理学、经济学和社会学等学科树立了楷模；推动了启蒙运动。机械决定 论对启蒙思想及某些社会科学研究产生了一定的负面影响。
