第18课 近代科学体系的奠基人牛顿教案

1 / 11 第 18课 近代科学体系的奠基人牛顿教案 第五单元杰出的科学家 第 18 课近代科学体系的奠基人牛顿教案 【教学目标】 了解牛顿的成长历程及主要科学成就，认识其对社会发展所作的贡献。 【教学重点】牛顿对社会发展所做的贡献。 【教学难点】牛顿获得巨大成就的原因 【教学课时】 1 课时 【教学过程】 （导入新课） 人们普遍认为，牛顿是大科学家，是近代科学的象征。他生前就成为科 学界的主宰，几乎被当作偶像崇拜。他作为英国皇家学会连任 24 年的终身会长，法国 科学院至尊的外国院士，还兼任英国造 币局局长和国会议员，并前所未有地被封为贵族， 获得爵士称号。他死后作为自然科学家又第一个获得国葬，长眠于威斯敏特教堂，这是 历代帝王和第一流名人的墓地。牛顿身后的声望有增无减。他不仅以不朽的著作自然 哲学的数学原理、光学等流传于世，而且由于后继大师们的发展，他的思想观念 2 / 11 长期统率着科学战线上的士卒。他在物理、数学研究上的主要成果，至今仍是各国大中 学生必修的功课。然而他却并不是天生的神童 .今天我们来剖析牛顿的生涯，寻觅伟大 科学家行程的足迹，揭示这位智慧巨匠崇高的人格魅力，将是我们对这位 近代科学体系 奠基人的最好的纪念。 一成长的足迹 （提出问题）： A.你认为牛顿真的从小就是一个天才吗？ B.他在成长中是否也遇到过一些困难甚至困境？ c.他又是如何面对这些困难或者困境的？ D.你觉得牛顿成长过程中最值得你学习的地方是什么？ （学生活动） 1、幼年的牛顿 :( ) 牛顿 SirIsaacNewton（ 1643 1727）是伟大的英国物理学家和数学家。他出生于林 肯郡伍尔索普的一个自耕农家庭，恰与伽利略的去世是同年。牛顿出生之前，父亲已去 世。牛顿是遗腹子，又是早产儿， 先天不足，出生时体重只有 3 磅，差点夭折。他两岁 时母亲改嫁，靠外祖母抚养。牛顿小学时期，体弱多病，性3 / 11 格腼腆，生性孱弱，有些迟 钝，自幼沉默寡言 ,性格倔强 ,而这种习性可能来自他的家庭处境。他学习成绩不佳但意 志坚强，有不服输的劲头。据说，一次班上功课第一的 “ 小霸王 ” 欺侮他，踢了他的肚 子一脚。牛顿被迫鼓起勇气与他较量，同时暗下决心在功课上一定要超过小霸王。他告 诫自己说： “ 无论做什么事情，只要肯努力，是没有不成功的。 ” 经过刻苦努力，牛顿 果真超过了小霸王，一跃而为全班第一。大约从五岁开始，牛顿被送 到公立学校读 书。少年时的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介 绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小 玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。 2 青年牛顿： ，以减费生身份进入剑桥大学三一学院； 牛顿 19 岁时进入剑桥大学，成为该学院的减费生，靠为学院做杂务的收入支付学费。 在这里，牛顿开始接触到大量自然科学著作，经常参加学院举办的各类讲座，包括地理、 4 / 11 物理、天文和数学。牛顿的第一任教授伊萨克 巴罗是个博学多才的学者 。这位学者独 具慧眼，看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识，包括 计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。 1665 年，由于瘟疫剑桥大学被迫关闭，回到故乡。一生中科学研究最旺盛的时期 1665 年剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。 1665 年大学毕业，成绩 平平。正当牛顿准备留校继续深造时，严重的鼠疫席卷了英国，剑桥大学因此而关闭， 牛顿离校返乡。家乡安静的环境使得他的思想展翅飞翔，以整个宇宙作为其藩篱。这短 暂的时光 成为牛顿科学生涯中的黄金岁月，这两年之内，他在自然科学领域内思潮奔腾， 才华迸发，思考前人从未思考过的问题，踏进前人没有涉及的领域，创建前所未有的惊 人业绩。他的三大成就：微积分、万有引力、光学分析的思想就是在这时孕育成形的。 这 18 个月竟为牛顿一生科学的重大发现奠定了坚实的基础。可以说此时的牛顿已经开 5 / 11 始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。后来牛顿返回到剑桥大学， 10 月被选为该 学院初级院委，翌年获得硕士学位，同时成为高级院委。 1669年，巴罗为了提携牛顿 而辞去了教授之职， 26 岁的牛顿晋升为 数学教授。巴罗让贤，在科学史上一直被传为 佳话。 1672 年牛顿入选英国皇家学会会员； 1689 年当选为英国国会议员； 1696 年出任皇家 造币厂厂长； 1703 年当选为皇家学会会长； 1705 年英国女王加封牛顿为艾萨克爵士。 牛顿是 17 世纪最伟大的科学巨匠。他的成就遍及物理学、数学、天体力学的各个领域。 牛顿在物理学上最主要的成就是发现了万有引力定律，综合并表述了经典力学的 3 个基 本定律 惯性定律、力与加速度成正比的定律、作用力和反作用力定律；引入了质量、 动量、力、加速度、向心力等基本概念，从 而建立了经典力学的公理体系，完成了物理 发展史上的第一次大综合，建立了自然科学发展史上的里程碑。其重要标志是他于 1687 年所发表的自然哲学的数学原理这一巨著。在光学上，6 / 11 他做了用棱镜把白光分解为 七色光（色散）的实验研究；发现了色差；研究了光的干涉和衍射现象，发现了牛顿环； 制造了以凹面反射镜替代透镜的 “ 牛顿望远镜 ” 。 1704 年出版了他的光学专著， 阐述了自己的光学研究的成果。在数学上，牛顿与德国莱布尼兹各自独立创建了 “ 微积 分学 ” ；他还建立了牛顿二项式定理。牛顿在声学、热学、流体力学等方面也有不少研 究成果和贡献。 二、万有引力定律 （提出问题）：归纳牛顿的科学成果： （学生活动） 1、天文学上：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、物理学上：牛顿通过大量的研究，证实任何物体都是相互吸引的，这种无处不有的引 力叫 “ 万有引力； ” 3、科学体系： 1686 年牛顿用拉丁文撰写了自然哲学的数学原理、提出了力学三大 定律和万有引力，定律，为经典力学规定了一套基 本概念。7 / 11 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。 4、万有引力定律意义： （ 1）牛顿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，形成了完 整的近代力学体系； （ 2）把地面上物体的运动和太阳系内行星的运动统一在相同的物理定律之中，从而完成 了人类文明史上第一次自然科学的大综合，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； （ 3）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。 5、牛顿获得巨大成就的原因 （ 1）主观条件：善于思考与观察的 学习习惯；虚心好学的学习态度；严肃的科学态度； 科学的研究方法；勤奋的探索精神；善于吸收前人的研究成果，等等。 （ 2）客观条件： 西欧思想解放运动提供思想基础； 英国资产阶级革命的洗礼； 前 人的研究成果为牛顿提供很好的条件； 社会经济的发展为理论研究提供物质基础 8 / 11 又对理论发展提出迫切要求。 三、晚年的困惑 （提出问题）：晚年的牛顿为什么转而迷恋和钻研宗教与神秘思想 （学生活动）原因：个人的生理和心理原因；认识的局限（认识的相对性）；时代的局限（神学的阴影） 1、晚年的牛顿转而迷恋和钻研宗教 与神秘思想。牛顿是近代自然科学体系的奠基人。 晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否定哲学的指导作用，虔诚地相信上帝， 埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，竟提出了 “ 神是 第一推动力 ” 的谬论。他说， “ 上帝统治万物，我们是他的仆人而敬畏他、崇拜 他。 ”40 岁以后，他把兴趣逐渐转向政治、化学（贱金属变成黄金）、神学问题， 写了近 200 万言的著作，毫无价值。 2、从伽利略到牛顿，在人类科学发展史是一个极其重要的时期，是一个产生科学巨人 的时代，是实验自然科学诞生的时代。 结合 材料回答：牛顿的哪些品质值得我们学习？ 思路点拨 9 / 11 1、任何新事物的发展都不一帆风顺的，科学的发展也有一个艰辛的历程； 2、科学需要 许多科学家的艰辛努力，甚至毕生的精力或生命； 3、中世纪的欧洲基督教神学是阻 碍科技发展的最大阻力； 4、科学要发展就必须有勇于献身的勇者。（其他答案只要 合情合理均可） 2、虚怀若谷、谦虚好学精神；尊重他人的科研成果有勇于探索精神；甘于寂寞，献身 科学的精神等；（其他答案只要合情合理均可） 【板书设计】 【布置作业】 【解析与探究】 提示：凯恩斯对 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 ” 。 这一评价过份强调了牛顿一生的局限性，忽略了牛顿的科学贡献。爱因斯坦则认为， “ 只有把他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上之一幕才能理解他。 ” 这就充分肯 定了牛顿一生热爱真理、为真理而斗争的高贵品质，尽管由于时代的局限，牛顿的追 10 / 11 求进入歧途，但瑕不掩瑜，牛顿仍是一个伟大的科学家 【自我测评】 1、牛顿为什么在科学上获得巨大成就？他是怎样由一个平凡的人成为一个伟大的科学 家的？ (1)、成就巨大原因：牛顿自身的因素：具有虚怀若谷、谦虚好学精神；尊重他人的科 研成果有勇于探索精神；甘于寂寞，献身科学的精神等；客观条件：西欧思想解 放运动提供思想基础；前人的研究成果为牛顿提供很好的条件； (2)怎样成为伟大科学家：爱动脑筋，动手能力非常强；进入大学后潜心研究科学，发 现了代数二项式定理，为牛顿后来在数学领域做出贡献奠定了坚实的基础。在家乡 居住的两年，发明了微积分，发现了日光的组成，并开始研究引力问题。 年撰写了自然哲学的数学原理，提出力学的三大