近代科学之父牛顿课件

第4课近代科学之父牛顿ThefatherofmodernscienceNewton（1642-1727年）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。英国诗人蒲伯曾经这样写道：

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。他死后作为自然科学家又第一个获得国葬。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》等流传于世，而且由于后继大师们的发展，他的思想观念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。一、早期科学发明与创造1、自幼好学（1）出生：1642年英国乌尔索普牛顿的出生地牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人，并且竟活到了85岁的高龄。牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，这种习性可能来自它的家庭处境。少年牛顿资质平常，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。一、早期科学发明与创造1、自幼好学（1）出生：1642年英国乌尔索普（2）求学：中学时代，开始进行科研与实验大学生活，剑桥大学，师从巴罗教授，自学笛卡儿等人的数学著作。牛顿的母校——英国剑桥大学Cambridgeuniversity牛顿数学桥是剑桥大学城里的一大景观，全桥由7177根大小不一的木头衔接而成，有10299个接口，如果以一个接口用一枚铁钉来计算，那么至少需要10299枚铁钉。但牛顿把所有铁钉都倒进了河里，整座桥没用一枚铁钉，这就是数学的奇妙。多少年来，剑桥数学系的高才生们都梦想解破数学桥的奥秘，换句话说就是想在纸头上造一座跟数学桥一模一样的桥。但如愿者无一。多数人设计出来的桥至少需要上千枚铁钉才能达到原桥同等效果，只有少数几人把铁钉数量减少到千枚数之内。有个冰岛人，他创造了有史以来的最好成绩，把铁钉数减少到561枚。牛顿数学桥是剑桥大学城里的一大景观，全桥由7177根大小不一的木头衔接而成，有10299个接口，如果以一个接口用一枚铁钉来计算，那么至少需要10299枚铁钉。但牛顿把所有铁钉都倒进了河里，整座桥没用一枚铁钉，这就是数学的奇妙。多少年来，剑桥数学系的高才生们都梦想解破数学桥的奥秘，换句话说就是想在纸头上造一座跟数学桥一模一样的桥。但如愿者无一。多数人设计出来的桥至少需要上千枚铁钉才能达到原桥同等效果，只有少数几人把铁钉数量减少到千枚数之内。有个冰岛人，他创造了有史以来的最好成绩，把铁钉数减少到561枚。

牛顿数学桥

牛顿19岁时进入剑桥大学，成为三一学院的减费生，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、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，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。

牛顿的老师巴罗(1630～1677),曾任剑桥大学第一任“卢卡斯教授”,三一学院院长和剑桥大学副校长，是当时顶尖的数学家和科学家，剑桥大学的首席教授席位就是专门为他设立的，但他在39岁时就主动退休了，因为他要将席位让给当时只有28岁的牛顿，以给牛顿更大的发展空间。牛顿果然没有辜负恩师的厚望，大放异彩，成果累累，在谈到自己成功的原因时，他非常感激地表示，因为自己站在巨人的肩膀上。牛顿的老师巴罗(1630～1677),曾任剑桥大学第一任“卢卡斯教授”,三一学院院长和剑桥大学副校长，是当时顶尖的数学家和科学家，剑桥大学的首席教授席位就是专门为他设立的，但他在39岁时就主动退休了，因为他要将席位让给当时只有28岁的牛顿，以给牛顿更大的发展空间。牛顿果然没有辜负恩师的厚望，大放异彩，成果累累，在谈到自己成功的原因时，他非常感激地表示，因为自己站在巨人的肩膀上。

笛卡尔(Descartes,Renedu

Perron)(Descartes,René)(Descartes，Rene)(1596-1650)，

法国哲学家，数学家，物理学家，解析几何学奠基人之一。

一、早期科学发明与创造1、自幼好学2、数学方面（大学毕业前）提出二项式定理以及微积分的初步算法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。牛顿在成长中遇到哪些困难？他是怎样面对的？家境贫寒，一度辍学；大瘟疫，剑桥大学关闭？？？一、早期科学发明与创造3、光学方面制作折射望远镜奠定了光谱学的基础天文学：制作了世界上第一架反射望远镜推动人类对天体观察进入新阶段发表《关于光和色的新理论》论文提出了光的本质是微粒的见解

1666年，牛頓發現陽光經過透鏡會產生色散，牛頓稱之為「譜線」（Spectrum）（取材自TheSearchforInfinity,MitchellBeazley出版）。牛頓所設計的反射式望遠鏡繪圖观测太阳系的牛顿牛顿用自己亲手设计的望远镜来观测太阳系的行星。

仅就光学方面的成就或许就可以使他在本书中占有一席之地，但是他在这方面的成就比起他在数学或力学方面的成就来，那就相形见绌了。

——《历史上最有影响的100人》

“从有世以来，到牛顿所处的时代，他在数学领域所做的工作占了整个的绝大部分。”

——莱布尼兹

纽约大学历史系教授曼纽：“近代的科学是源自牛頓对上帝的默想。”牛頓之“牛”“我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。”

在发现万有引力定律的过程中，有哪些巨人的肩膀托起了牛顿？开普勒伽利略哥白尼二、发现万有引力定律1、力学方面（1）提出万有引力定律

1666年夏末一个温暧的傍晚，在英格兰林肯郡乌尔斯索普，一个腋下夹着一本书的年轻人走进他母亲家的花园里，坐在一棵树下，开始埋头读他的书。当他翻动书页时，他头顶的树枝中有样东西晃动起来。一只历史上最著名的苹果落了下来，打在23岁的伊萨克·牛顿的头上。恰巧在那天，牛顿正苦苦思索着一个问题：是什么力量使月球保持在环绕地球运行的轨道上，以及使行星保持在其环绕太阳运行的轨道上？为什么这只打中他脑袋的苹果会坠落到地上？正是从思考这一问题开始，他找到了这些的答案——万有引力理论。对于科学家而言，牛顿家乡的那棵苹果树，也许是世间最神圣的树了。海王星冥王星（小图像为空间原始图像，大图像为经过计算机处理的冥王星表面）另外，牛顿力学理论能够预见新的物理现象，并能以天文观测或试验论证其正确性，如：二、发现万有引力定律1、力学方面（1）提出万有引力定律（2）《自然哲学中的数学原理》出版：1687年内容：提出物体运动三大定律，阐明万有引力的概念，解释了潮汐现象，地球圆扁形状等问题。

鼓勵並協助牛頓出版《原理》一書的哈雷，其後利用牛頓的運動學原理發現了哈雷彗星的76年週期。。鼓勵並協助牛頓出版《原理》一書的哈雷，其後利用牛頓的運動學原理發現了哈雷彗星的76年週期。英国资产阶级革命（1640-1688年）牛顿力学体系的意义A、牛顿力学定律以严格的数学方法和逻辑体系把宇宙间的运动统一起来。对人类解释和预见物理现象具有决定性的意义。而海王星的发现是证明牛顿力学和万有引力定律有效性的最成功范例。B、牛顿力学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。C、牛顿力学的创立，标志着人类科学时代的开始。牛顿力学和热学引发了以英国工业革命为起点的第一次工业革命，使人类社会进入蒸汽时代。D、牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则，还为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。经典力学奠基者（17世纪初）经典力学建立者（17世纪晚期）从经典力学发展到相对论、量子论（19世纪末～20世纪初）伽利略（意）牛顿（英）爱因斯坦（德）普朗克（德）近代以来物理学的发展过程

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，而创立了科学的力学”。

——恩格斯牛顿是位多才多艺的科学家，请扼要归纳他在科研领域所涉及的成就。

主要成就：

数学：提出二项式定理以及微积分的初步算法；光学：制造折射望远镜，奠定了光谱学的基础；1672年发表《关于光和色的新理论》论文，提出了光的本质是微粒的见解；天文学：1668年制造了世界上第一架反射望远镜，促使人类对天体观察进入新阶段；力学：1687年,牛顿发表《自然哲学中的数学原理》，确定了解决万有引力问题的物体运动三定律，阐明了万有引力的概念，最终确立了近代经典力学理论。

曾经有人问牛顿：“你获得成功的秘诀是什么？”

牛顿回答：“假如我有一点微小成就的话，没有其他秘诀，惟有勤奋而已。”

三、勤奋的探索与科学的研究方法1、专心致志：善于思考，精神专注

2、方法科学：注重实验，获取结论——“归纳－演绎”法牛顿为什么获得如此巨大的成就？

思考主观条件牛顿获得巨大成就的原因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；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

随着科学声誉的提高，牛顿的政治地位也得到了提升。1689年，他被当选为国会中的大学代表。作为国会议员，牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。这就给他后半生带来不少争论和麻烦。晚年的困惑晚年的困惑

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“神的第一推动力”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。1727年3月20日，牛顿去世，终年85岁以国葬礼葬于伦敦威斯敏斯特教堂牛顿以自己杰出的贡献，获得了国葬的礼遇。他被安葬在威斯敏斯特教堂，那是安葬英国英雄们的地方。为他抬棺材的是两位公爵、三位伯爵以及大法官。法国著名哲学家伏尔泰当时正在英国访问，他目睹了牛顿的葬礼，十分感叹牛顿所获得的殊荣。他是这样描写的：“他是像一位深受自己的臣民爱戴的国王一样被安葬的。在他之前，是没有哪一位科学家享受如此殊荣的。在他之后，受到如此厚葬的也将会是屈指可数的。”

——《科学简史》

从牛顿受到的“礼遇”、“殊荣”可得出哪些认识？他在辞世之前曾简短地评价过自己：

“我不知道世人怎样看我，但我自己以为我不过像一个在海边玩耍的孩子，不时为发现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜，至于展现在我面前的浩翰的真理海洋，却全然没有发现。”对牛顿的评价曾经因他而在世界上存在过。英国著名诗人在他的墓碑上镌刻着铭言：让人们欢呼这样一位多么伟大的巨匠，人类荣耀对牛顿的评价

1942年爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年而写的文章，对牛顿的一生作如下的评价：“只有把他的一生看作为永恒真理而斗争的舞台上一幕才能理解他”。对牛顿的评价“人无完人，金无足赤”。

牛顿终归是伟大的牛顿，他的科学贡献将永载史册。

由于他的伟大功绩，牛顿生时受到国民的尊敬，死时像国王一样受到人们的瞻仰。

——伏尔泰剑桥大学牛顿塑像现实思考

中小学时代常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“不守纪律、心不在焉、想入非非”。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将“一事无成”，勒令他退了学。16岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理、数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙山。

牛顿于1668年得到硕士学位，1669年由巴罗推荐，任剑桥大学教授，接替巴罗担任了鲁卡斯讲座的第二代教授职务。这时，牛顿年仅27岁。1672年，牛顿被推选为英国皇家学会会员。就在这一年，他发表了第一篇论文。

讨论：“牛顿现象”在当今中国有可能出现吗？为什么？课堂练习直接引导牛顿对解析几何与微积分研究的是（）

A.巴罗的著作 B.笛卡儿的著作

C.伽利略的著作 D.惠更斯的著作牛顿在剑桥大学读书期间，取得的科研成就有（ ）

A.提出了“二项式定律”

B.制作了折射望远镜

C.预言地球不是正球体

D.提出光的本质是微粒的见解BA课堂练习牛顿反射望远镜的发明 （ ）

A.奠定了光谱学的基础

B.使人类对天体的观察进入了一个新阶段

C.进一步说明了物体颜色的形成原理

D.发现了万有引力定律B课堂练习17—18世纪，西方物理学界关于光的两大基本理论的提出者是（ ） ①牛顿②惠更斯③麦克斯韦④爱因斯坦A．①②B．③④C．①③D．②④

与奠定牛顿“光谱学”理论基础无关的是( )A.伽利略等人的实验成果实B.折射望远镜的制作C.反射望远镜的制作D.对物体颜色形成原理的研究AC课堂练习提出了光的本质是微粒的见解的科学家是（ ）

A B C DB课堂练习“地球不是正球体”的预言，最初出现于( )A.通过折射望远镜的观察

B.通过反射望远镜的观察

C.《关于光和色的新理论》论文中

D.万有引力定律中促使人类对天体观察进入新阶段的创造发明是( )A.牛顿制成折射望远镜

B.牛顿制成反射望远镜

C.牛顿发表《关于光和色的新理论》D.牛顿提出“万有引力”理论BB课堂练习

《自然哲学中的数学原理》一书涉及面很广,但不包括( ) A.万有引力的概念B.量子力学

C.潮夕现象 D.地球的形状B课堂练习最早的可以用于科学解释地球圆扁问题的学说是（ ）

A地球中心说 B日心说

C万有引力定律 D相对论下列科学研究方法中，可以真正称得上是近代科学研究方法的是（ ）

A观察法 B演算法

C实验法 D猜想法CC课堂练习有利于解释彗星轨道问题的理论是 （ ）

A.牛顿的万有引力定律

B.折射望远镜的制成

C.反射望远镜的制成

D.牛顿发表《关于光和色的新理论》A课堂练习对《自然哲学的数学原理》的评价正确的是（）

A．第一次提出了二项式定理

B．提出了物体运动的三大定律和万有引力定律

C．提出了光的本质是微粒

D．提出了行星按一定的轨道运行的理论近代经典力学理论是许多科学家理论智慧的结晶，但不包括（）

A．牛顿力学理论B．伽利略理论

C．开普勒理论D．爱因斯坦理论BD能使牛顿做出科学史上伟大发现的主要原因有()①严肃的科学态度 ②勤奋的探索精神③对伽利略、开普勒、爱因斯坦等人理论的继承与发展

A.①②B.①③C.②③D.①②③

牛顿的研究反复被后人归纳为（ ）

A．归纳——演绎法

B．逻辑推理法

C．实验与论证法

D．数学推理法AA课堂练习下列成就不属于牛顿的是（ ）A．奠定光谱学基础B．第一个充分使用实验方法的科学家C．发明世界上第一架反射望远镜D．提出光速不变原理

根据以下几个片段推断，此人是（ ） ①观察苹果落地

②确立了万有引力定律

③建立了完整的力学理论体系

A．爱因斯坦

B．爱迪生

C．牛顿

D．达尔文DC

“牛顿的发现，给人类带来从未有过的自信。曾经匍匐在上帝脚下的人类，终于大胆地抬起头来，开始用自己理性的眼光打量世界。”这主要说明牛顿的发现（ ）

A．推动了天文学的发展

B．使人类彻底摆脱了神学的影响

C