2019-2020学年高中历史 第六单元 杰出的科学家 第4课 近代科学之父牛顿讲义 新人教版选修4

1第4课近代科学之父牛顿[目标导航]1.了解早期科学发明与创造的概况，认识其对科学兴趣的来源及其不断取得科研成果的原因。2.了解牛顿发现万有引力定律的背景及万有引力定律的内容，分析万有引力定律的发现产生的社会影响。3.总结牛顿的科学成就，了解牛顿的科学研究精神及方法。一、早期科学发明与创造1．学习生涯(1)中学时代：开始进行科学研究与实验，学习成绩优异。(2)大学时代：开始接触到大量的自然科学著作，除了师从著名学者巴罗教授学习外，还自学笛卡儿等人的数学著作。提出了二项式定理以及微积分的初步算法。2．早期成就(1)光学成就①自制折射望远镜，对太阳光进行反射实验，证明日光，即白光是由七色光组成的。②进一步说明物体颜色的形成原理，奠定了光谱学的基础。③在《关于光和色的新理论》中提出光的本质是微粒的见解，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。(2)天文学成就：制成世界上第一架反射望远镜，考察行星运动，分析潮汐现象，预言地球不是正球体。思维点拨1．牛顿力学的创立，标志着人类科学时代的开始。2．牛顿喜欢做实验并记笔记，还对所学知识进行分类整理，使他积累了丰富的科学知识，为以后的科学研究打下扎实的知识功底，这值得我们借鉴。二、发现万有引力定律1．含义宇宙中一切物体之间，都存在着一种相互吸引的作用力，就是万有引力。2．提出1687年，在其著作《自然哲学的数学原理》一书中，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并把它应用到天文学中。3．意义这一定律后来成为天文学上的基础定律，极大地推动了人们对天体运动的研究。史论要旨2牛顿力学体系内容包括：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、勤奋的探索与科学的研究方法1．勤奋的探索精神从学生时代起，就养成了勤奋学习的习惯；在科学研究上，是一个专注的科学家和勤奋的探索者。2．科学的研究方法以实验作为得出科学概念的方法，这种方法被后人总结为“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。思维点拨牛顿力学成就除个人的辛勤努力之外，也是他在总结了前人大量研究成果的基础上提出的，正如牛顿所说的是“站在巨人的肩上”取得的。重点精讲宗教迷信思想是科学的大敌。牛顿晚年没有再取得重大成就，与其迷恋宗教和神秘思想密切相关。知识图示主题一牛顿的科学成就史料一3牛顿在进行光学实验①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。——蒲伯②从数学开始到牛顿时代为止，数学工作由牛顿完成了一大半。——莱布尼茨史料二上中学时牛顿就喜欢做实验并记笔记，他将日常生活中发生的许多现象记录下来，还对所学的知识进行分类整理。[史料解读](1)史料一中的图片说明牛顿通过光学实验发现了光的构成和光的“微粒说”。①肯定了牛顿在光学方面的贡献。②肯定了牛顿在数学方面的贡献。(2)史料二涉及牛顿的一些科学研究方法：做实验、记笔记、分类整理等。[问题思考](1)阅读史料一并结合所学知识解释，牛顿如何从光学实验和数学方面使“自然界和自然规律”变成光明的？(2)结合史料二，归纳牛顿能使黑暗变成光明的原因。答案(1)光学实验：自制折射望远镜，证明日光即白光由七色光组成，进一步说明了物体颜色的形成原理，奠定了光谱学的基础；提出光的本质是微粒的见解，统领西方物理学界两个世纪，与荷兰惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。数学方面：提出了数学上有名的二项式定理和微积分的初步算法。(2)原因：做实验、记笔记、积累知识、分类整理，将实验作为得出科学概念的主要途径；“归纳—演绎”法；忘我的勤奋探索精神。牛顿的科学成就(1)牛顿是英国物理学家、天文学家和数学家。(2)在天文学方面，他解释了潮汐现象，指出潮汐的大小与太阳的引力有关系；牛顿从理论上推测出地球不是正球体，而是两极稍扁、赤道略鼓的球体，并由此说明了岁差现象等。(3)在物理学上，牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作，建立了物体运动的三大定律和万有引力定律，并建立了经典力学的理论体系。(4)在数学上，牛顿提出了“牛顿二项式定理”，并和莱布尼茨几乎同时创立了微积分学。(5)在光学方面，牛顿发现白色日光由不同颜色的光构成，并制成“牛顿色盘”；关于光的本性，牛顿创立了光的“微粒说”。在牛顿的著作《自然哲学的数学原理》中，他用数学解释4了哥白尼的日心说和天体运动的现象。(6)牛顿力学体系的建立是近代科学形成的标志，是人类认识史上对自然规律的第一次概括和总结。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。[史料解读](1)史料一不同国家发行的纪念牛顿的邮票，反映了牛顿的科学成就和贡献，也说明了牛顿的世界性影响。(2)史料二爱因斯坦肯定了牛顿对其所处时代的贡献和对物理学的奠基作用。[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？答案(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)①万有引力定律及物体运动三定律。②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。③对光的研究奠定了光谱学的基础。④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，开启工业革命的大门。为近代科学的发展奠定了5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。1．1643年，牛顿出生在英国北部的一个名叫乌尔索普的小村庄，此时的英国社会()①处在资产阶级革命的风暴之中②资本主义已有了一定程度的发展③工业革命蓬勃兴起④已掌握了世界海上霸权A．①②B．③④C．①③D．②④答案A2．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都是牛顿的科学贡献，排除。3．凯恩斯1942年在英国皇家学会俱乐部发表演说，认为牛顿既是一个科学巨匠，也是一个醉心神学和炼金术的人。此评价说明()①牛顿为科学而奋斗的品质②牛顿不仅仅是一个科学家③牛顿信仰宗教④牛顿已从一个科学家转变为一个宗教狂A．①②③④B．①②③C．②③④D．①③④答案B解析由题干材料“牛顿既是一个科学巨匠，也是一个醉心神学和炼金术的人”可知选项内容应为包含于内的一个方面或是两个方面，不能是绝对化的一个方面。而④仅提及绝对化一个方面，是错误的，排除含有④的选项，故选B项。4．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Ⅰ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Ⅲ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Ⅳ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基本正确的，而不管相反的假设。……6——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。[基础达标]1．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7D．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。2．沃尔夫在1935年写道：“(它)公认是科学史上最伟大的著作……二百多年来，它一直是全部天文学和宇宙学思想的基础。”“它”所指的著作是()A．康德的《纯粹理性批判》B．牛顿的《自然哲学的数学原理》C．赫胥黎的《人类在自然界中的位置》D．达尔文的《物种起源》答案B解析牛顿的《自然哲学的数学原理》提出了物体运动的万有引力定律等，把地球上的物体运动和天体运动概括到同一个理论之中，因而能成为天文学和宇宙学思想的基础。3．斯塔夫里阿诺斯在《全球通史》中说：“在‘光荣革命’到来之前，一个伟大的人发现了解释自然现象的钥匙。”材料中的“钥匙”是指()A．伽利略开创了近代科学B．牛顿构建了经典力学体系C．达尔文创立了生物进化论D．普朗克提出了量子假说答案B解析“光荣革命”发生于1688年，1687年牛顿的《自然哲学的数学原理》出版，标志着经典力学体系创立，故B正确；伽利略成果在16～17世纪；达尔文的进化论问世于19世纪中叶；量子假说是20世纪初才由德国著名物理学家普朗克提出，故A、C、D与题目时间不符。4．19世纪，以牛顿力学为基础的经典物理学所以被看作是绝对权威的理论，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．人们认识的局限