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1、高中历史高中历史 人教版人教版 选修选修4 第六单元第六单元 第第4课课 近代科学之父牛顿近代科学之父牛顿 执教人：巢湖市烔炀中学执教人：巢湖市烔炀中学 李定军李定军自然界和自然规律自然界和自然规律隐藏在黑暗中，隐藏在黑暗中，英国诗人波普曾经这样写道：英国诗人波普曾经这样写道：上帝说：上帝说：让牛顿出生吧！让牛顿出生吧！于是，一切都成为光明。于是，一切都成为光明。第第 4 4 课课近代科学之父牛顿近代科学之父牛顿 1 1）了解牛顿的成长历程。）了解牛顿的成长历程。2 2）请按学科领域归纳牛顿一生中的主要科学成就。）请按学科领域归纳牛顿一生中的主要科学成就。并举例说明牛顿的科学成就有何作用。并举
2、例说明牛顿的科学成就有何作用。3 3）牛顿为什么能够成为）牛顿为什么能够成为“近代科学之父近代科学之父”？4 4）为什么将牛顿称为）为什么将牛顿称为“近代科学之父近代科学之父”？一、早期科学发明和创造：一、早期科学发明和创造：4、大学时代：、大学时代：四轮车、日晷仪、风车四轮车、日晷仪、风车除发明创造外，开始进行科学研究与实验。除发明创造外，开始进行科学研究与实验。1、出生：、出生：1642年，英国北部小村庄乌尔索普年，英国北部小村庄乌尔索普2、童年时代：、童年时代：爱思考，善于观察生活，能根据人们的需要爱思考，善于观察生活，能根据人们的需要进行一些发明与创造。进行一些发明与创造。3、中学时代
3、：、中学时代：师从巴罗教授，并自学笛卡尔的数学著作。师从巴罗教授，并自学笛卡尔的数学著作。进入剑桥大学，开始接触大量科学著作。进入剑桥大学，开始接触大量科学著作。（牛顿的成长历程）（牛顿的成长历程）牛顿的母校牛顿的母校英国剑桥大学英国剑桥大学 牛顿数学桥牛顿数学桥是剑桥大学城里的是剑桥大学城里的一大景观，全桥由一大景观，全桥由7177根大小不一根大小不一的木头衔接而成，有的木头衔接而成，有10299个接口，个接口，如果以一个接口用一枚铁钉来计算，如果以一个接口用一枚铁钉来计算，那么至少需要那么至少需要 10299枚铁钉。枚铁钉。但牛但牛顿把所有铁钉都倒进了河里，整座顿把所有铁钉都倒进了河里，整
4、座桥没用一枚铁钉，这就是数学的奇桥没用一枚铁钉，这就是数学的奇妙。妙。多少年来，剑桥数学系的高才多少年来，剑桥数学系的高才生们都梦想破解数学桥的奥秘，换生们都梦想破解数学桥的奥秘，换句话说就是想在纸头上造一座跟数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。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有少数几人把铁钉数量减少 到千枚到千枚数之内。有个冰岛人，他创造了有数之内。有个冰岛人，他创造了有史以来的最好成绩，把铁钉数减少史以来的最好成绩，把铁
5、钉数减少到到561枚。枚。牛顿的老师巴罗牛顿的老师巴罗(1630(1630 1677),1677),曾任剑桥大学第一任曾任剑桥大学第一任“卢卡斯教授卢卡斯教授”,三一学院院长和三一学院院长和剑桥大学副校长剑桥大学副校长 ，是当时顶尖的，是当时顶尖的数学家和科学家，剑桥大学的首数学家和科学家，剑桥大学的首席教授席位就是专门为他设立的，席教授席位就是专门为他设立的，但但他在他在3939岁时就主动退休了岁时就主动退休了，因因为为他要将席位让给当时只有他要将席位让给当时只有2828岁岁的牛顿，以给牛顿更大的发展空的牛顿，以给牛顿更大的发展空间。间。牛顿果然没有辜负恩师的厚牛顿果然没有辜负恩师的厚望，大
6、放异彩，成果累累，在谈望，大放异彩，成果累累，在谈到自己成功的原因时，到自己成功的原因时，他非常感他非常感激地表示，激地表示，因为因为自己站在巨人的自己站在巨人的肩膀上。肩膀上。二、探究：在科学领域，牛顿有哪些科学成就？二、探究：在科学领域，牛顿有哪些科学成就？数学领域数学领域：光学领域：光学领域：天文学领域：天文学领域：物理学领域：物理学领域：1 1、数学：、数学：提出了二项式定理以及微积分的初步算法；提出了二项式定理以及微积分的初步算法；2 2、光学：、光学：自制了折射望远镜，对太阳光进行了反射实验，证明日自制了折射望远镜，对太阳光进行了反射实验，证明日光即由光即由七色光七色光组成，还进一
7、步说明物体颜色的形成原理。组成，还进一步说明物体颜色的形成原理。奠定了光谱学的基础奠定了光谱学的基础；16721672年年关于光和色的新理论关于光和色的新理论提出光的本质是微粒学提出光的本质是微粒学说，与惠更斯的说，与惠更斯的“波动说波动说”构成了关于光的两大基本理论。构成了关于光的两大基本理论。3 3、天文学：、天文学：制成世界上制成世界上第一架反射望远镜第一架反射望远镜，考察行星运动，分析潮，考察行星运动，分析潮汐现象，预言地球不是正球体。汐现象，预言地球不是正球体。发现万有引力定律，推动人们对天体运动研究。发现万有引力定律，推动人们对天体运动研究。4 4、物理学：、物理学：自然哲学中的数
8、学原理自然哲学中的数学原理提出三大运动基本定律和万有提出三大运动基本定律和万有引力，引力，标志标志牛顿力学体系建立牛顿力学体系建立即经典力学体系建立。即经典力学体系建立。二、探究：在科学领域，牛顿有哪些科学成就？二、探究：在科学领域，牛顿有哪些科学成就？牛顿的主要科学成就牛顿的主要科学成就 成就成就领域领域数学数学天文学天文学物物理理学学光光学学力力学学提出二项式定理和微积分的新计算方法提出二项式定理和微积分的新计算方法1 1）制作折射望远镜，对太阳光进行反射实验，证明日光）制作折射望远镜，对太阳光进行反射实验，证明日光由七色光组成，说明物体颜色的形成原理；由七色光组成，说明物体颜色的形成原理
9、；2 2）在）在关于光和色的新理论关于光和色的新理论中提出了光的中提出了光的 “微粒说微粒说”。1 1）创立了物体运动三定律和）创立了物体运动三定律和万有引力定律万有引力定律；2 2）自然哲学中的数学原理自然哲学中的数学原理标志着经典力学理论体系标志着经典力学理论体系的建立。的建立。制作了世界上第一架反射望远镜考察行星运动，解释了制作了世界上第一架反射望远镜考察行星运动，解释了潮汐现象、地球的圆扁形状等问题。潮汐现象、地球的圆扁形状等问题。填一填填一填 “巨人肩上的思索巨人肩上的思索”牛顿牛顿曾谦逊地说：曾谦逊地说：“如果如果我比别人看得远些，那是我比别人看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。
10、因为我站在巨人们的肩上。”牛顿在总结前人和自己的大量研究成果的基础上，牛顿在总结前人和自己的大量研究成果的基础上，经过反复思考与实验后得出结论：经过反复思考与实验后得出结论：宇宙间一切物体宇宙间一切物体之间，都存在着一种相互吸引的作用，这种作用力，之间，都存在着一种相互吸引的作用，这种作用力，就是万有引力。就是万有引力。哥白尼、开普勒、伽利略等哥白尼、开普勒、伽利略等哪些巨人？哪些巨人？万有引力万有引力定律定律后来成为天文学上的基础定律，后来成为天文学上的基础定律，推动了人们对天体运动的研究。推动了人们对天体运动的研究。海王星海王星和和冥王星冥王星的发现的发现三三、发现万有引力定律，创建经典力
11、学发现万有引力定律，创建经典力学1）发现万有定律）发现万有定律1、主张：主张：2、作用：、作用：3、实践：实践：三三、发现万有引力定律，创建经典力学发现万有引力定律，创建经典力学1687年年自然哲学中的数学原理自然哲学中的数学原理出版出版确定了解决万有引力问题的物体运动三大定确定了解决万有引力问题的物体运动三大定律，阐明律，阐明万有引力万有引力的概念并把它应用到天文学中。他在书的概念并把它应用到天文学中。他在书中还解释了潮汐现象、地球的圆扁形状等问题。中还解释了潮汐现象、地球的圆扁形状等问题。经典力学理论在以后的二百多年间，居于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
12、物理学的统治地位，直到爱因斯坦相对论相对论和和量子力学量子力学的建的建立才打破了这种绝对权威。立才打破了这种绝对权威。这本书用这本书用数学表达式数学表达式，把伽利略和开普勒等，把伽利略和开普勒等人提出的零散的理论加以人提出的零散的理论加以科学整理科学整理，从而构成完整力学理，从而构成完整力学理论体系。牛顿力学体系建立论体系。牛顿力学体系建立标志标志经典力学体系建立。经典力学体系建立。1、标志：、标志：2、内容：、内容：3、意义：、意义：4、地位：、地位：2）创立牛顿力学）创立牛顿力学思考：思考：牛顿牛顿力学体系的力学体系的历史意义历史意义：必修三必修三P131P131牛顿的运动三定律构成了近代
13、力学体系的基础，牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。成为整个近代物理学的重要支柱。牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。次理论大综合。使使力学力学 和和天文学天文学 在理论上达到完备的程度，并在理论上达到完备的程度，并得到应用和验证。得到应用和验证。(根据根据 万有引力万有引力 定律准确算出了定律准确算出了 地球地球 的平均密度的平均密度和扁平率；解释和扁平率；解释潮汐潮汐的成因；发现的成因；发现海王星海王星等；
14、等；)使科学摆脱神学束缚使科学摆脱神学束缚，19世纪进入全面繁荣时期，世纪进入全面繁荣时期，各自然科学理论体系纷纷建立，各自然科学理论体系纷纷建立，成为近代科学形成的成为近代科学形成的标志。标志。爱因斯坦爱因斯坦说：说：“在人类在人类历史上，能够结合物理实历史上，能够结合物理实验、数学理论、机械发明验、数学理论、机械发明成为科学艺术的人，只有成为科学艺术的人，只有一位，那就是一位，那就是牛顿牛顿。”剑桥大学校园剑桥大学校园探究：探究：在在牛顿牛顿身上我们能学到科学家的身上我们能学到科学家的哪些哪些优秀品质优秀品质？材料一材料一：牛顿说牛顿说 “我之所以能比别人看得远些，是因为我之所以能比别人看
15、得远些，是因为我站在巨人们的肩上。我站在巨人们的肩上。”材料二材料二：作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不扣纽扣，就走进了大学领带不结，袜带不系好，马裤也不扣纽扣，就走进了大学餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。牛顿也因此终生未娶。姑娘大叫，
16、离他而去。牛顿也因此终生未娶。材料三材料三：在他生活的时代，英国皇家社会还在倡导以观察在他生活的时代，英国皇家社会还在倡导以观察来验证科学概念的方法，而牛顿则将实验作为得出科学概来验证科学概念的方法，而牛顿则将实验作为得出科学概念的主要途径，这是牛顿第一次使用这种方法的人念的主要途径，这是牛顿第一次使用这种方法的人四、牛顿获得巨大成就的原因？四、牛顿获得巨大成就的原因？1 1牛顿自身的因素（牛顿自身的因素（优秀品质优秀品质）：(1)(1)具有虚怀若谷、谦虚好学的精神；具有虚怀若谷、谦虚好学的精神；(2)(2)勇于探索、勇于创新的精神；勇于探索、勇于创新的精神；(3)(3)正确科学的研究方法：正
17、确科学的研究方法：归纳归纳演绎法演绎法；(4)(4)严谨的科学态度严谨的科学态度;(5)(5)甘于寂寞，献身科学的精神等甘于寂寞，献身科学的精神等；2 2、有利的社会环境：、有利的社会环境：政治政治：英国资产阶级革命的洗礼；：英国资产阶级革命的洗礼；社会社会经济经济的发展对基础理论研究提出迫切的要求；的发展对基础理论研究提出迫切的要求；文艺复兴、文艺复兴、启蒙运动等启蒙运动等思想思想解放运动的推动；解放运动的推动；前人前人的研究成果；的研究成果；P128：牛顿是英国物理家、数学家和天文学家，牛顿是英国物理家、数学家和天文学家，是经典力学理论的建立者。他在是经典力学理论的建立者。他在物理学、数学
18、、光物理学、数学、光学和天文学研究方面学和天文学研究方面做出划时代发明和发现，是做出划时代发明和发现，是1717世纪科学革命中所涌现出来最伟大的科学家，也是世纪科学革命中所涌现出来最伟大的科学家，也是人类历史上最伟大的科学家之一。人类历史上最伟大的科学家之一。被称为被称为“近代科学之父近代科学之父”。结合教材，谈谈你是结合教材，谈谈你是怎样评价怎样评价牛顿的？牛顿的？17271727年年3 3月月2020日，牛顿去世，终年日，牛顿去世，终年8585岁岁以以国葬礼国葬礼葬于伦敦威斯敏斯特教堂葬于伦敦威斯敏斯特教堂成长历程成长历程：童年、中学、大学童年、中学、大学科学成就科学成就成功原因成功原因近
19、近代代科科学学之之父父牛牛顿顿优秀的品质优秀的品质科学的研究方法科学的研究方法客观因素客观因素数学数学物理学物理学天文学天文学主观因素主观因素课堂小结课堂小结1 1、牛顿提出的物体机械运动定律不包括：、牛顿提出的物体机械运动定律不包括：A A、万有引力定律、万有引力定律 B B、惯性定律、惯性定律 C C、加速度定律、加速度定律 D D、作用与反作用定律、作用与反作用定律2 2、1717世纪牛顿力学体系产生原因有：世纪牛顿力学体系产生原因有：生产的迅速发展对基础理论提出了迫切要求生产的迅速发展对基础理论提出了迫切要求伽俐略等人的研究已有坚实的基础伽俐略等人的研究已有坚实的基础牛顿个人的伟大天才
20、和所做出的巨大努力牛顿个人的伟大天才和所做出的巨大努力同时代众多著名科学家协同一致的通力合作同时代众多著名科学家协同一致的通力合作 A A、B B、C C、D D、AC课堂练习：课堂练习：3 3、实现了物理学史上第一次飞跃的是：、实现了物理学史上第一次飞跃的是：A A、电磁学理论的建立、电磁学理论的建立B B、进化论的出现、进化论的出现C C、牛顿力学的建立、牛顿力学的建立D D、日心说的提出、日心说的提出4 4、下列关于牛顿的评述不正确的是：、下列关于牛顿的评述不正确的是：A A、牛顿被誉为、牛顿被誉为“近代科学开创者近代科学开创者”B B、牛顿的三大成就是万有引力定律、微积分学和、牛顿的三
21、大成就是万有引力定律、微积分学和对光的分析对光的分析 C C、牛顿的力学是经典物理学和天文学的基础，也、牛顿的力学是经典物理学和天文学的基础，也是现代工程力学和技术的理论基础是现代工程力学和技术的理论基础D D、牛顿的热学和力学引发了以英国工业革命为起、牛顿的热学和力学引发了以英国工业革命为起点的第二次技术革命点的第二次技术革命CD5 5、近代科学体系形成的标志是：、近代科学体系形成的标志是：A A、牛顿的力学体系、牛顿的力学体系 B B、微积分的发明、微积分的发明 C C、伽俐略开创了近代试验科学、伽俐略开创了近代试验科学 D D、开普勒发现了三大定律、开普勒发现了三大定律6、17世纪对人类解释与预见物理学现象具有决定世纪对人类解释与预见物理学现象具有决定性意义理论的是：性意义理论的是：A、微积分、微积分 B、代数二项式定理、代数二项式定理 C、牛顿力学体系、牛顿力学体系 D、发现了万有引力、发现了万有引力AC谢谢！谢谢！