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1、 1616世世纪纪，伽伽利利略略首首先先对对动动力力学学进进行行了了系系统统研研究究。他他首首创创科科学学实实验验方方法法，探探索索力力和和运运动动的的普普遍遍规规律律，发发展展了了足足以以描描述述质质点点加加速运动的数学理论。速运动的数学理论。后后来来，牛牛顿顿总总结结、阐阐明明和和推推广广了了伽伽利利略略的的动动力力学学原原理理，在在前前人人研研究究成成果果的的基基础础上上建建立立了了著著名名的的牛牛顿顿运运动动定定律律。16871687年年，他他在在他他的的名名著著自自然然哲哲学学的的数数学学原原理理中中，总总结结了了当当时时所所了了解解到到的力学规律，奠定了经典力学理论体系的基础。的力
2、学规律，奠定了经典力学理论体系的基础。牛牛顿顿之之后后，历历经经半半个个多多世世纪纪的的争争论论，人人们们建建立立了了三三大大守守恒恒定定律律。后后又又经经高高斯斯、拉拉普普拉拉斯斯、拉拉格格朗朗日日、哈哈密密顿顿等等人人几几十十年年的的努努力力，创创建建了了分分析析力力学学，对对力力学学的的研研究究提提供供了了一一种种崭崭新新的的方方法法。它它不不仅仅使使经经典典力力学学上上升升到到一一个个更更新新的的高高度度，而而且且对对后后来来物物理理学学的发展起到了举足轻重的作用。的发展起到了举足轻重的作用。一.运动定律的建立运动定律的建立(一一)伽利略的运动理论伽利略的运动理论 经经典典力力学学是是
3、在在众众多多科科学学家家取取得得的的成成果果基基础础上上，由由牛牛顿顿集集大大成成而而建建立立的的。它它首首先先从从推推翻翻托托勒勒玫玫的的地地心心说说和和批批判判亚亚里里士士多多德德的的一些错误力学观点上拉开序幕的。一些错误力学观点上拉开序幕的。1515、1616世世纪纪，由由于于地地理理大大发发现现，促促进进航航海海事事业业急急速速发发展展。航航海海需需要要精精确确测测定定船船位位，这这又又推推动动了了天天文文学学的的发发展展。随随着着天天文文观观察察资资料料的的积积累累，人人们们提提出出了了托托勒勒玫玫体体系系无无法法回回答答的的新新问问题题。波波兰兰的的天天文文学学家家哥哥白白尼尼对对
4、天天象象进进行行了了长长期期的的观观测测，发发现现了了一一些些问问题题，打打算算修修订订天天文文学学。为为了了修修订订天天文文学学，他他读读了了大大量量古古希希腊腊的的哲哲学学著著作作，希希望望从从中中了了解解古古代代人人们们研研究究天天体体运运动动的的各各种种各各样样的的观观点点，在在古古人人朴朴素素的的日日心心地地动动观观点点启启发发下下，他他开开始始考考虑虑地地球球的的运运动动问问题题，终终于于写写出出了了划划时时代代的的科科学学巨巨著著天天体体运运行行论论。在在天体运行论天体运行论一书中，哥白尼提出了日心说。一书中，哥白尼提出了日心说。哥白尼（公元14731543年）出生在波兰托伦城的
5、一个商人家里。他十岁的父亲就去世了。后来靠学识渊博的舅父抚养大。受舅父的影响，他从小酷爱自然科学知识。1491年他进克拉科夫大学和意大利的大学学习。1503年回到波兰。他在工作之余，倾心于天文学的观察、计算和研究，三十年如一日，终于完成了科学巨著天体运行论。哥哥白白尼尼的的日日心心说说彻彻底底动动摇摇了了中中世世纪纪宗宗教教世世界界观观的的基基础础，把把科科学学从从神神学学和和经经院院哲哲学学中中解解放放了了出出来来，导导致致了自然科学的变革。了自然科学的变革。伽利略的运动理论是经典力学的开创性工作。伽利略的运动理论是经典力学的开创性工作。1 1运动的描述和分类运动的描述和分类2 2 定义了匀
6、速运动；定义了匀速运动；3 3 给出了匀加速运动的定义给出了匀加速运动的定义 伽伽利利略略（公公元元1564156416421642年年）是是意意大大利利天天文文学学家家、哲哲学学家家、数数学学家家和和物物理理学学家家。1717岁岁时时，他他进进入入比比萨萨大大学学学学医医，同同时时钻钻研研数数学学和和物物理理学学。伽伽利利略略在在2525岁岁时时被被比比萨萨大大学学聘聘为为数数学学教教授授。两两年年后后，伽伽利利略略因因为为著著名名的的比比萨萨斜斜塔塔实实验验，触触怒怒了了教教会会，失失去去这这份份工工作作。伽伽利利略略离离开开比比萨萨大大学学后后，于于15921592年年去去威威尼尼斯斯的
7、的帕帕多多瓦瓦大大学学任任教教，一一直直到到16101610年年。16161616年年开开始始，伽伽利利略略开开始始受受到到罗罗马马宗宗教教裁裁判判所所长长达达二二十十多多年年的的残残酷酷迫迫害。害。16421642年年1 1月月8 8日，凌晨日，凌晨4 4时离开了人世，享年时离开了人世，享年7878岁。岁。亚亚里里士士多多德德的的 重重物物比比轻轻物物下下落落得得快快，力力是是维维持持物物体体运运动动的的原原因因 等等观观点点，一一直直被被人人们们深深信信不不疑疑。一一直直到到15861586年年比比利利时时的的力力学学家家西西蒙蒙斯斯台台文文在在他他的的著著作作中中对对这这些些结结论论提提
8、出出了了异异议议。后后来来伽伽利利略略也也研研究究落落体体问问题题，他他首首先先从从逻逻辑辑推推理理上上批批驳驳了了亚亚里里士士多多德德的的观观点点。伽伽利利略略又又通通过过著著名名的的斜斜面面实实验验，得得出出了了物物体体在在真真空空中中做做自自由由落落体体运运动动时时，下下落落的的快快慢慢都都一一样样。在在这这个个实实验验中中，伽伽利略提出了加速度的概念。利略提出了加速度的概念。2 2 自由落体定律自由落体定律 在在比比萨萨大大学学任任教教时时期期，伽伽利利略略就就已已经经开开始始研研究究自自由由落落体体问问题题。16041604年年，在在致致萨萨皮皮（F.F.P.P.SarpiSarpi
9、）的的信信中中，他他明明确确地地得得到到了了在在相相等等的的时时间间间间隔隔内内物物体体下下落落的的距距离离呈呈从从1 1开开始始的的奇奇数数序序列列的的规规律律。直直到到16381638年年，他他才才在在两两门门新新科科学学中中系系统统地地论论述述了了这这一一研研究究结果。结果。ABE匀加速运动图示匀加速运动图示 伽伽利利略略用用图图解解法法求求去去了了从从静静止止开开始始的的匀匀加加速速运运动动的的距距离离和和时时间的关系。间的关系。伽伽利利略略是是日日心心论论者者，为为了了解解释释为为什什么么人人在在地地球球上上住住，却却感感觉觉不不到到地地球球在在动动的的问问题题，他他提提出出了了力力
10、学学相相对对性性原原理理。即即在在惯惯性性系系中中做做任任何何力力学学实实验验都都无无法法测测定定惯惯性性系系运运动动的的速速度度。伽伽利利略略的的这这些工作为经典力学的形成打下了基础。些工作为经典力学的形成打下了基础。伽伽利利略略设设计计了了将将两两个个光光滑滑斜斜面面对对接接起起来来的的理理想想实实验验，推推理理出出物体运动并不需要外力维持的结论。物体运动并不需要外力维持的结论。3 3 惯性原理惯性原理5 5 相对性原理相对性原理4 4 抛体运动轨迹抛体运动轨迹 伽伽利利略略在在两两门门新新科科学学中中详详细细研研究究了了抛抛射射体体的的运运动动，他他指指出出：假假设设物物体体以以某某一一
11、水水平平速速度度抛抛出出，这这时时物物体体将将同同时时参参与与一一个个匀匀速速的的水水平平运运动动和和一一个个匀匀加加速速的的下下落落运运动动。他他假假定定这这两两个个运运动动既既不不彼彼此此影影响响、干干扰扰，也也不不互互相相妨妨碍碍。这这就就是是运运动动的的独独立立进进行行原理。原理。伽伽利利略略对对物物理理规规律律的的论论证证过过程程是是：一一般般观观察察-假假说说-数数学学分分析析、推推论论-实实验验验验证证，这这种种论论证证思思想想方方法法为为后后人人揭揭开开物物理理学学的的各种规律提供了范例。各种规律提供了范例。6 伽利略的研究方法伽利略的研究方法（二）（二）关于碰撞的研究关于碰撞
12、的研究1 1 笛卡儿的运动理论笛卡儿的运动理论近近代代科科学学的的始始祖祖笛笛卡卡儿儿（DescartesDescartes）,生生于于法法国国土土伦伦省省，西西方方近近代代资资产产阶阶级级哲哲学学奠奠基基人人之之一一。他他的的哲哲学学与与数数学学思思想想对对历历史史的的影影响响是是深深远远的的。人人们们在在他他的的墓墓碑碑上上刻刻下下了了这这样样一一句句话话：“笛笛卡卡儿儿，欧欧洲洲文文艺艺复复兴以来，第一个为人类争取并保证理性权利的人。兴以来，第一个为人类争取并保证理性权利的人。”笛笛卡卡儿儿认认为为宇宇宙宙中中无无论论天天上上还还是是地地上上，到到处处充充满满着着的的物物质质和和运运动动
13、，他他将将运运动动定定义义为为位位移移运运动动（即即力力学学运运动动）。他他把把运运动动的的终终极极原原因因归归因于上帝，得到了因于上帝，得到了运动量运动量守恒的结论。守恒的结论。笛卡儿认为物体之间的相互作用只能通过挤压和碰撞发生，笛卡儿认为物体之间的相互作用只能通过挤压和碰撞发生，所以关于碰撞的研究在他的物理学中占有重要的单位。所以关于碰撞的研究在他的物理学中占有重要的单位。笛笛卡卡儿儿具具体体总总结结了了七七条条碰碰撞撞规规律律，但但由由于于他他不不了了解解动动量量的的矢矢量量性性，也也未未能能区区分分开开完完全全弹弹性性碰碰撞撞和和完完全全非非弹弹性性碰碰撞撞，所所以以其其中的五条都是错
14、误的。中的五条都是错误的。2 2 惠更斯的碰撞理论惠更斯的碰撞理论 惠惠惠惠 更更更更 斯斯斯斯 (Christian(Christian(Christian(Christian HaygenHaygenHaygenHaygen，1629-16951629-1695)：荷荷荷荷兰兰兰兰物物物物理理理理学学学学家家家家、数数数数学学学学家家家家、天天天天文文文文学学学学家家家家。1629162916291629年年年年出出出出生生生生于于于于海海海海牙牙牙牙。1655165516551655年年年年获获获获得得得得法法法法学学学学博博博博士士士士学学学学位位位位。1663166316631663
15、年年年年成成成成为为为为伦伦伦伦敦敦敦敦皇皇皇皇家家家家学学学学会会会会的的的的第第第第一一一一位位位位外外外外国国国国会会会会员员员员。惠惠惠惠更更更更斯斯斯斯是是是是与与与与牛牛牛牛顿顿顿顿同同同同一一一一时时时时代代代代的的的的科科科科学学学学家家家家，是是是是历历历历史史史史上上上上最最最最著著著著名名名名的的的的物物物物理理理理学学学学家家家家之之之之一一一一，他他他他对对对对力力力力学学学学的的的的发发发发展展展展和和和和光光光光学学学学的的的的研研研研究究究究都都都都有有有有杰杰杰杰出出出出的的的的贡贡贡贡献献献献，在在在在数数数数学学学学和和和和天天天天文文文文学学学学方方方方
16、面面面面也也也也有有有有卓卓卓卓越越越越的的的的成成成成就就就就，是是是是近近近近代代代代自自自自然然然然科科科科学学学学的的的的一一一一位位位位重重重重要开拓者。要开拓者。要开拓者。要开拓者。惠惠更更斯斯对对完完全全弹弹性性碰碰撞撞作作了了相相当当详详尽尽的的研研究究，提提出出了了自自己己的碰撞理论。他的理论是以下述三个假设（公理）作为基础的：的碰撞理论。他的理论是以下述三个假设（公理）作为基础的：（1 1）“运运动动起起来来的的物物体体，在在未未受受到到阻阻碍碍作作用用时时，将将以以不不变变的的速度沿直线继续运动速度沿直线继续运动”。（2 2）“两两个个具具有有相相同同质质量量的的物物体体
17、，以以相相同同的的速速度度相相向向作作对对心心碰撞后，两者都以相同的速度向相反方向运动。碰撞后，两者都以相同的速度向相反方向运动。”（3 3）“物物体体的的运运动动以以及及它它们们的的速速度度，必必须须看看作作是是相相对对于于另另一一些些我我们们以以为为是是静静止止的的物物体体而而言言的的，而而不不必必考考虑虑这这些些物物体体是是否否还还参参与与另另外外的的共共同同运运动动。因因此此，当当两两个个物物体体相相碰碰撞撞时时，即即使使它它们们同同时时参参与与另另一一匀匀速速运运动动，在在也也具具有有这这个个共共同同运运动动的的观观察察者者看看来来，两个物体的相互作用就好象不存在这个共同运动一样。两
18、个物体的相互作用就好象不存在这个共同运动一样。”根根据据这这些些假假设设，惠惠更更斯斯作作出出断断言言：两两个个质质量量相相同同并并以以相相同同的的速速度度相相向向运运动动的的物物体体，在在发发生生刚刚性性的的对对心心碰碰撞撞之之后后，都都保保留留碰碰撞前的速度而相互弹开。撞前的速度而相互弹开。这个结论被实验所证实了。这个结论被实验所证实了。惠惠更更斯斯进进一一步步研研究究了了两两个个质质量量相相同同的的物物体体以以不不同同的的速速度度发发生生对对心心碰碰撞撞的的情情形形。这这里里，他他独独具具匠匠心心地地运运用用了了相相对对性性原原理理：想想象象一一个个人人在在以以速速度度U U作作匀匀速速
19、运运动动的的船船上上，用用吊吊起起的的两两个个相相同同的的钢钢球球作作碰碰撞撞实实验验。对对船船而而言言，两两球球以以同同样样的的速速度度V V相相接接近近而而碰碰撞撞。根根据据假假设设（3 3），船船上上的的人人所所看看到到的的就就是是上上面面所所说说的的那那种种最最简简单单的的碰碰撞撞，在在碰碰撞撞后后（对对船船而而言言）两两球球将将保保持持碰碰撞撞前前的的速速度度而而被被弹开。弹开。对对于于站站在在岸岸上上的的人人来来说说这这两两个个球球是是以以不不同同的的速速度度（V V+U U）和和（V V-U U）相相向向碰碰撞撞的的，碰碰撞撞后后两两球球的的速速度度分分别别变变为为（V V-U
20、U）和和（V V+U U）。于于是是就就可可以以得得出出结结论论：两两个个相相同同的的球球以以不不同同的的速速度度发发生生对对心心碰碰撞撞后后，将将彼彼此此交交换换速速度度。惠惠更更斯斯还还指指出出，这这种种情情形形的的一一个个特特例例是是：一一个个静静止止的的球球同同一一个个质质量量相相同同的的运运动动着着的的球球碰碰撞撞后后，后后者者立立即即停停止止，而而原原来来静静止止的的球球则则获获得得这这一一个个速速度前进。度前进。更更一一般般的的情情形形是是两两个个质质量量不不同同、运运动动速速度度也也不不同同的的刚刚性性球球的的对对心心碰碰撞撞。惠惠更更斯斯从从一一个个特特例例，即即两两球球的的
21、速速度度V V1 1，V V2 2和和它它们们的的质质量量M M1 1，M M2 2成成反反比比的的情情况况入入手手，再再次次采采用用假假设设（3 3），得得出出了了最最一一般情况下碰撞后的速度。般情况下碰撞后的速度。特特别别值值得得指指出出的的是是，惠惠更更斯斯在在碰碰撞撞过过程程的的研研究究中中得得出出了了许许多多重重要要的的机机械械运运动动原原理理。他他认认为为：“两两个个物物体体所所具具有有的的运运动动量量在在碰碰撞撞中中都都可可以以增增多多或或减减少少，但但是是它它们们的的量量值值在在同同一一个个方方向向的的总总和和却却保保持持不不变变，如如果果减减去去反反方方向向的的运运动动量量的
22、的话话。”他他还还指指出出：“两两个个，三三个个或或任任意意多多个个物物体体的的共共同同重重心心，在在碰碰撞撞前前后后总总是是朝朝着着同同一一方方向向作作匀匀速速直直线线运运动动。”这这是是很很完完善善的的动动量量守守恒恒律律的的表表述述。惠惠更更斯斯既既看看到到了了动动量量数数值值的的变变化化，又又强强调调了了方方向向的的问问题题，实实际际上上是是把把矢矢量量概概念念引引进进了了物物理理学学，从从而而为为牛牛顿顿运运动动定定律律的的提提出出和和矢矢量量力力学学的的建建立立作作了了概概念念的的准准备备，这这是是物物理理学学思思想想的的一一个个重重大大进进步步。在在另另一一个个定定理理中中，惠惠
23、更更斯斯认认为为：“在在两两个个物物体体的的碰碰撞撞中中，它它们们的的质质量量和和速速度度平平方方乘乘积积的的总总和和，在在碰碰撞撞前前后后保保持持不不变变。”这这就就是是完完全全弹弹性性碰碰撞撞中中机机械械能能守守恒恒定定律律的的具具体体表表现现，后后来来在在一个长时期内被称为一个长时期内被称为“活力守恒活力守恒”。碰碰撞撞问问题题的的研研究究和和动动量量守守恒恒原原理理的的发发现现，为为建建立立作作用用和和反反作作用用准准备备了了一一定定的的条条件件，从从而而完完成成了了伽伽利利略略以以来来为为建建立立力力学学体体系而作的奠基性工作。系而作的奠基性工作。惠惠更更斯斯的的关关于于论论碰碰撞撞
24、作作用用下下物物体体的的运运动动的的论论文文在在当当时时没没有公开发表，在他有公开发表，在他17031703年逝世后遗稿才被人发现。年逝世后遗稿才被人发现。（三）牛顿的总结（三）牛顿的总结 力力学学发发展展的的新新阶阶段段是是从从牛牛顿顿开开始始的的，牛牛顿顿系系统统地地总总结结了了伽伽利利略略、惠惠更更斯斯和和开开普普勒勒等等人人的的工工作作，得得出出了了牛牛顿顿运运动动三三定定律律和和万万有有引引力力定定律律。牛牛顿顿在在16871687年年出出版版的的自自然然哲哲学学数数学学原原理理这这部部经经典典著著作作中中，从从力力学学的的基基本本概概念念和和基基本本定定律律出出发发，利利用用他他所
25、所发发明明的的微微积积分分这这一一数数学学工工具具，把把天天体体力力学学和和地地面面上上的的力力学学统一起来，创立了现代的经典力学。统一起来，创立了现代的经典力学。牛牛顿顿（公公元元1642164217271727年年）是是英英国国数数学学家家、天天文文学学家家和和物物理理学学家家。16611661年年牛牛顿顿考考进进剑剑桥桥大大学学三三一一学学院院。三三一一学学院院教教牛牛顿顿的的伊伊萨萨克克巴巴罗罗逐逐渐渐发发现现了了牛牛顿顿的的才才能能，收收牛牛顿顿当当他他的的助助手手。牛牛顿顿从从伊伊萨萨克克巴巴罗罗那那里里学学到到了了不不少少地地理理、物物理理、天天文文和和各各种种数数学学知知识识。
26、1665166516671667年年瘟瘟疫疫席席卷卷英英国国，剑剑桥桥大大学学被被迫迫停停学学。牛牛顿顿回回到到了了故故乡乡沃沃尔尔斯斯索索普普村村。在在这这段段时时间间内内，他他创创建建了了微微积积分分，并并且且开开始始考考虑虑万万有有引引力力问问题题。16671667年年重重返返剑剑桥桥大大学学。同同年年，他他的的老老师师巴巴罗罗为为了了让让他他的的学学生生晋晋升升，辞辞去去了了职职务务，不不久久牛牛顿顿当当上上了了卢卢卡卡斯斯讲讲座座教教授授。17031703年年他他被被选为皇家学会会长，他连选连任，直到去世。选为皇家学会会长，他连选连任，直到去世。1.运动第一定律运动第一定律(惯性定律
27、惯性定律);2.运动第二定律；运动第二定律；3.运动第三定律。运动第三定律。二二 万有引力定律的发现万有引力定律的发现（一）（一）第谷的贡献第谷的贡献 丹丹麦麦科科学学家家第第谷谷(TychoTycho Brahe)(1546-1601)Brahe)(1546-1601)观观察察天天体体的的运运动动，特特别别是是行行星星的的运运动动；记记录录了了大大量量的的数数据据。第第谷谷是是一一个个工工作作十十分分认认真真的的人人，因因此此他他观观察察记记录录的的数数据据十十分分精精确确。第第谷谷原原打打算算用用这这些些数数据据重重新新修修订订星星表表，但但一一直直到到死死都都未未能能如如愿愿。他他临临死
28、死之之前，把这些资料交给了他的助手和合作者开普勒。前，把这些资料交给了他的助手和合作者开普勒。万有引力定律的确立并非牛顿一人之功。万有引力定律的确立并非牛顿一人之功。开开普普勒勒是是一一个个 日日心心论论 者者，而而且且有有很很好好的的数数学学修修养养。开开普普勒勒精精心心整整理理第第谷谷的的记记录录，编编制制出出了了当当时时有有史史以以来来最最精精确确的的天天文文表表。按按第第谷谷的的遗遗愿愿，这这个个天天文文表表取取名名为为鲁鲁道道夫夫天天文文表表，以以表达第谷对奥地利国王鲁道夫的知遇之恩。表达第谷对奥地利国王鲁道夫的知遇之恩。开开普普勒勒在在编编制制天天文文表表的的同同时时，利利用用第第
29、谷谷观观察察行行星星运运动动记记下下的的数数据据，研研究究火火星星的的运运动动。经经过过反反复复的的假假设设、计计算算论论证证，终终于于发发现现火火星星绕绕日日运运行行的的轨轨道道是是一一个个椭椭圆圆。不不久久他他把把这这个个发发现现推推广广到到所所有有当当时时已已知知的的行行星星。16091609年年，开开普普勒勒出出版版了了新新天天文文学学一一书，提出了著名的开普勒第一和第二定律。书，提出了著名的开普勒第一和第二定律。（二）（二）开普勒的工作开普勒的工作 开开普普勒勒第第一一定定律律指指出出太太阳阳系系中中所所有有行行星星绕绕日日运运动动的的轨轨道道都都是是一一个个椭椭圆圆。太太阳阳位位于
30、于这这些些椭椭圆圆的的一一个个焦焦点点上上。第第二二定定律律指指出出行行星星运运动动时时，连连接接太太阳阳和和行行星星的的矢矢径径在在相相等等的的时时间间内内扫扫过过的的面面积积都都相相等等。十十年年之之后后，即即16191619年年，开开普普勒勒在在宇宇宙宙谐谐和和论论一一书书中中又又提提出出了了第第三三个个定定律律-行行星星公公转转周周期期的的平平方方跟跟它它们们轨轨道道的的长长轴的立方成正比。轴的立方成正比。约约翰翰 开开普普勒勒（JohannsJohanns Kepler,1571-1630Kepler,1571-1630），德德国国近近代代著著名名的的天天文文学学家家、数数学学家家、
31、物物理理学学家家和和哲哲学学家家。他他以以数数学学的的和和谐谐性性探探索索宇宇宙宙，在在天天文文学学方方面面做做出出了了巨巨大大的的贡贡献献。开开普普勒勒是是继继哥哥白白尼尼之之后后第第一一个个站站出出来来捍捍卫卫太太阳阳中中心心说说、并并在在天天文文学学方方面面有有突突破破性性成成就就的的人人物物，被被后后世世的的科科学学史史家家称称为为“天上的立法者天上的立法者”。15711571年年1212月月2727日日，开开普普勒勒出出生生在在德德国国威威尔尔的的一一个个贫贫民民家家庭庭。他他是是一一个个早早产产儿儿，体体质质很很差差。他他在在童童年年时时代代遭遭遇遇了了很很大大的的不不幸幸，四四岁
32、岁时时患患上上了了天天花花和和猩猩红红热热，虽虽侥侥幸幸死死里里逃逃生生，身身体体却却受受到到了了严严重重的的摧摧残残，视视力力很很差差，一一只只手手半半残残。但开普勒有一种顽强的进取精神，坚持努力学习，成绩一直名列前茅。但开普勒有一种顽强的进取精神，坚持努力学习，成绩一直名列前茅。15871587年年，开开普普勒勒进进入入蒂蒂宾宾根根大大学学。大大学学毕毕业业后后，开开普普勒勒获获得得了了天天文文学学硕硕士士的的学学位位，被被聘聘请请到到格格拉拉茨茨新新教教神神学学院院担担任任教教师师。后后来来，开开普普勒勒离离开开神神学学院院前前往往布布拉拉格格，与与卓卓越越的的天天文文观观察察家家第第谷
33、谷一一起起专专心心地地从从事事天天文文观观测测工工作作。第第谷谷死死后后，开开普普勒勒接接替替了了他他的的职职位位，被被聘聘为为皇皇帝帝的的数数学学家家。16301630年年1111月月1515日日，开开普普勒勒在在一一家家客客栈栈里里悄悄悄悄地地离离开开了了世世界界。他他死死时时，除除一一些些书书籍籍和和手手稿稿之之外外，身身上上仅剩下了仅剩下了7 7分尼（分尼（1 1马克等于马克等于100100分尼）。分尼）。（三）（三）万有引力定律的建立万有引力定律的建立 开开普普勒勒三三定定律律问问世世后后，人人们们又又关关心心着着一一个个新新的的课课题题：是是什什么么原因使天体具有这样一个和谐的结构
34、？原因使天体具有这样一个和谐的结构？英英国国的的胡胡克克(Robert(Robert HookeHooke,1635-1703)1635-1703)、伦伦恩恩和和年年青青的的天天文文学学家家哈哈雷雷(Edmund(Edmund Halley,Halley,1656-1742)1656-1742)在在引引力力问问题题的的研研究究上上都作出过重要贡献。都作出过重要贡献。16741674年年，胡胡克克在在一一次次演演讲讲中中提提出出引引力力随随离离吸吸引引中中心心的的距距离离而而变变化化。16801680年年初初，在在给给牛牛顿顿的的信信中中正正式式提提出出了了引引力力与与距距离离平平方方成成反反比
35、比的的观观点点，但但他他并并没没有有将将自自己己的的引引力力思思想想如如牛牛顿顿所所作作的的那那样样用用数数学学式式子子表表示示出出来来，并并用用太太阳阳、地地球球、月月亮亮、行行星星和和地地球球上上物物体体的的运运动动实实例例来来加加以以验验证证。因因此此，把把发发现现万万有有引引力力定定律律的的殊殊荣荣让让给给了了牛牛顿顿，但但胡胡克克的的某某些些想想法法对对牛牛顿顿完完成成万万有有引引力力的的研究是起着积极的启示作用的。研究是起着积极的启示作用的。罗罗伯伯特特 胡胡克克（RobertRobert HookeHooke 1635-17031635-1703）是是1717世世纪纪英英国国最最
36、杰杰出出的的科科学学家家之之一一。他他在在力力学学、光光学学、天天文文学学等等诸诸多多方方面面都都有有重重大大成成就就。他他所所设设计计和和发发明明的的科科学学仪仪器器在在当当时时是是无无与与伦伦比比的的。他他本本人人被被誉誉为是英国皇家学会的为是英国皇家学会的“双眼和双手双眼和双手”。哈哈雷雷（Edmund Edmund Halley,1656Halley,165617421742）英英国国天天文文学学家家、数数学学家家。16561656年年1111月月8 8日日生生于于伦伦敦敦附附近近的的哈哈格格斯斯顿顿。16761676年年在在牛牛津津大大学学四四年年级级时时放放弃弃获获得得学学位位的的
37、机机会会去去南南太太平平洋洋圣圣赫赫勒勒纳纳岛岛建建立立南南半半球球第第一一座座天天文文台台，在在那那里里测测编编了了第第一一个个南南天天恒恒星星表表（341341颗颗），并并于于16781678年年发发表表，当当年年被被选选为为皇皇有有学学会会会会员员。他他还还分分析析了了1337133716981698年年观观测测到到的的2424颗颗彗彗星星轨轨道道记记录录，指指出出15311531年年、16071607年年、16821682年年以以近近似似轨轨道道三三次次出出现现的的彗彗星星是是同同一一颗颗，并并预预言言17581758年年它它会会再再度度重重现现，并并在在后后来来得得到到证证实实，后后
38、世世称称它它为为哈哈雷雷慧慧星星。17051705年年发发表表了了彗彗星星天天文文学学论论说说。17201720年年任任格林尼治天文台第二任台长。格林尼治天文台第二任台长。17421742年年1 1月月1414日在格林尼治去世。日在格林尼治去世。哈哈雷雷和和伦伦恩恩在在16791679年年按按照照圆圆形形轨轨道道和和开开普普勒勒第第三三定定律律以以及及圆圆周周运运动动的的向向心心力力公公式式，导导出出了了作作用用于于行行星星的的引引力力与与它它们们到到太太阳阳距距离离的的平平方方成成反反比比。但但他他们们还还无无法法证证明明行行星星在在椭椭圆圆轨轨道道下下也也是是如如此此。哈哈雷雷为为此此专专
39、程程于于16841684年年去去剑剑桥桥向向牛牛顿顿求求教教，并并于于当当年年年年底底得得到到牛牛顿顿的的证证明明结结果果。哈哈雷雷非非常常高高兴兴，鼓鼓励励并并资资助助牛牛顿顿出出版他的名著版他的名著自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理。牛牛顿顿发发现现万万有有引引力力定定律律是是他他在在自自然然科科学学中中最最辉辉煌煌的的成成就就。他他认认为为太太阳阳吸吸引引行行星星，行行星星吸吸引引行行星星，以以及及吸吸引引地地面面上上一一切切物物体体的的力力都都是是具具有有相相同同性性质质的的力力，还还用用微微积积分分证证明明了了开开普普勒勒定定律律中中太太阳阳对对行行星星的的作作用用力力是是吸吸引引
40、力力，证证明明了了任任何何一一曲曲线线运运动动的的质质点点，若若是是半半径径指指向向静静止止或或匀匀速速直直线线运运动动的的点点，且且绕绕此此点点扫扫过过与与时时间间成成正正比比的的面面积积，则则此此质质点点必必受受指指向向该该点点的的向向心心力力的的作作用用，如如果果环环绕绕的的周周期期之之平平方方与与半半径径的的立立方方成成正正比比，则则向向心心力力与与半半径径的平方成反比。的平方成反比。牛牛顿顿的的万万有有引引力力定定律律公公布布后后，一一开开始始并并没没有有被被许许多多科科学学家家所所接接受受。在在天天文文观观察察中中发发现现，行行星星的的运运行行轨轨道道跟跟用用牛牛顿顿万万有有引引力
41、力定定律律计计算算得得到到的的数数值值总总有有些些差差距距，特特别别是是哈哈雷雷发发现现，多多年年来来木木星星一一直直在在有有规规则则地地加加速速，土土星星则则在在减减速速。这这个个现现象象能能用用万万有有引力定律解释吗？。引力定律解释吗？。（四）（四）牛顿引力理论的检验牛顿引力理论的检验 后后经经许许多多科科学学家家努努力力，才才搞搞清清这这个个问问题题，原原来来并并非非总总是是木木星星在在加加速速，土土星星在在减减速速，而而是是经经过过很很长长一一段段时时间间后后情情况况刚刚好好倒倒过过来来。17841784年年拉拉普普拉拉斯斯通通过过用用万万有有引引力力定定律律计计算算，指指出出这这是是
42、木木星星和和土土星星的的相相互互作作用用，产产生生了了930930年年这这样样长长的的周周期期性性扰扰动动。由由于于拉拉普普拉拉斯斯这这一一成成就就，使使万万有有引引力力定定律律得得到到了了有有力力的的验验证证，也也使牛顿力学摆脱了最严重的危机。使牛顿力学摆脱了最严重的危机。18441844年年，亚亚当当斯斯研研究究当当时时太太阳阳系系中中最最边边缘缘的的天天王王星星的的观观测测资资料料时时，发发现现观观测测位位置置和和用用万万有有引引力力定定律律计计算算得得到到的的位位置置有有偏偏差差。亚亚当当斯斯想想到到这这可可能能是是由由于于天天王王星星之之外外还还有有一一颗颗当当时时未未知知的的行行星
43、星对对天天王王星星作作用用的的结结果果。亚亚当当斯斯克克服服重重重重困困难难，于于18451845年年1010月月计计算算得得出出了了这这颗颗新新行行星星的的位位置置，并并将将此此报报告告分分别别送送给给了了当当时时的的格格林林威威治治天天文文台台台台长长艾艾里里和和剑剑桥桥大大学学天天文文台台台台长长查查理理士士，但但没有引起他们的重视。没有引起他们的重视。后后来来德德国国天天文文学学家家伽伽勒勒根根据据法法国国勒勒威威耶耶的的计计算算找找到到了了这这颗颗新新行行星星-海海王王星星。海海王王星星的的发发现现，被被认认为为是是牛牛顿顿引引力力理理论论的的伟伟大大发发现现。用用类类似似的的办办法
44、法，人人们们又又找找出出了了冥冥王王星星。至至此此万万有有引引力力定律才被科学家公认。定律才被科学家公认。三三.牛顿和他的牛顿和他的 16871687年年，牛牛顿顿出出版版了了代代表表作作自自然然哲哲学学的的数数学学原原理理，这这是是一一部部力力学学的的经经典典著著作作。牛牛顿顿在在这这部部书书中中，从从力力学学的的基基本本概概念念（质质量量、动动量量、惯惯性性、力力）和和基基本本定定律律（运运动动三三定定律律）出出发发，运运用用他他所所发发明明的的微微积积分分这这一一锐锐利利的的数数学学工工具具，建建立立了了经经典典力力学学的的完完整整而而严严密密的的体体系系，把把天天体体力力学学和和地地面
45、面上上的的物物体体力力学学统统一一起起来，实现了物理学史上第一次大的综合。来，实现了物理学史上第一次大的综合。共共有有两两大大部部分分，第第一一部部分分仿仿照照欧欧几几里里德德的的方方法法，首首先先提提出出了了定定义义和和动动力力学学原原理理，为为建建立立力力学学的的逻逻辑辑体体系系提提供供前前提；第二部分是这些基本原理的应用。提；第二部分是这些基本原理的应用。16421642年年的的圣圣诞诞节节前前夜夜，在在英英格格兰兰林林肯肯郡郡沃沃尔尔斯斯索索浦浦的的一一个个农农民民家家庭庭里里，牛牛顿顿诞诞生生了了。牛牛顿顿是是一一个个早早产产儿儿，出出生生时时只只有有3 3磅磅重重。接接生生婆婆和和
46、他他的的双双亲亲都都担担心心他他能能否否活活下下来来。谁谁也也没没有有料料到到这这个个看看起起来来微微不不足足道道的的小小东东西西会会成成为为了了一一位位震震古古烁烁今今的的科科学学巨巨人人，并并且竟活到了且竟活到了8585岁的高龄。岁的高龄。牛牛顿顿出出生生前前三三个个月月父父亲亲便便去去世世了了。在在他他两两岁岁时时，母母亲亲改改嫁嫁。从从此此牛牛顿顿便便由由外外祖祖母母抚抚养养。1111岁岁时时，母母亲亲的的后后夫夫去去世世，牛牛顿顿才才回到了母亲身边。回到了母亲身边。大大约约从从5 5岁岁开开始始，牛牛顿顿被被送送到到公公立立学学校校读读书书，1212岁岁时时进进入入中中学学。少少年年
47、时时的的牛牛顿顿并并不不是是神神童童，他他资资质质平平常常，成成绩绩一一般般，但但他他喜喜欢欢读读书书，喜喜欢欢看看一一些些介介绍绍各各种种简简单单机机械械模模型型制制作作方方法法的的读读物物。后后来来，迫迫于于生生活活，母母亲亲让让牛牛顿顿停停学学在在家家务务农农。但但牛牛顿顿对对务务农农并并不不感感兴兴趣趣，一一有有机机会会便便埋埋首首书书卷卷。牛牛顿顿的的好好学学精精神神感感动动了了舅舅父父，于于是是舅舅父父劝劝服服了了母母亲亲让让牛牛顿顿复复学学。牛牛顿顿又又重重新新回回到到了了学学校校。牛牛顿顿1919岁时进入剑桥大学，成为三一学院的学生。岁时进入剑桥大学，成为三一学院的学生。牛牛顿
48、顿的的一一位位老老师师伊伊萨萨克克巴巴罗罗教教授授是是个个博博学学多多才才的的学学者者。16641664年年，牛牛顿顿被被选选为为巴巴罗罗的的助助手手，第第二二年年，剑剑桥桥大大学学评评议议会会通通过过了了授授予予牛牛顿顿大大学学学学士士学学位位的的决决定定。正正当当牛牛顿顿准准备备留留校校继继续续深深造造时时，严严重重的的鼠鼠疫疫席席卷卷了了英英国国，剑剑桥桥大大学学因因此此而而关关闭闭，牛牛顿顿离离校校返返乡乡。16671667年年复复活活节节后后不不久久，牛牛顿顿返返回回到到剑剑桥桥大大学学，1010月月被被选选为为三三一一学学院院初初级级院院委委，翌翌年年获获得得硕硕士士学学位位，同同
49、时时成成为为高高级级院院委委。16691669年年，巴巴罗罗为为了了提提携携牛牛顿顿而而辞辞去去了了教教授授之之职职，2626岁岁的的牛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。顿晋升为数学教授。巴罗让贤，在科学史上一直被传为佳话。人人们们普普遍遍认认为为，牛牛顿顿是是大大科科学学家家，是是近近代代科科学学的的象象征征。他他生生前前就就成成为为科科学学界界的的主主宰宰，几几乎乎被被当当作作偶偶像像崇崇拜拜。他他作作为为英英国国皇皇家家学学会会连连任任2424年年的的终终身身会会长长，法法国国科科学学院院至至尊尊的的外外国国院院士士，还还兼兼任任英英国国造造币币局局局局长长和和国国
50、会会议议员员，并并被被封封为为贵贵族族，获获得得爵爵士士称称号号。他他死死后后作作为为自自然然科科学学家家又又第第一一个个获获得得国国葬葬，长长眠眠于于威威斯斯敏斯特教堂，这是历代帝王和一流名人的墓地。敏斯特教堂，这是历代帝王和一流名人的墓地。牛牛顿顿完完成成了了他他的的前前辈辈们们开开始始的的科科学学革革命命，实实现现了了物物理理学学史史上上第第一一次次大大综综合合。他他的的科科学学成成果果对对尔尔后后两两个个多多世世纪纪自自然然科科学学的的发发展展产产生生了了重重大大影影响响，他他在在近近代代自自然然科科学学发发展展史史上上占占有有里里程程碑碑式式的独特地位。的独特地位。恩格斯对牛顿作了高