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学案新人教版选修4.docx

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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学案新人教版选修4

第4课　近代科学之父牛顿

预习导引

课程标准

重点难点

1．了解牛顿的成长历程及主要科学成就。

2．认识牛顿在社会发展中的作用。

1．重点：

牛顿力学体系的形成在科学史上的重要地位和作用；牛顿能够成为近代科学之父的原因。

2．难点：

对牛顿进行客观公正的评价。

一、早期科学发明与创造

1．学习生涯

（1）中学时代：

开始进行科学研究和实验，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，还自学笛卡尔等人的数学著作。

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。

[深化认知]　牛顿关于光的理论学说继承和发展了已有的光学研究成果，开启了光学研究的新时代，为近代光学研究和其他物理学科的发展产生了重大而深远的影响。

二、发现万有引力定律

1．万有引力定律

（1）理论基础：

在大学，牛顿就已了解了哥白尼、伽利略和开普勒等人在天文学方面的研究成果。

（2）主要内容：

宇宙间一切物体之间，都存在着一种相互吸引的作用，这种相互吸引的作用力，就是万有引力。

2．牛顿力学

（1）三大定律：

1687年，牛顿在科学巨著《自然哲学中的数学原理》中，确定了解决万有引力问题的物体运动三定律，阐明万有引力的概念并把它应用到天文学中。

（2）体系形成：

把伽利略和开普勒等人提出的理论加以科学整理，从而构成一个完整的力学理论体系。

（3）地位：

牛顿力学成为经典力学理论，居于物理学的统治地位，直到爱因斯坦相对论的提出和量子力学的建立才打破了这种绝对权威。

[知识点拨]　牛顿物体运动三大定律和万有引力定律的发现，为经典力学规定了一套基本概念，标志着经典力学体系的形成，万有引力定律把地面上物体的运动和天体运动统一起来，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，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。

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结论的正确性。

[误区警示]　科学家的成就与其成长经历和个人性格、兴趣、爱好乃至所付出的艰辛和努力都是分不开的。

主题一　牛顿的成就

【史料探究】

史料一　①下图为牛顿在进行光学实验：

②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。

——蒲柏

③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。

思考

（1）阅读史料一，结合所学知识解释牛顿如何从①③两方面使“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）光学方面：

自制折射望远镜，证明日光由七色光组成，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）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，被后人总结为“归纳—演绎”法，忘我的勤奋探索精神。

【史论总结】　牛顿被称为“近代科学之父”的原因

（1）牛顿是举世闻名的英国物理学家、天文学家和数学家，在多个领域多有建树，对近现代科学的发现影响深远。

（2）在天文学方面，他解释了潮汐现象，指出潮汐的大小不但同朔望月有关，而且与太阳的引力也有关系；牛顿从理论上推测出地球不是正球体。

（3）在物理学上，牛顿基于伽利略、开普勒等人的工作，建立了三条运动基本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，牛顿创立了“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《自然哲学中的数学原理》中，他用数学解释了哥白尼的日心说和天体运动的现象。

（6）牛顿经典力学体系的建立是人类认识史上对自然规律的第一次概括和总结，因而成为近代科学形成的标志。

主题二　评价牛顿

【史料探究】

史料一　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惟一道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。

”

1942年，爱因斯坦为纪念牛顿诞生300周年撰写了一篇文章，对牛顿的一生作了如下评价：

“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。

”

史料二　据英国米切尔·怀特《牛顿：

最后的巫师》记载，1936年，英国经济学家凯恩斯从一个收藏者手里购买了一批有关牛顿的秘密资料。

通过几年的研究，凯恩斯于1942年在英国皇家学会俱乐部发表了一次名为“牛顿其人”的演说，给出一个与传统模式截然不同的牛顿形象，即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。

思考

（1）根据上述史料，分别概括爱因斯坦和凯恩斯对牛顿的评价。

（2）结合史料，指出二人评价牛顿的不同角度。

答案　

（1）爱因斯坦肯定牛顿对其所处时代的贡献和他对物理学的奠基作用；认为应该放到人类“为永恒真理而斗争的”的长河中评价牛顿。

凯恩斯认为，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”。

（2）爱因斯坦主要强调牛顿的科学贡献；凯恩斯则强调牛顿的多面性。

【史论总结】　牛顿的贡献

（1）《自然哲学中的数学原理》里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基础。

（3）牛顿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。

1．一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：

“他以神一般的力量……第一个说明了行星的运动和图像。

”这位科学家应该是（　　）

A．伽利略B．牛顿

C．爱因斯坦D．普朗克

答案　B

解析　牛顿的万有引力定律，描绘了行星的运动和图像，把天上和地上的物体运动概括在一个理论之中，是人类认识史上对自然规律的第一次理论性概括和综合。

2．

观察右图，牛顿通过反射望远镜反复观察后大胆预言（　　）

A．日光是由七种颜色组成

B．光的本质是微粒

C．行星运转轨道是椭圆形

D．地球不是正球体

答案　D

解析　牛顿利用自制的反射望远镜，在观察行星运动和分析潮汐现象的基础上，预言地球不是正球体。

3．有人说：

“牛顿是接过了伽利略传过来的接力棒，并最终完成了科学史上的一次划时代的巨大飞跃。

”下列对牛顿的评价正确的有（　　）

①第一个充分利用实验得出科学结论的人　②创立的力学体系完成了人类对自然界第一次理论大综合　③其科学成就推动了启蒙运动兴起　④在伽利略的基础上，使人们的认识深入到微观世界

A．①②B．①③④

C．②③D．②③④

答案　C

解析　伽利略注重实验和实践，被视为近代实验科学的奠基人，故①错误；牛顿的力学体系对自然界的力学现象做出了系统的、合理的说明，完成了人类对自然界第一次理论大综合，故②正确；以牛顿力学为代表的自然科学的发展，解放了人们的思想，推动了启蒙运动的兴起，故③正确；牛顿力学主要关注宏观物体的运动，故④项错误。

C项符合题意。

4．下图是1970年英国发行的D系列1英镑纸币上的图案。

牛顿身后是一根开花的苹果树枝，身边的桌上是他手制的第一架反射式望远镜。

纸币背面左半部分的主要图案，是各种椭圆形的天体运行轨道。

钞票上纪念牛顿的贡献除反射式望远镜外还有（　　）

A．机械运动三大定律B．万有引力定律

C．微积分D．发现冥王星

答案　B

解析　“椭圆形的天体运行轨道”说明了物体之间引力的存在，因而符合题中要求的为B项。

5．19世纪末，科学界普遍认为物理学的主要框架已经一劳永逸地构成了，以后需要做的就是把小数点后面的数字再推进一位。

这反映出（　　）

A．牛顿力学体系已经解决了包括宏观和微观世界的一切问题

B．牛顿力学体系被奉为物理学的圣经，作为权威对科学的进一步发展产生阻碍作用

C．经典物理学到十九世纪末已发展得比较完整，出现研究宏观物理和超高速物理学的各部门

D．牛顿力学体系还没有从神学中解放出来

答案　B

解析　人们把以牛顿力学为代表的近代物理学看作绝对权威的理论，认为一切自然现象都可以用经典物理学来加以说明，实际上已经对科学的进一步发展产生阻碍作用。

6．阅读下列材料，回答问题。

材料　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能力的人在那个时代所能发现的唯一道路；牛顿所创造的概念，至今仍然指导着我们的物理学思想。

（1）“牛顿时代”是什么样的时代？

（2）牛顿在物理学上有什么贡献？

（3）有人认为相对论的建立使牛顿在历史上的光辉被抹掉了。

你认为这种观点是否正确？

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）提出力学的三大定律和万有引力定律，是人类认识史上对自然规律的第一次概括和总结。

（3）不正确。

因为牛顿力学体系的建立是近代科学体系形成的标志，牛顿在科学史上有杰出贡献；牛顿所创造的概念，至今仍指导着我们的物理学思想。

解析　第

（1）问要紧密结合17世纪历史发展的特征回答；第

（2）问要结合物理学科中的知识来回答；第（3）问的关键是理解牛顿的学说与相对论之间的关系是包容关系，相对论将牛顿力学作为特殊情况下的运动状态包容其中。

基础巩固

1．勤奋和善于钻研是牛顿的性格，有人对他在大学时代取得的某项成就时说，“即使牛顿没有别的成就，仅这个也足以使他在科学史上留下不朽之名”。

该人所评价的牛顿的成就是（　　）

A．提出二项式定理B．制成折射望远镜

C．发现天体运行规律D．提出万有引力定律

答案　A

解析　大学时代的牛顿，提出了数学上的二项式定理和微积分的初步解决方法。

2．下列关于牛顿在光学方面贡献的叙述，不正确的是（　　）

A．制造了世界上第一架天文望远镜

B．正确解释了日光由七色光组成

C．制造了世界上第一架反射望远镜

D．提出了光的本质是微粒的见解

答案　A

解析　世界上第一架天文望远镜的制造者是意大利著名科学家伽利略。

3．“每个物体如果没有外界影响使其改变状态，那么该物体仍保持其原来静止的或等速直线运动的状态。

”该论断出自（　　）

A．《自然哲学的数学原理》B．《物种起源》

C．《天演论》D．《论动体的电动力学》

答案　A

解析　题干的论断符合牛顿的《自然哲学的数学原理》的相关论述，故正确答案为A项。

4．法国数学家和天文学家拉普拉斯曾经这样说过：

“不会产生两个牛顿，因为要发现的世界只有一个。

”牛顿所发现的“世界”是指（　　）

A．微积分B．反射望远镜

C．光的色散原理D．三大运动定律

答案　D

解析　牛顿的三大运动定律揭示了物体的运动规律，把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。

5．下图是《自然哲学中的数学原理》的书影。

此书出版的最重大意义是（　　）

A．沉重打击了上帝创造万物说B．建立了完整的牛顿力学体系

C．标志着近代物理学正式诞生D．推翻了宗教神学的理论基础

答案　B

解析　《自然哲学中的数学原理》对自然界的力学现象作出了系统的、合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合，标志着近代科学的形成。

6．牛顿刻苦钻研，废寝忘食，每天在实验室里工作17～18个小时，以至于剑桥大学图书馆馆长说牛顿是“一个神经很不正常的家伙”。

正是由于他这种全身心投入的精神，使得他不断地取得新成果，这些新成果应该包括（　　）

①运动三大定律　②万有引力定律　③微积分　④自由落体运动

A．②③④B．①③④

C．①②③D．①②④

答案　C

解析　自由落体运动是伽利略首先发现的，不是牛顿，排除④。

①②③都是牛顿的成就，运动三大定律和万有引力定律是牛顿于1687年在其著作《自然哲学中的数学原理》中提出的，微积分是牛顿在大学毕业前提出的，C项正确。

能力提升

7．“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。

”这表明牛顿的发现（　　）

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．促进了人类的思想解放D．使人类开始关注现实世界

答案　C

解析　题干材料中“开始用自己理性的眼光打量世界”等信息，说明牛顿经典力学开始把人类的思维从神学的桎梏下解放出来，故C项符合题意；A、D两项均与题干材料中的信息不符，B项犯了表述绝对化的错误。

8．下图为英国纪念牛顿《自然哲学中的数学原理》出版发行300周年的邮票，邮票中万有引力定律公式的背景就是一只红色的大苹果。

这张邮票（　　）

①肯定了牛顿的伟大成就

②突出了牛顿善于观察思考的品质

③承认了科学研究中的偶然因素

④强调了万有引力定律完全是牛顿个人勤奋探索的成果

A．①③④B．①②③

C．①②④D．①②

答案　B

解析　牛顿万有引力定律的发现是他在伽利略和开普勒等人的理论基础上结合自身的科学研究和理论创新形成的一次理论飞跃，因此不能看成完全是其个人的探索成果，④不正确。

9．阅读下列材料，回答问题。

材料一　牛顿的《原理》公认是科学史上的最伟大的著作。

在对当代和后代思想的影响上，无疑没有什么别的杰作可以同《原理》相媲美。

二百多年来，它一直是全部天文学和宇宙学思想的基础……无怪乎牛顿力学的非凡成功甚至给诸如心理学、经济学和社会学等各个不同领域的工作者也留下了极其深刻的印象，以致他们试图在解决各种问题时以力学或准力学为楷模。

——摘自《十六、十七世纪科学、技术和哲学史》

材料二　启蒙思想家们在牛顿革命的启发、激励下进行了种种思考。

伏尔泰曾写道：

“如果全部自然界，一切行星，都要服从永恒的规律，而有一个小动物，五尺来高，却可以不把这些定律放在眼中，完全任意地为所欲为，那就太奇怪了。

”但由于牛顿学说本身的机械决定论性质，充满机械唯物论精神的启蒙思想也不可避免地带有形而上学的武断（主要是忽视了人的心灵的复杂性）。

——摘编自《世界文明史》

（1）牛顿说：

“假如我看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。

”结合所学知识，指出牛顿生活的时代特征。

（2）根据上述材料并结合所学知识，指出牛顿学说对近代社会发展的主要影响。

答案　

（1）资本主义不断发展，启蒙思想兴起与传播，近代科学不断取得进展。

（2）积极：

在物理学、数学、天文学等领域做出杰出贡献，并确立了相关学科的科学体系和科学的研究与思维方法；为心理学、经济学和社会学等学科树立了楷模；推动了启蒙运动。

消极：

机械决定论对启蒙思想及某些社会科学研究产生了一定的负面影响。

解析　第

（1）问，牛顿所处的时代正值欧洲社会变革的时代，应从经济、政治、文化等方面归纳作答。

第

（2）问牛顿学说的影响可从正面和局限两个角度回答。

【学思之窗】

1．你怎样看待牛顿的学习方法？

（教材第129页）

提示　牛顿通过做实验、记笔记，积累知识；对知识进行分类。

这样的学习方法与当时的“归纳——演绎”科学研究方法是一致的。

牛顿用学过的数学去研究宇宙，去设计更多的实验方法。

这说明仅仅掌握已有的知识是不够的，还应该采取各种方法去获得事物的规律，从而获得新知识，或发现新规律。

2．牛顿以怎样的态度看待他所取得的成就？

在他身上我们能够学到科学家的哪些优秀品质？

（教材第132页）

提示　牛顿对待自己取得的成就是非常谦虚的。

我们可以从科学家身上学到虚怀若谷的谦虚态度和严谨的科学研究方法以及勤奋的探索精神。

【探究学习总结】（教材第8页）

一、本课测评

1．牛顿的一生有哪些重大理论发现？

这些理论发现的贡献是什么？

提示　

（1）二项式定理及微积分的初步算法。

（2）证明了白光由七色光组成，说明了物体颜色的形成原理，奠定了光谱学的基础。

（3）提出光的本质是微粒的见解，与荷兰惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。

（4）提出了解决万有引力问题的物体运动三定律，构成了一个完整的力学体系，在以后的二百多年里，居于物理学的统治地位。

2．牛顿为什么能够做出这些重大发现？

提示　他有虚怀若谷的谦虚态度、严谨的科学研究方法及勤奋的探索精神。

二、学习延伸

1．法国生物学家巴斯德说“机会只眷顾那些有准备的头脑”。

结合课文内容，分析牛顿是怎样发现万有引力定律的。

提示　侧重回答发现万有引力的过程。

2．结合牛顿的科学成就与研究方法，分析他这句话的含义。

提示　柏拉图、亚里士多德这对师生是希腊先哲的代表人物。

亚里士多德的名言：

“我爱我师，但我更爱真理。

”表明他非常尊敬老师，但并不因此而放弃自己的独立思考。

表明真理高于一切。

而牛顿把柏拉图、亚里士多德当成自己的朋友，但更好的朋友是真理，表明牛顿的成就是在前代伟人成果基础上取得的，但牛顿的新成果更加接近真理。