第4课 近代科学之父牛顿 学案 (1)

第4课 近代科学之父牛顿 学案
[课标要求]　了解牛顿的成长历程及主要科学成就，认识他在社会发展中的作用。
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。
[教材互补]
牛顿出生的时代，正是欧洲的自然科学和社会科学发生巨大变革的时代。(人民版)
在牛顿以前，天文学家开普勒发现了行星绕日运动的三大定律，伽利略也发现了力学的一些基本原理。牛顿继承了我们的工作，设法通过数学方法计算出地球对月亮的引力。(岳麓版)
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《自然哲学中的数学原理》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。
[知识拓展]
牛顿运动三大定律
牛顿第一定律，又称惯性定律——一切物体在不受外力作用时，总是保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。牛顿第二定律，又称加速度定律——物体运动的加速度与作用于物体上所有外力的合力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与外合力的方向相同。牛顿第三定律，又称作用反作用定律——两个物体间的作用力和反作用力总是在同一直线上，大小相等，方向相反。
深化探究
材料　在牛顿描述的世界中，处处充满了井然有序的规律和法则……于是更多的人开始建立这样一种世界观：既然物质世界有着如此的自然规律，那么在人类社会的发展中，也应该有类似的规律存在，只要能将牛顿破解自然之谜的科学方法运用于人类社会，那么社会发展的规律也能被掌握。——《大国崛起》
思考　(1)牛顿描述的世界有哪些规律和法则？
(2)牛顿是从哪些方面破解自然之谜的？
(3)牛顿的伟大发现对人类社会的发展产生了什么重大影响？
(4)牛顿取得伟大成就的原因有哪些？
答案　(1)运动三大定律和万有引力定律。
(2)数学、光学、力学和天文学等。
(3)①是人类对自然规律的第一次系统概括和总结，推动了科学、理性观念的确立和传播，极大地促进了人类的思想解放。
②为工业革命的开展提供了理论基础，促进了“蒸汽时代”的到来。
(4)①客观：文艺复兴和宗教改革促进了人们的思想解放；资本主义的发展为科学发展提供物质基础和发展动力；伽利略、开普勒、笛卡儿等前人科学成果的奠基。
②主观：牛顿的个人努力。
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。
[重点精讲]
牛顿力学体系的意义
(1)牛顿力学体系正确地反映了客观物体低速运动的客观规律，它把过去一向认为是截然无关的地球上的物体运动规律和天体运动规律概括在一个统一的理论之中，实现了自然科学的第一次理论性的大综合。
(2)这是人类对自然界认识的一个飞跃。牛顿力学是整个物理学和天文学的基础，也是现代一切机械、土木建筑、交通运输等工程技术的理论基础。
[归纳总结]
牛顿成功的因素
牛顿虚怀若谷、谦虚好学，具有勇于探索的精神，甘于寂寞、献身科学的精神；使用科学的研究方法，吸取前人的研究成果等。
深化探究
材料　我的成就，当归功于精微的思索。——牛顿
你若想获得知识，你该下苦功；你若想获得食物，你该下苦功；你若想得到快乐，你也该下苦功，因为辛苦是获得一切的定律。——牛顿
如果说我比别人看得远些，那是因为站在巨人肩上的缘故。——牛顿
思考　(1)牛顿如何看待自己的成就？有哪些巨人的肩膀托起了牛顿的成就？
(2)牛顿力学体系在物理学史上的地位如何？
(3)牛顿身上有哪些优秀品质？
答案　(1)是建立在前人伟大成就的基础之上，是辛苦工作与精微思考结合的产物；巴罗教授、笛卡儿、伽利略、哥白尼、开普勒。
(2)长期居于物理学的统治地位。
(3)勤奋的探索精神、虚怀若谷的谦虚态度、严谨的科学研究态度。
1．1642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．①② B．③④
C．①③ D．②④
答案　A
2．观察下图，牛顿通过反射望远镜反复观察后大胆预言(　　)
牛顿手制的望远镜
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，在考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。
3．17～18世纪，西方物理学界关于光的两大基本理论是(　　)
A．牛顿的“微粒说”和惠更斯的“波动说”
B．牛顿的“微粒说”和惠更斯的“电磁波说”
C．牛顿的“波动说”和惠更斯的“微粒说”
D．牛顿的“波动说”和麦克斯韦的“电磁波说”
答案　A
解析　本题主要考查学生再认再现历史知识的能力。牛顿在《关于光和色的新理论》这篇论文中提出了光的“微粒说”，与惠更斯的“波动说”共同构成光的两大基本理论。
4．下列关于牛顿的说法正确的有(　　)
①牛顿的万有引力定律的提出是建立在哥白尼、开普勒等人的研究成果的基础之上的
②牛顿的万有引力定律后来成为天文学上的基础定律
③牛顿经典力学体系建立的标志是《自然哲学中的数学原理》的出版
④牛顿经典力学体系的核心是万有引力定律
A．①②③ B．②③④
C．①②④ D．①②③④
答案　D
解析　牛顿在了解哥白尼、伽利略和开普勒等人在天文学方面的研究成果的基础之上，提出了万有引力定律，这一定律极大地推动了人们对天体运动的研究。1687年，牛顿的划时代科学巨著《自然哲学中的数学原理》出版，他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，从而确立牛顿经典力学体系的权威性，其核心就是万有引力定律。
5．牛顿说，我是大海边拾贝壳的孩子，真理才是汪洋大海，我的发现是站在巨人肩上。这反映出他的优秀品质是(　　)
A．爱国主义精神 B．谦虚态度
C．勤奋的探索精神 D．献身精神
答案　B
解析　在真理面前是个孩子，站在巨人的肩膀上，这些说法体现了牛顿的谦虚态度。
[学思之窗]
你怎样看待牛顿的学习方法？
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。
[阅读与思考]
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：“吾爱吾师，但更爱真理。”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。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[基础达标]
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评价时说，“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．关于行星为什么按一定轨道绕太阳运行这一困扰许多天文学家的问题，牛顿经过思考和实验，得出了(　　)
A．万有引力定律 B．惯性定律
C．加速度定律 D．作用与反作用定律
答案　A
3．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。
4．科学技术是人类探索自然的产物，一般认为我们今天所理解的科学和技术形成于17世纪。实现了物理学史上第一次飞跃的是(　　)
A．电磁学理论的建立 B．牛顿力学的建立
C．进化论的出现 D．量子力学的建立
答案　B
解析　牛顿力学体系的建立标志着近代科学体系形成，因此也可称为物理学史上第一次飞跃。
5．牛顿在总结自己成功的经验时说：“自己并没有什么特别的方法，只不过对一件事能够用很长时间加以考虑。”实际上，他的成功得益于(　　)
①勤奋的探索精神　②近代的科学研究方法　③奋不顾身的革命精神　④严肃的科学态度
A．①②③④ B．①②③
C．①②④ D．②③④
答案　C
解析　牛顿是英国杰出的物理学家、数学家和天文学家，他所取得的成就依赖于①②④，而奋不顾身的革命精神在牛顿身上并未体现出来，故排除③。
[能力提升]
6．阅读下列材料：
材料一　正是在物理学领域，牛顿进行了最有意义的研究。在这方面，他以伽利略的研究为基础，将后者的成果发展到辉煌的顶点。伽利略主要关心的是地球的运动，牛顿则发现了有关宇宙本身的定律。
材料二　伽利略发现，运动中的物体若无一定的外力使它转向，便做匀速直线运动，这一发现要求人们必须解释：为什么行星不易直线飞离，而趋于落向太阳，结果形成其椭圆形的轨道；为什么月亮同样趋于落向地球。
材料三　牛顿已发现了一个数学上能证实的根本的宇宙规律……实际上，自然界好像是一个巨大的机械装置，按照通过观察、实验、测量和计算可予以确定的某些自然法则进行运转……因而牛顿的物理学分析方法现今开始不仅被应用于物质世界，而且被应用于思想知识的整个领域及人类社会。正如伏尔泰(法国著名的启蒙思想家)所说的，“整个自然界、所有行星竟会服从永恒的法则，而且一种身高5尺的小动物竟能不顾这些法则，完全按照自己的怪想随心所欲地行动，这是非常奇异的”。寻找决定人类事物的这些永恒法则，是法国革命之前的所谓的启蒙运动的实质。——以上材料均摘自(美)斯塔夫里阿诺斯《全球通史》
请回答：
(1)据材料一、二，简要指出牛顿经典力学诞生的客观条件。
(2)牛顿物理分析方法的特征是什么？
(3)据材料三并结合所学知识指出牛顿经典力学产生的影响。
答案　(1)继承前人的科研成果；科技自身发展的要求。
(2)利用数学做完整的推演；注重实验。
(3)牛顿经典力学开创了物理学的新时代，推动了近代科学的发展；对社会意识形态的发展产生了巨大影响，为启蒙思想家探求人类社会的法则提供了科学理论依据。
解析　伽利略的科学研究为经典力学奠定了基础，同时科学自身的发展也要求冲破前人的局限，这是牛顿力学产生的客观条件；近代自然科学区别于传统科学的显著特征是数学的证实和“观察、实验”的测定；从材料三中，不难看出自然科学对思想解放的促进作用。
7．阅读下列材料，回答问题。
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。