牛顿的生平与成就,第 4 课 近代科学之父牛顿,【本课学习目标】,重点：了解牛顿的成长历程，简述他的主要科学成就：建立经典物理学理论体系、发明反射望远镜等。感受牛顿严谨的科学态度与勤奋的探索精神 难点：认识牛顿在社会发展中的作用，感悟其成长的人生启迪。,现实思考,牛顿于1668年得到硕士学位，1669年由 巴罗推荐，任剑桥大学教授，接替巴罗担任了鲁卡斯讲座的第二代教授职务。这时，牛顿年仅27岁。1672年，牛顿被推选为英国皇家学会会员。就在这一年，他发表了第一篇论文。讨论：“牛顿现象”在当今中国有可能出现吗？为什么？,一、社会必然,1、材料四 鲁迅在电的利弊中说：“外国用火药制造子弹御敌，中国却用它做爆竹敬神；外国用罗盘针航海，中国却 用它看风水；外国用鸦片医病，中国却拿来当饭吃”材料四中鲁迅揭露了当时中国社会的什么问题？1995年高考历史题,2、1689年牛顿代表剑桥大学当选为国会议员。但据说他在国会从不发言，有一次他站了起来，议会大厅里顿时静了下来，人们等待着这位伟人发言，可他只说了一句“应把窗户关上”就又坐下了。1703年，牛顿被选为英国皇家学会会长。以后的24年间，他一直连任，甚至去世，这在英国皇家学会历史上是绝无仅有的。1705年，英国女王授予他爵士称号。所以后世提到他时有时称“牛顿爵士”。在所有的自然科学家中，牛顿是获得这一荣誉的第一人。,牛顿以自己杰出的贡献，获得了国葬的礼遇。他被安葬在威斯敏斯特教堂，那是安葬英国英雄们的地方。为他抬棺材的是两位公爵、三位伯爵以及大法官。法国著名哲学家伏尔泰当时正在英国访问，他目睹了牛顿的葬礼，十分感叹牛顿所获得的殊荣。他是这样描写的：“他是像一位深受自己的臣民爱戴的国王一样被安葬的。在他之前，是没有哪一位科学家享受如此殊荣的。在他之后，受到如此厚葬的也将会是屈指可数的。” 科学简史从牛顿受到的“礼遇”、“殊荣”可得出哪些认识？,经过资产阶级革命、文艺复兴运动、启蒙运动洗礼、工业革命前夕的英国形成了崇尚科学、尊重科学的社会风尚，这是杰出科学家成长的丰厚土壤。,剑桥大学校园,1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收入支付学费，1664年成为奖学金获得者，1665年获学士学位。,17世纪中叶，剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味，当牛顿进入剑桥时，那里还在传授一些经院式课程，如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年后三一学院出现了新气象，卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座，规定讲授自然科学知识，如地理、物理、天文和数学课程。,讲座的第一任教授伊萨克巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼，看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。在这段学习过程中，牛顿掌握了算术、三角，读了开普勒的光学，笛卡儿的几何学和哲学原理，伽利略的两大世界体系的对话，胡克的显微图集，还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等。,牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，认为牛顿的数学才超过自己。后来，牛顿在回忆时说道：“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”（导师制） 1664年，牛顿被选为巴罗的助手，第二年，剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。,16651666年严重的鼠疫席卷了伦敦，剑桥离伦敦不远，为恐波及，学校因此而停课，牛顿于1665年6月离校返乡。由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养，对探索自然现象产生浓厚的兴趣，家乡安静的环境又使得他的思想展翅飞翔。16651666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月，他在自然科学领域内思潮奔腾，才华迸发，思考前人从未思考过的问题，踏进了前人没有涉及的领域，创建了前所未有的惊人业绩。,深广创新坚持孤独,二、个性特征,你的学生中有“牛顿”吗？,出生经历,1643年1月4日诞生于英格兰东部小镇乌尔斯索普一个自耕农家庭. 牛顿是遗腹子，又是早产儿，先天不足，出生时体重只有3磅，差点夭折。,1、幼童時期的牛頓,早产、营养不足、衰弱多病。 父親在出生前病逝，3岁母亲改嫁，由外婆抚养長大。 家境一贫如洗。 个性孤僻、內向、害羞。 小学成绩不佳，常受同学嘲笑、欺負,2、少年時期的牛頓,个性內敛，喜愛閱讀。14岁辍学放牛。 成绩不算优秀，受到同学嘲笑的刺激而发憤向上18岁考上剑桥大学。 功課不佳，但对一切不明白的事物感兴趣。 少年发明家(水鐘、風車、)十六岁在大風暴中測量風速,3、牛頓的读书法,利用假期、瑣碎時間预习功課。 牛頓：“当我走进教室上課時，常发現对上課內容的了解深度，已经超越了我的老師。”,牛頓說：,我并无特別过人的智慧，有的只是坚持不懈的思索经历而已。 一个人如果控制不了自己的脾气，脾气將控制你。(自制力),4、牛頓的默想生活,他常在信仰的思索里想到科学，在科学的思索里想到信仰。 纽约大学历史系教授曼纽：“近代的科学是源自牛頓对上帝的默想。” 因为牛頓有独自來到花園祷告与默想的习惯，所以看到苹果掉在地上，进而发現了万有引力的存在。,有人問牛頓： 为什么能够有伟大的发現？,牛頓答道：“我始終把思考的主題像一幅画般摆在面前，再一点一线的去勾勒，直到整幅画慢慢的凸显出來。這需要長期的安靜与不断的默想。”,5、朋友、学生眼中的牛頓,“牛頓讲話慎重、緩慢。他尽量避免意气之爭，不見利忘义，不奉承人，宁原默默忍受侮辱，也不愿披掛着一身的裝甲去与人爭战。” 他是一个杰出的科学家，喜欢公开表白自己 的信仰，又有个不擅与人交际、喜愛独自安靜工作的个性。,6、牛頓的金钱观,房租、伙食费、购买要分发的圣经，是牛頓学生生活的三大花費。,7、牛頓之“牛”,牛顿说 “我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。” 你了解它的原意吗？,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，一切都变得光明。 你怎样理解诗中反映的现象？,英国诗人波普曾经这样写道：,三、科学成就,愛因斯坦說：“在人类的历史上，能够結合物理实验、数学理论、机械发明成为科学艺术的人，只有一位-那就是牛顿。”,思考：牛顿的一生有哪些重大机械发明、理论发现？其理论发现的贡献是什么？,经典力学奠基者 （17世纪初）,经典力学建立者（17世纪晚期）,从经典力学发展到 相对论、量子论 （19世纪末20世纪初）,伽利略（意）,牛顿（英）,爱因斯坦（德） 普朗克（德）,近代物理学的发展过程,近代物理学发展过程中的主要成就及意义,自由落体定律,匀速运动、匀加速运动,用自制的望远镜证明了哥白尼的“日心说”,为经典力学 奠定基础,证明哥白尼的“日心说”的正确性,自然哲学的数学原理 （物体运动三大定律和万有引力定律）,运动三定律是近代物理学的重要支柱,相对性原理、光速不变原理 相对论（狭义、广义）,量子理论,爱因斯坦,近代物理学理论框架的重大突破,继承和发展了牛顿力学 构成现代物理学的基本理论框架,经典力学是近代自然科学理论体系中最先成熟和完善的核心理论体系,1、数学：2、光学：3、天文学：4、力学：自然哲学中的数学原理提出三大运动基本定律和万有引力，标志牛顿力学体系建立即经典力学体系建立。,（一）对光学的三大贡献,1、1666年，牛顿在家休假期间，得到了三棱镜，他用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后，分解成几种颜色的光谱带，牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住，只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜，结果出来的只是同样颜色的光。这样，他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的，这是第一大贡献。,牛顿为了验证这个发现，设法把几种不同的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光的折射率，精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜，原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛顿把自己的研究成果发表在皇家学会哲学杂志上，这是他第一次公开发表的论文。,2、牛顿不但擅长数学计算，而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。为了制造望远镜，他自己设计了研磨抛光机，实验各种研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望远镜样机，这是第二大贡献。公元1671年，牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会，牛顿名声大震，并被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。,3、1672年关于光和色的新理论 提出光的本质是微粒学说。与惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。,伽利略的发现及他所应用的科学的推理方法是“人类思想史上最伟大的成就之一。它标志着物理学的真正开端” 爱因斯坦,伽利略,成就： 宣传“日心说” 望远镜 温度计 落体定律,Galileo 15641642,（二）发现万有引力定律,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：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，就是万有引力,牛顿说 “我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。” 牛顿在发现万有引力定律的过程中，有哪些巨人的肩膀托起了牛顿？有什么意义？,哥白尼、开普勒、伽利略,该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研究,1685年，哈雷登门拜访牛顿时，牛顿已经发现了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离的平方成反比，和两个物体质量的乘积成正比。,万有引力的发现说明，天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律力学规律的支配。,（三）、创建牛顿力学即经典力学,1、标志： 2、内容：3、意义：4、地位：,自然哲学中的数学原理,他在书中确定了解决万有引力问题的物体运动三大定律，阐明万有引力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。,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，直到爱因斯坦相对论和量子力学的建立才打破了这种绝对权威。,这本书用数学表达式，把伽利略和开普勒等人提出的零散的理论加以科学整理，从而构成完整力学理论体系。牛顿力学体系建立标志经典力学体系建立。,牛顿为什么获得如此巨大的成就？,四、人生启迪：,(一) 牛顿获得巨大成就的原因,1、具有虚怀若谷、谦虚好学精神； 2、勇于探索科学精神； 3、科学的研究方法； 4、甘于寂寞，献身科学的精神等； 5、吸收前人的研究成果； 6、有利的社会环境：启蒙运动、英国资产阶级革命的洗礼,他继承了英国唯物主义的始祖培根重视归纳法有传统，主张科学研究要通过实验发现现象，然后运用归纳法总结为定律，再用数学推演建立理论体系。自然哲学的数学原理一书正是这样写成的，这无疑是一种重要的科学方法，对后来的科学发展起了很大的促进作用。,牛顿是英国物理家、数学家和天文学家，是经典力学建立者。是近代科学之父。他创建了经典力学的理论体系，在光学、数学、天文学研究方面也做出划时代发明和发现，牛顿是17C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。,（二）谈谈你是怎样评价牛顿的？在他身上我们能学到科学家的哪些优秀品质？,虚怀若谷的谦虚态度；勤奋好学求知态度；善于思考善于观察；正确科学研究方法；勤奋探索科学精神；严谨的科学研究态度；,牛顿在科学史上的崇高地位是举世公认的。恩格斯曾指出：“牛顿由于发现了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于建立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学。”的确，牛顿在自然科学领域里作了奠基性的贡献。,（三）怎样理解牛顿是“近代科学之父”？,近代科学，是牛顿开辟的。他创立了科学研究的世界观和方法论，从此之后，世界进入了一个科学昌明的时代。人类的文明由此大踏步的向前迈进了。而牛顿之所以会成为点燃科学之光的人，是因为一个一闪念的想法。苹果从树上落下来，多少年来人们都习以为常，认为是天经地仪的事情，自然而然应该落下来。牛顿似乎比别人傻，对这个不是问题的问题想了一下。这可了得，做了一回傻子，竟然得出了万有引力的科学结论，并以此开辟了现代物理学和天文学。来自于苹果落地的道理，竟然星球之间也是如此。,