1、- 1 -2017-2018 学年高中历史 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清单一 牛顿经典力学理论形成的个人条件早期科学发明与创造1.学习生涯(1)中学时代：牛顿从小就爱思考，善于观察，中学时代的牛顿已开始进行科学研究与实验。(2)大学时代：牛顿接触到大量的自然科学著作，逐渐被引导到当时数学的最前沿解析几何和微积分方面。(3)大学毕业前：牛顿提出了二项式定理以及微积分的初步算法。(4)16651666 年：他在光学、数学和力学等领域的研究都取得了重要进展。2光学方面的成就(1)折射：牛顿制作了折射望远镜，证明日光由七色光组成，并进一步说明物体颜色的形
2、成原理。(2)反射：1668 年，设计并制作了世界上第一架反射望远镜。(3)光的本质：1672 年，在论文关于光和色的新理论中提出了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。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。清单二 牛顿经典力学理论的内容发现万有引力定律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 -(2)主要内容：宇宙中一切物体之间，都存在着一种相互吸引的作用，这种相互吸引
3、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：用数学表达方式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。深 化 认 知 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
4、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。清单三 牛顿取得科研成就的启示勤奋的探索与科学的研究方法1.勤奋的探索精神在科学研究上，牛顿是一个十分专注的科学家，是一位勤奋的探索者。2科学的研究方法牛顿将实验作为得出科学概念的主要途径，这是近代的科学研究方法。后人将其方法总结为“归纳演绎” 。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。这种严肃科学态度和勤奋探索精神相结合，使牛顿做出科学史上的伟大发现，并为近代科学的发展奠定基础。深 化 认 知 牛顿是英国物理学家、数学家和天文学家，经典物理学理论体系的建立者，他在物
5、理学、数学和天文学研究方面都做出了划时代的贡献，被称为“近代科学之父” 。 探究点一 牛顿的成就 - 3 -史料探究材料一 右图为牛顿在进行光学实验：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(1)阅读材料一，结合所学知识解释牛顿如何从两方面使“自然界和自然规律”变成光明的？答案 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
6、学上有名的二项式定理和微积分的初步算法。材料二 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。(2)结合材料二归纳牛顿能使黑暗变成光明的原因。答案 做实验，记笔记，积累知识，分类整理，将实验做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。结论形成牛顿被称为“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
7、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- 4 -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。探究点二 评价牛顿 史料探究材料一 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
8、创造力的人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。 ”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。 ”材料二 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。(1)根据上述材料，分别概括爱因斯坦和凯恩斯对牛
9、顿的评价。答案 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)结合材料，指出二人评价牛顿的不同角度。答案 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。结论形成评价牛顿牛顿是著名物理学家、数学家和哲学家。(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
10、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。一、选择题(每小题 4 分，共 24 分)1牛顿在科学研究上做出的重大贡献是( )A阐明了进化论 B建立了量子力学理论C提出了相对论 D构建了经典力学理论- 5 -解析：选 D 达尔文阐明了进化论，故 A 项错误；普朗克提出了著名的量子概念，故 B 项错误；爱因斯坦提出了相对论，故 C 项错误；牛顿构建了经典力学理论，故 D 项正确。2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地球不是正球体解析：选 D 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
11、象的基础上，预言地球不是正球体，而是一个扁球体。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( )第一个充分利用实验得出科学结论的人 创立的力学体系完成了人类对自然界第一次理论大综合 其科学成就推动了启蒙运动兴起 在伽利略的基础上，使人们的认识深入到微观世界A BC D解析：选 C 伽利略注重实验和实践，被视为近代实验科学的奠基人，故错误；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，故正确；
12、牛顿力学主要关注宏观物体的运动，故项错误。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发现冥王星解析：选 B “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。519 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
13、了包括宏观和微观世界的一切问题- 6 -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解析：选 B 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英国科学史专家丹皮尔在科学史中指出：“那时哲学与科学仍是混淆不清。连笛卡尔在为天文学建立一种力学理论时，也把它放在经院哲学的相反的观点和认为物质的本质是广延性的形而上学见解的基础上。牛顿摆脱了这些先人之见，实在是一
14、种真正的进步。 ”牛顿的进步性主要在于( )A确立了辩证唯物主义理论B为资产阶级革命奠定理论基础C破除了对宗教的信仰D首次对自然规律进行理论性概括解析：选 D 本题考查学生阅读和理解材料和再认再现历史基本知识的能力。原来的科学受宗教哲学的影响，建立在形而上学的基础上，而牛顿第一次对自然规律进行了理论性概括。二、非选择题(第 7 题 12 分，第 8 题 14 分，共 26 分)7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
15、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
16、生活的时代特征。(4 分) (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。(8 分)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。- 7 -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。8阅读下列材料，回答问题。材料一 牛
17、顿出生的时代，正是欧洲的自然科学、社会科学向前跃进的变革时代。欧洲的科学，曾经有过辉煌的过去。进入中世纪后，基督教会统治欧洲长达上千年，在这个漫长的岁月里，欧洲的科学被禁锢在神学思想中，成了宗教的附属物。文艺复兴后的 200 年中，真正的科学伴随着资本主义的发展而登上新的历史舞台，并以磅礴的气势迅速发展。牛顿的时代是一个科学革命的大时代，而他也以巨大的成就给这个时代增添了绚烂的色彩。材料二 少年时代的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但却喜欢读书、沉思、做科学小实验。迫于生活艰难，牛顿的母亲只得让他停学务农，但是被他的好学精神所感动的舅父说服了母亲让牛顿继续读书。1661 年，18 岁的牛
18、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持学费。人民出版社中外历史人物评说(1)据材料一分析，近代科学迅速发展的原因是什么？牛顿在光学和力学上取得了怎样的巨大成就？(10 分)(2)结合材料一、二，谈谈你的感想。(4 分)解析：本题考查近代科学发展的原因以及牛顿在科学上的贡献。第(1)问，第一小问要结合牛顿生活的时代背景分析；第二小问结合所学知识回答。第(2)问属于开放性试题，言之有理就可。答案：(1)原因：资本主义的发展为科学的发展奠定物质基础和发展动力；文艺复兴解放了人们的思想。成就：在光学方面，通过实验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，从而奠定了光谱学的基础，并提出光的“微粒说” ；在力学方面，提出了物体运动三大定律和万有引力定律，用数学表达方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，形成一个完整的力学理论体系，万有引力定律成为天文学的基础定律。(2)科学的进步需要适宜的社会环境；成功需要谦虚的态度，勤奋探索的科研精神等；贫穷不是个人的耻辱，反而可以磨练个人的意志品质。
