第18课 近代科学体系的奠基人牛顿教学案

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第18课 近代科学体系的奠基人牛顿教学案

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源莲山 课
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  清单一 勤奋好学、善于探索
 成长的足迹 

1.童年时代
出生于英国林肯郡的一个村庄,爱动脑筋,动手能力强。
2.中学时代
一度辍学,喜欢读书及钻研数学问题。
3.大学时代
进入剑桥大学三一学院学习,发现代数二项式定理。
4.乡下两年
发明了微积分,发现了日光的组成,并开始研究引力问题。

清单二 创立经典力学体系
 万有引力定律 

1.提出“万有引力”概念
(1)条件
①开普勒发现了行星绕日运动的三大定律。
②伽利略发现了力学的一些基本原理。
(2)内容:通过研究证明宇宙间所有的物体都是相互吸引的。
(3)意义:对以后的天体研究起了极大的推动作用。
2.创立经典力学体系
(1)标志:1686年,撰写《自然哲学的数学原理》一文,提出力学的三大定律和万有引力定律,为经典力学规定了一套基本概念,1687年问世。
(2)地位:是近代科学体系形成的标志。
[深化认知]
近代科学是建立在科学实验的基础上,通过科学分析,揭示客观事物本质规律,并形成系统的科学理论。牛顿创立的经典力学体系,实现了物理学史上第一次大飞跃,标志人类科学时代的开始;引发了第一次工业革命,使人类社会进入蒸汽时代;用数学方法描述宇宙运行自然法则,为启蒙思想和唯物主义哲学奠定了基础。 
   
清单三 对牛顿的评价
 晚年的困惑 

1.晚年的困惑
迷恋和钻研宗教与神秘思想,写下了大量的《圣经》评注和其他神学论文。
2.地位与作用
(1)牛顿是近代自然科学体系的奠基人。
(2)从伽利略到牛顿的时期,对后来科学的发展产生了深远的影响。
[深化认知]
牛顿是著名的物理学家、数学家和天文学家,经典物理学理论体系的建立者,他在物理学、数学和天文学研究方面都做出了划时代的发明和发现,被称为“近代科学之父”。牛顿是17世纪科学革命中所涌现出的最伟大的科学家,也是人类历史上最伟大的科学家之一。
                                
 
探究点一 牛顿对近代科学的巨大贡献 

[史料探究]
材料一 牛顿由于发明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;由于发现了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学;由于认识了力的本质而创立了科学的力学。
——恩格斯
(1)从材料一恩格斯的评价可以看出牛顿的科学研究具有什么特点?概述牛顿对古典物理学所做的主要理论贡献。
[答案] 特点:研究范围涉及天文、光学、数学、力学等多个领域;在各个领域里都成果突出,贡献巨大。理论贡献:提出了万有引力定律与力学三个基本定律,建立起完整的力学体系,从而把天上的行星和它们的卫星的运动规律同地上重力下坠的现象统一起来,完成了物理学发展史上的第一次大综合,实现了人类认识上的飞跃,成为近代自然科学形成的标志。
材料二 如果说我比别人看得远些,那是因为我站在巨人肩上的缘故。我不知道在别人看来我是什么样的人,但在我自己看来,我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋,却全然还没有发现呢。
任何不是从现象中推论出来的说法都应称之为假说,而这样一种假说无论是形而上学的还是物理学的,无论属于隐蔽性质的还是力学性质的,在实验哲学中都没有它们的地位。
——牛顿
(2)结合材料二及所学知识,谈谈你对为什么牛顿能够取得如此伟大成就的理解。
[答案] 生活在欧洲科学革命的大时代;善于吸收、借鉴前人的优秀成果和经验;对科学研究具有浓厚的兴趣;忘我的投入与勤奋的探索;谦虚的态度;科学有效的研究方法。
[结论形成]
牛顿建立力学体系的原因及深远影响
1.原因
(1)具备了较好的经济基础。当时英国资本主义经济的迅速发展,为牛顿在科学方面的贡献创造了条件。
(2)具备了良好的知识条件。开普勒和伽利略的研究成果,特别是伽利略的实验科学方法和培根所倡导的唯物主义的科学研究法。
(3)英国资本主义制度确立后,资本主义生产的发展对力学提出了迫切的要求。
(4)牛顿在科学领域的探索精神和不畏艰辛、勇于牺牲的思想品质。他在系统总结前人成果的基础上,进行了大量的实验与研究。
2.深远影响
(1)牛顿力学以严格的数学方法和逻辑体系将宇宙间的运动统一起来,是经典物理学和天文学的基础,也是现代工程力学以及与之有关的工程技术的理论基础。牛顿力学的创立标志着人类科学时代的开始。
(2)牛顿经典力学揭示了力学与运动的关系,使人们可以精确掌握力及其作用,使人们掌握了机械的制造与应用,从而引发了以英国工业革命为起点的第一次技术革命,使人类社会进入蒸汽时代。
(3)牛顿用数学方法精确描述宇宙运行的自然法则,揭示出宇宙万物的物质本性和科学性,也为法国启蒙思想和唯物主义哲学奠定了科学基础。
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
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.近代科学体系形成的标志是(  )
A.万有引力定律  B.狭义相对论
C.广义相对论  D.牛顿力学体系的建立
解析:选D 人们把牛顿力学体系的建立当做近代科学体系形成的标志。
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.①②  B.①③④
C.②③  D.②③④
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.右图是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 图片中的图案包括天体运行轨道,牛顿的万有引力定律对解释天体现象有重要作用,因此正确答案为B。
5.牛顿晚年迷恋和钻研宗教与神学思想,他认为“上帝统治万物,我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他”。这说明(  )
A.牛顿毕生致力于自然科学的研究
B.牛顿晚年否定了自己所发展的科学
C.牛顿受时代的限制也有其局限性
D.牛顿真实的目的是用科学战胜神学
解析:选C 在牛顿生活的那个时代,中世纪神学的巨大阴影还未消退。晚年的牛顿认为“上帝”是一个永恒、无限、绝对完美的主宰者,正是这种时代局限性的体现。
6.哥白尼《天体运行论》发表后的百年牛顿出生,那一年伽利略刚刚去世。这似乎预示着牛顿所从事的研究将开始孕育一个“全新的文明”。所谓“全新的文明”是指(  )
A.农业文明        B.工业文明
C.后工业文明  D.信息文明
解析:选B 牛顿经典力学体系的创立,推动了物理学领域众多研究成果的发展,从而为后来的两次工业革命提供了理论基础,两次工业革命所带来的“全新的文明”就是工业文明,故答案为B。
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 
 
材料二 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。
——[美]斯塔夫里阿诺斯《全球通史》
(1)上述材料反映了牛顿在哪一领域的什么贡献?(2分)
(2)结合所学知识分析牛顿取得这一成就的原因。(8分)
(3)结合材料一、二,谈谈你对科学进步的感想。(2分)
解析:本题考查学生从材料中获取有效信息和分析问题的能力。第(1)问,阅读材料一图片,紧扣教材知识,并结合材料二的评论得出结论。第(2)问,结合所学知识,从牛顿个人素养和社会环境两方面分析原因。第(3)问,谈感想一定要紧扣主题,切忌空泛,并注意语言的精炼。深刻认识个人成就与社会的关系。
答案:(1)在物理学方面提出了万有引力定律和力学三大定律,创立了“牛顿经典力学”。
(2)主观方面:牛顿具有勤奋探索的科研精神;勤于动手,注重实验的科学方法;谦虚、谨慎,善于吸收,总结前人经验和成果的科学态度。
客观方面:英国资产阶级革命后,资本主义经济迅速发展,既对力学的发展提出了迫切要求,又为牛顿的科研工作奠定了物质基础;开普勒、伽利略等人的科学成就为牛顿力学体系的创立提供了条件。
(3)科学的进步,不仅需要科学家的勤奋努力,更需要适宜的社会环境。
8.阅读下列材料,回答问题。
材料一 这一尽善尽美的包括太阳、行星的大系统,惟有出于全能的神之手……就像一个盲人对于颜色毫无概念一样,我们对于神理解万事万物的方法简直是一无所知。
——牛顿
材料二 更让人扼腕的是,牛顿在晚年时竟成了神学的奴隶,一心要证明上帝的存在。提出了太阳系起源于神秘的“第一推动力”。在《自然哲学的数学原理》第二版中,他加进了一个《总释》,他在《总释》中说:“这个由太阳、行星和彗星组成的最完美的体系,只能来自一个全智全能的主宰的督促和统治。”在出任造币厂的监督后,又埋头于荒唐的炼金术……
——《太空探索》2006年第4期
材料三 在牛顿描述的世界中,处处充满着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》
(1)材料一说明牛顿具有怎样的信仰?结合材料二说明,这种信仰与其科学研究有什么关系?(4分)
(2)材料三中的“井然有序的规律和法则”主要是指什么?这些规律的发现有何影响?(6分)
(3)综合三则材料,你认为应该如何评价牛顿?(4分)
解析:第(1)问分析材料得出牛顿对上帝的信仰,进而说明其通过科学研究理解上帝的目的。第(2)问根据牛顿的科学贡献进行回答。第(3)问从牛顿所处的时代背景角度进行概括。
答案:(1)信仰:虔诚信仰基督教(上帝)。关系:牛顿希望通过科学研究来理解上帝、验证上帝的存在,因此对基督教的信仰成为其科学研究的重要动力。
(2)规律和法则:指运动三大定律和万有引力定律。影响:构成了一个完整的力学理论体系,是人类对自然规律的第一次系统性的理论概括,是近代自然科学诞生的标志,也奠定了近代物理学和天文学的基础;极大地推动了人们世界观的革新,使人们从宗教束缚中解放出来,进一步促进人们以科学精神来认识自然界和人类社会;揭示了力与运动的关系,使人们掌握了机械的制造与应用,从而引发了第一次工业革命。
(3)牛顿因其勤奋好学和善于研究而成为人类历史上最伟大的科学家之一,又因中世纪神学影响而迷恋于宗教,展现出其平常人的一面。

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