高中歷史6.4近代科學之父牛頓教案新人教版選修4

PAGE第4課近代科學之父牛頓【課程標準解讀】[課標要求]了解牛頓的成長歷程及主要科學成就，認識他們在社會發(fā)展中的作用。[課標解讀]基本目標是掌握牛頓早期的科學發(fā)明與創(chuàng)造、萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)、勤奮的探索和科學的研究方法等基本內(nèi)容。能力目標是通過這些活動和成就了解牛頓的科學精神和對世界科技發(fā)展起到的巨大推動作用?？疾榈闹攸c是經(jīng)典力學體系的地位和作用，往往與愛因斯坦的成就進行比較命題。【情境激趣誘思】牛頓數(shù)學橋牛頓數(shù)學橋是劍橋大學城里的一大景觀，全橋由7177根大小不一的木頭銜接而成，有10299個接口，如果以一個接口用一枚鐵釘來計算，那么至少需要10299枚鐵釘。但牛頓把所有鐵釘都倒進了河里，整座橋沒用一枚鐵釘，這就是數(shù)學的奇妙。多少年來，劍橋數(shù)學系的高才生們都夢想解破數(shù)學橋的奧秘，換句話說就是想在紙頭上造一座跟數(shù)學橋一模一樣的橋。但如愿者無一。多數(shù)人設(shè)計出來的橋至少需要上千枚鐵釘才能達到原橋同等效果，只有少數(shù)幾人把鐵釘數(shù)量減少到千枚數(shù)之內(nèi)。有個冰島人，他創(chuàng)造了有史以來的最好成績，把鐵釘數(shù)減少到561枚?！菊T思探究】牛頓還有哪些奧秘等待著人們破解？【教材內(nèi)容詳解】一．早期科學發(fā)明與創(chuàng)造1．求學生涯：（1）自幼好學：童年時代就愛思考，善于觀察生活，進行一些發(fā)明和創(chuàng)造。（2）中學時代：開始進行科學研究與試驗。（3）大學時代：中學畢業(yè)后考入劍橋大學，接觸大量的自然科學著作。除師從巴羅教授學習外，悉心鉆研笛卡兒等人的數(shù)學，將牛頓引導到當時數(shù)學的最前沿——解析幾何與微積分方面。牛頓生活的時代：1642年，伽利略逝世，也這是這一年，斯圖亞特王朝的國王查理一世挑起內(nèi)戰(zhàn)，牛頓出生在英國北部一個叫烏爾索普的小村莊。牛頓生活的年代是17世紀中期至18世紀早期，正是歐洲社會發(fā)生巨大變革的偉大時代。資本主義進一步發(fā)展，自然科學有所突破，思想文化繼承了文藝復(fù)興時期的人文主義，進一步發(fā)展為啟蒙運動時期的理性主義。2．早期科學發(fā)明與創(chuàng)造（1）大學畢業(yè)前：提出了二項式定理以及微積分的初步算法。（2）黃金歲月：1665－1666年，英國爆發(fā)了一場可怕的鼠疫，牛頓回到鄉(xiāng)下。在鄉(xiāng)下的兩年是牛頓科學生涯中的黃金歲月，他在光學、數(shù)學、力學等領(lǐng)域的研究都取得了重要進展。（3）光學研究：①制作折射望遠鏡，對太陽光進行反射實驗，證明日光即白色光由七色光組成，還進一步說明了物體顏色的形成原理，奠定光譜學的基礎(chǔ)。②1672年被選為英國皇家學會會員，當年遞交論文《關(guān)于光和色的新理論》，提出光的本質(zhì)是微粒的見解，在以后的兩個世紀統(tǒng)領(lǐng)西方世界，與荷蘭物理學家惠更斯的“波動說”構(gòu)成了關(guān)于光的兩大基本理論。（4）天體研究：制作世界上第一架反射望遠鏡，使人類對天體的觀察進入了一個新階段。[學思同步探究]問題探究：閱讀下列材料：材料一P128歷史縱橫。材料二P129學思之窗。材料三P129歷史縱橫。材料二P130歷史縱橫（上）。請回答：（1）材料一中，少年的牛頓與別的孩子有什么不同？（2）材料二中，你怎樣看待牛頓的學習方法？（3）據(jù)材料三，你從牛頓身上學到了什么？（4）材料四給文明怎樣的啟示？提示：（1）愛思考，善于觀察，從事發(fā)明活動。（2）牛頓的學習方法是科學的。通過做實驗、記筆記，積累數(shù)據(jù)，并能夠把知識進行分類整理。這樣的學習方法與當時的“歸納—演繹”科學研究方法是一致的。（3）貧窮不是獲得別人同情的資本，只有勤奮學習，才能改變自己的命運，對人類做出貢獻。（4）前人的科研成果為后人提供借鑒，后人“站在巨人的肩膀上看的更遠”。真理是不斷發(fā)展的。例題探究例題1勤奮和善于鉆研是牛頓的性格，有人對他在大學時代取得的某項成就時說，“即使牛頓沒有別的成就，僅這個也足以使他在科學史上留下不朽之名”。該人所評價的牛頓的成就是（）A．提出二項式定理B．制成折射望遠鏡C．發(fā)現(xiàn)天體運行規(guī)律D．提出萬有引力定律解析：大學時代的牛頓，提出了數(shù)學上的二項式定理和微積分的初步解決方法。答案：A二、發(fā)現(xiàn)萬有引力定律1．提出萬有引力定律（1）基礎(chǔ)：哥白尼、伽利略、開普勒等人在天文學方面的研究成果。（2）方法：反復(fù)試驗驗證。（3）內(nèi)容：宇宙間一切物體之間，都存在著一種相互吸引的作用，這種相互吸引的作用力就是萬有引力。（4）意義：后來成為天文學上的基礎(chǔ)定律，極大推動了人們對天體運動的研究。萬有引力定律：萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。它是牛頓在當時天文學和力學成就的基礎(chǔ)上，主要是根據(jù)開普勒三定律、落體運動規(guī)律和牛頓第二定律等，對天體的運動和地面上物體的運動，進行長期觀察和研究所得出的成果。2．出版《自然哲學中的數(shù)學原理》（1）時間：1687年。（2）內(nèi)容：確定了解決萬有引力問題的物體運動三定律，闡明了萬有引力的概念并把它應(yīng)用到天文學中；解釋潮汐現(xiàn)象、地球的圓扁形狀等。牛頓運動三大定律：牛頓第一定律，又稱慣性定律——一切物體在不受外力作用時，總是保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。牛頓第二定律，又稱加速度定律——物體運動的加速度與作用于物體上所有外力的合力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向答。答案：（1）發(fā)現(xiàn)代數(shù)二項式定理，發(fā)明了微積分，發(fā)現(xiàn)光的組成，提出了力學的三大定律和萬有引力定律，為經(jīng)典力學規(guī)定了一套基本概念。（2）謙虛的態(tài)度，勤奮探索的科研精神?！揪C合探究提升】[知識結(jié)構(gòu)][知能整合]1．牛頓是“近代科學之父”的原因（1）牛頓是英國物理學家、天文學家和數(shù)學家。（2）在天文學方面，他解釋了潮汐現(xiàn)象，指出潮汐的大小不但同朔望月有關(guān)，而且與太陽的引力也有關(guān)系；牛頓從理論上推測出地球不是球體，而是兩極稍扁、赤道略鼓，并由此說明了歲差現(xiàn)象等。（3）在物理學上，牛頓基于伽利略、開普勒等人的工作，建立了三條運動基本定律和萬有引力定律，并建立了經(jīng)典力學的理論體系。（4）在數(shù)學上，牛頓創(chuàng)立了“牛頓二項式定理”，并和萊布尼茨幾乎同時創(chuàng)立了微積分學。（5）在光學方面，牛頓發(fā)現(xiàn)白色日光由不同顏色的光構(gòu)成，并制成“牛頓色盤”；關(guān)于光的本性，牛頓創(chuàng)立了光的“微粒說”。在牛頓的著作《自然哲學的數(shù)學原理》中，他用數(shù)學解釋了哥白尼的日心說和天體運動的現(xiàn)象。（6）牛頓力學體系的建立是近代科學形成的標志，是人類認識史上對自然規(guī)律的第一次概括和總結(jié)。例1牛頓為后世留下了寶貴的財富，包括①經(jīng)典力學體系②科學的數(shù)學表達方法③嚴肅的科學態(tài)度④勤奮的探索精神A．①②B．③④C．①②③D．①②③④解析：經(jīng)典力學體現(xiàn)和科學的數(shù)學表達方法是牛頓為我們留下的科技財富，嚴肅的科學態(tài)度和勤奮的探索精神是牛頓為我們留下的寶貴精神財富。答案：D點評：本題的解題關(guān)鍵在于全面、熟練掌握牛頓在近代科學方面的貢獻。2．明清時期中西方科技發(fā)展的差異（1）約從15世紀后半期開始，近代科學在西歐興起，我國的科技不但被西方迅速趕上和超過，而且日益走向沒落。（2）在內(nèi)容上，中國在科學上的主要成就屬于應(yīng)用科學，如《本草綱目》等，西方科學家研究的重點是對事物及其規(guī)律的探索。（3）在研究方法上，西方科學家進行的研究注重實驗方法，而中國主要采取傳統(tǒng)的整理典籍和總結(jié)經(jīng)驗的方法。16世紀中西科學在內(nèi)容和方法上的差別，正是近代科學與傳統(tǒng)科學本質(zhì)差別的具體體現(xiàn)。例2在西方，火藥、指南針和印刷術(shù)對于推翻封建統(tǒng)治、開拓世界市場、推動科學革命發(fā)揮了重要作用，但它們在明清時期的中國卻未能推進社會變革。其重要原因之一在于當時的中國（）A．固守農(nóng)耕自然經(jīng)濟生產(chǎn)方式B．受到西方殖民者和俄國侵擾C．國家分裂，國力衰弱D．經(jīng)濟停滯倒退解析：本題旨在考查中國古代三大發(fā)明在東西方所起不同作用的原因以及對經(jīng)濟基礎(chǔ)決定上層建筑這一原理的理解運用。C項明顯錯誤；D項‘‘停滯倒退”的敘述不確切，明清時期的資本主義萌芽發(fā)展緩慢，但封建經(jīng)濟卻繼續(xù)發(fā)展；B項是外因。答案：A點評：東西方科技的差異，在于東西政治、經(jīng)濟、思想文化等諸方面的差異。從整體上看，中國固守農(nóng)耕經(jīng)濟，不斷強化專制統(tǒng)治，而西方走上了發(fā)展資本主義的道路，不斷地對外侵略擴張?！颈菊n綜合演練】1．觀察右圖，牛頓通過反射望遠鏡反復(fù)觀察后大膽預(yù)言（）A．日光是由七種顏色組成B．光的本質(zhì)是微粒C．行星運轉(zhuǎn)軌道是橢圓形D．地球不是正球體D解析：牛頓利用自制的反射望遠鏡，在考察行星運動和分析潮汐現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，預(yù)言地球不是正球體。2．下列對牛頓力學體系的相關(guān)表述正確的是（）①其內(nèi)容包括物體運動三大定律和萬有引力定律②它是對自然規(guī)律的第一次理論性的概括和總結(jié)③它標志著近代科學的形成④它是物理學絕對權(quán)威的理論A．①②③B．①③④C．①②④D．①③④A解析：任何科學都是相對的，不存在絕對的真理，隨著人類認識的不斷深入和發(fā)展，科學也是在發(fā)展的。④的敘述過于絕對，是錯誤的。3．科學技術(shù)是人類探索自然的產(chǎn)物，一般認為我們今天所理解的科學和技術(shù)形成于17世紀。實現(xiàn)了物理學史上第一次飛躍的是（）A．電磁學理論的建立B．牛頓力學的建立C．進化論的出現(xiàn)D．量子力學的建立B解析：注意時間：17世紀。牛頓力學體系的建立，實現(xiàn)了物理學上的第一次飛躍。4．牛頓說，我是大海邊拾貝殼的孩子，真理才是汪洋大海，我的發(fā)現(xiàn)是站在巨人肩上。這反映出他的優(yōu)秀品質(zhì)是（）A．愛國主義精神B．謙虛態(tài)度C．勤奮的探索精神D．獻身精神B解析：在真理面前是個孩子，站在巨人的肩膀上，這些說法體現(xiàn)了牛頓的謙虛態(tài)度。5．閱讀下列材料：材料一正是在物理學領(lǐng)域，牛頓進行了最有意義的研究。在這方面，他以伽利略的研究為基礎(chǔ)，將后者的成果發(fā)展到輝煌的頂點。伽利略主要關(guān)心的是地球的運動，牛頓則發(fā)現(xiàn)了有關(guān)宇宙本身的定律。材料二伽利略發(fā)現(xiàn)，運動中的物體若無一定的外力使它轉(zhuǎn)向，便做勻速直線運動，這一發(fā)現(xiàn)要求人們必須解釋：為什么行星不易直線飛離，而趨于落向太陽，結(jié)果形成其橢圓形的軌道；為什么月亮同樣趨于落向地球。材料三牛頓已發(fā)現(xiàn)了一個數(shù)學上能證實的根本的宇宙規(guī)律……實際上，自然界好像是一個巨大的機械裝置，按照通過觀察、實驗、測量和計算可予以確定的某些自然法則進行運轉(zhuǎn)。……因而牛頓的物理學分析方法現(xiàn)今開始不僅被應(yīng)用于物質(zhì)世界，而且被應(yīng)用于思想知識的整個領(lǐng)域及人類社會。正如伏爾泰（法國著名的啟蒙思想家）所說的，“整個自然界、所有行星竟會服從永恒的法則，而且一種身高5尺的小動物竟能不顧這些法則，完全按照自己的怪想隨心所欲地行動，這是非常奇異的”。尋找決定人類事物的這些永恒法則，是法國革命之前的所謂的啟蒙運動的實質(zhì)。――以上材料均摘自（美）斯塔夫里阿諾斯《全球通史》請回答：（1）據(jù)材料一、二，簡要指出牛頓經(jīng)典力學誕生的客觀條件。（2）牛頓物理分析方法的特征是什么？（3）據(jù)材料三，結(jié)合所學知識指出牛頓經(jīng)典力學產(chǎn)生的影響。解析：注意仔細閱讀材料，通過材料進行歸納。答案：（1）繼承前人的科研成果；科技自身發(fā)展的要求。（2）利用數(shù)學做完整的推演；注重實驗。（3）牛頓經(jīng)典力學開創(chuàng)了物理學的新時代，推動了近代科學的發(fā)展；對社會意識形態(tài)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響，為啟蒙思想家探求人類社會的法則提供了科學理論依據(jù)?！菊n后習題解答】探究學習總結(jié)提示一．本課測評1．牛頓是英國物理學家、天文學家和數(shù)學家。在天文學方面，他解釋了潮汐現(xiàn)象，指出潮汐的大小不但同朔望月有關(guān)，而且與太陽的引力也有關(guān)系；牛頓從理論上推測出地球不是球體，而是兩極稍扁、赤道略鼓，并由此說明了歲差現(xiàn)象等；在物理學上，牛頓基于伽利略、開普勒等人的工作，建立了三條運動基本定律和萬有引力定律，并建立了經(jīng)典力學的理論體系；在數(shù)學上，牛頓創(chuàng)立了“牛頓二項式定理”，并和萊布尼茨幾乎同時創(chuàng)立了微積分學；在光學方面，牛頓發(fā)現(xiàn)白色日光由不同顏色的光構(gòu)成，并制成“牛頓色盤”；關(guān)于光的本性，牛頓創(chuàng)立了光的“微粒說”。在牛頓的著作《自然哲學的數(shù)學原理》中，他用數(shù)學解釋了哥白尼的日心說和天體運動的現(xiàn)象。牛頓力學體系的建立是近代科學形成的標志，是人類認識史上對自然規(guī)律的第一次概括和總結(jié)。2．在吸收了前人研究成果的基礎(chǔ)上，再加上牛頓勤奮的探索和科學的研究方法。二．學習延伸1．探究活動