高中历史知识点：牛顿早期的科学发明与创造

逍遥学能 2016-01-24 21:29

成长历程：

1、苦难童年，勤于思考、善于观察；中学时代开始科研，学习成绩优异；
2、剑桥就读，接触大量的自然科学著作；
3、在光学、数学、力学等领域都有建树，自制折射和反射望远镜。对光学和天体进行研究和观察；
4、1672年当选为英国皇家学会会员，这年牛顿将自己光学论文《关于光和色的新理论》送交学会。牛顿在这篇论文中提出光的本质是“微粒”的学说。这个学说与后来的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。

牛顿的科学成就：

牛顿获得巨大成就的原因：

1、主观条件：
勤奋、创新和谦虚好学的精神；
甘于寂寞，献身科学的精神等；
正确的科研方法(实验；归纳一演绎法)
2、客观条件：
前人的研究成果为牛顿提供坚实的基础；
西欧思想解放运动为其提供思想基础；
生产的迅速发展对基础理论提出了迫切要求

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牛顿的经典力学：

经典力学的基本定律是牛顿运动定律或与牛顿定律有关且等价的其他力学原理，它是20世纪以前的力学，有两个基本假定：
其一是假定时间和空间是绝对的，长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关，物质间相互作用的传递是瞬时到达的；
其二是一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定。20世纪以来，由于物理学的发展，经典力学的局限性暴露出来。
①伽利略对经典力学创立的奠基作用。
②牛顿创立经典力学。

经典力学的特征：

与传统科学和现代物理学相比，经典力学具有三大特征：
1、注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。
2、它的数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。
3、研究人们日常生活中易于理解的宏观世界，后来的X射线、放射性和电子等三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象。
这些表明人们对物质世界的认识在不断深入。

牛顿创立经典力学：

（一）背景：
1、16世纪末17世纪初，文艺复兴运动的扩展促进了人的思想解放，对科学研究产生了重要影响；
2、文艺复兴运动时期哥白尼提出“太阳中心说”，不但动摇了上帝创世说，也启迪了伽利略对亚里士多德力学的质疑和实验思想的萌生。
3、伽利略基于观察、实验以及实验与数学相结合的科学研究，发现了自由落体定律；
4、英国工场手工业时期经济上的需要与力学有直接关系；
5、牛顿在伽利略研究的基础上发现了万有引力定律和运动三定律，形成了以实验为基础、以数学为表达形式的牛顿力学体系，即经典力学体系。
（二）标志：
1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》，提出物体运动三大定律和万有引力定律。
（三）历史地位：
17～18世纪，近代自然科学中突出发展起来的是经典力学。伽利略的自由落体定律奠基，牛顿的《自然哲学的数学原理》一书的出版则标志着经典力学的成熟，一个有关物体运动的理论体系形成了，故此，经典力学又称牛顿力学。
1、在经典力学领域中，最重要的成就是万有引力定律和运动三定律的发现，这些成就构成了经典力学的基本内容。
2、牛顿力学在科学史上的意义表现在它把天上和地上的运动统一起来，把万有引力定律和运动三定律视为宇宙间一切力学运动的普遍规律，从力学的角度证明了自然界的统一性，实现了人类自然界认识的第一次综合，完成了人类对自然规律的第一次理论概括和总结。
3、经典力学体系的建立标志着近代科学的形成，表达了近代自然科学的基本特点：以实验为基础，以数学为表达形式。人们根据万有引力定律发现海王星，又表明了科学的预见力和对实践的理论指导意义。
（四）意义：
①经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。
②促进了天文学发展：根据牛顿力学体系，人们发现了海王星和冥王星。
③促进了光学、电磁学等与力学的统一，推动了物理学的发展。
④促进了资本主义的两次科技革命的出现和发展。

经典力学的重要奠基者——伽利略

1、成就：发现自由落体定律等物理学定律
意义：开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，为后来经典力学的创立和发展奠定了基础。
自由落体定律的发现是伽利略把科学实验和理性思维相结合解决物理学问题的典范。它不仅发现了物体下落运动的客观规律，而且为人类认识自然找到了一条正确的途径和方法，因此，现在人们称伽利略为物理学之父。正是由于伽利略创立的科学方法，物理学研究才走上正确道路。
2、成就：利用自制望远镜发现许多星体，证明了哥白尼“日心说”的正确性。
意义：伽利略的这些发现和观点，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。

牛顿：

牛顿（1642—1727）是著名的英国科学家，在物理学、数学、天文学等许多方面作出了卓越的贡献。
1687年，他出版了《自然哲学的数学原理》，在该书中他首先给力学的基本要领如质量、动量、惯性、力及向心力下了定义，对大至宇宙天体，小至光的微粒的一切物体在真空中或在有阻力的介质中的运动，全部应用运动三定律和万有引力定律给予了说明，把自然界中的一切力学现象都囊括在他的力学体系之中。《自然哲学的数学原理》一书的出版标志着经典力学的成熟。
牛顿力学在科学史上的意义表现在它把天上和地上的运动统一起来，把万有引力定律和运动三定律视为宇宙间一切力学运动有普遍规律，从力学的角度证明了自然界的统一性，实现了人类自然界认识的第一次综合。
牛顿力学方面的贡献之一是确立了万有引力定律。这个定律说明，任何两个物体之间都有引力存在。这个引力与彼此吸引的物体的质量体积成正比，而与两物体间距离的平方成反比。万有引力定律总结了此前一个半世纪的科学发明并用精确的数学术语把它们联结起来了。
此外，牛顿还确立了著名的运动三定律，即惯性定律、比例定律（即加速度与力成正比）、作用和反作用相等定律。运动三定律是经典物理学的基础。

《自然哲学的数学原理》：

牛顿的主要研究成果集中在其不朽的名著《自然哲学的数学原理》一书中。这里所谓的“自然哲学”实际上就是指物理学。在古代，自然科学是以自然哲学的形式出现的。《自然哲学的数学原理》全书分为两大部分。
第一部分包括：“定义和注释”和“运动的基本定理或定律”。这部分虽然篇幅不大，却极为重要。
第二部分是这些基本定律的作用，包括三篇：
第一篇是研究万有引力的；第二篇讨论介质对物体运动的影响；
第三篇是“论宇宙系统”。在该书的第一部分中，牛顿首先给力学的基本概念如质量、动量、惯性、力及向心力下了定义，说明了绝对时间和绝对空间的含义。接着陈述了他总结和创立的运动三定律和矢量合成原理。
牛顿对运动三定律的表述如下：
运动第一定律（又称惯性定律）：任何物体将保持它的静止状态或匀速直线运动状态，直到外力作用迫使它改变这种状态为止。
运动第二定律：运动的变化与所施的力成正比，并沿力的作用方向发生。
运动第三定律：每一个作用总是有一个相等的反作用和它对抗；或者说，两物体彼此之间的相互作用永远相等，并且各自指向对方。
《自然哲学的数学原理》以牛顿三大运动定律和万有引力定律为基础，建立了完美的力学理论体系，说明了当时人们所能理解的一切力学现象，解决了行星运动、落体运动、微粒运动、声音和波、潮汐以及地球的扁圆形状等各种各样的问题。在此后二百多年中，再也没有人补充任何本质上的东西。直到20世纪量子力学和相对论问世，才使力学扩大了范围。

经典力学的困境：

在经典力学体系中，时间和空间的量度是绝对不变的。正如牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中写的：“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而且永远是相同的和不动的。”随着生产实践，特别是科学实验的发展，却出现了一些由“绝对时空观”解释不了的实验事实。比如，电磁波、光的传播和快速的电子运动，等等，都不遵循牛顿的力学定律。为了检验以太存在的假说，1887年，美国物理学家迈克耳逊和莫雷，利用光的干涉效应，观察干涉条纹的移动，试图探测地球相对于以太运动的速度，寻找以太绝对静止坐标系。虽然实验本身达到了很高的精确度，但是并未观察到干涉条纹的移动。这个实验被许多人所重复，结果都相同。实验的“零”结果否定了以太风的存在，这就是以太的飘移实验。很显然，新的发现与古典理论发生了矛盾，迫使人们重新考虑、大胆怀疑绝对时空观的正确性。新的实验表明，牛顿力学的致命弱点，就是把时空和物质运动割裂开来，忽视了它们之间的内在联系，因而当物体运动接近光速时，牛顿理论的终极真理性被否定了。这种状况表明，一种新的更为普遍性的理论的产生已不可避免了。

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