牛頓對科學方法的貢獻名師優(yōu)質課賽課一等獎市公開課獲獎課件

牛頓對近代科學方法貢獻

方曉翼財管二班41015054第1頁生平介紹第2頁

牛頓SirIsaacNewton（1643—1727）是偉大英國物理學家和數(shù)學家。他出生于林肯郡伍爾索普一個自耕農(nóng)家庭，恰與伽利略逝世是同年。牛頓出生之前，父親已逝世。牛頓是遺腹子，又是早產(chǎn)兒，先天不足，出生時體重只有3磅，差點夭折。他兩歲時母親改嫁，靠外祖母撫養(yǎng)。牛頓小課時期，體弱多病，性格靦腆，生性孱弱，有些遲鈍，自幼緘默寡言,性格倔強,而這種習性可能來自他家庭處境。他學習成績不佳但意志堅強，有不服輸勁頭。聽說，一次班上功課第一“小霸王”欺侮他，踢了他肚子一腳。牛頓被迫鼓起勇氣與他較量，同時暗下決心在功課上一定要超出小霸王。他告誡自己說：“不論做什么事情，只要肯努力，是沒有不成功?！苯?jīng)過刻苦努力，牛頓果真超出了小霸王，一躍而為全班第一。

大約從五歲開始，牛頓被送到公立學校讀書。少年時牛頓并不是神童，他資質日常，成績普通，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡單機械模型制作方法讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動手制作些奇奇怪怪小玩意，如風車、木鐘、折疊式提燈等等。牛頓(1643-1727)第3頁牛頓是17世紀最偉大科學巨匠。他成就遍布物理學、數(shù)學、天體力學各個領域。牛頓在物理學上最主要成就是發(fā)覺了萬有引力定律，綜合并表述了經(jīng)典力學3個基本定律；引入了質量、動量、力、加速度、向心力等基本概念，從而建立了經(jīng)典力學公理體系，完成了物剪發(fā)展史上第一次大綜合，建立了自然科學發(fā)展史上里程碑。其主要標志是他于1687年所發(fā)表《自然哲學數(shù)學原理》這一巨著。在光學上，他做了用棱鏡把白光分解為七色光（色散）試驗研究；發(fā)覺了色差；研究了光干涉和衍射現(xiàn)象，發(fā)覺了牛頓環(huán)；制造了以凹面反射鏡替換透鏡“牛頓望遠鏡”。17出版了他《光學》專著，闡述了自己光學研究結果。在數(shù)學上，牛頓與德國萊布尼茲各自獨立創(chuàng)建了“微積分學”；他還建立了牛頓二項式定理。牛頓在聲學、熱學、流體力學等方面也有不少研究結果和貢獻。第4頁科學結果第5頁牛頓科學結果：1。在天文學方面1672年牛頓創(chuàng)制了反射望遠鏡；他還解釋了潮汐現(xiàn)象，指出潮汐大小不但同朔望月相關，而且與太陽引力也相關系；另外，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。在牛頓著作《自然科學原理》中，他用數(shù)學解釋了哥白尼日心說和天體運動現(xiàn)象。

2。在物理學上

牛頓基于伽利略、開普勒等人工作，建立了三條運動基本定律和萬有引力定律，并建立了經(jīng)典力學理論體系，從而完成了物理學史上第一次大綜合。3。在數(shù)學上牛頓創(chuàng)建了“牛頓二項式定理”，并和萊布尼茲幾乎同時創(chuàng)建了微積分學。4。在光學方面牛頓發(fā)覺白色日光由不一樣顏色光組成，并制成“牛頓色盤”；關于光本性，牛頓創(chuàng)建了光“微粒說”。

第6頁2，物理學上成就一天，牛頓正坐在一棵蘋果樹下看書及思索問題時，有一個蘋果落了下來，這一下子啟發(fā)了牛頓。但以后經(jīng)教授發(fā)覺，當初蘋果并沒有砸到牛頓。而且牛頓日志中回想道，蘋果并沒有砸到他。其實這個故事是不符合歷史真實，把牛頓發(fā)覺萬有引力說成是因為受了蘋果落地啟發(fā)自然結果，依據(jù)歷史學者觀點，顯然是對歷史嚴重歪曲。另外，在1665年，牛頓對天體運動規(guī)律問題還沒有完全搞清楚，假如認可這個蘋果故事，不是等于把牛頓對萬有引力發(fā)覺提前了最少嗎？實際上，牛頓直到二十多年后才取得最終止論，并完成數(shù)學論證與公式推導。第7頁牛頓運動定律

牛頓運動定律是艾薩克·牛頓提出了物理學三個運動定律總稱，被譽為是經(jīng)典物理學基礎。“牛頓第一定律（慣性定律：一切物體在不受任何外力作用下，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。——它明確了力和運動關系及提出了慣性概念）”“牛頓第二定律（物體加速度跟物體所受合外力F成正比，跟物體質量成反比，加速度方向跟合外力方向相同。）公式：F=kma（當m單位為kg，a單位為m/s2時，k=1）”“牛頓第三定律（兩個物體之間作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。）”牛頓三大衡定

物質不滅定律，說是物質質量不滅；

能量守恒定律，說是物質能量守恒；動量守恒定律。第8頁3，數(shù)學上成就微積分創(chuàng)建是牛頓最卓越數(shù)學成就。牛頓為處理運動問題，才創(chuàng)建這種和物理概念直接聯(lián)絡數(shù)學理論，牛頓稱之為“流數(shù)術”。它所處理一些詳細問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題以及函數(shù)極大和極小值問題等，在牛頓前已經(jīng)得到人們研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高角度，對以往分散結論加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題各種技巧統(tǒng)一為兩類普通算法——微分和積分，并確立了這兩類運算互逆關系，從而完成了微積分創(chuàng)造中最關鍵一步，為近代科學發(fā)展提供了最有效工具，開辟了數(shù)學上一個新紀元。17，牛頓代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術》。他主要討論了代數(shù)基礎及其(經(jīng)過解方程)在處理各類問題中應用。書中陳說了代數(shù)基本概念與基本運算，用大量實例說明了怎樣將各類問題化為代數(shù)萬程，同時對方程根及其性質進行了深入探討，引出了方程論方面豐碩結果，如:他得出了方程根與其判別式之間關系，指出能夠利用方程系數(shù)確定方程根之冪和數(shù)，即“牛頓冪和公式”。牛頓對解析幾何與綜合幾何都有貢獻。他在1736年出版《解析幾何》中引入了曲率中心，給出親密線圓(或稱曲線圓)概念，提出曲率公式及計算曲線曲率方法。并將自己許多研究結果總結成專論《三次曲線枚舉》，于17發(fā)表。另外，他數(shù)學工作還包括數(shù)值分析、概率論和初等數(shù)論等眾多領域。第9頁4，光學上成就牛頓用極大興趣和熱情對光學進行研究。1666年，牛頓在家休假期間，得到了三棱鏡，他用來進行了著名色散試驗。一束太陽光經(jīng)過三棱鏡后，分解成幾個顏色光譜帶，牛頓再用一塊帶狹縫擋板把其它顏色光擋住，只讓一個顏色光在經(jīng)過第二個三棱鏡，結果出來只是一樣顏色光。這么，他就發(fā)覺了白光是由各種不一樣顏色光組成，這是第一大貢獻。牛頓為了驗證這個發(fā)覺，設法把幾個不一樣單色光合成白光，而且計算出不一樣顏色光折射率，準確地說明了色散現(xiàn)象。揭開了物質顏色之謎，原來物質色彩是不一樣顏色光在物體上有不一樣反射率和折射率造成。第10頁近代科學方法方面貢獻

第11頁牛頓在科學方法論上貢獻正如他在物理學尤其是力學中貢獻一樣，不只是創(chuàng)建了某一個或兩種新方法，而是形成了一套研究事物方法論體系，提出了方法論原理。在牛頓《自然哲學數(shù)學原理》一書中表達了一下幾個科學方法：

1.試驗——理論——應用方法

2.分析——綜合方法

3.歸納——演繹方法

4.物理——數(shù)學方法第12頁牛頓在《自然哲學數(shù)學原理》序言中說：“哲學全部任務看來就在于從各種運動現(xiàn)象來研究各種自然之力，而后勇這些方法論證其它現(xiàn)象。”科學史家I.B.Cohen之處，牛頓“主要是將實際世界與其簡化數(shù)學表示重復加以比較”。牛頓是從事試驗和歸納實際材料巨匠，也是將其理論應用于天體、流體、引力等實際問題能手。1,試驗——理論——應用方法第13頁分析是從整體到部分（如微分、原子觀點），綜合是從部分到整體（如幾分，也包含天與地綜合、三條運動定律建立等）。牛頓在《自然哲學數(shù)學原理》中說：“在自然科學里，應該像在數(shù)學里一樣，在研究困難事物時，總是應該先用分析方法，然后才用綜合方法......。普通地說，從結果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍原因為止，這兒就是分析方法；而綜合方法則假定原因已找到，而且已經(jīng)把它們定為原理，再用這些原理去解釋由它們發(fā)生現(xiàn)象，并證實這些解釋正確性”。2.分析——綜合方法第14頁上述分析——綜正當與歸納——演繹法是相互結合。牛頓從觀察和試驗出發(fā)。“用歸納法找出普遍結論”，即得到概念和規(guī)律，然后用演繹法推演出種種結論，再經(jīng)過試驗加以檢驗、解釋和預測，這些語言大部分都在以后得到證實。當初牛頓表述定律他稱為公理，即表明由歸納法得出普遍結論，又可用演繹法去推演出其它結論。3.歸納——演繹方法第15頁牛頓講物理學范圍中概念和定律都“盡可能用數(shù)學演繹出”。愛因斯坦說：“牛頓第一個成功找到了一