1、第二讲第二讲 力学的发展力学的发展 我已经把哲学的原理确定下来了，但这些原理不是我已经把哲学的原理确定下来了，但这些原理不是哲学的，而是数学的。哲学的，而是数学的。 牛顿牛顿 近代自然科学的诞生是从天文学的突破开始的。近代自然科学的诞生是从天文学的突破开始的。 经典力学是从伽利略和开普勒时代开始的，到牛顿时经典力学是从伽利略和开普勒时代开始的，到牛顿时代到达成熟阶段。代到达成熟阶段。 从科学方法上看，它的建立和发展离不开科学实验方从科学方法上看，它的建立和发展离不开科学实验方法和数学的引入，也就是离不开归纳法（需要实验）法和数学的引入，也就是离不开归纳法（需要实验）和演绎法（需要数学）两者的结
2、合。和演绎法（需要数学）两者的结合。讨论与思考：讨论与思考： 为什么要先学力学？为什么要先学力学？ 中学时学的力学，你还记得多少？中学时学的力学，你还记得多少？ 请你说出牛顿三定律的内容和机械能守恒定律的条件。请你说出牛顿三定律的内容和机械能守恒定律的条件。 视频欣赏：视频欣赏：伽利略、牛顿、伽利略、牛顿、爱因斯坦和霍金：参透宇宙爱因斯坦和霍金：参透宇宙的金头脑的金头脑1.1 1.1 亚里士多德的力学亚里士多德的力学希腊世界百科全书式的思想家和科希腊世界百科全书式的思想家和科学家学家亚里士多德亚里士多德（Aristotle ，公元前，公元前384一一322 ）重视经验观察，他发展了物理学、）重
3、视经验观察，他发展了物理学、逻辑学、生物学以及政治、哲学理论。逻辑学、生物学以及政治、哲学理论。他提出的以太概念、物体越重下落速度他提出的以太概念、物体越重下落速度越快的思想以及目的论的思维方式支配越快的思想以及目的论的思维方式支配了西方一千多年。他通过观察、实验总了西方一千多年。他通过观察、实验总结而成的生物学著作结而成的生物学著作 动物志动物志 对各种对各种各样的动物进行了详尽描述，很有科学各样的动物进行了详尽描述，很有科学价值。价值。亚里士多德亚里士多德 希腊化时期，欧几里德、阿基米德、托勒密希腊化时期，欧几里德、阿基米德、托勒密的成就代表了古希腊科学技术发展的最高成就。的成就代表了古希
4、腊科学技术发展的最高成就。欧几里德欧几里德（Euclid ，约公元前，约公元前330 年年-275 年）所著年）所著 几何原几何原本本 集希腊古典数学之大成，构造了世界数学史上第一个宏集希腊古典数学之大成，构造了世界数学史上第一个宏伟的公理演绎系统，是古代世界在几何学上的丰碑。伟的公理演绎系统，是古代世界在几何学上的丰碑。科学巨匠科学巨匠阿基米德阿基米德（Archimedes ，公元前，公元前287 一一212 ）发现了）发现了杠杆原理和浮力原理，达到了古代力学的高峰。杠杆原理和浮力原理，达到了古代力学的高峰。希腊天文学的集大成者希腊天文学的集大成者托勒密托勒密（Ptdemy , 90-168
5、 ）系统总结）系统总结了希腊天文学的优秀成果，写成了希腊天文学的优秀成果，写成 天文学大成天文学大成 （后被阿拉（后被阿拉伯人改为伯人改为 至大论至大论 ），其中构造的以地球为中心的完整、），其中构造的以地球为中心的完整、复杂的宇宙体系复杂的宇宙体系 托勒密地心体系统治了西方天文学一千多托勒密地心体系统治了西方天文学一千多年，直到被哥白尼的日心说所代替。年，直到被哥白尼的日心说所代替。1 1、地心说与日心说、地心说与日心说为什么近代科学诞生是从天文学的突破开始的？为什么近代科学诞生是从天文学的突破开始的？托勒密托勒密古代人为了生产等需要，已古代人为了生产等需要，已经开始有目的地对星体、日、经开
6、始有目的地对星体、日、月进行观察记录。古希腊天文月进行观察记录。古希腊天文学对后世有很大影响，柏拉图学对后世有很大影响，柏拉图提出地球的中心思想，后由托提出地球的中心思想，后由托勒密发展为地心说勒密发展为地心说1.2 从哥白尼到开普勒从哥白尼到开普勒托勒密的地心说体系托勒密的地心说体系 早在公元前早在公元前4世纪，古希腊哲学家世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了亚里士多德就已提出了“地心说地心说”，即，即认为地球位于宇宙的中心。公元认为地球位于宇宙的中心。公元140年，年，古希腊天文学家托勒密发表了他的古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷卷巨著巨著天文学大成天文学大成，在总结前人工作，在总结
7、前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。静止不动，其他天体都绕着地球转动。 这一学说从表观上解释了日月星辰这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达时间长达1300余年。余年。在托勒密的地心说看来，地球处于宇宙的中心，静止在托勒密的地心说看来，地球处于宇宙的中心
8、，静止不动，太阳及其他行星围绕着地球运行为了解释与弥合天不动，太阳及其他行星围绕着地球运行为了解释与弥合天文观测的差距，托勒密构造出本轮文观测的差距，托勒密构造出本轮均轮体系。以使地球中均轮体系。以使地球中心体系符合观察到的星体运动路径。在中世纪西方、教会将心体系符合观察到的星体运动路径。在中世纪西方、教会将其纳入到严密而庞大的神学体系中，作为上帝创世说的一个其纳入到严密而庞大的神学体系中，作为上帝创世说的一个不可缺少的组成部分，这样一来。原本很单纯的天文学理不可缺少的组成部分，这样一来。原本很单纯的天文学理论论地心说地心说就变成了维护教会权威的一个重要理论支就变成了维护教会权威的一个重要理论
9、支柱。柱。本轮本轮均轮图均轮图哥白尼，波兰伟大的哥白尼，波兰伟大的天文学家、太阳中心天文学家、太阳中心说的创始人、近代天说的创始人、近代天文学的奠基人。文学的奠基人。随着时间延长，随着时间延长，“地心说地心说”与实际的与实际的偏离越来越大。哥白尼经过数十年的观偏离越来越大。哥白尼经过数十年的观察和研究，终于建方起以太阳为中心的察和研究，终于建方起以太阳为中心的宁宙体系宁宙体系“日心说日心说”。日心说认为，。日心说认为，地球是一颗普通的行星，它既有绕自转地球是一颗普通的行星，它既有绕自转轴的自转，又与其他行星一起围绕宇宙轴的自转，又与其他行星一起围绕宇宙中心中心太阳旋转。这就使得以前看来太阳旋转
10、。这就使得以前看来极不协调的种种天象变得简单而和谐。极不协调的种种天象变得简单而和谐。日心说的创立和日心说的创立和天体运行论天体运行论的出版的出版哥白尼哥白尼 哥白尼（哥白尼（1473147315431543），文艺），文艺复兴时期波兰著名的天文学家，复兴时期波兰著名的天文学家，太阳中心说的创始人，太阳中心说的创始人，近代天文近代天文学的奠基人。学的奠基人。 哥白尼创立的日心说，即天文哥白尼创立的日心说，即天文学名著学名著天体运行论天体运行论的发表，的发表，不但是天文学上的一次伟大革命，不但是天文学上的一次伟大革命，推动了天文学研究的飞速发展，推动了天文学研究的飞速发展，而且引起了人类宇宙观的
11、重大革而且引起了人类宇宙观的重大革新，沉重地打击了封建神权的统新，沉重地打击了封建神权的统治，治，“从此自然科学便开始从神从此自然科学便开始从神学中解放出来学中解放出来”。波兰天文学家哥白尼通过天文观察和数学计算创立了波兰天文学家哥白尼通过天文观察和数学计算创立了“日心说日心说”，认为太阳位于宇宙的中心，地球和其他星球都围绕太阳运转。认为太阳位于宇宙的中心，地球和其他星球都围绕太阳运转。哥白尼的哥白尼的日心说日心说示意图示意图日心说提出的科学根源、哲学根源和历史根源是什么？日心说提出的科学根源、哲学根源和历史根源是什么？ 科学根源科学根源：随着天文学观察数据越来越多，为了给予：随着天文学观察数
12、据越来越多，为了给予解释，托勒密的地心说不断修补，越来越复杂，难以解释，托勒密的地心说不断修补，越来越复杂，难以使人信服。使人信服。 哲学根源哲学根源：他接受毕达哥拉斯学派提出的：他接受毕达哥拉斯学派提出的“宇宙是和宇宙是和谐的，可用简单的数学关系来表达宇宙规律谐的，可用简单的数学关系来表达宇宙规律”的基本的基本思想。他也赞同柏拉图哲学，同柏拉图一样，高度赞思想。他也赞同柏拉图哲学，同柏拉图一样，高度赞美太阳，给予太阳美太阳，给予太阳“宇宙正中宇宙正中”的位置。的位置。 历史根源历史根源：在意大利留学：在意大利留学1010年，受到文艺复兴运动影年，受到文艺复兴运动影 响，思想解放，投身科学革命
13、。响，思想解放，投身科学革命。布鲁诺的殉难是哥白尼日心说经受的第一次考验布鲁诺的殉难是哥白尼日心说经受的第一次考验 布鲁诺于布鲁诺于15481548年年1 1月出生在意大利月出生在意大利那不勒斯附近诺拉镇的一个贫苦家庭，那不勒斯附近诺拉镇的一个贫苦家庭，受文艺复兴思想的影响，他极力倡导思受文艺复兴思想的影响，他极力倡导思想自由，宣扬无神说，哥白尼学说的革想自由，宣扬无神说，哥白尼学说的革命精神强烈地感染了他，布鲁诺的激进命精神强烈地感染了他，布鲁诺的激进思想使天主教会暴跳如雷、恼羞成怒，思想使天主教会暴跳如雷、恼羞成怒，16001600年年2 2月月1717日被活活烧死在罗马鲜花日被活活烧死在
14、罗马鲜花广场上。据说，当教会判他火刑，在听广场上。据说，当教会判他火刑，在听到判词后，布鲁诺说：到判词后，布鲁诺说：“我走向火堆，我走向火堆，但是你们比我更恐惧但是你们比我更恐惧! !”科学必将战胜宗教科学必将战胜宗教.(一方面突出布鲁诺的精神境界一方面突出布鲁诺的精神境界,另一方面另一方面突出近代科学对中世纪神权思想的冲击突出近代科学对中世纪神权思想的冲击.)你能理解布鲁诺为什么这么说吗你能理解布鲁诺为什么这么说吗?选择上帝，还是选择真理？选择上帝，还是选择真理？ 哥白尼：我是虔诚的基督徒，我的工作是哥白尼：我是虔诚的基督徒，我的工作是当牧师，可是对天文感兴趣。无数个夜晚，当牧师，可是对天文
15、感兴趣。无数个夜晚，我都在教堂的塔楼偷偷地我都在教堂的塔楼偷偷地 观察星空。我发观察星空。我发现一个天大的秘密：地球并非宇宙的中心，现一个天大的秘密：地球并非宇宙的中心，太阳才是。到底是上帝错了，还是我错了？太阳才是。到底是上帝错了，还是我错了？我是诚实的，我把观点写成了天体运行我是诚实的，我把观点写成了天体运行论一书，但是我很小心地守着这个秘密，论一书，但是我很小心地守着这个秘密，直到直到7070岁那年才发表了这本书。我只来得岁那年才发表了这本书。我只来得及摸了摸新书的校样，就进了棺材。真幸及摸了摸新书的校样，就进了棺材。真幸运，我终于来得及说出真话，并飞快地盖运，我终于来得及说出真话，并飞
16、快地盖上棺材，把一切可怕的迫害挡在了棺材板上棺材，把一切可怕的迫害挡在了棺材板外。这样，我平静度过了一生。外。这样，我平静度过了一生。 布鲁诺：像哥白尼一样，我也曾是爱好天文的基督教修布鲁诺：像哥白尼一样，我也曾是爱好天文的基督教修士，我进一步发展了哥白尼的学说，在我怀疑上帝时。没士，我进一步发展了哥白尼的学说，在我怀疑上帝时。没有像哥白尼那样保持沉默。而是直截了当告诉人们：有像哥白尼那样保持沉默。而是直截了当告诉人们：“地地球也不是宇宙的中心，因为宇宙是无限的球也不是宇宙的中心，因为宇宙是无限的”。“上帝对于上帝对于不想念他的人来说，是不可能，是无。不想念他的人来说，是不可能，是无。”这下可
17、捅了马蜂这下可捅了马蜂窝，我被宣布为窝，我被宣布为“异教徒异教徒”，遭到追捕，只好到处流亡，遭到追捕，只好到处流亡，我不愿隐姓埋名躲起来，而是继续到处宣扬我的观点，终我不愿隐姓埋名躲起来，而是继续到处宣扬我的观点，终于有一天我被教会于有一天我被教会 诱捕，送进了宗教裁判所，一关就是诱捕，送进了宗教裁判所，一关就是八年，我受尽了酷刑。虽然只要说一八年，我受尽了酷刑。虽然只要说一句认错的话，就可以走出监狱，但我句认错的话，就可以走出监狱，但我没有这样做。教皇没办法，在新世纪没有这样做。教皇没办法，在新世纪的第一年，的第一年，16001600年，把我送上了火刑年，把我送上了火刑台。我没能像哥白尼那样
18、平安度过一台。我没能像哥白尼那样平安度过一生，但我坚信：火，并不能把我征服，生，但我坚信：火，并不能把我征服，未来的世纪会了解我，知道我的价值未来的世纪会了解我，知道我的价值的！的！ 甲同学说：哥白尼比较聪明，懂得甲同学说：哥白尼比较聪明，懂得“留得青山在，留得青山在，不怕没烧的道理。不怕没烧的道理。”作为一个科学家，讲究策略，保全作为一个科学家，讲究策略，保全性命，才有时间对人类作出更大的贡献。性命，才有时间对人类作出更大的贡献。 乙同学说：我认为布鲁诺做得对，这才是科学乙同学说：我认为布鲁诺做得对，这才是科学家应有的品质。家应有的品质。你的观点呢？你的观点呢？2、开普勒行星三定律 哥白尼和
19、毕达哥拉斯的哲学思想强烈吸引哥白尼和毕达哥拉斯的哲学思想强烈吸引开普勒开普勒。 与与第谷第谷合作，使他从第谷处获合作，使他从第谷处获 得了大量精确的天文学数据。得了大量精确的天文学数据。 16091619年，他先后提出了年，他先后提出了 行星运动三定律。行星运动三定律。第谷在天文台工作第谷在天文台工作第谷用过的望远镜第谷用过的望远镜1.1.椭圆定律椭圆定律：每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一：每个行星的轨道是一个椭圆，太阳位于一 个焦点上。个焦点上。开普勒第一定律开普勒第一定律2 2等面积定律等面积定律：在行星与太阳间作一条直线，则此直线：在行星与太阳间作一条直线，则此直线 在行星运动时于相
20、同时间内扫过相等的面积。在行星运动时于相同时间内扫过相等的面积。3 3和谐定律和谐定律：行星运动周期：行星运动周期T 的平方正比于行星与太阳的平方正比于行星与太阳 平均距离平均距离R 的三次方，记为：的三次方，记为：开普勒第二定律开普勒第二定律32kRT 开普勒已经认识到：他的定律开普勒已经认识到：他的定律强烈地暗示了太阳对行星有一种吸强烈地暗示了太阳对行星有一种吸引力，这个力随距离之增大而减弱。引力，这个力随距离之增大而减弱。这样才能理解例如为什么水星（离这样才能理解例如为什么水星（离太阳最近）的运动速度比金星的快，太阳最近）的运动速度比金星的快，因而周期最短的事实。但这是什么因而周期最短的
21、事实。但这是什么样的力呢？开普勒还想不出来，揭样的力呢？开普勒还想不出来，揭示这一自然奥秘的任务是后来牛顿示这一自然奥秘的任务是后来牛顿完成的，但开普勒的理论为牛顿经完成的，但开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。从典力学的建立提供了重要基础。从开普勒起，天文学真正成为一门精开普勒起，天文学真正成为一门精确科学，成为近代科学的开路先锋。确科学，成为近代科学的开路先锋。开普勒开普勒1 1、伽利略在天文学方面的贡献：、伽利略在天文学方面的贡献：关于两种世界体系的对话关于两种世界体系的对话 自制望远镜自制望远镜 发现木星的发现木星的4 4颗卫星颗卫星 发现太阳黑子发现太阳黑子 定出太阳自转
22、周期定出太阳自转周期伽利略伽利略伽利略望远镜伽利略望远镜 木星卫星木星卫星 1.3 伽利略和近代力学的诞生伽利略和近代力学的诞生伽利略的手稿伽利略的手稿伽利略的折射式望远镜伽利略的折射式望远镜16091609年，伽利略创制了天文望远镜。他观年，伽利略创制了天文望远镜。他观测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅测到月球表面凹凸不平，并绘制了第一幅月面图。月面图。2、在力学方面的贡献：提出落体定律和惯性运 动概念 关于两门新科学的对话关于两门新科学的对话 勇敢地否定了亚里士多德把运动划分为勇敢地否定了亚里士多德把运动划分为“自然运动自然运动”和和“强迫运动强迫运动”，而是抓住了运动基本特征量，而是抓
23、住了运动基本特征量速速度和加速度，把运动分为度和加速度，把运动分为“匀速匀速”和和“变速变速”。 用思想实验和斜面实验驳斥了亚里用思想实验和斜面实验驳斥了亚里 士多德的士多德的“重物下落快重物下落快”的错误观的错误观 点，发现自由落体定律。点，发现自由落体定律。伽利略与斜塔伽利略与斜塔 伽利略斜面实验伽利略斜面实验落体实验的思想实验：落体实验的思想实验： 矛盾！矛盾！设： 重物下落时间为 t1 轻物下落时间为 t2亚里斯多德认为：亚里斯多德认为： t2 t1 把两物体捆绑在一起，情况如何呢？按亚里斯多德的观点会有两种答案：按亚里斯多德的观点会有两种答案： 重物带动轻物下落得快，轻物影响重物落得
24、慢: t1 t t2 两个物体作为整体，重于单个物体: t t1 t t2伽利略做了历史时上有名的伽利略做了历史时上有名的“斜面实验斜面实验” 实验一：vf实验二： 伽利略把实验和逻辑推理和谐地结合在一起，构成伽利略把实验和逻辑推理和谐地结合在一起，构成了一套完整的科学研究方法。了一套完整的科学研究方法。 爱因斯坦爱因斯坦说：说：“伽利略的发现以及他所应用的科学的推伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。学的真正开端。”1971年7月31日，“阿波罗15”号宇航员戴维斯-R-斯科特
25、“你知道吗？”斯科特欢呼道：“伽利略是对的！” 3、对科学方法的贡献伽利略的研究方法伽利略的研究方法 伽利略在解释其观察结论伽利略在解释其观察结论 对现象的观察对现象的观察 提出假设提出假设 进行数学和逻辑的推理进行数学和逻辑的推理 实验验证实验验证 形成理论形成理论 开创了科学实验方法，并将实开创了科学实验方法，并将实验、观察和理论思维相结合。验、观察和理论思维相结合。 提出了思想实验。提出了思想实验。伽利略因支持哥白尼的日心说而接受教廷审讯伽利略因支持哥白尼的日心说而接受教廷审讯 16331633年，罗马召令伽里略到罗马受审，强迫他签字年，罗马召令伽里略到罗马受审，强迫他签字“悔过悔过”并
26、并放弃哥白尼学说。伽利略受审近放弃哥白尼学说。伽利略受审近300300年后，即年后，即19281928年，罗马教皇才年，罗马教皇才在公开集会上承认对伽利略的审判是错误的在公开集会上承认对伽利略的审判是错误的 。 爱因斯坦评价他说：爱因斯坦评价他说：“伽利略的发现以及他所用的伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学真正的开端。标志着物理学真正的开端。” 伽利略被后人称为伽利略被后人称为“现代物理之父现代物理之父”。罗马教庭对伽利略的审判罗马教庭对伽利略的审判 英国著名诗人英国著名诗人Pope写道：写道：
27、“Nature and Natures law lay hid in night,God said let Newton be and all was light” 牛顿发明反射望远镜牛顿发明反射望远镜 1、牛顿的综合牛顿的综合 在哥白尼、开普勒关于天体运动规律和伽利略关于地在哥白尼、开普勒关于天体运动规律和伽利略关于地面物体的动力学研究的基础上。牛顿展开了更全面的分析、面物体的动力学研究的基础上。牛顿展开了更全面的分析、综合和概括工作，终于建立了经典力学体系，实现了近代综合和概括工作，终于建立了经典力学体系，实现了近代科学史上的第一次大综合。科学史上的第一次大综合。1.4 牛顿和经典力学的成
28、熟牛顿和经典力学的成熟 牛顿在著名的牛顿在著名的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理一书中，给一书中，给出了一种力的定义：出了一种力的定义：“施加的力是能够使物体改变它的静施加的力是能够使物体改变它的静止状态或匀速直线运动的状态的一种作用止状态或匀速直线运动的状态的一种作用”。这儿乎就是。这儿乎就是力的现代定义。事实上，力是代表物体间的一种相互作用，力的现代定义。事实上，力是代表物体间的一种相互作用，由于这种作用物体会改变速度，即获得加速度。由于这种作用物体会改变速度，即获得加速度。 自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理在定义了力的概念以后，在定义了力的概念以后，牛顿在伽利略关于物体运动研牛顿
29、在伽利略关于物体运动研究的基础上，总结出来有关地究的基础上，总结出来有关地面物体运动的三大定律。面物体运动的三大定律。2、万有引力定律的创立过程 1、思想突破、思想突破 问题的提出问题的提出月亮为什么不掉到地球上来？月亮为什么不掉到地球上来？ 别人只看到了天上和地上的运动不同，牛顿看到了它别人只看到了天上和地上的运动不同，牛顿看到了它们的相似性，把它们统一起来。这正是牛顿哲学思想们的相似性，把它们统一起来。这正是牛顿哲学思想统一性原理的体现。统一性原理的体现。2 、万有引力定律、万有引力定律 牛顿在建立了力学的基本牛顿在建立了力学的基本概念并发现了力学的基本定律之概念并发现了力学的基本定律之后
30、，就试图用来解决一系列的问后，就试图用来解决一系列的问题。他在着手解决太阳系的动力题。他在着手解决太阳系的动力学问题中，进一步发现了万有引学问题中，进一步发现了万有引力定律。力定律。3理论预言的实践检验理论预言的实践检验哈雷彗星和海王星的发现哈雷彗星和海王星的发现 哈雷彗星哈雷彗星 1705年英国天文台哈雷在年英国天文台哈雷在1531年，年，1607年，年，1682年看到的彗星将在年看到的彗星将在1758年回归。年回归。1743克雷洛计算了木星和土星对它的作用指出下克雷洛计算了木星和土星对它的作用指出下次出现在次出现在1759年。年。1759年年3月月13日观察到彗星近日点位置日观察到彗星近日
31、点位置下一次返回太阳系将是下一次返回太阳系将是2061年。年。 海王星海王星英国亚当斯英国亚当斯 英国格林尼治天文台忽视英国格林尼治天文台忽视法国勒维烈德国柏林天文台法国勒维烈德国柏林天文台1846/09/23晚晚卡文迪许测得：卡文迪许测得：目前的国际公认值：目前的国际公认值：卡文迪许扭称卡文迪许扭称卡文迪许卡文迪许1110754. 6GNm2/kg211106726. 6GNm2/kg2旋吊线旋吊线悬吊在半空中可以悬吊在半空中可以自由转动的木杆自由转动的木杆小铅球小铅球大铅球大铅球4牛顿在科学研究方法上的贡献牛顿在科学研究方法上的贡献 “我把这部著作叫做我把这部著作叫做自然哲学的数学原理自然
32、哲学的数学原理，因为哲学的全部任务看来因为哲学的全部任务看来就在于从各种运动现象来就在于从各种运动现象来研究各种自然之力，而后研究各种自然之力，而后用这些力去论证其他的现用这些力去论证其他的现象。象。” 自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 “如果说我比其他人看得远一点的话，那是因为我站在巨人如果说我比其他人看得远一点的话，那是因为我站在巨人的肩上。的肩上。”“”“我不知世人将如何看待我，但是在我看来，我不我不知世人将如何看待我，但是在我看来，我不过像一个在海滨玩耍的孩子，为时而发现一块比平常光滑的石过像一个在海滨玩耍的孩子，为时而发现一块比平常光滑的石子或美丽的贝壳而感到高兴；但那浩瀚的真理
33、之海洋，却还在子或美丽的贝壳而感到高兴；但那浩瀚的真理之海洋，却还在我的面前未曾发现呢。我的面前未曾发现呢。”5、牛顿的自然哲学思想、牛顿的自然哲学思想 牛顿在牛顿在自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理中，提出了中，提出了4条条哲哲学中的推理法则学中的推理法则：简单性原理简单性原理：除那些真实而已足够说明其现象者外，不：除那些真实而已足够说明其现象者外，不必再去寻求自然界事物的其他原因。必再去寻求自然界事物的其他原因。 因果性原理因果性原理：对于自然界中同一类结果，必须尽可能：对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一种原因。归之于同一种原因。 统一性原理统一性原理：物体的属性，凡是既不能增
34、强也不能减：物体的属性，凡是既不能增强也不能减弱者，又为我们实验所能及的范围的一切物体所具有者，弱者，又为我们实验所能及的范围的一切物体所具有者，就应视为所有物理的普遍属性。就应视为所有物理的普遍属性。 真理性原理真理性原理：在实验哲学中，我们必须把那些从各种：在实验哲学中，我们必须把那些从各种现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全正确的现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全正确的或很接近于真实的，虽然可以想象出任何相反的假说，或很接近于真实的，虽然可以想象出任何相反的假说，但是在没有出现其他现象足以使之更为正确或者出现但是在没有出现其他现象足以使之更为正确或者出现例外之前，仍然应当给予如
35、此的对待。例外之前，仍然应当给予如此的对待。 牛顿的自然哲学思想以及归纳法和演绎法相结合，牛顿的自然哲学思想以及归纳法和演绎法相结合，模型和数学相结合的科学研究方法，不仅使他成功地建模型和数学相结合的科学研究方法，不仅使他成功地建立了经典力学体系，实现了物理学史上第一次大综合，立了经典力学体系，实现了物理学史上第一次大综合，而且推动了近代科学的大发展。而且推动了近代科学的大发展。 牛顿（牛顿（ 1642164217271727），英国物理学家、天文学家和数学家，出生于英国的林肯），英国物理学家、天文学家和数学家，出生于英国的林肯郡，郡，16611661年进入剑桥大学学习，年进入剑桥大学学习，1
36、6651665年发现了二项式定理。年发现了二项式定理。牛顿的三大发现，即光牛顿的三大发现，即光的光谱分解，万有引力定律和微积学，的光谱分解，万有引力定律和微积学，奠定了经典物理学及某些学科的理论基础，奠定了经典物理学及某些学科的理论基础，导致了世界史上的一次科学革命。牛顿还在代数和数论、计算方法、概率论等方面导致了世界史上的一次科学革命。牛顿还在代数和数论、计算方法、概率论等方面有创造性的成就和贡献。有创造性的成就和贡献。16871687年，牛顿出版了力学经典著作年，牛顿出版了力学经典著作自然哲学的自然哲学的数学原理数学原理，建立起了完整的力学理论体系，实，建立起了完整的力学理论体系，实现了物
37、理学史上的第一次大飞跃。现了物理学史上的第一次大飞跃。牛顿发明了第一架反射望远镜牛顿发明了第一架反射望远镜 公元公元16681668年，牛顿制成了第一架反年，牛顿制成了第一架反射望远镜样机，公元射望远镜样机，公元16711671年，牛顿把经年，牛顿把经过改进的反射望远镜献给了皇家学会，从过改进的反射望远镜献给了皇家学会，从此名声大震，后被选为皇家学会会员。反此名声大震，后被选为皇家学会会员。反射望远镜的发明，奠定了现代大型光学天射望远镜的发明，奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。文望远镜的基础。剑桥大学牛顿数学桥剑桥大学牛顿数学桥 数学桥又称牛顿桥，是位于剑桥大学数学桥又称牛顿桥，是位于剑桥大
38、学内的一座木桥。相传，这座桥是牛顿运用数内的一座木桥。相传，这座桥是牛顿运用数学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使学和力学原理设计建造的，整座桥上没有使用一根钉子，堪称是个奇迹。后来，好奇的用一根钉子，堪称是个奇迹。后来，好奇的学生把它拆下来，想看个究竟。谁知拆下容学生把它拆下来，想看个究竟。谁知拆下容易，恢复难！无论他们用什么方法，就是恢易，恢复难！无论他们用什么方法，就是恢复不了原样，连校方也无能为力，最后，不复不了原样，连校方也无能为力，最后，不得不用钉子固定，才重新将木桥架起来。得不用钉子固定，才重新将木桥架起来。 牛顿故居位于英国伍尔索普领地，牛顿故居位于英国伍尔索普领地，16421642年的圣诞节，他就诞生在这座灰年的圣诞节，他就诞生在这座灰白色的石头建筑里。牛顿故居门前有那棵著名的苹果树，就在这棵树下，牛白色的石头建筑里。牛顿故居门前有那棵著名的苹果树，就在这棵树下，牛顿领悟到万有引力。树的下方立着一方绿色的铜质徽章，那是伊利莎白女王顿领悟到万有引力。树的下方立着一方绿色的铜质徽章，那是伊利莎白女王颁发的保护令。颁发的保护令。牛顿故居牛顿故居
