大学物理课堂展示集大成的牛顿老师

1、集大成者牛顿“ “我不知道在我不知道在别别人看人看来来，我是什，我是什么样么样的人；但在我自己看的人；但在我自己看来来，我不，我不过过就像是一就像是一个个在海在海滨滨玩玩耍耍的小孩，的小孩，为为不不时发现时发现比比寻寻常常更更为为光滑的一光滑的一块块卵石或比卵石或比寻寻常更常更为为美美丽丽的的一片一片贝壳贝壳而沾沾自喜，而而沾沾自喜，而对对于展于展现现在我面在我面前的浩瀚的前的浩瀚的真真理的海洋，却全然理的海洋，却全然没没有有发发现现。” ”1643年1月4日（旧历1642年12月25日）出生于林肯郡乌尔索普。1655年12岁 入格兰瑟姆中学学习。1661年19岁 6月15日入剑桥大学三一学院

2、学习。1665年24岁 发现二项式定理。1665年1666年24岁 因鼠疫流行回到家乡，对光学、力学、数学有多方面的研究和突破。1668年26岁 制成反射式望远镜。1669年27岁 著论用无限项方程所作的分析，任卢卡斯讲座教授。1671年29岁 著级数和流数方法论著。1672年30岁 1月当选为皇家学会会员，宣读关于光和颜色的理论的论文。1684年42岁 会见哈雷，证明引力平方反比定律。1686年1687年44岁 著自然哲学的数学原理。1689年47岁 母亲去世1700年57岁 提出“六分仪”的原理。1727年3月20日84岁 逝世大事年表大事年表 天才诞生 1643年1月4日，艾萨克牛顿出生

3、于英格兰林肯郡乡下的一个小村落伍尔索普村。牛牛顿顿的集大成的集大成 “如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在了巨人的肩上。”牛顿 牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。主要贡献简介主要贡献简介力学方面的贡献数学方面的贡献光学方面的贡献哲学方面的贡献力学方面的贡献 牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究，总结出了物体运动的三个基本定律（牛顿三定律）牛顿第一定律（惯性定律 )任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时（时（Fnet=0Fnet=0），总保持匀速直线运动或静止

4、状态，直），总保持匀速直线运动或静止状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。牛顿第一定律的两种表达方式：1.一切物体在没有受到力的作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态。2.当一个质点距离其他质点足够远时，这个质点就作匀速直线运动或保持静止。 力学经典图示力学经典图示 牛顿第二定律：F=kma 其中k是比例系数，物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 而以物理学的观点来看，牛顿运动第二定律亦可以表述为“物体随时间变化之动量变化率和所受

5、外力之和成正比”，即动量对时间的一阶导数等于外力之和。牛顿第二定律说明了在宏观低速下，aF/m，Fma，用数学表达式可以写成F=kma，其中的k为比例系数，是一个常数。但由于当时没有规定多大的力作为力的单位，比例系数k的选取就有一定的任意性，如果取k=1，就有F=ma，这就是今天我们熟知的牛顿第二定律的数学表达式。牛牛顿顿第三定律第三定律 两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时在同一条直线上，大小相等，方向相反。 即 F1=F2（N=N） 力的作用是相互的。同时出现，同时消失。 相互作用力一定是相同性质的力 作用力和反作用力作用在两个物体上，产生的作用不能相互抵消。 作用力也可以叫做反作用力

6、，只是选择的参照物不同 作用力和反作用力因为作用点不在同一个物体上，所以不能求合力。牛顿第三定律展示 万有引力的发现者 牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的第一次大统一。这是人类对自然界认识的一次飞跃。 数学方面的贡献 牛顿在数学上的成果要有以下四个方面： 发现二项式定理 创建微积分 引进极坐标，发展三次曲线理论 推进方程论，开拓变分法微积分之争 牛顿没有及时发表微积分的研究成果，他研究微积分可能比莱布尼茨早一些，但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理，而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿

7、早。 在牛顿和莱布尼茨之间，为争论谁是这门学科的创立者的时候，竟然引起了一场悍然大波，这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间，造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。 自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理（又译自然哲学之数学原理，是英国伟大的科学家艾萨克牛顿的代表作。成书于1687年。该书总结了他一生中许多重要发现和研究成果，其中包括上述关于物体运动的定律。他说，该书“所研究的主要是关于重、轻流体抵抗力及其他吸引运动的力的状况，所以我们研究的是自然哲学的数学原理。”光学方面的贡献 牛顿曾致力于颜色的现象和光的本性的研究。1666年，他用三棱镜研究日光，得出结论：白光

8、是由不同颜色（即不同波长）的光混合而成的，不同波长的光有不同的折射率。在可见光中，红光波长最长，折射率最小；紫光波长最短，折射率最大。牛顿的这一重要发现成为光谱分析的基础，揭示了光色的秘密。牛顿还曾把一个磨得很精、曲率半径较大的凸透镜的凸面，压在一个十分光洁的平面玻璃上，在白光照射下可看到，中心的接触点是一个暗点，周围则是明暗相间的同心圆圈。后人把这一现象称为“牛顿环”。 牛顿在做光学实验牛顿光学 他创立了光的“微粒说”，从一个侧面反映了光的运动性质，但牛顿对 光的“波动说”并不持反对态度。1704年，他出版了光学一书，系统阐述他在光学方面的研究成果。哲学方面的贡献牛顿的哲学思想基本属于自发的

9、唯物主义，他承认时间、空间的客观存在。如同历史上一切伟大人物一样，牛顿虽然对人类作出了巨大的贡献，但他也不能不受时代的限制。例如，他把时间、空间看作是同运动着的物质相脱离的东西，提出了所谓绝对时间和绝对空间的概念；他对那些暂时无法解释的自然现象归结为上帝的安排，提出一切行星都是在某种外来的“第一推动力”作用下才开始运动的说法。热学与经济学、天文学方面的贡献 牛顿确定了冷却定律，即当物体表面与周围有温差时，单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温差成正比。 提出金本位制度。 牛顿1672年创制了反射望远镜。他用质点间的万有引力证明，密度呈球对称的球体对外的引力都可以用同质量的质点放在中心的位置来

10、代替。他还用万有引力原理说明潮汐的各种现象，指出潮汐的大小不但同月球的位相有关，而且同太阳的方位有关。牛顿预言地球不是正球体。岁差就是由于太阳对赤道突出部分的摄动造成的。 哲学方面的贡献。牛顿的哲学思想和科学方法：牛顿在科学上的巨大成就连同他的朴素的唯物主义哲学观点和一套初具规模的物理学方法论体系，给物理学及整个自然科学的发展，给18世纪的工业革命、社会经济变革及机械唯物论思潮的发展以巨大影响。牛顿是开始比较完整地建立物理因果关系体系的第一人，而因果关系正是经典物理学的基石。“我愿以自然哲学的研究来证明上帝的存在，以便更好地侍奉上帝。牛顿” 力定律是牛顿最著名的发现。牛顿警告，不可用此发现把宇

11、宙看成只是机器，犹如一个大时钟。他说：“重力解释行星的运行，但不能解释谁使行星运行。上帝治理万物，知道一切可做或能做的事。”牛顿明确地说：他认为天体之所以会运动，是因为天主创造了万物以后， 也设定了各种自然规律， 比如运动定律等等。天主先把它们一推，然后天体就按“动者恒动”的定律一直运动下去，事物都就按照自然规律和概率顺其自然的发生。天主不再作任何事情。牛顿的宇宙观，属于宗教的另外一个分支，也叫做“机械宇宙观”、或者“钟表宇宙观”。牛顿在科学方法论上的贡献正如他在物理学特别是力学中的贡献一样，不只是创立了某一种或两种新方法，而是形成了一套研究事物的方法论体系，提出了几条方法论原理。在牛顿原理一书中集中体现了以下几种科学方法： 实验理论应用的方法。 分析综合方法。 归纳演绎方法。 物理数学方法。牛顿年轻时写的一首诗世俗的冠冕啊，我鄙视它如同脚下的尘土，它是沉重的，而最佳也只是一场空虚；可是现在我愉快地欢迎荆棘冠冕，尽管刺得人痛，但味道主要的是甜；我看见光荣之冠在我的面前呈现，它充满幸福，永恒无边。牛顿是最伟大的人，因为“他用真理的力量统治我们的头脑，而不是用武力奴役我们” 伏尔泰 2003年，英国广播公司在一次全球性的评选最伟大的英国人活动当中，牛顿被评为最伟大的英国人之首。在伟大的英国人系