牛顿与经典力学课件.ppt

1、 牛顿与经典力学牛顿与经典力学科学成就科学成就1 1、数学、数学(大学毕业前大学毕业前)：提出二项式定理以及微积分的初步算法提出二项式定理以及微积分的初步算法2 2、天文学：、天文学：发明反射望远镜，解释潮汐现象、地球的圆发明反射望远镜，解释潮汐现象、地球的圆扁形状扁形状3 3、物理学：、物理学：光学：光学：白光由七色组成，成为光白光由七色组成，成为光谱学基础；发表谱学基础；发表关于光和色的关于光和色的新理论新理论，提出光的本质是微粒，提出光的本质是微粒力学力学：（1 1）三大运动定律三大运动定律（2 2）提出万有引力定律提出万有引力定律 对于科学家而言，对于科学家而言，牛顿家乡的那棵苹牛顿家

2、乡的那棵苹果树，也许是世间果树，也许是世间最神圣的树了。最神圣的树了。万有引力定律万有引力定律谁能说出牛顿力学三定律？谁能说出牛顿力学三定律？牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学；由于进行了光的分解，而创立了科学的光学；文学；由于进行了光的分解，而创立了科学的光学；由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学；由于认识了力的本质，而创立了科学的力学；由于认识了力的本质，而创立了科学的力学学”。恩格斯恩格斯m1m2FFd221rmmGF 嫦娥奔月嫦娥奔月我国古代的飞天梦想一.牛顿猜想假设地球质量

3、为M，半径为R，引力常量为G，试计算速度多大时，物体不再落回地面？一、人造卫星的发射原理一、人造卫星的发射原理19571957年年1010月月4 4日，前苏联日，前苏联发射了世界上第一颗人发射了世界上第一颗人造地球卫星造地球卫星我国在我国在19701970年年4 4月月2020日发射了第一颗日发射了第一颗人造地球卫星人造地球卫星20032003年年1010月月1515日，日，神州五号载人宇宙神州五号载人宇宙飞船发射升空飞船发射升空二.宇宙速度1.第一宇宙速度（环绕速度）RGMv gR7.9km/si最小发射速度iii最大环绕速度ii近地卫星环绕速度iv运行周期最短84min约1.4h3.第三宇

4、宙速度（脱离速度）16.7km/s（卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度）2.第二宇宙速度（逃逸速度）11.2km/s（卫星挣脱地球束缚的最小发射速度）二.宇宙速度三.卫星运行规律思考一.卫星轨道的圆心在何处，为什么？思考二.卫星的轨道思考三.同步卫星的轨道极地轨道一般轨道赤道轨道所有卫星都在以地心为圆心的圆（或椭圆）轨道上立体赤道平面地心三种赤道轨道且高度一定“高轨低速长周期”平面三.卫星运行规律rGMv 3rGMGMrT324适用于所有环绕天体14 May 202314 May 202314 May 202314 May 2023“我之所以我之所以能比别人看得远些，能比别人看得远些，是因为我站在

5、巨人是因为我站在巨人们的肩上。们的肩上。”在发现万有引在发现万有引力定律的过程中，力定律的过程中，有哪些巨人的肩膀有哪些巨人的肩膀托起了牛顿？托起了牛顿？开普勒开普勒伽利略伽利略哥白尼哥白尼经典力学奠基者经典力学奠基者（1717世纪初）世纪初）经典力学建立者经典力学建立者（1717世纪晚期）世纪晚期）从经典力学发展到从经典力学发展到相对论、量子论相对论、量子论（19世纪末世纪末20世纪初）世纪初）伽利略（意）伽利略（意）牛顿（英）牛顿（英）爱因斯坦（德）爱因斯坦（德）普朗克（德）普朗克（德）近代以来物理学的发展过程近代以来物理学的发展过程3、物理学：、物理学：力学：力学：（3）自然哲学中的数学

6、原理自然哲学中的数学原理构成了完整的力学理论体系，构成了完整的力学理论体系，牛牛顿力学成为经典力学，标志着顿力学成为经典力学，标志着近近代科学体系的形成。代科学体系的形成。自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理牛顿牛顿(1643-1727)牛顿伟大的科学家，经典物理学理论体系的建立者。他在概括和总结前人研究成果的基础上，通过自己的观察和实验，提出了“运动三定律”。这三条定律和万有引力定律共同构成了宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱。创造微积分、引进微坐标、发展三次曲线理论、推动方程论、开拓变分法。1643年1月4日，牛顿诞生于英格兰林肯郡的小镇乌尔斯普一个自耕农家庭。牛顿出生之前，父亲已去世。牛顿生而

7、孱弱，过了3年,母亲改嫁，牛顿留在祖母身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强。这种习性可能来自他的家庭处境。牛顿简介 牛顿对于光学、数学等领域，以及对于运动定律和万有引力的发现，皆作出了重大的贡献，其中任何一项都可以使他名垂青史。他发现了万有引力定律、制成了世界上第一架反射望远镜、创立了二项式定理和微积分学，推动了数学研究的发展、建立“牛顿三定律”、对近代自然科学的发展影响最大.自然界和自然规律自然界和自然规律隐藏在黑暗中，隐藏在黑暗中，上帝说：上帝说：让牛顿出生吧！让牛顿出生吧！于是，一切都成为光明。于是，一切都成为光明。英国诗人波普曾经这样写道：英国诗人波普曾经这样写道：人们普遍认为，牛顿是大科

8、学家，是近代科学的人们普遍认为，牛顿是大科学家，是近代科学的象征。他生前就成为科学界的主宰，几乎被当作偶像象征。他生前就成为科学界的主宰，几乎被当作偶像崇拜。他死后作为崇拜。他死后作为自然科学家自然科学家又第一个获得国葬。身又第一个获得国葬。身后的声望有增无减。他不仅以不朽的著作后的声望有增无减。他不仅以不朽的著作自然哲学自然哲学的数学原理的数学原理等流传于世，而且由于后继大师们的发等流传于世，而且由于后继大师们的发展，他的思想观念长期统率着科学战线上的士卒。他展，他的思想观念长期统率着科学战线上的士卒。他在物理、数学研究上的主要成果，至今仍是在物理、数学研究上的主要成果，至今仍是各国大中各国

9、大中学生必修的功课。学生必修的功课。然而他却然而他却并不是天生的神童并不是天生的神童。今天我们来剖析牛。今天我们来剖析牛顿的生涯，寻觅伟大科学家行程的足迹，揭示这位智顿的生涯，寻觅伟大科学家行程的足迹，揭示这位智慧巨匠崇高的人格魅力。慧巨匠崇高的人格魅力。一、成长的足迹一、成长的足迹 牛顿出生前，父亲已去世。牛顿牛顿出生前，父亲已去世。牛顿是遗腹子，又是早产儿，先天不足，是遗腹子，又是早产儿，先天不足，出生时体重只有出生时体重只有3 3磅，差点夭折。他两磅，差点夭折。他两岁时母亲改嫁，靠外祖母抚养。牛顿岁时母亲改嫁，靠外祖母抚养。牛顿小学时期，体弱多病，性格腼腆，生小学时期，体弱多病，性格腼腆

10、，生性孱弱，有些迟钝，自幼沉默寡言，性孱弱，有些迟钝，自幼沉默寡言，性格倔强，而这种习性可能来自他的性格倔强，而这种习性可能来自他的家庭处境。家庭处境。少年牛顿少年牛顿资质平常资质平常，成绩一般，但他，成绩一般，但他喜欢读书喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己并从中受到启发，自己动手制作动手制作些奇奇怪怪的小玩意，些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。如风车、木钟、折叠式提灯等等。牛顿牛顿1919岁时进入剑桥大学，成为三一学院的岁时进入剑桥大学，成为三一学院的减费生，减费生，靠为学院做杂务的收入支

11、付学费。在这里，牛顿开始接靠为学院做杂务的收入支付学费。在这里，牛顿开始接触到大量自然科学著作，经常参加学院举办的各类讲座，触到大量自然科学著作，经常参加学院举办的各类讲座，包括地理、物理、天文和数学。牛顿的第一任教授包括地理、物理、天文和数学。牛顿的第一任教授伊萨伊萨克克巴罗巴罗是个博学多才的学者，将自己的数学知识，包括是个博学多才的学者，将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。引向了近代自然科学的研究领域。16651665年剑桥大学评议年剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定

12、。会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。16681668年牛顿在年牛顿在剑桥获得硕士学位。剑桥获得硕士学位。三、晚年的困惑三、晚年的困惑晚年的牛顿开始致力于对神学的晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否定哲学的指导作用，虔诚研究，他否定哲学的指导作用，虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，竟提出了动时，竟提出了“神的第一推动力神的第一推动力”的谬论。他说，的谬论。他说，“上帝统治万物，我上帝统治万物，我们是他的仆人而敬畏他、崇拜他。们是他的仆人而敬畏他、崇拜他。”4040岁以后，他把兴趣逐渐转向政

13、岁以后，他把兴趣逐渐转向政治、化学（贱金属变成黄金）神学问治、化学（贱金属变成黄金）神学问题，写了近题，写了近200200万言的著作，毫无价万言的著作，毫无价值。值。17271727年年3 3月月2020日，牛顿去世，终年日，牛顿去世，终年8585岁岁以国葬礼葬于伦敦威斯敏斯特教堂以国葬礼葬于伦敦威斯敏斯特教堂 牛顿以自己杰出的贡献，获得了国葬的礼牛顿以自己杰出的贡献，获得了国葬的礼遇。他被安葬在威斯敏斯特教堂，那是安葬遇。他被安葬在威斯敏斯特教堂，那是安葬英国英雄们的地方。为他抬棺材的是两位公英国英雄们的地方。为他抬棺材的是两位公爵、三位伯爵以及大法官。法国著名哲学家爵、三位伯爵以及大法官。

14、法国著名哲学家伏尔泰当时正在英国访问，他目睹了牛顿的伏尔泰当时正在英国访问，他目睹了牛顿的葬礼，十分感叹牛顿所获得的殊荣。他是这葬礼，十分感叹牛顿所获得的殊荣。他是这样描写的：样描写的：“他是像一位深受自己的臣民爱他是像一位深受自己的臣民爱戴的国王一样被安葬的。在他之前，是没有戴的国王一样被安葬的。在他之前，是没有哪一位科学家享受如此殊荣的。在他之后，哪一位科学家享受如此殊荣的。在他之后，受到如此厚葬的也将会是屈指可数受到如此厚葬的也将会是屈指可数的。的。”科学简史科学简史 曾经有人问牛顿：曾经有人问牛顿：“你获得成功的秘诀是什么？你获得成功的秘诀是什么？”牛顿回答：牛顿回答：“假如我有一点微

15、小成就的话，没有其假如我有一点微小成就的话，没有其他秘诀，惟有勤奋而已。他秘诀，惟有勤奋而已。”他还曾经说过：他还曾经说过：“假如我看得远些，那是因为我站假如我看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。在巨人们的肩上。”牛顿第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的牛顿第一个成功地找到了一个用公式清楚表述的基础，从这个基础出发，他用数学思维，逻辑地、定基础，从这个基础出发，他用数学思维，逻辑地、定量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合。量地演绎出范围很广的现象并且同经验相符合。爱因斯坦爱因斯坦 主要成就：主要成就：数学：提出二项式定理以及微积分的初步算法；数学：提出二项式定理以及微积分的初步算法；光

16、学：制造折射望远镜、牛顿干涉仪、色散、光光学：制造折射望远镜、牛顿干涉仪、色散、光的微粒说；的微粒说；天文学：万有引力定律，发现行星；天文学：万有引力定律，发现行星；力学：力学：16871687年年,牛顿发表牛顿发表自然哲学中的数学原自然哲学中的数学原理理，最终确立了近代经典力学理论。，最终确立了近代经典力学理论。他在辞世之前曾简短地评他在辞世之前曾简短地评价过自己：价过自己：“我不知道世人怎样看我我不知道世人怎样看我，但我自己以为我不过像一个，但我自己以为我不过像一个在海边玩耍的孩子，不时为发在海边玩耍的孩子，不时为发现比寻常更为美丽的一块卵石现比寻常更为美丽的一块卵石或一片贝壳而沾沾自喜，

17、至于或一片贝壳而沾沾自喜，至于展现在我面前的浩翰的真理海展现在我面前的浩翰的真理海洋，却全然没有发现。洋，却全然没有发现。”对牛顿的评价对牛顿的评价 英国著名诗人在他的墓碑英国著名诗人在他的墓碑上镌刻着铭言：上镌刻着铭言：让人们欢呼这让人们欢呼这样一位多么伟大的巨匠，人类样一位多么伟大的巨匠，人类荣耀曾经因他而在世界上存在荣耀曾经因他而在世界上存在过。过。对牛顿的评价对牛顿的评价 1942年爱因斯坦为纪念牛顿年爱因斯坦为纪念牛顿诞生诞生 300周年而写的文章，对牛周年而写的文章，对牛顿的一生作如下的评价：顿的一生作如下的评价：“只有只有把他的一生看作为永恒真理而斗把他的一生看作为永恒真理而斗争

18、的舞台上一幕才能理解他争的舞台上一幕才能理解他”。牛顿轶事：牛顿轶事：1、有一次，他一边读书，一边煮鸡蛋，揭锅时、有一次，他一边读书，一边煮鸡蛋，揭锅时发现煮的竟是怀表。发现煮的竟是怀表。2、还有一次，他请一个朋友来吃饭，自己却在、还有一次，他请一个朋友来吃饭，自己却在内室做实验，朋友见他不出来，就把自己的那份内室做实验，朋友见他不出来，就把自己的那份鸡吃掉。后来牛顿出来见到餐桌上的鸡骨，竟自鸡吃掉。后来牛顿出来见到餐桌上的鸡骨，竟自言自语地说：言自语地说：“我以为自己没吃饭呢，原来已经我以为自己没吃饭呢，原来已经吃啦！吃啦！”牛顿轶事：牛顿轶事：3、有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了、有

19、一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。牛顿也因此终生未娶。去。牛顿也因此终生未娶。牛顿自小是个孤儿，爱好单调，性格孤僻，牛顿自小是个孤儿，爱好单调，性格孤僻，脾气暴躁，工作有偏致狂倾向。他在科学上做出脾气暴躁，工作有偏致狂倾向。他在科学上做出了无与伦比的贡献，但在处理人事关系上做的极了无与伦比的贡献，但在处理人事关系上做的极不好，一生没有一个挚友，一生没有结婚。牛顿不好，一生没有一个挚友，一生没有结婚。牛顿一直在孤独中度过自己人生，可能只有在教堂里一直在孤独中度过自己人生，可能只有在教堂里同上帝对话才能使自己心理得到一些宽慰。同上帝对话才能使自己心理得到一些宽慰。伽利略哥白尼 开普勒 牛顿