牛頓發明了什麼

❶ 牛頓是哪個朝代發明了什麼、

牛頓1688年發明反射式望遠鏡，也就是清聖祖玄燁康熙七年。

❷ 牛頓發明的故事

被譽為近代科學的開創者牛頓，在科學上作出了巨大貢獻。他的三大成就——光的分析、萬有引力定律和微積分學，對現代科學的發展奠定了基礎。

牛頓為什麼能在科學上獲得巨大成就？他怎樣由一個平常的人成為一個偉大的科學家？要回答這些問題，我們不禁要聯想到他刻苦學習和勤奮工作的幾個故事。

「我一定要超過他！」

一談到牛頓，人們可能認為他小時候一定是個「神童」、「天才」、有著非凡的智力。其實不然，牛頓童年身體瘦弱，頭腦並不聰明。在家鄉讀書的時候，很不用功，在班裡的學習成績屬於次等。但他的興趣卻是廣泛的，游戲的本領也比一般兒童高。平時他愛好製作機械模型一類的玩藝兒，如風車、水車、日晷等等。他精心製作的一隻水鍾，計時較准確，得到了人們的贊許。

有時，他玩的方法也很奇特。一天，他作了一盞燈籠掛在風箏尾巴上。當夜幕降臨時，點燃的燈籠借風箏上升的力升入空中。發光的燈籠在空中流動，人們大驚，以為是出現了彗星。盡管如此，因為他學習成績不好，還是經常受到歧視。

當時，封建社會的英國等級制度很嚴重，中小學里學習好的學生，可以歧視學習差的同學。有一次課間游戲，大家正玩得興高采烈的時候，一個學習好的學生借故踢了牛頓一腳，並罵他笨蛋。牛頓的心靈受到這種刺激，憤怒極了。他想，我倆都是學生，我為什麼受他的欺侮？我一定要超過他！從此，牛頓下定決心，發奮讀書。他早起晚睡，抓緊分秒、勤學勤思。

經過刻苦鑽研，牛頓的學習成績不斷提高，不久就超過了曾欺侮過他的那個同學，名列班級前茅。

籬笆下的樂趣

世界上有許多著名的科學家的家境是清貧的。他們在通往成功的道路上，都曾與困苦的境遇作過頑強的斗爭。牛頓少年時代的境遇也是十分令人同情的。

牛頓一六四二年出生在英國一個普通農民的家裡。在牛頓出生前不久，他的父親就去世了。母親在他兩歲那年改嫁了。當牛頓十四歲的時候，他的繼父不幸故去了，母親回到家鄉，牛頓被迫休學回家，幫助母親種田過日子。母親想培養他獨立謀生，要他經營農產品的買賣。

一個勤奮好學的孩子多麼不願意離開心愛的學校啊！他傷心地哭鬧了幾次，母親始終沒有回心轉意，最後只得違心地按母親的意願去學習經商。每天一早，他跟一個老僕人到十幾里外的大鎮子去做買賣。牛頓非常不喜歡經商，把一切事務都交託老僕人經辦，自己卻偷偷跑到一個地方去讀書。

時光漸漸流逝，牛頓越發對經商感到厭惡，心裡所喜歡的只是讀書。後來，牛頓索性不去鎮里營商了，僅囑老僕人獨去。怕家裡人發覺，他每天與老僕人一同出去，到半路停下，在一個籬笆下讀書。每當下午老僕人歸來時，再一同回家。

這樣，日復一日，籬笆下的讀書生活倒也其樂無窮。一天，他正在籬笆下興致勃勃地讀書，趕巧被過路的舅舅看見。舅舅一看這個情景，很是生氣，大聲責罵他不務正業；把牛頓的書搶了過來。舅舅一看他所讀的是數學書，上面畫著種種記號，心裡受到感動。舅舅一把抱住牛頓，激動地說：「孩子，就按你的志向發展吧，你的正道應該是讀書。」

回到家裡後，舅舅竭力勸說牛頓的母親，讓牛頓棄商就學。在舅舅的幫助下，牛頓如願以償地復學了。

在暴風中研究和計算風力

時間對人是一視同仁的，給人以同等的量，但人對時間的利用不同，而所得的知識也大不一樣。

牛頓十六歲時數學知識還很膚淺，對高深的數學知識甚至可以說是不懂。「知識在於積累，聰明來自學習」。牛頓下決心靠自己的努力攀上數學的高峰。在基礎差的不利條件下，牛頓能正確認識自己，知難而進。他從基礎知識、基本公式重新學起，扎扎實實、步步推進。他研究完了歐幾里德幾何學後，又研究笛卡兒幾何學，對比之下覺得歐幾里德幾何學膚淺，便悉心鑽研笛氏
幾何學，直到掌握要領、融會貫通。遂之發明了代數二項式定理。傳說中牛頓「大暴風中算風力」的佳話，可為牛頓身體力學的佐證。有一天，天刮著大風暴。風撒野地呼號著，塵土飛揚，迷迷漫漫，使人難以睜眼。牛頓認為這是個准確地研究和計算風力的好機會。於是，便拿著用具，獨自在暴風中來回奔走。他踉踉蹌蹌、吃力地測量著。幾次沙塵迷了眼睛，幾次風吹走了算紙，幾次風使他不得不暫停工作，但都沒有動搖他求知的慾望。他一遍又一遍，終於求得了正確的數據。他快樂極了，急忙跑回家去，繼續進行研究。有志者事竟成。經過勤奮學習，牛頓為自己的科學高塔打下了深厚的基礎。不久，牛頓的數學高塔就建成了，二十二歲時發明了微分學，二十三歲時發明了積分學，為人類科學事業作出了巨大貢獻。

萬有引力和光的秘密

牛頓二十三歲時，鼠疫流行於倫敦。劍橋大學為預防學生受傳染，通告學生休學回家避疫，學校暫時關閉。牛頓回到故鄉林肯郡鄉下。在鄉下度過的休學日子裡，他從沒間斷過學習和研究。萬有引力、微積分、光的分析等發明的基礎工作，都是這個期間完成的。

那時，鄉下的孩子是常常用投石器打幾個轉轉之後，把石拋得很遠。他們還可以把一桶牛奶用力從頭上轉過，而牛奶不掉下來。

這些事實使他懷疑起來：「什麼力量使投石器裡面的石頭，以及水桶里的牛奶不掉下來呢？對於這個問題，他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他從浩瀚的宇宙太空，周行不息的行星，廣寒的月球，直至龐大的地球，進而想到這些龐然大物之間力的相互作用。這時，牛頓一頭扎進「引力」的計算和驗證中了。牛頓計劃用這個原理驗證太陽系各行星的行動規律。他首先推求月球距
地球的距離，由於引用的資料數據不正確，計算的結果錯了。因為依理推算月球圍繞地球轉，每分鍾的向心加速度應是十六英尺，但據推算僅得十三點九英尺。在失敗的困境中，牛頓毫不灰心和氣餒，反而以更大的努力進行辛勤地研究。整整經過了七個春秋寒暑，到三十歲時終於把舉世聞名的「萬有引力定律」全面證明出來，奠定了理論天文學、天體力學的基礎。

這時期牛頓還對光學進行了研究，發現了顏色的根源。一次，他在用自製望遠鏡觀察天體時，無論怎樣調整鏡片，視點總是不清楚。他想，這可能與光線的折光有關。接著就實驗起來。他在暗室的窗戶上留一個小圓孔用來透光，在室內窗孔後放一個三棱鏡，在三棱鏡後掛好白屏接受通過三棱鏡折進的光。結果，大出意外，牛頓驚異地看到，白屏上所接受的折光呈橢圓形，兩端
現出多彩的顏色來。對這個奇異的現象，牛頓進行了深入的思考。得知光受折射後，太陽的白光散為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。因此，白光（陽光）是由紅、橙、黃、綠、藍、 靛、紫七色光線匯合而成。自然界雨後天晴，陽光經過天空中余圍的雨滴的折射、反射，形成五彩繽紛的虹霓，正是這個道理。

經過進一步研究，牛頓指出世界萬物所以有顏色，並非其自身有顏色。太陽普照萬物，各物體只吸收它所接受的顏色，而將它所不能接受的顏色反射出來。這反射出來的顏色就是人們見到的各種物體的顏色。這一學說准確地道出顏色的根源，世界上自古以來所出現的各種顏色學說都被它所推翻。

牛頓所以能取得如此巨大的成就，早年苦學所打下的深厚數學基礎起了重要作用。

進入忘我的境界

在一個崎嶇的山路上，一位白發蒼蒼的老人牽著一匹馬在緩緩登山。人在前面慢慢地走，馬在後面一步步地跟，山谷中響著單調的馬蹄聲。走啊，走啊，馬突然脫韁而跑，老人由於沉浸在極度的思索之中，竟沒有發覺。老人依然不畏艱難地登著山，手裡還牽著那根馬韁繩。當他登到較平坦的地方想要騎馬時 一拉韁繩，拽到面前的只是一根繩，回頭一看馬早已沒有了。

牛頓每天除抽出少量的時間鍛煉身體外，大部分時間是在書房裡度過的。一次，在書房中，他一邊思考著問題，一邊在煮雞蛋。苦苦地思索，簡直使他痴呆。突然，鍋里的水沸騰了，趕忙掀鍋一看，「啊！」他驚叫起來，鍋里煮的卻是一塊懷表。原來他考慮問題時竟心不在焉地隨手把懷表當做雞蛋放在鍋里了。

還有一次，牛頓邀請一位朋友到他家吃午飯。他研究科學入了迷，把這件事忘掉了。他的傭人照例只准備了牛頓個人吃的午飯。臨近中午，客人應邀而來。客人看見牛頓正在埋頭計算問題，桌上、床上擺著稿紙、書籍。看到這種情形，客人沒有打攪牛頓，見桌上擺著飯菜，以為是給他准備的，便坐下吃了起來。吃完後就悄悄地走了。當牛頓把題計算完了，走到餐桌旁准備吃午
飯時，看見盤子里吃過的雞骨頭，恍然大悟地說：「我以為我沒有吃飯呢，我還是吃了。」

這些故事究竟是真是假，並不關重要，不過表明了牛頓是一個怎樣沉思默想，不修邊幅，虛己斂容的人，他對科學極度的專心，總是想著星辰的旋轉，宇宙的變化，而進入了忘我的境界。

謙虛謹慎、一絲不苟的學風

「寬闊的河流平靜，學識淵博的人謙虛。」凡是對人類發展作出巨大貢獻的偉大人物，都有謙虛的美德。牛頓每當在科學上獲得偉大成就時，從不沾沾自喜，自以為很了不起，急忙出版著作，以揚名於世。

當牛頓費盡心血算出「萬有引力定律」後，沒有急於發表。而是繼續孜孜不倦地深思了數年，研究了數年，埋頭於數字計算之中，從未對任何人講過一句。後來，牛頓的朋友，大天文學家哈雷（彗星的發現者），在證明一個關於行星軌道的規律遇到困難時，專程登門請教牛頓。牛頓把自己關於計算「萬有引力」的書稿交給哈雷看。哈雷看後才知道他所要請教的問題，正是牛頓
早已解決、早已算好了的問題，心裡欽羨不已。

在一六八四年十一月某一天，哈雷又到牛頓的寓所拜訪。當談到有關天文學的學術問題時，牛頓拿出寫好的關於論證「萬有引力」的論文，請哈雷提意見。哈雷看後，對這一巨著感到非常驚訝。他欣喜地對牛頓說：「這真是偉大的論證、偉大的著作！」他再三奉勸牛頓盡快發表這部偉大著作，以造福於人類。可是牛頓沒有聽信朋友的好意勸告，輕易地發表自己的著作。而是經
過長時間的一絲不苟的反復驗證和計算，確認正確無誤後，才於一六八七年七月將《自然哲學的數學原理》發表於世。

牛頓是個十分謙虛的人，從不自高自大。曾經有人問牛頓：「你獲得成功的秘訣是什麼？」牛頓回答說：「假如我有一點微小成就的話，沒有其它秘訣，唯有勤奮而已。」他又說：「假如我看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上。」這些話多麼意味深長啊！它生動地道出牛頓獲得巨大成就的奧妙所在，這就是在前人研究成果的基礎上，以獻身的精神，勤奮地創造，開辟出科
學的新天地。
這些事例給你提供寫作材料,你必須鍛煉自己的總結能力.相信你能行!
你挑一個吧。

❸ 牛頓發明什麼瓦特發明什麼張衡發明什麼

萬有引力，微積分及牛頓三大定律 牛頓的成就屬於發現 瓦特改良了蒸汽機、發明了氣壓表、汽動錘。張衡發明渾天儀，地動儀，侯風儀，獨飛木雕，土圭(日影器)、活動日歷等，最著名的是地動儀

❹ 牛頓發明了什麼東西

牛頓發明了：牛頓三大運動定律、反射式望遠鏡、牛頓軌道大炮、牛頓貓洞、製造彩虹等。

一：牛頓三大運動定律

在1704年，牛頓寫了一本關於光的折射的書。這本名為「光學」的著作改變了我們對光和顏色的認知。當代科學家知道當光在雨滴中發生折射和反射時形成了彩虹，但他們卻不知道為什麼彩虹是如此的五彩繽紛。當牛頓在劍橋第一次開始研究時，普遍的理論就是水以某種方式把太陽光染成不同的顏色。牛頓使用一個燈和一個三棱鏡，通過一個三棱鏡把白色光分離成彩虹的顏色。不管怎樣，反射光線到另一個棱鏡後，牛頓又把他們恢復成白色光，證明了顏色是光本身的一個特性。

❺ 牛頓發明了什麼

萬有引力，微積分及牛頓三大定律

牛頓的成就屬於發現 不是發明

最著名的是 萬有引力內理論
就是我們在高容中時候學的那個啦
其次他在 光學 上也有很大的成就
用三棱鏡的分光原理證明了白光是復合光
在化學聲比較熱衷於
HgO的熱分解試驗
大概是這樣了

❻ 牛頓發明過什麼東西

是發復現，不是發明。

1.以牛頓制三大運動定律為基礎建立牛頓力學。
2.發現萬有引力定律。
3.建立行星定律理論的基礎。
4.致力於三菱鏡色散之研究並發明反射式望遠鏡。
5.發現數學的二項式定理及微積分法等。
6.近代原子理論的起源

❼ 牛頓一生發明過什麼

萬有引力定律

❽ 牛頓的發明有哪些

以牛頓三大運動定律為基礎建立牛頓力學。2.發現萬有引力定律。3.建立行星定律理論的基礎。4.致力於三菱鏡色散之研究並發明反射式望遠鏡。5.發現數學的二項式定理及微積分法等。6.近代原子理論的起源

❾ 牛頓發明了什麼

在牛頓的全部科學貢獻中，數學成就佔有突出的地位。他數學生涯中的第一項創造性成果就是發現了二項式定理。據牛頓本人回憶，他是在1664年和1665年間的冬天，在研讀沃利斯博士的《無窮算術》時，試圖修改他的求圓面積的級數時發現這一定理的。
笛卡爾的解析幾何把描述運動的函數關系和幾何曲線相對應。牛頓在老師巴羅的指導下，在鑽研笛卡爾的解析幾何的基礎上，找到了新的出路。可以把任意時刻的速度看是在微小的時間范圍里的速度的平均值，這就是一個微小的路程和時間間隔的比值，當這個微小的時間間隔縮小到無窮小的時候，就是這一點的准確值。這就是微分的概念。
求微分相當於求時間和路程關系得在某點的切線斜率。一個變速的運動物體在一定時間范圍里走過的路程，可以看作是在微小時間間隔里所走路程的和，這就是積分的概念。求積分相當於求時間和速度關系的曲線下面的面積。牛頓從這些基本概念出發，建立了微積分。
微積分的創立是牛頓最卓越的數學成就。牛頓為解決運動問題，才創立這種和物理概念直接聯系的數學理論的，牛頓稱之為"流數術"。它所處理的一些具體問題，如切線問題、求積問題、瞬時速度問題以及函數的極大和極小值問題等，在牛頓前已經得到人們的研究了。但牛頓超越了前人，他站在了更高的角度，對以往分散的結論加以綜合，將自古希臘以來求解無限小問題的各種技巧統一為兩類普通的演算法——微分和積分，並確立了這兩類運算的互逆關系，從而完成了微積分發明中最關鍵的一步，為近代科學發展提供了最有效的工具，開辟了數學上的一個新紀元。
牛頓沒有及時發表微積分的研究成果，他研究微積分可能比萊布尼茨早一些，但是萊布尼茨所採取的表達形式更加合理，而且關於微積分的著作出版時間也比牛頓早。
在牛頓和萊布尼茨之間，為爭論誰是這門學科的創立者的時候，竟然引起了一場悍然大波，這種爭吵在各自的學生、支持者和數學家中持續了相當長的一段時間，造成了歐洲大陸的數學家和英國數學家的長期對立。英國數學在一個時期里閉關鎖國，囿於民族偏見，過於拘泥在牛頓的「流數術」中停步不前，因而數學發展整整落後了一百年。
應該說，一門科學的創立決不是某一個人的業績，它必定是經過多少人的努力後，在積累了大量成果的基礎上，最後由某個人或幾個人總結完成的。微積分也是這樣，是牛頓和萊布尼茨在前人的基礎上各自獨立的建立起來的。
1707年，牛頓的代數講義經整理後出版，定名為《普遍算術》。他主要討論了代數基礎及其(通過解方程)在解決各類問題中的應用。書中陳述了代數基本概念與基本運算，用大量實例說明了如何將各類問題化為代數方程，同時對方程的根及其性質進行了深入探討，引出了方程論方面的豐碩成果，如:他得出了方程的根與其判別式之間的關系，指出可以利用方程系數確定方程根之冪的和數，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年出版的《解析幾何》中引入了曲率中心，給出密切線圓(或稱曲線圓)概念，提出曲率公式及計算曲線的曲率方法。並將自己的許多研究成果總結成專論《三次曲線枚舉》，於1704年發表。此外，他的數學工作還涉及數值分析、概率論和初等數論等眾多領域。
在一六六五年，剛好二十二歲的牛頓發現了二項式定理，這對於微積分的充分發展是必不可少的一步。二項式定理把能為直接計算所發現的
等簡單結果推廣如下的形式
推廣形式
二項式級數展開式是研究級數論、函數論、數學分析、方程理論的有力工具。在今天我們會發覺這個方法只適用於n是正整數，當n是正整數1，2，3，....... ，級數終止在正好是n＋1項。如果n不是正整數，級數就不會終止，這個方法就不適用了。但是我們要知道那時，萊布尼茨在一六九四年才引進函數這個詞，在微積分早期階段，研究超越函數時用它們的級來處理是所用方法中最有成效的。

創建微積分
牛頓在數學上最卓越的成就是創建微積分。他超越前人的功績在於，他將古希臘以來求解無限小問題的各種特殊技巧統一為兩類普遍的演算法－－微分和積分，並確立了這兩類運算的互逆關系，如：面積計算可以看作求切線的逆過程。
那時萊布尼茲剛好亦提出微積分研究報告，更因此引發了一場微積分發明專利權的爭論，直到萊氏去世才停息。而後世己認定微積是他們同時發明的。
微積分方法上，牛頓所作出的極端重要的貢獻是，他不但清楚地看到，而且大膽地運用了代數所提供的大大優越於幾何的方法論。他以代數方法取代了卡瓦列里、格雷哥里、惠更斯和巴羅的幾何方法，完成了積分的代數化。從此，數學逐漸從感覺的學科轉向思維的學科。
微積分產生的初期，由於還沒有建立起鞏固的理論基礎，被有些喜愛思考的人研究。更因此而引發了著名的第二次數學危機。這個問題直到十九世紀極限理論建立，才得到解決。

方程論與變分法
牛頓在代數方面也作出了經典的貢獻，他的《廣義算術》大大推動了方程論。他發現實多項式的虛根必定成雙出現，求多項式根的上界的規則，他以多項式的系數表示多項式的根n次冪之和公式，給出實多項式虛根個數的限制的笛卡兒符號規則的一個推廣。
牛頓在還設計了求數值方程的實根近似值的對數和超越方程都適用的一種方法，該方法的修正，現稱為牛頓方法。
牛頓在力學領域也有偉大的發現，這是說明物體運動的科學。第—運動定律是伽利略發現的。這個定律闡明，如果物體處於靜止或作恆速直線運動，那麼只要沒有外力作用，它就仍將保持靜止或繼續作勻速直線運動。這個定律也稱慣性定律，它描述了力的一種性質：力可以使物體由靜止到運動和由運動到靜止，也可以使物體由一種運動形式變化為另一種形式。此被稱為牛頓第一定律。力學中最重要的問題是物體在類似情況下如何運動。牛頓第二定律解決了這個問題；該定律被看作是古典物理學中最重要的基本定律。牛頓第二定律定量地描述了力能使物體的運動產生變化。它說明速度的時間變化率（即加速度a與力F成正比，而與物體的質量里成反比，即a=F/m或F＝ma；力越大，加速度也越大；質量越大，加速度就越小。力與加速度都既有量值又有方向。加速度由力引起，方向與力相同；如果有幾個力作用在物體上，就由合力產生加速度，第二定律是最重要的，動力的所有基本方程都可由它通過微積分推導出來。
此外，牛頓根據這兩個定律制定出第三定律。牛頓第三定律指出，兩個物體的相互作用總是大小相等而方向相反。對於兩個直接接觸的物體，這個定律比較易於理解。書本對子桌子向下的壓力等於桌子對書本的向上的托力，即作用力等於反作用力。引力也是如此，飛行中的飛機向上拉地球的力在數值上等於地球向下拉飛機的力。牛頓運動定律廣泛用於科學和動力學問題上。

牛頓運動定律
牛頓運動定律是艾薩克·牛頓提出了物理學的三個運動定律的總稱，被譽為是經典物理學的基礎。
為「牛頓第一定律（慣性定律：一切物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止。——它明確了力和運動的關系及提出了慣性的概念）」、「牛頓第二定律（物體的加速度跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。）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（兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，大小相等，方向相反。）」

牛頓法
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牛頓迭代法（Newton's method）又稱為牛頓-拉夫遜方法（Newton-Raphson method），它是牛頓在17世紀提出的一種在實數域和復數域上近似求解方程的方法。多數方程不存在求根公式，因此求精確根非常困難，甚至不可能，從而尋找方程的近似根就顯得特別重要。方法使用函數f(x)的泰勒級數的前面幾項來尋找方程f(x) = 0的根。牛頓迭代法是求方程根的重要方法之一，其最大優點是在方程f(x) = 0的單根附近具有平方收斂，而且該法還可以用來求方程的重根、復根。另外該方法廣泛用於計算機編程中。 設r是f(x) = 0的根，選取x0作為r初始近似值，過點（x0,f(x0)）做曲線y = f(x)的切線L，L的方程為y = f(x0)+f'(x0)(x-x0)，求出L與x軸交點的橫坐標 x1 = x0-f(x0)/f'(x0)，稱x1為r的一次近似值。過點（x1,f(x1)）做曲線y = f(x)的切線，並求該切線與x軸交點的橫坐標 x2 = x1-f(x1)/f'(x1)，稱x2為r的二次近似值。重復以上過程，得r的近似值序列，其中x(n+1)=x(n)－f(x(n))/f'(x(n))，稱為r的n+1次近似值，上式稱為牛頓迭代公式。 解非線性方程f(x)=0的牛頓法是把非線性方程線性化的一種近似方法。把f(x)在x0點附近展開成泰勒級數 f(x) = f(x0)+(x－x0)f'(x0)+(x－x0)^2*f''(x0)/2! +… 取其線性部分，作為非線性方程f(x) = 0的近似方程，即泰勒展開的前兩項，則有f(x0)+f'(x0)(x－x0)=f(x)=0 設f'(x0)≠0則其解為x1=x0－f(x0)/f'(x0) 這樣，得到牛頓法的一個迭代序列：x(n+1)=x(n)－f(x(n))/f'(x(n))。
光學貢獻
牛頓望遠鏡
在牛頓以前，墨子、培根、達·芬奇等人都研究過光學現象。反射定律是人們很早就認識的光學定律之一。近代科學興起的時候，伽利略靠望遠鏡發現了「新宇宙」，震驚了世界。荷蘭數學家斯涅爾首先發現了光的折射定律。笛卡爾提出了光的微粒說……
牛頓以及跟他差不多同時代的胡克、惠更斯等人，也象伽利略、笛卡爾等前輩一樣，用極大的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，他用來進行了著名的色散試驗。一束太陽光通過三棱鏡後，分解成幾種顏色的光譜帶，牛頓再用一塊帶狹縫的擋板把其他顏色的光擋住，只讓一種顏色的光在通過第二個三棱鏡，結果出來的只是同樣顏色的光。這樣，他就發現了白光是由各種不同顏色的光組成的，這是第一大貢獻。
牛頓為了驗證這個發現，設法把幾種不同的單色光合成白光，並且計算出不同顏色光的折射率，精確地說明了色散現象。揭開了物質的顏色之謎，原來物質的色彩是不同顏色的光在物體上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛頓把自己的研究成果發表在《皇家學會哲學雜志》上，這是他第一次公開發表的論文。
許多人研究光學是為了改進折射望遠鏡。牛頓由於發現了白光的組成，認為折射望遠鏡透鏡的色散現象是無法消除的(後來有人用具有不同折射率的玻璃組成的透鏡消除了色散現象)，就設計和製造了反射望遠鏡。
牛頓不但擅長數學計算，而且能夠自己動手製造各種試驗設備並且作精細實驗。為了製造望遠鏡，他自己設計了研磨拋光機，實驗各種研磨材料。公元1668年，他製成了第一架反射望遠鏡樣機，這是第二大貢獻。公元1671年，牛頓把經過改進得反射望遠鏡獻給了皇家學會，牛頓名聲大震，並被選為皇家學會會員。反射望遠鏡的發明奠定了現代大型光學天文望遠鏡的基礎。
同時，牛頓還進行了大量的觀察實驗和數學計算，比如研究惠更斯發現的冰川石的異常折射現象，胡克發現的肥皂泡的色彩現象，「牛頓環」的光學現象等等。
牛頓還提出了光的「微粒說」，認為光是由微粒形成的，並且走的是最快速的直線運動路徑。他的「微粒說」與後來惠更斯的「波動說」構成了關於光的兩大基本理論。此外，他還製作了牛頓色盤等多種光學儀器。

構築力學大廈

牛頓是經典力學理論的集大成者。他系統的總結了伽利略、開普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬有引力定律和牛頓運動三定律。
在牛頓以前，天文學是最顯赫的學科。但是為什麼行星一定按照一定規律圍繞太陽運行？天文學家無法圓滿解釋這個問題。萬有引力的發現說明，天上星體運動和地面上物體運動都受到同樣的規律——力學規律的支配。
早在牛頓發現萬有引力定律以前，已經有許多科學家嚴肅認真的考慮過這個問題。比如開普勒就認識到，要維持行星沿橢圓軌道運動必定有一種力在起作用，他認為這種力類似磁力，就像磁石吸鐵一樣。1659年，惠更斯從研究擺的運動中發現，保持物體沿圓周軌道運動需要一種向心力。胡克等人認為是引力，並且試圖推到引力和距離的關系。
1664年，胡克發現彗星靠近太陽時軌道彎曲是因為太陽引力作用的結果；1673年，惠更斯推導出向心力定律；1679年，胡克和哈雷從向心力定律和開普勒第三定律，推導出維持行星運動的萬有引力和距離的平方成反比。
牛頓自己回憶，1666年前後，他在老家居住的時候已經考慮過萬有引力的問題。最有名的一個說法是：在假期里，牛頓常常在花園里小坐片刻。有一次，象以往屢次發生的那樣，一個蘋果從樹上掉了下來……
一個蘋果的偶然落地，卻是人類思想史的一個轉折點，它使那個坐在花園里的人的頭腦開了竅，引起他的沉思：究竟是什麼原因使一切物體都受到差不多總是朝向地心的吸引呢？牛頓思索著。終於，他發現了對人類具有劃時代意義的萬有引力。
牛頓高明的地方就在於他解決了胡克等人沒有能夠解決的數學論證問題。1679年，胡克曾經寫信問牛頓，能不能根據向心力定律和引力同距離的平方成反比的定律，來證明行星沿橢圓軌道運動。牛頓沒有回答這個問題。1685年，哈雷登門拜訪牛頓時，牛頓已經發現了萬有引力定律：兩個物體之間有引力，引力和距離的平方成反比，和兩個物體質量的乘積成正比。
當時已經有了地球半徑、日地距離等精確的數據可以供計算使用。牛頓向哈雷證明地球的引力是使月亮圍繞地球運動的向心力，也證明了在太陽引力作用下，行星運動符合開普勒運動三定律。
在哈雷的敦促下，1686年底，牛頓寫成劃時代的偉大著作《自然哲學的數學原理》一書。皇家學會經費不足，出不了這本書，後來靠了哈雷的資助，這部科學史上最偉大的著作之一才能夠在1687年出版。
牛頓在這部書中，從力學的基本概念(質量、動量、慣性、力)和基本定律(運動三定律)出發，運用他所發明的微積分這一銳利的數學工具，不但從數學上論證了萬有引力定律，而且把經典力學確立為完整而嚴密的體系，把天體力學和地面上的物體力學統一起來，實現了物理學史上第一次大的綜合。