如果将表1所示的物理学基本知识领域比喻一座“山”的话，由表2可以看出，这座“山”是经过近2000年来，无数科学家为之努力而不断探索和堆积的结果。综合表1和表2的信息，我们定性地、形象地将这座“物理山”构画成如图1所示。
图1所示的每个知识领域的面积大小，是根据右侧所示的课程体系内容（学时数）占整个7大知识领域内容（总学时数）的比例绘制的。从下到上是按照年代顺序安排的。“山”中间部分的两个云朵标记代表着十九世纪末物理学上空飘着的“两朵乌云”,两朵乌云的散去，标志着近代物理学的基础“狭义相对论”和“量子力学”的诞生。“山”顶部的山尖代表着物理学当今的三大前沿领域方向。后面对图1所示的“物理基本知识领域山”的发展历程作进一步的介绍。
4.1机械运动研究领域 （16-19世纪初完成规律体系的建立）
机械运动是指小到颗粒、大到天体的宏观物体的空间运动。研究其运动规律所形成的学科为力学。力学所形成的理论规律包括牛顿力学和分析力学。牛顿力学是实验总结的规律。分析力学即可以由牛顿第二定律导出，也可以完全独立于牛顿力学而从哈密顿变分原理获得。分析力学的表述形式与物理图像更为清晰的牛顿力学相比，显得渐行渐远，越来越抽象化。但从哈密顿变分原理获得分析力学的方法为拓展研究力学的普遍问题提供了更为有效的新方法，更为重要的是，这种新方法为其他非力学体系问题的研究提供了基础。因此，虽然牛顿动力学和分析力学是等价的规律表述形式，但不能简单地将分析力学作为牛顿力学的拓展来理解。
力学是在16至19世纪完成规律体系的建立。历史上首先形成的是牛顿力学，其后分别是拉格朗日表述的分析力学和哈密顿表述的分析力学。
4.1.1天体观测规律
从地球上观测浩瀚的天空，人们感觉大部分星体都围绕着地球在做圆周运动。早在古希腊的亚里士多德就提出了宇宙结构的地心说理论。公元150年左右，希腊天文学家托勒密总结了古希腊天文学家喜帕恰斯（Hipparchus,又译伊巴谷）等人的大量观测与研究成果，写成以地心说理论为主体的巨着《天文学大成》。该书成为古希腊天文学的百科全书，统治天文学长达13个世纪。在此期间，人们陆续发现，地心说对有些现象不能给予很好的解释，例如，金星、火星等的折返等现象。为了在地心说基础上解释这些现象，人们就在星体的运行轨道上再加上额外的本轮轨道，使得地心说体系越来越复杂。
公元16世纪，波兰天文学家哥白尼打算以托勒密的地心说体系为基础来修订天文学，但发现托勒密体系太繁琐，而且对很多自然现象不能给予很好的解释。他搜寻并攻读了大量古希腊哲学原着，分析其中关于地球运动的描写，结合自己的观测和计算，提出设想：如果星体围绕太阳运动的话，即日心地动说，很多问题的解释就变得简单化了。依据这个想法，他于1514年完成了《天体运行论》的撰写，于1543年临终前公开发表。哥白尼日心说的提出，给当时的社会带来了恐慌，给科学界带来了争论。因为，地心说意味着地球是巍然不动的，感觉人们生存的地球踏实可靠。而日心说意味着地球是漂浮在宇宙中的，无法被人们理解和接受。尤其是日心说受到了当时掌管社会行政、文化大全的天主教会的反对。宣扬日心说者会判以极刑。例如，意大利天文学家布鲁诺就于1600年被烧死在罗马的鲜花广场。
但是，任何的理由阻挡不了科学进步和发展的脚步。德国天文学家开普勒受到哥白尼日心说的影响，并进一步阅读研究天文学着作。1600年，开普勒受到布拉格天文台的第谷的资助和邀请，成为第谷的助手。第谷一生积累了大量的天文观测资料。1601年第谷逝世前把所有的资料赠送给了开普勒。开普勒紧紧抓住行星轨道问题，以火星为例分析第谷的资料。尝试了19种可能的路径，最后发现只有椭圆轨道才与观测资料相符，开普勒前后用了8年时间于1609年得到了开普勒第一、第二定律，又用了9年时间于1618年得到了第三定律。开普勒定律的建立，也打破了自古以来人们所信奉的星体做完美圆周轨道运动的信念。
开普勒三定律的建立，渐渐增加了科学家们对日心说的认可。但一直没有证据来证明日心说。真正的决定性证据来源于伽利略的望远镜天文观测。1609年伽利略听说荷兰有人制作并展出了能把远处景物放大约3倍的望远镜，立即利用自己的光学知识制出了类似的装置。他在很短的时间内不断改进技艺，最后将其提高33倍用来观测天体，获得很多人们前所未知的星体现象。1610年伽利略对金星进行了长达3个月的观测，发现金星的位相现象，即有类似月亮的盈亏现象。这一发现是对日心说理论的一个决定性证据。因为按照地心说理论，不会有金星的满盈现象出现，而日心说可以预言满盈现象的出现。
至此，天体观测规律得以形成。从公元150年左右的托勒密地心说到1610年伽利略证明日心说的观测证据，时间长达1400余年。天体观测规律给人们带来的下一个问题是，什么样的力使星体做椭圆轨道运动？亦即后人所称的开普勒问题。直到1687年牛顿的万有引力定律公开发表，这个问题才得以圆满解决。
4.1.2地面实验规律
关于地面上物体运动的描述最早始于古希腊的亚里士多德。他的主要着作之一《物理学》被称为古代世界学术的百科全书，对其后近千年的历史都有很大的影响。“物体越重，下落越快”,以及“只有力才能使物体运动”是亚里士多德作中关于物体运动规律的描述。
意大利物理学家伽利略除了前述的利用自制的望远镜观测天体的工作外，也在研究亚里士多德的理论。针对亚里士多德的“物体越重，下落越快”的规律，伽利略从逻辑推理角度提出，如果将一个重物和一个轻物绑在一起，下落的时间会如何？从物体重量的角度，按照亚里士多德的理论，下落的时间应该更快。但从时间的角度，应该是重物和轻物各自下落时间的平均值。二者是矛盾的。因此，伽利略认为亚里士多德的理论是存在问题的。从实验的角度，1586年，比利时天文学家斯蒂文在他所出版的《静力学原理》一书描述，“将两个轻重相差10倍的铅球从30英尺的高度同时释放，结果发现铅球落地发出的声音像一个声音一样，说明两球同时落地的”,说明亚里士多德理论存在着问题。而广为流传的伽利略在意大利比萨塔上做落体实验只是一种传说而已。他是通过人工设计的斜面物体运动实验，推知获得的自由落体定律和惯性定律。伽利略是首个通过人工设计实验寻求物理规律之人，也是首个利用实验和数学相结合的方法探求物理规律之人。爱因斯坦对其的评价是：伽利略是现代物理学之父。
在伽利略和牛顿年代期间，还有比利时的斯蒂文、法国的笛卡儿、荷兰的惠更斯、英国的胡克等物理学家，以及德国的莱布尼兹等数学家，他们在天文学、物理学等方面进行了重要的研究工作，为牛顿的集大成工作奠定了基础。
