阅读下列材料，回答问题。
材料一：近代史上，德意志民族也不乏杰出的科学家，像开普勒、莱布尼茨……但这些杰出人物未能改变德国因社会原因而导致的总体上的科学落后局面。19世纪下半叶，在理论科学和应用科学两方面，德国突飞猛进，相继超过了法国和英国。据科学史家统计，从1850年到1890年的40年间里，理论科学和应用科学上的重大成果数目，英国占106项，法国占65项，美国占33项，而德国竟占202项。这种状况一直持续到20世纪前半期。
建国初期，美国的科学基础几乎是零。新大陆的人民忙于在一片荒漠上建立自己的家园，几乎无暇从事科学研究工作。美国人急于解决实际问题，因而鼓励发明，这使它们在19世纪末积累了世界上最丰富的技术发明。
材料二：1865~1913年英国和美国专利注册数
| 年度 | 英国 | 美国 | |
| 专利和设计专利注册数 | 其中对外国居民颁布数 | ||
| 1865~1869 | 2299 | 10895 | 283 |
| 1875~1879 | 3379 | 13689 | 634 |
| 1885~1889 | 9371 | 21666 | 1609 |
| 1905~1909 | 15423 | 33220 | 3556 |
| 1913 | 33917 | 33917 | 4212 |
（1）开普勒、莱布尼茨在科学上有何重要贡献？
（2）德国“总体上的科学落后局面”的社会历史原因是什么？
（3）列举美国在使用技术和应用科学方面的成就。（至少4项）其中对机器的普及起到关键作用的一项发明是什么？
（4）根据本题所提供的材料和所学知识，说明20世纪初期美、德两国在世界工业生产上的地位以及发展到这一地位的科学技术方面的原因，并指出两国之间的不同点是什么。
解析：此题主要分析美国、德国在历史上经济发展中科技的推动作用。其中考查学生的材料分析能力与图表阅读能力。内容涉及工业革命和第二次工业革命，要求学生联系相关史实进行作答。
答案：（1）开普勒继承发展哥白尼的思想，指出行星沿椭圆形轨道绕太阳运行。莱布尼茨建立了微积分学。（2）德意志处于四分五裂局面。（3）轧棉机、缝纫机、轮船、拖拉机、电灯、电话。机器零部件的标准化生产方法。（4）美国工业产量跃居世界第一，德国超过英、法居世界第二。两国都利用第二次工业革命的成就，重视科学技术在生产中的应用。美国发展迅速的原因是鼓励发明和保护发明者的利益，大量欧亚移民带来必要的技术和经验，使美国在专利注册数量上大大超过英国，积累了世界上最丰富的技术发明。德国则是在理论科学和应用科学两方面突飞猛进，重大成果数目大大超过英国。