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2009-12-17 18:44:45 下載試卷 標簽:四年級 物理 教案
人們普遍認為,牛頓是大科學家,是近代科學的象征。他生前就成為科學界的主宰,幾乎被當作偶像崇拜。他作為英國皇家學會連任24年的終身會長,法國科學院至尊的外國院士,還兼任英國造幣局局長和國會議員,并前所未有地被封為貴族,獲得爵士稱號。他死后作為自然科學家又第一個獲得國葬,長眠于威斯敏特教堂,還是歷代帝王和第一流名人的墓地。
牛頓身后的聲望有增無減。他不僅以不朽的著作《自然哲學的數(shù)學原理》、《光學》等流傳于世,而且由于后繼大師們的發(fā)展,他的思想觀念長期統(tǒng)率著科學戰(zhàn)線上的士卒。他在物理、數(shù)學研究上的主要成果,至今仍是各國大中學生必修的功課。
不是天生的神童
少年時代的牛頓不像高斯、維納那樣,從小就顯露出引人注目的科學天才;也不像莫扎特那樣表現(xiàn)了令人驚嘆的藝術(shù)稟賦。他跟普通人一樣,輕松愉快地度過了中學時代。如果說牛頓和別的孩子有什么不同的話,那就是他的動手能力相當強。他每做一件東西,總是一聲不吭地埋頭苦干。如果做得不合適就拆了重做,絕不馬虎。他做過會活動的水車;做過能測出準確時間的水鐘;還做過一種水車風車聯(lián)動裝置,使風車可以在無風時借助水力驅(qū)動。
1658年9月3日,一場罕見的暴風雨侵襲英格蘭?耧L怒吼,牛頓家的房子直晃悠,就像要倒了似的。牛頓為大自然的威力迷住了,不禁想測驗颶風的力量。他冒著狂風暴雨來到后院,一會兒逆風跑,一會兒順風跳。為了接受更多的風力,他索性敞開斗篷向上跳躍,認準起落點,仔細量距離,看狂風把他吹出多遠。
1661年,18歲的牛頓從中學畢業(yè)后考上了劍橋大學。這是英國最古老的大學之一,是全國青年學生向往的最高學府。盡管牛頓在中學里是個優(yōu)等生,可是劍橋大學集中了各地的尖子學生,他的學習成績趕不上別人,特別是數(shù)學的差距更大。牛頓并不氣餒,就像他少年時代喜歡思考問題一樣,踏踏實實地學習,直到透徹地理解為止。他在大學的頭兩年里,除了學習算術(shù)、代數(shù)、三角以外,還認真學習了歐幾里得《幾何原本》,彌補了過去的不足。他又鉆研笛卡兒的《幾何學》,熟練地掌握了坐標法。這些數(shù)學知識,為牛頓后來的科學研究打下了堅實的基礎(chǔ)。
科學史上的奇跡
1665年,牛頓22歲,他從劍橋大學畢業(yè)了。在兩年的鄉(xiāng)居期間,發(fā)明了微積分,發(fā)現(xiàn)了白光的組成,并且開始研究引力問題。
1666年1月,有一天牛頓請母親和弟妹到自己房間里來。房間里黑洞洞的,只從窗子的一個小孔中透過一線陽光,在墻上照出一個白色的光點。牛頓讓他們注意看墻上的光點。他手里拿著自制的三棱鏡,放在光線入口處,使光折射到對面墻上,光點附近突然映出一條瑰麗的彩帶。這條彩帶同雨后晴空中出現(xiàn)的彩虹一樣,由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等七種顏色組成。牛頓和自己的親人共同觀賞了人工復(fù)現(xiàn)的自然景象。后來,牛頓又用第二個三棱鏡把七種單色光合成白光。他用白光分解實驗宣告了光譜學的誕生。
牛頓在探索光色之謎的同時,還在探索引力之謎。
1666年秋天的一個下午,牛頓長時間埋頭工作以后有些疲倦,就到后院去散步。他信步走到蘋果樹下,坐在長凳上觀賞田野秋色。他不由得又想起了引力之謎,思維翻騰起來。
突然,一個蘋果從樹上掉了下來。熟了的蘋果為什么會向下掉?地球在吸引它?對,是地球的吸引!蘋果熟了向下掉,扔到空中的石頭也要向下掉,都是因為地球在吸引它們。地面上的東西都要受到地球的吸引。月亮所以會繞著地球轉(zhuǎn),也是因為地球在吸引著它。想著想著,牛頓的眼里閃出奇異的光芒,他長時期來想了又想的問題,終于找到了解決的線索。
24的牛頓發(fā)現(xiàn)了天地萬物間都存在著引力,這種引力同距離的平方成反比,即所謂引力的平方反比定律。十多年以后,牛頓出色地證明了這個定律是完全正確的。
構(gòu)成了宏偉壯麗的力學大廈
1684年1月,在倫敦皇家學會的一個房間里,哈雷、胡克和瑞恩在討論有關(guān)作用于太陽和行星之間的引力問題。這三個科學家雖然都認識到了引力同距離的平方成反比,但是由于他們數(shù)學分析能力不足,無法證明這點。他們反復(fù)研究了幾個月,始終琢磨不透。
哈雷想到了以刻苦鉆研著稱的牛頓。1684年8月,哈雷從倫敦來到劍橋大學向牛頓請教。當時,牛頓已經(jīng)完成從開普勒定律到萬有引力的論證。
哈雷深刻認識到牛頓這份計算的重要性,懇請牛頓發(fā)表他的著作。牛頓被說服了,開始動手寫作劃時代的巨著《自然哲學的數(shù)學原理》。這部巨著從內(nèi)容、結(jié)構(gòu)到數(shù)學方法的選用方面都遇到極大的困難。
牛頓以他非同尋常的才智,犧牲休息時間,放棄娛樂活動,夜以繼日、如癡如狂地進行寫作,終于大功告成。1686年4月完成第一編,第二、三編直到第二年春天才脫稿。全書于1687年仲夏出版,受到學術(shù)界的贊頌,很快銷售一空。
牛頓在《原理》這部巨著里,不但從數(shù)學上論證了萬有引力定律,而且把力學確立為完整、嚴密、系統(tǒng)的學科。他在概括和總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,通過自己的觀察和實驗,提出了“運動三定律”。這三條定律和萬有引力定律共同構(gòu)成了宏偉壯麗的力學大廈的主要支柱。這座力學大廈是近代天文學和力學發(fā)展的基地,是機械、建筑等工程技術(shù)發(fā)展的基地,也是機械唯物論統(tǒng)治自然科學領(lǐng)域的基地。
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