牛頓的故事.ppt

1、 伊薩克伊薩克牛頓爵士（牛頓爵士（Sir Isaac Newton，儒略歷，儒略歷1642年年12月月25日日-1727年年3月月20日日 格里歷格里歷1643年年1月月4日日1727年年3月月31日），數(shù)學(xué)家、科學(xué)家和哲學(xué)家，同時(shí)是英國當(dāng)時(shí)煉日），數(shù)學(xué)家、科學(xué)家和哲學(xué)家，同時(shí)是英國當(dāng)時(shí)煉金術(shù)熱衷者。他在金術(shù)熱衷者。他在1687年年7月月5日發(fā)表的日發(fā)表的自然哲學(xué)的數(shù)自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理學(xué)原理（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica）里提出的萬有引力定律以及他的牛頓運(yùn)動(dòng)）里提出的萬有引力定律以及他的牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的基石。牛頓還和萊布尼茨各

2、自獨(dú)立地發(fā)定律是經(jīng)典力學(xué)的基石。牛頓還和萊布尼茨各自獨(dú)立地發(fā)明了微積分。他總共留下了明了微積分。他總共留下了50多萬字的煉金術(shù)手稿和多萬字的煉金術(shù)手稿和100多萬字的神學(xué)手稿。多萬字的神學(xué)手稿。 牛頓被譽(yù)為人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一。他的萬有引牛頓被譽(yù)為人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一。他的萬有引力定律在人類歷史上第一次把天上的運(yùn)動(dòng)和地上的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)力定律在人類歷史上第一次把天上的運(yùn)動(dòng)和地上的運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來，為日心說提供了有力的理論支持，使得自然科學(xué)一起來，為日心說提供了有力的理論支持，使得自然科學(xué)的研究最終掙脫了宗教的枷鎖。的研究最終掙脫了宗教的枷鎖。 牛頓還發(fā)現(xiàn)了太陽光的顏色構(gòu)成，還制作了世界上第

3、一架牛頓還發(fā)現(xiàn)了太陽光的顏色構(gòu)成，還制作了世界上第一架反射望遠(yuǎn)鏡。反射望遠(yuǎn)鏡。 牛頓與蘋果的故事牛頓與蘋果的故事 長期以來長期以來,牛頓認(rèn)為牛頓認(rèn)為,一定有一一定有一種神秘的力存在種神秘的力存在,是這種無形的力拉著太陽系中的是這種無形的力拉著太陽系中的行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn)行星圍繞太陽旋轉(zhuǎn).但是但是,這到底是怎樣的一種力這到底是怎樣的一種力呢呢 直到有一天直到有一天,當(dāng)牛頓在花園的蘋果樹下思索當(dāng)牛頓在花園的蘋果樹下思索,一一個(gè)蘋果落到他的腳邊時(shí)個(gè)蘋果落到他的腳邊時(shí),牛頓終于獲得了頓悟牛頓終于獲得了頓悟,他他的問題也逐漸被解決了的問題也逐漸被解決了. 傳說傳說1665年秋季年秋季,牛頓坐牛頓坐在自家院

4、中的蘋果樹下苦思著行星繞日運(yùn)動(dòng)的原在自家院中的蘋果樹下苦思著行星繞日運(yùn)動(dòng)的原因因.這時(shí)這時(shí),一只蘋果恰巧落下來一只蘋果恰巧落下來,它落在牛頓的腳邊它落在牛頓的腳邊.這是一個(gè)發(fā)現(xiàn)的瞬間這是一個(gè)發(fā)現(xiàn)的瞬間,這次蘋果下落與以往無數(shù)次這次蘋果下落與以往無數(shù)次蘋果下落不同蘋果下落不同,國為它引起了牛頓的注意國為它引起了牛頓的注意.牛頓從牛頓從蘋果落地這一理所當(dāng)然的現(xiàn)象中找到了蘋果下落蘋果落地這一理所當(dāng)然的現(xiàn)象中找到了蘋果下落的原因的原因引力的作用引力的作用,這種來自地球的無形的力這種來自地球的無形的力拉著蘋果下落拉著蘋果下落,正像地球拉著月球正像地球拉著月球,使月球圍繞地使月球圍繞地球運(yùn)動(dòng)一樣球運(yùn)動(dòng)一樣

5、. 這個(gè)故事?lián)f是由牛頓的外甥女巴這個(gè)故事?lián)f是由牛頓的外甥女巴爾頓夫人告訴法國哲學(xué)家爾頓夫人告訴法國哲學(xué)家,作家伏爾泰之后流傳起作家伏爾泰之后流傳起來的來的.伏爾泰將它寫入伏爾泰將它寫入牛頓哲學(xué)原理牛頓哲學(xué)原理一書中一書中.牛頓家鄉(xiāng)的這棵蘋果樹后來被移植到劍橋大學(xué)中牛頓家鄉(xiāng)的這棵蘋果樹后來被移植到劍橋大學(xué)中. 牛頓去世后牛頓去世后,他被當(dāng)作發(fā)現(xiàn)宇宙規(guī)律的英雄人物繼他被當(dāng)作發(fā)現(xiàn)宇宙規(guī)律的英雄人物繼而被賦予傳奇色彩而被賦予傳奇色彩,牛頓與蘋果的故事更是廣為流牛頓與蘋果的故事更是廣為流傳傳.但是事實(shí)是否如此卻無從找到其他史料加以考但是事實(shí)是否如此卻無從找到其他史料加以考證證.牛頓十六歲時(shí)數(shù)學(xué)知識(shí)還

6、很膚淺，對(duì)高深的數(shù)牛頓十六歲時(shí)數(shù)學(xué)知識(shí)還很膚淺，對(duì)高深的數(shù)學(xué)知識(shí)甚至可以說是不懂。學(xué)知識(shí)甚至可以說是不懂。“知識(shí)在于積累，聰明來知識(shí)在于積累，聰明來自學(xué)習(xí)自學(xué)習(xí)”。牛頓下決心靠自己的努力攀上數(shù)學(xué)的高峰。牛頓下決心靠自己的努力攀上數(shù)學(xué)的高峰。在基礎(chǔ)差的不利條件下，牛頓能正確認(rèn)識(shí)自己，知難在基礎(chǔ)差的不利條件下，牛頓能正確認(rèn)識(shí)自己，知難而進(jìn)。他從基礎(chǔ)知識(shí)、基本公式重新學(xué)起，扎扎實(shí)實(shí)、而進(jìn)。他從基礎(chǔ)知識(shí)、基本公式重新學(xué)起，扎扎實(shí)實(shí)、步步推進(jìn)。他研究完了歐幾里德幾何學(xué)后，又研究笛步步推進(jìn)。他研究完了歐幾里德幾何學(xué)后，又研究笛卡兒幾何學(xué)，對(duì)比之下覺得歐幾里德幾何學(xué)膚淺，便卡兒幾何學(xué)，對(duì)比之下覺得歐幾里德幾

7、何學(xué)膚淺，便悉心鉆研笛氏幾何學(xué)，直到掌握要領(lǐng)、融會(huì)貫通。遂悉心鉆研笛氏幾何學(xué)，直到掌握要領(lǐng)、融會(huì)貫通。遂之發(fā)明了代數(shù)二項(xiàng)式定理。傳說中牛頓之發(fā)明了代數(shù)二項(xiàng)式定理。傳說中牛頓“大暴風(fēng)中算大暴風(fēng)中算風(fēng)力風(fēng)力”的佳話，可為牛頓身體力學(xué)的佐證。有一天，的佳話，可為牛頓身體力學(xué)的佐證。有一天，天刮著大風(fēng)暴。風(fēng)撒野地呼號(hào)著，塵土飛揚(yáng)，迷迷漫天刮著大風(fēng)暴。風(fēng)撒野地呼號(hào)著，塵土飛揚(yáng)，迷迷漫漫，使人難以睜眼。牛頓認(rèn)為這是個(gè)準(zhǔn)確地研究和計(jì)漫，使人難以睜眼。牛頓認(rèn)為這是個(gè)準(zhǔn)確地研究和計(jì)算風(fēng)力的好機(jī)會(huì)。于是，便拿著用具，獨(dú)自在暴風(fēng)中算風(fēng)力的好機(jī)會(huì)。于是，便拿著用具，獨(dú)自在暴風(fēng)中來回奔走。他踉踉蹌蹌、吃力地測量著。幾次

8、沙塵迷來回奔走。他踉踉蹌蹌、吃力地測量著。幾次沙塵迷了眼睛，幾次風(fēng)吹走了算紙，幾次風(fēng)使他不得不暫停了眼睛，幾次風(fēng)吹走了算紙，幾次風(fēng)使他不得不暫停工作，但都沒有動(dòng)搖他求知的欲望。他一遍又一遍，工作，但都沒有動(dòng)搖他求知的欲望。他一遍又一遍，終于求得了正確的數(shù)據(jù)。他快樂極了，急忙跑回家去，終于求得了正確的數(shù)據(jù)。他快樂極了，急忙跑回家去，繼續(xù)進(jìn)行研究。有志者事竟成。經(jīng)過勤奮學(xué)習(xí)，牛頓繼續(xù)進(jìn)行研究。有志者事竟成。經(jīng)過勤奮學(xué)習(xí)，牛頓為自己的科學(xué)高塔打下了深厚的基礎(chǔ)。不久，牛頓的為自己的科學(xué)高塔打下了深厚的基礎(chǔ)。不久，牛頓的數(shù)學(xué)高塔就建成了，二十二歲時(shí)發(fā)明了微分學(xué)，二十?dāng)?shù)學(xué)高塔就建成了，二十二歲時(shí)發(fā)明了微分

9、學(xué)，二十三歲時(shí)發(fā)明了積分學(xué)，為人類科學(xué)事業(yè)作出了巨大貢三歲時(shí)發(fā)明了積分學(xué)，為人類科學(xué)事業(yè)作出了巨大貢獻(xiàn)。獻(xiàn)。 牛頓二十三歲時(shí)，鼠疫流行于倫敦。劍橋大學(xué)為預(yù)防學(xué)生受牛頓二十三歲時(shí)，鼠疫流行于倫敦。劍橋大學(xué)為預(yù)防學(xué)生受傳染，通告學(xué)生休學(xué)回家避疫，學(xué)校暫時(shí)關(guān)閉。牛頓回到故傳染，通告學(xué)生休學(xué)回家避疫，學(xué)校暫時(shí)關(guān)閉。牛頓回到故鄉(xiāng)林肯郡鄉(xiāng)下。在鄉(xiāng)下度過的休學(xué)日子里，他從沒間斷過學(xué)鄉(xiāng)林肯郡鄉(xiāng)下。在鄉(xiāng)下度過的休學(xué)日子里，他從沒間斷過學(xué)習(xí)和研究。萬有引力、微積分、光的分析等發(fā)明的基礎(chǔ)工作，習(xí)和研究。萬有引力、微積分、光的分析等發(fā)明的基礎(chǔ)工作，都是這個(gè)期間完成的。都是這個(gè)期間完成的。 那時(shí)，鄉(xiāng)下的孩子是常常用投石

10、器打幾個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)之后，把那時(shí)，鄉(xiāng)下的孩子是常常用投石器打幾個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)之后，把石拋得很遠(yuǎn)。他們還可以把一桶牛奶用力從頭上轉(zhuǎn)過，而牛石拋得很遠(yuǎn)。他們還可以把一桶牛奶用力從頭上轉(zhuǎn)過，而牛奶不掉下來。奶不掉下來。 這些事實(shí)使他懷疑起來：這些事實(shí)使他懷疑起來：“什么力量使投石器里面的石什么力量使投石器里面的石頭，以及水桶里的牛奶不掉下來呢？對(duì)于這個(gè)問題，他曾想頭，以及水桶里的牛奶不掉下來呢？對(duì)于這個(gè)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(jìn)而想到這些龐然的行星，廣寒的月球，直至龐大的地球，進(jìn)而想到這些

11、龐然大物之間力的相互作用。這時(shí)，牛頓一頭扎進(jìn)大物之間力的相互作用。這時(shí)，牛頓一頭扎進(jìn)“引力引力”的計(jì)的計(jì)算和驗(yàn)證中了。牛頓計(jì)劃用這個(gè)原理驗(yàn)證太陽系各行星的行算和驗(yàn)證中了。牛頓計(jì)劃用這個(gè)原理驗(yàn)證太陽系各行星的行動(dòng)規(guī)律。他首先推求月球距地球的距離，由于引用的資料數(shù)動(dòng)規(guī)律。他首先推求月球距地球的距離，由于引用的資料數(shù)據(jù)不正確，計(jì)算的結(jié)果錯(cuò)了。因?yàn)橐览硗扑阍虑驀@地球轉(zhuǎn)，據(jù)不正確，計(jì)算的結(jié)果錯(cuò)了。因?yàn)橐览硗扑阍虑驀@地球轉(zhuǎn)，每分鐘的向心加速度應(yīng)是十六英尺，但據(jù)推算僅得十三點(diǎn)九每分鐘的向心加速度應(yīng)是十六英尺，但據(jù)推算僅得十三點(diǎn)九英尺。在失敗的困境中，牛頓毫不灰心和氣餒，反而以更大英尺。在失敗的困境中，牛

12、頓毫不灰心和氣餒，反而以更大的努力進(jìn)行辛勤地研究。的努力進(jìn)行辛勤地研究。 整整經(jīng)過了七個(gè)春秋寒暑，到三十歲時(shí)終于把舉世聞名的整整經(jīng)過了七個(gè)春秋寒暑，到三十歲時(shí)終于把舉世聞名的“萬有引力定律萬有引力定律”全面證明出來，奠定了理論天文學(xué)、天體全面證明出來，奠定了理論天文學(xué)、天體力學(xué)的基礎(chǔ)。力學(xué)的基礎(chǔ)。 這時(shí)期牛頓還對(duì)光學(xué)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了顏色的根源。這時(shí)期牛頓還對(duì)光學(xué)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了顏色的根源。一次，他在用自制望遠(yuǎn)鏡觀察天體時(shí)，無論怎樣調(diào)整鏡片，一次，他在用自制望遠(yuǎn)鏡觀察天體時(shí)，無論怎樣調(diào)整鏡片，視點(diǎn)總是不清楚。他想，這可能與光線的折光有關(guān)。接著就視點(diǎn)總是不清楚。他想，這可能與光線的折光有關(guān)。接

13、著就實(shí)驗(yàn)起來。他在暗室的窗戶上留一個(gè)小圓孔用來透光，在室實(shí)驗(yàn)起來。他在暗室的窗戶上留一個(gè)小圓孔用來透光，在室內(nèi)窗孔后放一個(gè)三棱鏡，在三棱鏡后掛好白屏接受通過三棱內(nèi)窗孔后放一個(gè)三棱鏡，在三棱鏡后掛好白屏接受通過三棱鏡折進(jìn)的光。結(jié)果，大出意外，牛頓驚異地看到，白屏上所鏡折進(jìn)的光。結(jié)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，兩端接受的折光呈橢圓形，兩端現(xiàn)出多彩的顏色來。對(duì)這個(gè)奇異的現(xiàn)象，牛頓進(jìn)行了深入的現(xiàn)出多彩的顏色來。對(duì)這個(gè)奇異的現(xiàn)象，牛頓進(jìn)行了深入的思考。得知光受折射后，太陽的白光散為紅、橙、黃、綠、思考。得知光受折射后，太陽的白光散為紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色。因此，白

14、光（陽光）是由紅、橙、黃、藍(lán)、靛、紫七種顏色。因此，白光（陽光）是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、綠、藍(lán)、 靛、紫七色光線匯合而成。自然界雨后天晴，陽光靛、紫七色光線匯合而成。自然界雨后天晴，陽光經(jīng)過天空中余圍的雨滴的折射、反射，形成五彩繽紛的虹霓，經(jīng)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(gè)道理。正是這個(gè)道理。 經(jīng)過進(jìn)一步研究，牛頓指出世界萬物所以有顏色，并非經(jīng)過進(jìn)一步研究，牛頓指出世界萬物所以有顏色，并非其自身有顏色。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。這反射出來的顏色色，而將它所不能接受的顏

15、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(xué)說準(zhǔn)確地道出顏色就是人們見到的各種物體的顏色。這一學(xué)說準(zhǔn)確地道出顏色的根源，世界上自古以來所出現(xiàn)的各種顏色學(xué)說都被它所推的根源，世界上自古以來所出現(xiàn)的各種顏色學(xué)說都被它所推翻。翻。 “寬闊的河流平靜，學(xué)識(shí)淵博的人謙虛。寬闊的河流平靜，學(xué)識(shí)淵博的人謙虛?！?當(dāng)牛頓費(fèi)盡心血算出當(dāng)牛頓費(fèi)盡心血算出“萬有引力定律萬有引力定律”后，沒有后，沒有急于發(fā)表。而是繼續(xù)孜孜不倦地深思了數(shù)年，研急于發(fā)表。而是繼續(xù)孜孜不倦地深思了數(shù)年，研究了數(shù)年，埋頭于數(shù)字計(jì)算之中，從未對(duì)任何人究了數(shù)年，埋頭于數(shù)字計(jì)算之中，從未對(duì)任何人講過一句。后來，牛頓的朋友，大天

16、文學(xué)家哈雷講過一句。后來，牛頓的朋友，大天文學(xué)家哈雷（彗星的發(fā)現(xiàn)者），在證明一個(gè)關(guān)于行星軌道的（彗星的發(fā)現(xiàn)者），在證明一個(gè)關(guān)于行星軌道的規(guī)律遇到困難時(shí)，專程登門請教牛頓。牛頓把自規(guī)律遇到困難時(shí)，專程登門請教牛頓。牛頓把自己關(guān)于計(jì)算己關(guān)于計(jì)算“萬有引力萬有引力”的書稿交給哈雷看。哈的書稿交給哈雷看。哈雷看后才知道他所要請教的問題，正是牛頓早已雷看后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，心里欽羨不已。解決、早已算好了的問題，心里欽羨不已。 在一六八四年十一月某一天，哈雷又到牛頓在一六八四年十一月某一天，哈雷又到牛頓的寓所拜訪。當(dāng)談到有關(guān)天文學(xué)的學(xué)術(shù)問題時(shí)，的寓所拜訪。當(dāng)談到有

17、關(guān)天文學(xué)的學(xué)術(shù)問題時(shí)，牛頓拿出寫好的關(guān)于論證牛頓拿出寫好的關(guān)于論證“萬有引力萬有引力”的論文，的論文，請哈雷提意見。哈雷看后，對(duì)這一巨著感到非常請哈雷提意見。哈雷看后，對(duì)這一巨著感到非常驚訝。驚訝。 他欣喜地對(duì)牛頓說：他欣喜地對(duì)牛頓說：“這真是偉大的論證、偉大這真是偉大的論證、偉大的著作！的著作！”他再三奉勸牛頓盡快發(fā)表這部偉大著他再三奉勸牛頓盡快發(fā)表這部偉大著作，以造福于人類?？墒桥ｎD沒有聽信朋友的好作，以造福于人類?？墒桥ｎD沒有聽信朋友的好意勸告，輕易地發(fā)表自己的著作。而是經(jīng)過長時(shí)意勸告，輕易地發(fā)表自己的著作。而是經(jīng)過長時(shí)間的一絲不茍的反復(fù)驗(yàn)證和計(jì)算，確認(rèn)正確無誤間的一絲不茍的反復(fù)驗(yàn)證和計(jì)

18、算，確認(rèn)正確無誤后，才于一六八七年七月將后，才于一六八七年七月將自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理理發(fā)表于世。發(fā)表于世。 牛頓是個(gè)十分謙虛的人，從不自高自大。曾牛頓是個(gè)十分謙虛的人，從不自高自大。曾經(jīng)有人問牛頓：經(jīng)有人問牛頓：“你獲得成功的秘訣是什么？你獲得成功的秘訣是什么？”牛頓回答說：牛頓回答說：“假如我有一點(diǎn)微小成就的話，沒假如我有一點(diǎn)微小成就的話，沒有其它秘訣，唯有勤奮而已。有其它秘訣，唯有勤奮而已?！彼终f：他又說：“假如假如我看得遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟?。我看得遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募缟?。”這些話多么意味深長??！它生動(dòng)地道出牛頓獲得這些話多么意味深長??！它生動(dòng)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巨大成就的奧妙所在，這就是在前人研究成果的基礎(chǔ)上，以獻(xiàn)身的精神，勤奮地創(chuàng)造，開辟出科基礎(chǔ)