高中数学(北师大版)选修1-1教案：第3章-拓展资料：牛顿的故事.docx

拓展资料：牛顿的故事
被誉为近代科学的开创者牛顿，在科学上作出了巨大贡献。他的三大成就——光的分析、万有引力定律和微积分学，对现代科学的进展奠定了基础。 　　
牛顿为什么能在科学上获得巨大成就？他怎样由一个平常的人成为一个宏大的科学家？要回答这些问题，我们不禁要联想到他刻苦学习和勤奋工作的几个故事。
“我确定要超过他！”
一谈到牛顿，人们可能认为他小时候确定是个“神童”、“天才”、有着非凡的智力。其实不然，牛顿童年身体瘦弱，头脑并不聪慧。在家乡读书的时候，很不用功，在班里的学习成果属于次等。但他的爱好却是广泛的，玩耍的本事也比一般儿童高。平常他爱好制作机械模型一类的玩艺儿，如风车水车、日晷等等。他细心制作的一只水钟，计时较精确，得到了人们的赞许。
有时，他玩的方法也很惊异。一天，他作了一盏灯笼挂在风筝尾巴上。当夜幕降落时，点燃的灯笼借风筝上升的力升入空中。发光的灯笼在空中流淌，人们大惊，以为是毁灭了彗星。尽管如此，由于他学习成果不好，还是经常受到卑视。 　　
当时，封建社会的英国等级制度很严峻，中学校里学习好的同学，可以卑视学习差的同学。有一次课间玩耍，大家正玩得兴高采烈的时候，一个学习好的同学借故踢了牛顿一脚，并骂他笨蛋。牛顿的心灵受到这种刺激，生气极了。他想，我俩都是同学，我为什么受他的欺侮？我确定要超过他！从今，牛顿下定决心，发奋读书。他早起晚睡，抓紧分秒勤学勤思。
经过刻苦钻研，牛顿的学习成果不断提高，不久就超过了曾欺侮过他的那个同学，名列班级前茅。
篱笆下的乐趣
世界上有很多出名的科学家的家境是清贫的。他们在通往成功的道路上，都曾与困苦的境遇作过坚韧的斗争。牛顿少年时代的境遇也是格外令人怜悯的。 　　
牛顿一六四二年诞生在英国一个一般农夫的家里。在牛顿诞生前不久，他的父亲就去世了。母亲在他两岁那年改嫁了。当牛顿十四岁的时候，他的继父不幸故去了，母亲回到家乡，牛顿被迫休学回家，挂念母亲种田过日子。母亲想培育他独立谋生，要他经营农产品的买卖。 　　
一个勤奋好学的孩子多么不情愿离快乐爱的学校啊！他难过地哭闹了几次，母亲始终没有回心转意，最终只得违心地按母亲的意愿去学习经商。每天一早，他跟一个老仆人到十几里外的大镇子去做买卖。牛顿格外不宠爱经商，把一切事务都交托老仆人经办，自己却偷偷跑到一个地方去读书。 　　
时间渐渐消逝，牛顿更加对经商感到厌恶，心里所宠爱的只是读书。后来，牛顿干脆不去镇里营商了，仅嘱老仆人独去。怕家里人发觉，他每天与老仆人一同出去，到半路停下，在一个篱笆下读书。每当下午老仆人归来时，再一同回家。 　　
这样，日复一日，篱笆下的读书生活倒也其乐无穷。一天，他正在篱笆下兴致勃勃地读书，赶巧被过路的舅舅观看。舅舅一看这个情景，很是生气，大声责骂他不务正业；把牛顿的书抢了过来。舅舅一看他所读的是数学书上面画着种种记号，心里受到感动。舅舅一把抱住牛顿，感动地说：“孩子，就按你的志向进展吧，你的正道应当是读书。” 　　
回到家里后，舅舅竭力劝告牛顿的母亲，让牛顿弃商就学。在舅舅的挂念下，牛顿如愿以偿地复学了。
在暴风中争辩和计算风力
时间对人是一视同仁的，给人以同等的量，但人对时间的利用不同，而所得的学问也大不一样。 　　
牛顿十六岁时数学学问还很肤浅，对高深的数学学问甚至可以说是不懂。“学问在于积累，聪慧来自学习”。牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰。在基础差的不利条件下，牛顿能正确生疏自己，知难而进。他从基础学问、基本公式重新学起，扎扎实实、步步推动。他争辩完了欧几里德几何学后，又争辩笛卡儿几何学，对比之下觉得欧几里德几何学肤浅，便悉心钻研笛氏几何学，直到把握要领、融会贯穿。遂之制造了代数二项式定理。传奇中牛顿“大暴风中算风力”的佳话，可为牛顿身体力学的佐证。有一天，天刮着大风暴。风撒野地呼号着，尘土飞扬，迷迷漫漫，使人难以睁眼。牛顿认为这是个精确地争辩和计算风力的好机会。于是，便拿着用具，独拘束暴风中来回奔跑。他踉踉跄跄、吃力地测量着。几次沙尘迷了眼睛，几次风吹走了算纸，几次风使他不得不暂停工作，但都没有动摇他求知的欲望。他一遍又一遍，最终求得了正确的数据。他欢快极了，赶忙跑回家去，连续进行争辩。有志者事竟成。经过勤奋学习，牛顿为自己的科学高塔打下了深厚的基础。不久，牛顿的数学高塔就建成了，二十二岁时制造了微分学，二十三岁时制造了积分学，为人类科学事业作出了巨大贡献。
万有引力和光的隐秘

牛顿二十三岁时，鼠疫流行于伦敦。剑桥高校为预防同学受传染，通告同学休学回家避疫，学校临时关闭。牛顿回到家乡林肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里，他从没间断过学习和争辩。万有引力、微积分、光的分析等制造的基础工作，都是这个期间完成的。 　　
那时，乡下的孩子是经常用投石器打几个转转之后，把石抛得很远。他们还可以把一桶牛奶用力从头上转过，而牛奶不掉下来。 　　
这些事实使他怀疑起来：“什么力气使投石器里面的石头，以及水桶里的牛奶不掉下来呢？对于这个问题，他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他从浩瀚的宇宙太空，周行不息的行星，广寒的月球，直至浩大的地球，进而想到这些庞然大物之间力的相互作用。这时，牛顿一头扎进“引力”的计算和验证中了。牛顿方案用这个原理验证太阳系各行星的行动规律。他首先推求月球距地球的距离，由于引用的资料数据不正确，计算的结果错了。由于依理推算月球围绕地球转，每分钟的向心加速度应是十六英尺，但据推算仅得十三点九英尺。在失败的逆境中，牛顿毫不灰心和气馁，反而以更大的努力进行辛勤地争辩。整整经过了七个春秋寒暑，到三十岁时最终把举世出名的“万有引力定律”全面证明出来，奠定了理论天文学、天体力学的基础。 　　
这时期牛顿还对光学进行了争辩，发觉了颜色的根源。一次，他在用自制望远镜观看天体时，无论怎样调整镜片，视点总是不清楚。他想，这可能与光线的折光有关。接着就试验起来。他在暗室的窗户上留一个小圆孔用来透光，在室内窗孔后放一个三棱镜，在三棱镜后挂好白屏接受通过三棱镜折进的光。结果，大出意外，牛顿惊异地看到，白屏上所接受的折光呈椭圆形，两端现出多彩的颜色来。对这个奇异的现象，牛顿进行了深化的思考。得知光受折射后，太阳的白光散为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色。因此，白光（阳光）是由红、橙、黄、绿、蓝、 靛、紫七色光线汇合而成。自然界雨后天晴，阳光经过天空中余围的雨滴的折射、反射，形成五彩缤纷的虹霓，正是这个道理。 　　
经过进一步争辩，牛顿指出世界万物所以有颜色，并非其自身有颜色。太阳普照万物，各物体只吸取它所接受的颜色，而将它所不能接受的颜色反射出来。这反射出来的颜色就是人们见到的各种物体的颜色。这一学说精确地道出颜色的根源，世界上自古以来所毁灭的各种颜色学说都被它所推翻。 　　
牛顿所以能取得如此巨大的成就，早年苦学所打下的深厚数学基础起了重要作用。

进入忘我的境界
在一个坎坷的山路上，一位白发苍苍的老人牵着一匹马在缓缓登山。人在前面渐渐地走，马在后面一步步地跟，山谷中响着单调的马蹄声。走啊，走啊，马突然脱缰而跑，老人由于沉醉在极度的思考之中，竟没有发觉。老人照旧不畏困难地登着山，手里还牵着那根马缰绳当他登到较平坦的地方想要骑马时 一拉缰绳，拽到面前的只是一根绳，回头一看马早已没有了。 　　
牛顿每天除抽出少量的时间熬炼身体外，大部分时间是在书房里度过的。一次，在书房中，他一边思考着问题，一边在煮鸡蛋。苦苦地思考，简直使他痴呆。突然，锅里的水沸腾了，赶忙掀锅一看，“啊！”他惊叫起来，锅里煮的却是一块怀表。原来他考虑问题时竟心不在焉地顺手把怀表当做鸡蛋放在锅里了。 　　
还有一次，牛顿邀请一位伴侣到他家吃午饭。他争辩科学入了迷，把这件事忘掉了。他的佣人按例只预备了牛顿个人吃的午饭。接近中午，客人应邀而来。客人观看牛顿正在埋头计算问题，桌上、床上摆着稿纸、书籍。看到这种情形，客人没有打搅牛顿，见桌上摆着饭菜，以为是给他预备的，便坐下吃了起来。吃完后就静静地走了。当牛顿把题计算完了，走到餐桌旁预备吃午饭时，观看盘子里吃过的鸡骨头，恍然大悟地说：“我以为我没有吃饭呢，我还是吃了。” 　　
这些故事到底是真是假，并不关重要，不过表明白牛顿是一个怎样深思默想，不修边幅，虚己敛容的人，他对科学极度的认真，总是想着星辰的旋转，宇宙的变化，而进入了忘我的境界。
虚心谨慎、一丝不苟的学风
“宽敞的河流安静，学识渊博的人虚心。”凡是对人类进展作出巨大贡献的宏大人物，都有虚心的美德。牛顿每当在科学上获得宏大成就时，从不沾沾自喜，自以为很了不起，赶忙出版著作，以扬名于世。 　　
当牛顿费尽心血算出“万有引力定律”后，没有急于发表。而是连续孜孜不倦地深思了数年，争辩了数年，埋头于数字计算之中，从未对任何人讲过一句。后来，牛顿的伴侣，大天文学家哈雷（彗星的发觉者），在证明一个关于行星轨道的规律遇到困难时，专程登门请教牛顿。牛顿把自己关于计算“万有引力”的书稿交给哈雷看。哈雷看后才知道他所要请教的问题，正是牛顿早已解决、早已算好了的问题，心里钦羡不已。 　　
在一六八四年十一月某一天，哈雷又到牛顿的寓所访问。当谈到有关天文学的学术问题时，牛顿拿出写好的关于论证“万有引力”的论文，请哈雷提意见。哈雷看后，对这一巨著感到格外惊异。他欣喜地对牛顿说：“这真是宏大的论证、宏大的著作！”他一再奉劝牛顿尽快发表这部宏大著作，以造福于人类。可是牛顿没有听信伴侣的好意劝告，轻易地发表自己的著作。而是经过长时间的一丝不苟的反复验证和计算，确认正确无误后，才于一六八七年七月将《自然哲学的数学原理》发表于世。 　　
牛顿是个格外虚心的人，从不自高自大。曾经有人问牛顿：“你获得成功的秘诀是什么？”牛顿回答说：“假如我有一点微小成就的话，没有其它秘诀，唯有勤奋而已。”他又说：“假如我看得远些，那是由于我站在巨人们的肩上。”这些话多么意味深长啊！它生动地道出牛顿获得巨大成就的奥妙所在，这就是在前人争辩成果的基础上，以献身的精神，勤奋地制造，开拓出科学的新天地。