牛顿的故事.ppt

1、 伊萨克伊萨克牛顿爵士（牛顿爵士（Sir Isaac Newton，儒略历，儒略历1642年年12月月25日日-1727年年3月月20日日 格里历格里历1643年年1月月4日日1727年年3月月31日），数学家、科学家和哲学家，同时是英国当时炼日），数学家、科学家和哲学家，同时是英国当时炼金术热衷者。他在金术热衷者。他在1687年年7月月5日发表的日发表的自然哲学的数自然哲学的数学原理学原理（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica）里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动）里提出的万有引力定律以及他的牛顿运动定律是经典力学的基石。牛顿还和莱布尼茨各

2、自独立地发定律是经典力学的基石。牛顿还和莱布尼茨各自独立地发明了微积分。他总共留下了明了微积分。他总共留下了50多万字的炼金术手稿和多万字的炼金术手稿和100多万字的神学手稿。多万字的神学手稿。 牛顿被誉为人类历史上最伟大的科学家之一。他的万有引牛顿被誉为人类历史上最伟大的科学家之一。他的万有引力定律在人类历史上第一次把天上的运动和地上的运动统力定律在人类历史上第一次把天上的运动和地上的运动统一起来，为日心说提供了有力的理论支持，使得自然科学一起来，为日心说提供了有力的理论支持，使得自然科学的研究最终挣脱了宗教的枷锁。的研究最终挣脱了宗教的枷锁。 牛顿还发现了太阳光的颜色构成，还制作了世界上第

3、一架牛顿还发现了太阳光的颜色构成，还制作了世界上第一架反射望远镜。反射望远镜。 牛顿与苹果的故事牛顿与苹果的故事 长期以来长期以来,牛顿认为牛顿认为,一定有一一定有一种神秘的力存在种神秘的力存在,是这种无形的力拉着太阳系中的是这种无形的力拉着太阳系中的行星围绕太阳旋转行星围绕太阳旋转.但是但是,这到底是怎样的一种力这到底是怎样的一种力呢呢 直到有一天直到有一天,当牛顿在花园的苹果树下思索当牛顿在花园的苹果树下思索,一一个苹果落到他的脚边时个苹果落到他的脚边时,牛顿终于获得了顿悟牛顿终于获得了顿悟,他他的问题也逐渐被解决了的问题也逐渐被解决了. 传说传说1665年秋季年秋季,牛顿坐牛顿坐在自家院

4、中的苹果树下苦思着行星绕日运动的原在自家院中的苹果树下苦思着行星绕日运动的原因因.这时这时,一只苹果恰巧落下来一只苹果恰巧落下来,它落在牛顿的脚边它落在牛顿的脚边.这是一个发现的瞬间这是一个发现的瞬间,这次苹果下落与以往无数次这次苹果下落与以往无数次苹果下落不同苹果下落不同,国为它引起了牛顿的注意国为它引起了牛顿的注意.牛顿从牛顿从苹果落地这一理所当然的现象中找到了苹果下落苹果落地这一理所当然的现象中找到了苹果下落的原因的原因引力的作用引力的作用,这种来自地球的无形的力这种来自地球的无形的力拉着苹果下落拉着苹果下落,正像地球拉着月球正像地球拉着月球,使月球围绕地使月球围绕地球运动一样球运动一样

5、. 这个故事据说是由牛顿的外甥女巴这个故事据说是由牛顿的外甥女巴尔顿夫人告诉法国哲学家尔顿夫人告诉法国哲学家,作家伏尔泰之后流传起作家伏尔泰之后流传起来的来的.伏尔泰将它写入伏尔泰将它写入牛顿哲学原理牛顿哲学原理一书中一书中.牛顿家乡的这棵苹果树后来被移植到剑桥大学中牛顿家乡的这棵苹果树后来被移植到剑桥大学中. 牛顿去世后牛顿去世后,他被当作发现宇宙规律的英雄人物继他被当作发现宇宙规律的英雄人物继而被赋予传奇色彩而被赋予传奇色彩,牛顿与苹果的故事更是广为流牛顿与苹果的故事更是广为流传传.但是事实是否如此却无从找到其他史料加以考但是事实是否如此却无从找到其他史料加以考证证.牛顿十六岁时数学知识还

6、很肤浅，对高深的数牛顿十六岁时数学知识还很肤浅，对高深的数学知识甚至可以说是不懂。学知识甚至可以说是不懂。“知识在于积累，聪明来知识在于积累，聪明来自学习自学习”。牛顿下决心靠自己的努力攀上数学的高峰。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，牛顿能正确认识自己，知难在基础差的不利条件下，牛顿能正确认识自己，知难而进。他从基础知识、基本公式重新学起，扎扎实实、而进。他从基础知识、基本公式重新学起，扎扎实实、步步推进。他研究完了欧几里德几何学后，又研究笛步步推进。他研究完了欧几里德几何学后，又研究笛卡儿几何学，对比之下觉得欧几里德几何学肤浅，便卡儿几何学，对比之下觉得欧几里德几

7、何学肤浅，便悉心钻研笛氏几何学，直到掌握要领、融会贯通。遂悉心钻研笛氏几何学，直到掌握要领、融会贯通。遂之发明了代数二项式定理。传说中牛顿之发明了代数二项式定理。传说中牛顿“大暴风中算大暴风中算风力风力”的佳话，可为牛顿身体力学的佐证。有一天，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。牛顿认为这是个准确地研究和计漫，使人难以睁眼。牛顿认为这是个准确地研究和计算风力的好机会。于是，便拿着用具，独自在暴风中算风力的好机会。于是，便拿着用具，独自在暴风中来回奔走。他踉踉跄跄、吃力地测量着。几次

8、沙尘迷来回奔走。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，工作，但都没有动摇他求知的欲望。他一遍又一遍，终于求得了正确的数据。他快乐极了，急忙跑回家去，终于求得了正确的数据。他快乐极了，急忙跑回家去，继续进行研究。有志者事竟成。经过勤奋学习，牛顿继续进行研究。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，二十二岁时发明了微分学，二十数学高塔就建成了，二十二岁时发明了微分

9、学，二十三岁时发明了积分学，为人类科学事业作出了巨大贡三岁时发明了积分学，为人类科学事业作出了巨大贡献。献。 牛顿二十三岁时，鼠疫流行于伦敦。剑桥大学为预防学生受牛顿二十三岁时，鼠疫流行于伦敦。剑桥大学为预防学生受传染，通告学生休学回家避疫，学校暂时关闭。牛顿回到故传染，通告学生休学回家避疫，学校暂时关闭。牛顿回到故乡林肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里，他从没间断过学乡林肯郡乡下。在乡下度过的休学日子里，他从没间断过学习和研究。万有引力、微积分、光的分析等发明的基础工作，习和研究。万有引力、微积分、光的分析等发明的基础工作，都是这个期间完成的。都是这个期间完成的。 那时，乡下的孩子是常常用投石

10、器打几个转转之后，把那时，乡下的孩子是常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。奶不掉下来。 这些事实使他怀疑起来：这些事实使他怀疑起来：“什么力量使投石器里面的石什么力量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，直至庞大的地球，进而想到这些庞然的行星，广寒的月球，直至庞大的地球，进而想到这些

11、庞然大物之间力的相互作用。这时，牛顿一头扎进大物之间力的相互作用。这时，牛顿一头扎进“引力引力”的计的计算和验证中了。牛顿计划用这个原理验证太阳系各行星的行算和验证中了。牛顿计划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。因为依理推算月球围绕地球转，据不正确，计算的结果错了。因为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。在失败的困境中，牛顿毫不灰心和气馁，反而以更大英尺。在失败的困境中，牛

12、顿毫不灰心和气馁，反而以更大的努力进行辛勤地研究。的努力进行辛勤地研究。 整整经过了七个春秋寒暑，到三十岁时终于把举世闻名的整整经过了七个春秋寒暑，到三十岁时终于把举世闻名的“万有引力定律万有引力定律”全面证明出来，奠定了理论天文学、天体全面证明出来，奠定了理论天文学、天体力学的基础。力学的基础。 这时期牛顿还对光学进行了研究，发现了颜色的根源。这时期牛顿还对光学进行了研究，发现了颜色的根源。一次，他在用自制望远镜观察天体时，无论怎样调整镜片，一次，他在用自制望远镜观察天体时，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。接着就视点总是不清楚。他想，这可能与光线的折光有关。接

13、着就实验起来。他在暗室的窗户上留一个小圆孔用来透光，在室实验起来。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，牛顿进行了深入的现出多彩的颜色来。对这个奇异的现象，牛顿进行了深入的思考。得知光受折射后，太阳的白光散为红、橙、黄、绿、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

14、光（阳光）是由红、橙、黄、蓝、靛、紫七种颜色。因此，白光（阳光）是由红、橙、黄、绿、蓝、绿、蓝、 靛、紫七色光线汇合而成。自然界雨后天晴，阳光靛、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，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。正是这个道理。 经过进一步研究，牛顿指出世界万物所以有颜色，并非经过进一步研究，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，各物体只吸收它所接受的颜其自身有颜色。太阳普照万物，各物体只吸收它所接受的颜色，而将它所不能接受的颜色反射出来。这反射出来的颜色色，而将它所不能接受的颜

15、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。这一学说准确地道出颜色就是人们见到的各种物体的颜色。这一学说准确地道出颜色的根源，世界上自古以来所出现的各种颜色学说都被它所推的根源，世界上自古以来所出现的各种颜色学说都被它所推翻。翻。 “宽阔的河流平静，学识渊博的人谦虚。宽阔的河流平静，学识渊博的人谦虚。” 当牛顿费尽心血算出当牛顿费尽心血算出“万有引力定律万有引力定律”后，没有后，没有急于发表。而是继续孜孜不倦地深思了数年，研急于发表。而是继续孜孜不倦地深思了数年，研究了数年，埋头于数字计算之中，从未对任何人究了数年，埋头于数字计算之中，从未对任何人讲过一句。后来，牛顿的朋友，大天

16、文学家哈雷讲过一句。后来，牛顿的朋友，大天文学家哈雷（彗星的发现者），在证明一个关于行星轨道的（彗星的发现者），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。牛顿把自规律遇到困难时，专程登门请教牛顿。牛顿把自己关于计算己关于计算“万有引力万有引力”的书稿交给哈雷看。哈的书稿交给哈雷看。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。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，哈雷又到牛顿在一六八四年十一月某一天，哈雷又到牛顿的寓所拜访。当谈到有关天文学的学术问题时，的寓所拜访。当谈到有

17、关天文学的学术问题时，牛顿拿出写好的关于论证牛顿拿出写好的关于论证“万有引力万有引力”的论文，的论文，请哈雷提意见。哈雷看后，对这一巨著感到非常请哈雷提意见。哈雷看后，对这一巨著感到非常惊讶。惊讶。 他欣喜地对牛顿说：他欣喜地对牛顿说：“这真是伟大的论证、伟大这真是伟大的论证、伟大的著作！的著作！”他再三奉劝牛顿尽快发表这部伟大著他再三奉劝牛顿尽快发表这部伟大著作，以造福于人类。可是牛顿没有听信朋友的好作，以造福于人类。可是牛顿没有听信朋友的好意劝告，轻易地发表自己的著作。而是经过长时意劝告，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，确认正确无误间的一丝不苟的反复验证和计

18、算，确认正确无误后，才于一六八七年七月将后，才于一六八七年七月将自然哲学的数学原自然哲学的数学原理理发表于世。发表于世。 牛顿是个十分谦虚的人，从不自高自大。曾牛顿是个十分谦虚的人，从不自高自大。曾经有人问牛顿：经有人问牛顿：“你获得成功的秘诀是什么？你获得成功的秘诀是什么？”牛顿回答说：牛顿回答说：“假如我有一点微小成就的话，没假如我有一点微小成就的话，没有其它秘诀，唯有勤奋而已。有其它秘诀，唯有勤奋而已。”他又说：他又说：“假如假如我看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。我看得远些，那是因为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，这就是在前人研究成果的巨大成就的奥妙所在，这就是在前人研究成果的基础上，以献身的精神，勤奋地创造，开辟出科基础