高中历史 第六单元 第4课 近代科学之父牛顿材料解析 新人教版选修4Word下载.docx
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爬上树他就能看到远处北威特姆村教堂的塔尖。
汉娜就在那里,那个把她“偷走”的神秘人物也在那里。
这种失去亲人的感觉,就像精神上的毒瘤,咬噬着他的心。
──[美]盖尔·
E.克里斯汀森《牛顿与科学革命》
〔材料二〕放学之后,牛顿不和其他孩子一起玩耍,而是忙于制造各种小玩意儿和木头模型:
为了做这些手工活,他买了许多小锯子、小斧子、小锤子还有一整套工具,这些他都可以灵活自如地使用。
牛顿在参观了一个磨坊的建造工地之后,就想给自己做一个风车模型。
当模型做好了之后,他把一只老鼠放进去,叫它“磨坊主”。
他给老鼠一些玉米,在努力够取食物的同时,这个“磨坊主”带动了一个轮子,而轮子又驱动了风车。
这个少年也曾同样沉迷于风筝,他用纸做了各式各样的风筝,想试试哪个飞得时间最长。
他还用皱纸做了一些灯笼,放根蜡烛进去,在漆黑的冬日早晨,他在上学路上就用它们照明。
有时,夜里他还把这些灯笼系在风筝的尾端,吓得村民们以为那是划过夜空的扫帚星。
〔材料三〕尽管与学校的大多数同学相比,依萨克身材瘦小、体质虚弱,但是用斯图克莱的话说,他试着教同学们“怎样玩得科学”。
在1658年9月护国主克伦威尔去世时,恰巧一场猛烈的风暴席卷了英格兰,人们迷信地认为那是魔鬼骑着旋风来收他的游魂。
依萨克利用这个少有的机会,与几个比他体育好的孩子比赛,看谁跳得最远。
使他们又惊又窘的是,依萨克精心计算了风力后,竟然赢了他们。
多年后,牛顿对一位亲戚说那次是他的第一个实验。
牛顿早年这种对气流推力的兴趣,随着时间增长,发展成了深深的沉迷。
甚至早在牛顿进公学之前,他就开始研究太阳运动,他在伍尔索普宅的院里、墙上和石瓦屋顶上追寻它的轨迹。
依萨克还用锐器在房子朝南的一扇窗户旁画了两个日晷。
他在格兰瑟姆镇克拉克的房子旁也刻了同样的日晷线,并且用钉子表示出整点和半点。
据斯图克莱说,“大家都叫它依萨克的刻度盘。
人人都读得出上面的时间”。
据说牛顿后来只要扫一眼书房墙上阴影的位置就可说出几点了,几乎每次都与他兜里的表一样准确。
〔材料四〕在他的众多机械模型中,人们最常提到的是水钟。
它是用克拉克的妻弟给的木盒子做的。
它大约四英尺高,在顶部表盘上用数字表示钟点。
这个水钟是由一块木头驱动的,这块木头随着水滴的节奏交替地上升、下降。
水钟就放在依萨克的房间里,克拉克家的人偶尔也会去看一下时间。
依萨克·
牛顿就像列奥那多·
达·
芬奇①和本杰明·
富兰克林②一样,他们小时候并不是无目的地瞎玩,而是在玩的过程中融入了思想和技巧。
【解读】美国历史学家盖尔·
E.克里斯汀森所著《牛顿与科学革命》用既权威又易懂的笔调介绍了牛顿的一生和他所处的时代。
文中没有令一般读者感到晦涩难懂的有关数学和古典物理学的深奥论述。
作者在故事中娓娓道来,揭示了牛顿是如何发现支配着我们这个有序又可知的宇宙的原理的。
牛顿从小孤独,尚未出生父亲就已去世,三岁时母亲改嫁,牛顿由外婆带大。
八年后母亲返回时,牛顿已经学会隐藏内心想法,将自己与外界隔绝。
牛顿从小就对机械很感兴趣,善于动脑。
从总体上看,小牛顿的性格是稳健、谦逊、沉默,对奋斗目标有着坚定信念。
材料一反映了母亲改嫁对牛顿幼小心灵产生了强烈影响。
材料二、三、四介绍了牛顿的一些发明,如风车、日晷、水钟,表明牛顿从小就对科学研究感兴趣。
【注释】①列奥那多·
芬奇(1452—1519):
意大利博学者,建筑师、解剖学者、画家。
②本杰明·
富兰克林(1706—1790):
18世纪美国最伟大的科学家,著名的政治家和文学家。
2.中学时光
〔材料一〕牛顿学习得很快,是个天赋的无师自通者,可是老师们大多忽略他,同学更不会喜欢他。
那时,学生被要求死记古典语文和宗教教义等核心课程,完全不需要想象力,故也启发不了怀疑的能力。
以现代人的思维而言,牛顿在进入剑桥大学之前,从来没有受过正式的数学训练,却能有那么伟大的科学成就,乃是令人难以置信的事情(即使在剑桥,大一的课程表中也没有数学这门课)。
依萨克最早是以念他继父遗留下来的书籍来打发时间的,后来在格兰瑟姆的某一教堂图书室中找到一些书来读。
这个教堂的走廊上方有间狭长的房间,里面收藏了许多书,但大部分无味如干草……幸亏他又找到了别的书,引导他通往科学方面的最重要的一本书是《自然与工艺的神秘》,作者名叫约翰·
贝特。
牛顿发现这本书时年约13岁,他被这本书完全迷住了,特地花了两个半便士买一本练习簿将书上重要的部分抄录下来。
──[英]麦克尔·
怀特《最后的炼金术士──牛顿传》
〔材料二〕克拉克先生的哥哥约瑟夫·
克拉克博士是国王中学的教员,于不久前去世,遗留了很多书籍给克拉克先生。
可是克拉克药剂师工作太忙,对这一批书虽然有兴趣,却没有时间阅读。
也许牛顿自愿为他整理书籍,以换取自由阅览的机会,反正牛顿说服了克拉克先生,准许他每个星期六躲在药房后面的小房间里,静静地阅读那批包括物理、解剖、植物、哲学、数学等的藏书。
那是牛顿首次接触这些基础科学,以前他读过贝特的《自然与工艺的神秘》一书,成为他日后试验和实用技术的基础。
……那批藏书中必定有许多伟大作家和自然哲学家的文献……很可能牛顿就从中首次看到培根①、笛卡尔②、亚里士多德③、柏拉图④等伟大人物的学说,因而那批藏书给予牛顿的教育,其完整性及实用性比那局限于狭小范围内的学校教育要强得多。
〔材料三〕在家乡居住的时候,如果母亲叫他去照顾羊群、收采玉米,或者到镇里办事,他常常都会误事(就是说总办不好事情)。
他最爱做的事是手上拿一本书坐在树下看,或者用小刀忙着做木工,想到什么就做什么。
要不然就跑去溪边,让流水转动他自制的小水车。
牛顿做事马虎,还曾经被当地执法机关惩罚。
附近的科尔斯特沃思村的地方法院记录记载,1659年10月28日有一个名叫依萨克·
牛顿的人被罚了3先令4便士,处罚原因是“放任他的羊群破坏了田野小树”。
另外又有两次罚款,每次都罚1先令:
一次是因为“放任他的猪群践踏玉米田”,一次是“纵容他田园的篱笆毁损不予修理”。
汉娜看到依萨克做事如此不负责之后,就派一个老仆人去监督他,同时也加以照顾和指导。
汉娜那样尽心安排,不必想就知道必然失败,牛顿立刻转而去利用这位老仆人,让他代劳所有劳务,自己则溜去读书,或者做些有趣的事情。
【解读】英国知名传记作家迈克尔·
怀特所著《最后的炼金术士──牛顿传》一书从科学发生学的视角,提出了牛顿痴迷炼金术与奠立近代科学基础之间的重大关联。
作者以特有的直觉和史料求证,借助于牛顿的重要信件和若干从未公开出版过的笔记,阐释了牛顿从事炼金术和神学研究对于他发现万有引力以及后来进行的统一场论研究的紧密关联,还原一个真实的牛顿。
1654年牛顿进入格兰瑟姆中学,寄住在一位药剂师克拉克家里。
牛顿阅读了一些自然科学知识,学习成绩也由开始时的马马虎虎到后来的突飞猛进,受到校长斯托克斯的赏识。
中学时光是牛顿一生中最快乐的日子,但他母亲在他十五岁时却让他辍学回家务农。
牛顿对农活不感兴趣,消极怠工。
母亲无可奈何,在中学校长以及牛顿舅舅的劝说下,母亲终于同意牛顿重新返校。
材料一、二表明牛顿对自然科学知识情有独钟,并且有很强的自学能力。
材料三反映了辍学后牛顿仍然醉心于科学研究,对农活不感兴趣。
【注释】①培根(1561—1626):
英国著名的唯物主义哲学家和科学家。
②笛卡尔(1596—1660):
法国数学家、科学家和哲学家。
③亚里士多德(公元前384—公元前322):
古希腊最著名的哲学家、渊博的学者。
他的学术思想对西方文化、科学的发展产生了巨大的影响。
④柏拉图(公元前427—公元前347):
古希腊数学家、哲学家、教育家。
3.剑桥求学
〔材料一〕当牛顿于1661年6月5日在剑桥大学三一学院注册为学生时,他只能排在社会阶级中的最底层,以准减费生的资格入学(上课一个月之后变成减费生)。
准减费生和减费生都只比仆人好一点点,他们要为特权学生收拾房间、清洗便器以贴补学费。
所谓特权学生包括资优生、公费生、全自费生、贵族子弟和富商子弟等。
牛顿的工作是属于哪一类的减费生一直都不很清楚,传统上,减费生要服侍非减费生,但有时候也有专门替一个研究员工作的情形,而这位研究员必须是他的指导老师。
后人一向以为牛顿的减费生工作是属于前一类,这或许是对的,不过另外也有证据显示他事实上是为巴宾顿工作。
巴宾顿是格兰瑟姆药剂师克拉克先生的妻舅,在三一学院担任研究员。
〔材料二〕三一学院图书馆的藏书超过3000本,但是学生们只有在校委会成员的陪同下才能进入图书馆。
在那里,两个人的观点和理论对牛顿产生了重要影响,一个是法国哲学家笛卡尔,另一个是在牛顿出生那年去世的意大利天文学家伽利略①。
这两个人都公开挑战亚里士多德学说。
笛卡尔提出了几何理论和机械哲学,他想象宇宙中充满了肉眼看不见的物质,它们形成巨大的漩涡,使星球向前运动。
伽利略用几何学的思维方式研究运动,认为物体都是由相同的物质构成的,因此物体下落的速率相同。
──[美]詹姆斯·
格雷克《牛顿传》
【解读】美国科技史学家詹姆斯·
格雷克所著《牛顿传》结构紧凑、气氛逼真、行文优雅,在美国出版后迅速风靡全球,持续热销。
1661年牛顿以准减费生的身份进入剑桥大学三一学院就读。
进入大学后,牛顿开始接触到大量的自然科学著作。
材料一反映了牛顿进入大学时处于学生底层,这刺激了牛顿敏感的心理,到1664年才摘掉仆役生的帽子。
材料二反映了牛顿如饥似渴地阅读自然科学著作,尤其受到了笛卡尔和伽利略的影响。
【注释】①伽利略(1564—1642):
意大利物理学家、天文学家和哲学家,近代实验科学的先驱者。
4.伍尔索普时期
〔材料一〕牛顿最伟大的数学突破,在于领悟到某个方程的一种特定运算方法,它能够导出用该方程式来表示的曲线上的准确斜率,这种运算法就是微分的本质。
另外有一种也是应用在方程上的运算方法(即后来所称的积分),可以算出该方程式所代表的曲线下方的面积。
微分与积分两种方法合并起来就叫做微积分,它是数学家和科学家所依赖的强力有效的工具。
……牛顿第一篇数学论文是关于一种求和法,将曲线分割成无穷小的弧线线段,再把无穷个小弧线线段相加起来的算法(这是充分了解微积分技巧的必要门槛),这种算法于1665年的5月完成。
一旦有了通用的微积分计算方法,牛顿的下一步就是将微积分应用到行星运行的实际问题上:
行星环绕太阳的轨道、月球环绕地球的轨道以及如何用数学式的定律来表示那些运动。
〔材料二〕在伍尔索普时,牛顿构思了一个新奇的实验。
他把楼上朝南的卧室遮严,在窗板上钻了一个八分之一英寸的孔,让自
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