《第4课近代科学之父牛顿》公开课教案下载

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教学过程

上帝给了人类三个苹果，三个苹果改变了世界，三个苹果也为人类创造了一个新的世界。

第一个苹果诱惑了夏娃，从夏娃摘下苹果哪一刻开始，驱动她的只是人类永恒的好奇心，让人类有了道德和欲望。

第二个苹果击中了人类最具智慧的头脑，从牛顿得到这个苹果开始，在人类探索世界的道路上留下了漂亮的一笔，让人类有了科学。

第三个苹果被乔布斯掌握，让人们为这个苹果疯狂，已成为当今世界创新的代名词。

一、早期科学发明与创造

1、童年时代：1642年牛顿出生于英国北部一个名叫乌尔索普的小村庄，在他出生时父亲已去世，3岁时，母亲也改嫁了。他的童年时代是和外婆一起生活的。牛顿从小就爱思考，他善于观察生活，观察生活中人们的活动，再根据人们的需要进行一些发明和创造。

1642年，正当英国资产阶级革命时期，斯图亚特王朝的国王查理一世挑起内战的那一年，也是伽利略逝世的那一年，牛顿出生在英国北部一个叫乌尔索普的小村庄。他的父亲继承祖产，是当地一个有钱人。他的母亲汉娜是一个出身没落贵族家庭的有教养的大家闺秀。牛顿快要出生的时候，36岁的父亲突然病逝。据说牛顿出生的时 候身体很弱，当时流传着这样一个小故事：“被雇来帮助牛顿母亲汉娜的两个女佣，被差遣去一个夫人家里拿药；很显然牛顿太孱弱了，这两个女佣取到药回来时，她们以为来不及了，那孩子必定已经死了，就坐在台阶前休息。”牛顿3岁的时候，母亲汉娜改嫁，牛顿的童年时代是和外婆一起生活的，一直到11岁母亲因第二位丈夫去世重新回到牛顿身边。

自童年时代起，牛顿就从事发明活动。还在五六岁时，他就用木工工具制作了一架木质四轮车，来帮助外婆运送东西。少年时家里没有钟表，牛顿用一个多月的时间，将一块圆石凿成一个日晷仪，用以计时。在格兰萨姆镇一所中学学习期间，他常常到小镇的一座山顶上观察风车，又根据风车的原理，做成了一架用小老鼠的爬动来带动的风车，如今这种风车已成为风靡世界的玩具。

牛顿生活的年代是17世纪中期至18世纪早期，正是欧洲社会发生巨大变革的伟大时代。资本主义进一步发展，自然科学有所突破，思想文化继承了文艺复兴时期的人文主义，进一步发展为启蒙运动时期的理性主义。

2、中学时代：除进行发明创造外，中学时代的牛顿已开始进行科学研究与实验。在学校里他的学习成绩优异，中学毕业时，他考进英国历史悠久的剑桥大学。

牛顿在格兰萨姆镇的国王中学上学，由于离家较远，租住在一家药房的楼上。房东先生是一位药剂师，平易近人，热情开朗，牛顿可以在他身旁看他工作和提出问题，从而给了牛顿早期的化学概念，也给了他自行做试验的机会。牛顿喜欢做试验，他把自己看到的现象都记录下来。有时候把药瓶旁边的说明书抄录下来，甚至自己还可能创造一些配方。在国王中学的时候，牛顿曾经与同学打架，那个同学的成绩比牛顿优秀。于是“战斗”结束以后，牛顿就宣布学习成绩一定要超过欺负过他的那个家伙，从此牛顿勤奋学习，在短期内成绩迅速超过了那个同学，而且跃居全班第一。牛顿16岁的时候，在学校里已经很有名气了，校长认定他是个应该进大学的候选人。可是，他的母亲汉娜并不重视教育，尽管她的哥哥受到剑桥大学的教育，但汉娜却认为没有多大必要让牛顿继续接受教育，不识字也能把农场经营得很好。校长的坚持使汉娜做出了一个决定，让牛顿辍学回家。在17世纪的时候，这个决定并不令人意外。辍学在家的牛顿总是寻找一切机会追求知识，表现出强烈的求知欲望，对农场上的工作显得心不在焉，被人们认为生活马虎、散漫。当地的地方法院至今仍记载着牛顿被处罚的情况：1659年牛顿被罚了3先令4便士，处罚原因是“放任他的羊群破坏了田野小树”。另外两次罚款，每次都是罚款1先令，是因为“放任他的猪群践踏玉米田”和“纵容他的田园篱笆毁损不予修理”。国王中学的校长看到牛顿展现出的无穷求知欲望，再次劝说汉娜，再加上汉娜哥哥（牛顿的舅舅）的劝说，汉娜终于同意让牛顿去上学了。这样，牛顿通过考试，在1661年成为剑桥大学的学生。

教师着重从牛顿的强烈求知欲望来介绍牛顿的中学时代，使学生知道牛顿在中学的优异成绩来源于其刻苦勤奋。

3、大学时代：进入大学后，牛顿开始接触到大量的自然科学著作。除了师从著名学者巴罗教授（学习外，他还用大量的时间自学笛卡儿等人的数学著 作，这些著作将牛顿引导到当时数学的最前沿一解析几何与微积分方面。大学毕业前，他就提出了数学上有名的二项式定理以及微积分的初步算法。

由于家境不很富足，交不起昂贵的学杂费用，牛顿以减费生身份进入剑桥大学。按学校的规定，减费生必须做一些清洁、侍餐、送信等工作，以资补偿，为此，牛顿受到那些贵族和富豪子弟的歧视。但他非常勤奋地学习，在毕业前提出了二项式定理，当时他只有22岁。有人认为，即使牛顿没有别的成就，仅这个定理也足以使他在科学史上留下不朽之名。

牛顿的老师巴罗(1630～ 1677) , 曾任剑桥大学第一任“卢卡斯教授”, 三一学院院长和剑桥大学副校长 ，是当时顶尖的数学家和科学家，剑桥大学的首席教授席位就是专门为他设立的， 但他在39岁时就主动退休了，因为他要将席位让给当时只有28岁的牛顿，以给牛顿更大的发展空间。

牛顿果然没有辜负恩师的厚望，大放异彩，成果累累，在谈到自己成功的原因时，他非常感激地表示，因为自己站在巨人的肩膀上。

牛顿数学桥

牛顿数学桥是剑桥大学城里的一大景观，全桥由7177根大小不一的木头衔接而成，有10299个接口，如果以一个接口用一枚铁钉来计算，那么至少需要 10299枚铁钉。但牛顿把所有铁钉都倒进了河里，整座桥没用一枚铁钉，这就是数学的奇妙。多少年来，剑桥数学系的高才生们都梦想解破数学桥的奥秘，换句话说就是想在纸头上造一座跟数学桥一模一样的桥。但如愿者无一。多数人设计出来的桥至少需要上千枚铁钉才能达到原桥同等效果，只有少数几人把铁钉数量减少 到千枚数之内。有个冰岛人，他创造了有史以来的最好成绩，把铁钉数减少到561枚。4、早期 成就

（1）1665～1666年：在英国发生了一场可怕的鼠疫，为躲避瘟疫，牛顿回到乡下。在乡下的这两年是牛顿科学生涯中的黄金岁月，他在光学、数学、力学等领域的研究都取得了重要进展。

1665—1666年英国发生可怕的瘟疫，牛顿回到自己的家乡乌尔索普。这两年中，牛顿在光学、数学、力学等领域的研究都取得了重大的进展。可以说牛顿在乌尔索普的日子里产生了许多灵感和直觉，而且这些思想日后变成了伟大的定律，成为近代科技的基础。但乡居期间培养出来的思想并未成熟也未定型，这是牛顿的知识快速发展时期，也可以说是牛顿迈向成功的起步。关于牛顿与苹果的故事就是这个时候出现的，它说明牛顿开始思索重力观念的延伸问题。牛顿一生的工作习惯是手边能够拿到的，都可以用来写东西，在他母亲不久前用过的一张旧契约的背面，牛顿留下了他的思考历程。这张羊皮纸一直保留至今，上面写满了摘要和计算，那上面记载的东西最后导引出万有引力定律，但是也泄漏出牛顿那个时候的思考是不完善的。

（2）牛顿在研究了伽利略等人的实验成果后，自己制作了一架折射望远镜，对太阳光进行反射实验，证明日光即白光由七色光组成，他还进一步说明了物体颜色的形成原理（这个原理是指物体的颜色是不同颜色的光在不同物体上有不同的反射率和折射率造成的，而不在物体自身上。）。他的实验与结论奠定了光谱学的基础。

1666年，牛顿在家休假期间，得到了三棱镜，他用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后，分解成几种颜色的光谱带，牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住，只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜，结果出来的只是同样颜色的光。这样，他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的，这是第一大贡献。

牛顿为了验证这个发现，设法把几种不同 的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光的折射率，精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜，原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛顿把自己的研究成果发表在《皇家学会哲学杂志》上，这是他第一次公开发表的论文。

（3）在进行光学研究的同时，牛顿于1668年设计并制作了世界上第一架反射望远镜，用这架望远镜，他考察行星运动，分析潮汐现象，预言地球不是正球体。在英国皇家学会的要求下，牛顿又亲手制作了一架更大的反射望远镜，送给皇家学会。现在的天 文反射望远镜，就是在牛顿的反射望远镜基础上，发展而来 的。反射望远镜的发明，使人类对天体的观察进入了一个新阶段。