【優(yōu)教通-同步備課】高中數(shù)學(北師大版)選修1-1教案：第3章-拓展資料：牛頓的故事

拓展資料：牛頓的故事被譽為近代科學的開創(chuàng)者牛頓，在科學上作出了巨大貢獻。他的三大成就——光的分析、萬有引力定律和微積分學，對現(xiàn)代科學的進展奠定了基礎。牛頓為什么能在科學上獲得巨大成就？他怎樣由一個平常的人成為一個宏大的科學家？要回答這些問題，我們不禁要聯(lián)想到他刻苦學習和勤奮工作的幾個故事?！拔掖_定要超過他！”一談到牛頓，人們可能認為他小時候確定是個“神童”、“天才”、有著非凡的智力。其實不然，牛頓童年身體瘦弱，頭腦并不聰慧。在家鄉(xiāng)讀書的時候，很不用功，在班里的學習成果屬于次等。但他的愛好卻是廣泛的，玩耍的本事也比一般兒童高。平常他愛好制作機械模型一類的玩藝兒，如風車、水車、日晷等等。他細心制作的一只水鐘，計時較精確，得到了人們的贊許。有時，他玩的方法也很驚異。一天，他作了一盞燈籠掛在風箏尾巴上。當夜幕降落時，點燃的燈籠借風箏上升的力升入空中。發(fā)光的燈籠在空中流淌，人們大驚，以為是毀滅了彗星。盡管如此，由于他學習成果不好，還是經(jīng)常受到卑視。當時，封建社會的英國等級制度很嚴峻，中學校里學習好的同學，可以卑視學習差的同學。有一次課間玩耍，大家正玩得興高采烈的時候，一個學習好的同學借故踢了牛頓一腳，并罵他笨蛋。牛頓的心靈受到這種刺激，生氣極了。他想，我倆都是同學，我為什么受他的欺侮？我確定要超過他！從今，牛頓下定決心，發(fā)奮讀書。他早起晚睡，抓緊分秒、勤學勤思。經(jīng)過刻苦鉆研，牛頓的學習成果不斷提高，不久就超過了曾欺侮過他的那個同學，名列班級前茅。籬笆下的樂趣世界上有很多出名的科學家的家境是清貧的。他們在通往成功的道路上，都曾與困苦的境遇作過堅韌的斗爭。牛頓少年時代的境遇也是格外令人憐憫的。牛頓一六四二年誕生在英國一個一般農(nóng)夫的家里。在牛頓誕生前不久，他的父親就去世了。母親在他兩歲那年改嫁了。當牛頓十四歲的時候，他的繼父不幸故去了，母親回到家鄉(xiāng)，牛頓被迫休學回家，掛念母親種田過日子。母親想培育他獨立謀生，要他經(jīng)營農(nóng)產(chǎn)品的買賣。一個勤奮好學的孩子多么不情愿離快樂愛的學校啊！他難過地哭鬧了幾次，母親始終沒有回心轉意，最終只得違心地按母親的意愿去學習經(jīng)商。每天一早，他跟一個老仆人到十幾里外的大鎮(zhèn)子去做買賣。牛頓格外不寵愛經(jīng)商，把一切事務都交托老仆人經(jīng)辦，自己卻偷偷跑到一個地方去讀書。時間漸漸消逝，牛頓更加對經(jīng)商感到厭惡，心里所寵愛的只是讀書。后來，牛頓干脆不去鎮(zhèn)里營商了，僅囑老仆人獨去。怕家里人發(fā)覺，他每天與老仆人一同出去，到半路停下，在一個籬笆下讀書。每當下午老仆人歸來時，再一同回家。這樣，日復一日，籬笆下的讀書生活倒也其樂無窮。一天，他正在籬笆下興致勃勃地讀書，趕巧被過路的舅舅觀看。舅舅一看這個情景，很是生氣，大聲責罵他不務正業(yè)；把牛頓的書搶了過來。舅舅一看他所讀的是數(shù)學書，上面畫著種種記號，心里受到感動。舅舅一把抱住牛頓，感動地說：“孩子，就按你的志向進展吧，你的正道應當是讀書?！被氐郊依锖?，舅舅竭力勸告牛頓的母親，讓牛頓棄商就學。在舅舅的掛念下，牛頓如愿以償?shù)貜蛯W了。在暴風中爭辯和計算風力時間對人是一視同仁的，給人以同等的量，但人對時間的利用不同，而所得的學問也大不一樣。牛頓十六歲時數(shù)學學問還很膚淺，對高深的數(shù)學學問甚至可以說是不懂?！皩W問在于積累，聰慧來自學習”。牛頓下決心靠自己的努力攀上數(shù)學的高峰。在基礎差的不利條件下，牛頓能正確生疏自己，知難而進。他從基礎學問、基本公式重新學起，扎扎實實、步步推動。他爭辯完了歐幾里德幾何學后，又爭辯笛卡兒幾何學，對比之下覺得歐幾里德幾何學膚淺，便悉心鉆研笛氏幾何學，直到把握要領、融會貫穿。遂之制造了代數(shù)二項式定理。傳奇中牛頓“大暴風中算風力”的佳話，可為牛頓身體力學的佐證。有一天，天刮著大風暴。風撒野地呼號著，塵土飛揚，迷迷漫漫，使人難以睜眼。牛頓認為這是個精確地爭辯和計算風力的好機會。于是，便拿著用具，獨拘束暴風中來回奔跑。他踉踉蹌蹌、吃力地測量著。幾次沙塵迷了眼睛，幾次風吹走了算紙，幾次風使他不得不暫停工作，但都沒有動搖他求知的欲望。他一遍又一遍，最終求得了正確的數(shù)據(jù)。他歡快極了，趕忙跑回家去，連續(xù)進行爭辯。有志者事竟成。經(jīng)過勤奮學習，牛頓為自己的科學高塔打下了深厚的基礎。不久，牛頓的數(shù)學高塔就建成了，二十二歲時制造了微分學，二十三歲時制造了積分學，為人類科學事業(yè)作出了巨大貢獻。萬有引力和光的隱秘牛頓二十三歲時，鼠疫流行于倫敦。劍橋高校為預防同學受傳染，通告同學休學回家避疫，學校臨時關閉。牛頓回到家鄉(xiāng)林肯郡鄉(xiāng)下。在鄉(xiāng)下度過的休學日子里，他從沒間斷過學習和爭辯。萬有引力、微積分、光的分析等制造的基礎工作，都是這個期間完成的。那時，鄉(xiāng)下的孩子是經(jīng)常用投石器打幾個轉轉之后，把石拋得很遠。他們還可以把一桶牛奶用力從頭上轉過，而牛奶不掉下來。這些事實使他懷疑起來：“什么力氣使投石器里面的石頭，以及水桶里的牛奶不掉下來呢？對于這個問題，他曾想到刻卜勒和伽利略的思想。他從浩瀚的宇宙太空，周行不息的行星，廣寒的月球，直至浩大的地球，進而想到這些龐然大物之間力的相互作用。這時，牛頓一頭扎進“引力”的計算和驗證中了。牛頓方案用這個原理驗證太陽系各行星的行動規(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，計算的結果錯了。由于依理推算月球圍繞地球轉，每分鐘的向心加速度應是十六英尺，但據(jù)推算僅得十三點九英尺。在失敗的逆境中，牛頓毫不灰心和氣餒，反而以更大的努力進行辛勤地爭辯。整整經(jīng)過了七個春秋寒暑，到三十歲時最終把舉世出名的“萬有引力定律”全面證明出來，奠定了理論天文學、天體力學的基礎。這時期牛頓還對光學進行了爭辯，發(fā)覺了顏色的根源。一次，他在用自制望遠鏡觀看天體時，無論怎樣調整鏡片，視點總是不清楚。他想，這可能與光線的折光有關。接著就試驗起來。他在暗室的窗戶上留一個小圓孔用來透光，在室內(nèi)窗孔后放一個三棱鏡，在三棱鏡后掛好白屏接受通過三棱鏡折進的光。結果，大出意外，牛頓驚異地看到，白屏上所接受的折光呈橢圓形，兩端現(xiàn)出多彩的顏色來。對這個奇異的現(xiàn)象，牛頓進行了深化的思考。得知光受折射后，太陽的白光散為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。因此，白光（陽光）是由紅、橙、黃、綠、藍、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，正是這個道理。經(jīng)過進一步爭辯，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，各物體只吸取它所接受的顏色，而將它所不能接受的顏色反射出來。這反射出來的顏色就是人們見到的各種物體的顏色。這一學說精確地道出顏色的根源，世界上自古以來所毀滅的各種顏色學說都被它所推翻。牛頓所以能取得如此巨大的成就，早年苦學所打下的深厚數(shù)學基礎起了重要作用。進入忘我的境界在一個坎坷的山路上，一位白發(fā)蒼蒼的老人牽著一匹馬在緩緩登山。人在前面漸漸地走，馬在后面一步步地跟，山谷中響著單調的馬蹄聲。走啊，走啊，馬突然脫韁而跑，老人由于沉醉在極度的思考之中，竟沒有發(fā)覺。老人照舊不畏困難地登著山，手里還牽著那根馬韁繩。當他登到較平坦的地方想要騎馬時一拉韁繩，拽到面前的只是一根繩，回頭一看馬早已沒有了。牛頓每天除抽出少量的時間熬煉身體外，大部分時間是在書房里度過的。一次，在書房中，他一邊思考著問題，一邊在煮雞蛋?？嗫嗟厮伎迹喼笔顾V呆。突然，鍋里的水沸騰了，趕忙掀鍋一看，“?。　彼@叫起來，鍋里煮的卻是一塊懷表。原來他考慮問題時竟心不在焉地順手把懷表當做雞蛋放在鍋里了。還有一次，牛頓邀請一位伴侶到他家吃午飯。他爭辯科學入了迷，把這件事忘掉了。他的傭人按例只預備了牛頓個人吃的午飯。接近中午，客人應邀而來?？腿擞^看牛頓正在埋頭計算問題，桌上、床上擺著稿紙、書籍?？吹竭@種情形，客人沒有打攪牛頓，見桌上擺著飯菜，以為是給他預備的，便坐下吃了起來。吃完后就靜靜地走了。當牛頓把題計算完了，走到餐桌旁預備吃午飯時，觀看盤子里吃過的雞骨頭，恍然大悟地說：“我以為我沒有吃飯呢，我還是吃了?！边@些故事到底是真是假，并不關重要，不過表明白牛頓是一個怎樣深思默想，不修邊幅，虛己斂容的人，他對科學極度的認真，總是想著星辰的旋轉，宇宙的變化，而進入了忘我的境界。虛心謹慎、一絲不茍的學風“寬敞的河流安靜，學識淵博的人虛心。”凡是對人類進展作出巨大貢獻的宏大人物，都有虛心的美德。牛頓每當在科學上獲得宏大成就時，從不沾沾自喜，自以為很了不起，趕忙出版著作，以揚名于世。當牛頓費盡心血算出“萬有引力定律”后，沒有急于發(fā)表。而是連續(xù)孜孜不倦地深思了數(shù)年，爭辯了數(shù)年，埋頭于數(shù)字計算之中，從未對任何人講過一句。后來，牛頓的伴侶，大天文學家哈雷（彗星的發(fā)覺者），在證明一個關于行星軌道的規(guī)律遇到困難時，專程登門請教牛頓。牛頓把自己關于計算“萬有引力”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，哈雷又到牛頓的寓所訪問。當談到有關天文學的學術問題時，牛頓拿出寫好的關于論證“萬有引力”的論文，請哈雷提意見。哈雷看后，對這一巨著感到格外驚異。他欣喜地對牛頓說：“這真是宏大的論證、宏大的著作！”他一再奉勸牛頓盡快發(fā)表這部宏大著作，以造福于人類?？墒桥ｎD沒有聽信伴侶的好意勸告，輕易地發(fā)表自己的著作。而是經(jīng)過長時間的一絲不茍的反復驗證和計算，確認正確無