周金滿

[摘要]科學(xué)巨匠牛頓被一個(gè)蘋(píng)果砸中頭部后，突發(fā)靈感，從而發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律。這個(gè)故事是科學(xué)史上一個(gè)經(jīng)久不衰的傳說(shuō)，甚至課本插圖也是如此形容。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)多方考證，牛頓并沒(méi)有被蘋(píng)果砸中頭部。這種虛構(gòu)的物理學(xué)史不僅沒(méi)有起到應(yīng)有的教育作用，反而不利于培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]牛頓;蘋(píng)果;萬(wàn)有引力;學(xué)科核心素養(yǎng)

[中圖分類號(hào)]

G633.7

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

[文章編號(hào)] 1674-6058（2020）17-0038-02“一個(gè)蘋(píng)果掉下來(lái)，砸在牛頓頭上，促使牛頓開(kāi)始思考引力，從而發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力?！边@個(gè)故事是物理學(xué)史上一個(gè)經(jīng)典傳說(shuō)，甚至中學(xué)課本插圖（如圖1，見(jiàn)滬科版八年級(jí)物理教材第111頁(yè)插圖）也是如此形容的。事實(shí)上，萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)過(guò)程并非那么簡(jiǎn)單和傳奇，而是牛頓以前人的成果為基礎(chǔ)，歷經(jīng)漫長(zhǎng)的勤奮工作和思考才發(fā)現(xiàn)的。教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)尊重歷史事實(shí)，合理利用這段物理學(xué)史的教育意義，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)過(guò)程

1.歷史背景

文藝復(fù)興時(shí)期，萌發(fā)了很多自由和懷疑思想。哥白尼（1473 -1543）敢于質(zhì)疑權(quán)威，批判地心說(shuō)，創(chuàng)立了日心說(shuō)，認(rèn)為行星（包括地球）都繞太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)。之后，丹麥天文學(xué)家第谷（1546-1601）連續(xù)20年觀測(cè)行星的運(yùn)動(dòng)，積累了大量的數(shù)據(jù)。第谷逝世前把資料贈(zèng)送給了他的學(xué)生開(kāi)普勒（1571-1630）。開(kāi)普勒用了20年時(shí)間研究了第谷的行星觀測(cè)記錄，發(fā)現(xiàn)哥白尼的網(wǎng)軌道并不準(zhǔn)確（火星軌道最大有8的偏離），并且最終得出，行星繞太陽(yáng)的軌道，應(yīng)該是橢網(wǎng)。加上他對(duì)行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律的其他發(fā)現(xiàn)，最終提出了行星運(yùn)動(dòng)三大定律。

當(dāng)時(shí)，人們圍繞行星運(yùn)動(dòng)的原因提出了種種假設(shè)。開(kāi)普勒提出，行星受到來(lái)自太陽(yáng)的類似磁力的作用。伽利略（1564 -1642）提出，物體之所以做網(wǎng)周運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)橐磺形矬w都有合并的趨勢(shì)。笛卡兒（ 1596 -1650）提出，行星之所以繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)橛行D(zhuǎn)的物質(zhì)作用在行星上。胡克（1635 -1703）等人提出，行星的運(yùn)動(dòng)是因?yàn)槭艿教?yáng)的引力，并且證明了圓形軌道下，引力的大小與距離的二次方成反比。

2.牛頓的貢獻(xiàn)

牛頓（1643 -1727）在前人的基礎(chǔ)上，艱苦探索，終于取得了重大突破。

首先，牛頓論證了行星的運(yùn)動(dòng)必定受到一種指向太陽(yáng)的引力作用。

其次，牛頓運(yùn)用自己發(fā)現(xiàn)的微積分知識(shí)，進(jìn)一步論證了行星沿橢網(wǎng)軌道運(yùn)行時(shí)受到太陽(yáng)的引力與它們之間距離的二次方成反比。

再次，牛頓根據(jù)物體間作用的相互性，認(rèn)為行星受太陽(yáng)的引力與太陽(yáng)的質(zhì)量成正比，所以得出太陽(yáng)對(duì)行星的引力與兩者質(zhì)量的乘積成正比。

最后，牛頓認(rèn)為，不僅太陽(yáng)與行星之間存在引力，任何物體之間都應(yīng)該存在引力，于是提出了萬(wàn)有引力定律。

二、蘋(píng)果與萬(wàn)有引力

1.蘋(píng)果與牛頓

蘋(píng)果的故事，源于牛頓晚年的口述，眾所周知，牛頓晚年癡迷于神學(xué)，而蘋(píng)果作為伊甸園中的智慧之果，其象征意義是不言而喻的。因此不少學(xué)者認(rèn)為，牛頓在晚年放出的這個(gè)故事，意在暗示人們：他是冥冥中獲得天啟，這也讓他有了一層神話色彩。

或許牛頓晚年口述的故事確有其事，但是根據(jù)牛頓自己的敘述，當(dāng)時(shí)掉下來(lái)的蘋(píng)果并沒(méi)有砸到他的頭上，而是砸在了地上[1]。由此可見(jiàn)，蘋(píng)果砸到牛頓頭部的故事純粹是杜撰的！

2.牛頓與萬(wàn)有引力

科學(xué)研究不可能是一蹴而就的。牛頓并不是一開(kāi)始就提出了“萬(wàn)有引力”這個(gè)概念，而是一個(gè)一個(gè)層次的分析和概括，從離心力過(guò)渡到向心力，再到重力，最終到萬(wàn)有引力。這個(gè)過(guò)程他花了整整20年。曾經(jīng)有人問(wèn)他，你是怎樣發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的？牛頓回答：“靠不停地思考?！盵2]

萬(wàn)有引力的發(fā)現(xiàn)，也離不開(kāi)前人的貢獻(xiàn)。在給胡克的一封信里，牛頓寫(xiě)道：“如果我看得更遠(yuǎn)，那是因?yàn)檎驹诰奕说募缟??！迸ｎD所指的巨人，并不僅僅只是伽利略和開(kāi)普勒，而是中世紀(jì)以來(lái)無(wú)數(shù)從事科學(xué)研究的先驅(qū)們！如圖2[3]。

三、思考與建議

1.對(duì)課本插圖的建議

作為基礎(chǔ)教育的教科書(shū)，應(yīng)當(dāng)是知識(shí)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南笳?。課本可以通過(guò)故事來(lái)激發(fā)學(xué)生的興趣，但絕不可忽視事實(shí)傳遞杜撰的歷史。蘋(píng)果的故事，只會(huì)讓學(xué)生把牛頓當(dāng)成圣人和天才，以為他僅僅憑靈感和天才就做出了豐功偉績(jī)，覺(jué)得他遙不可及。課本用此插圖，不僅沒(méi)有傳遞正確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)史，也無(wú)法讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)與艱辛。

2.教師應(yīng)當(dāng)尊重歷史，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)

作為教育工作者，我們應(yīng)當(dāng)尊重歷史事實(shí)，傳遞正確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)史，并注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度等物理學(xué)科核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中善于總結(jié)、勤于思考。

[參考文獻(xiàn)]

[l]張達(dá)明.牛頓并未被蘋(píng)果砸中頭[J].聰明泉（情商），2010（3）：39.

[2]李東.牛頓是怎樣發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2012（21）：39-42.

[3]郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社.2005.

[4]索鴻英.近代物理的輝煌[J].中學(xué)生數(shù)理化（八年級(jí)物理）（人教版）.2010（3）：37-38.

（責(zé)任編輯 易志毅）