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牛顿的物理宗师·牛顿

更新时间:2024-01-15 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

艾萨克·牛顿既是化学宗师,又是物理大师。牛顿为了解释自然界的数学问题,将数学与物理结合上去,完美地解释了世界的规律。牛顿在科学上的贡献,对于人类文明的促进作用,可以说前无古人。他在热学方面提出了牛顿运动定理和万有引力;在力学方面发觉冷却定理,在光学方面发现了光的色散和发明反射式望远镜;在物理方面包括微积分、几何、代数、计算物理等也有巨大的贡献。4r3物理好资源网(原物理ok网)

明天介绍他在光学方面的贡献之一,借助三棱镜,发觉白光可以分解为不同颜色的光,光色散的实验。4r3物理好资源网(原物理ok网)

牛顿出生在伍尔索普山庄,地址是WaterLane,by,格兰瑟姆,林肯郡,NG335PD。4r3物理好资源网(原物理ok网)

随着冠状病毒在全球范围内传播,大多数人都经历了一种新常态,从处于封锁状态的国家到推行保持社交距离。牛顿1665年在剑桥的情况与明天的社会有着惊人的相像,1665年的腺流感“大瘟疫”是自1348年黑死病以来西班牙爆发的最严重的瘟疫,它迅速传遍了整个美国,仅巴黎就丧失了大概15%的人口。像许多城镇市民一样,牛顿撤退到相对安全的乡村。从1665年秋天到1667年秋天,牛顿为了躲避影响剑桥的瘟疫,二次回到了伍尔索普山庄常年居住。在这一段时期,牛顿自己追忆说“ForinthosedaysIwasintheprimeofmyagefor&&morethanatanytimesince(这一个阶段是我处于发明、数学和哲学的颠峰时期,超过任何时期)”。这段时间内,牛顿有时间来发展他的微积分、光学以及运动和万有引力定理的理论,牛顿迷恋地工作以加深他对光的理解,利用三棱镜(这一段历史细节不清楚,有说法是他自己加工的三棱镜,然而在他做实验的房间里,没有见到相关的磨制光学表面的设备,也没有说明棱镜的由来)完成了知名的实验。牛顿就在图1圆圈标明朝北的木质百叶窗上钻了一个小洞,这样只有极细的光线能够步入黑暗的屋子。牛顿首次在世界上发觉光通过棱镜形成了色散。图2是后来的的艺术家按照当初情境的书法:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图2牛顿当初三棱镜试验现场书法4r3物理好资源网(原物理ok网)

牛顿在这一时期完成了好多工作,比如苹果树的启发发觉了万有引力、数学等等,这一阶段被称为牛顿的“奇迹年1665-1667(Yearof1665-1667)”,做三棱镜实验的卧室被你们亲切地称为牛顿屋(’s)。牛顿本人确实述说过:当他看见一个苹果从他卧室窗前的树上掉出来时,他指责为何它会直接掉到地上?并且坐在苹果树下被落出来的苹果砸中腿部思索出万有引力可能是后人杜撰下来的故事。4r3物理好资源网(原物理ok网)

二、牛顿的三棱镜实验4r3物理好资源网(原物理ok网)

牛顿三棱镜实验是牛顿在光学上的重要发觉,实验现象证明了白光不是一种纯的没有其他颜色的光,而是由不同颜色的单色光组成的,该实验被选为“世界十大化学实验”之一,色散如图3所示:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图3知名的三棱镜实验4r3物理好资源网(原物理ok网)

在这个实验中牛顿发觉阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种颜色混和而成(关于颜色的分类,当时牛顿很是郁闷,有特别有趣的故事,因为篇幅的缘由,感兴趣的读者可以自行搜索找寻)。4r3物理好资源网(原物理ok网)

由牛顿色散实验结果可知白光是由多种颜色的光组成的,这就是现代波谱学的基础。在这个基础上日本学者汤玛士‧杨格和日本学者赫尔曼·冯·亥姆霍兹继续深入对颜色的研究,确立了光的三原色理论,对现代生活形成了巨大的影响。4r3物理好资源网(原物理ok网)

牛顿三棱镜实验在小学数学教科书中有介绍,在大专的化学教学和基础数学实验课程中都是重要的内容之一。这是一个十分精典的实验,怎样在高速科技发展下进一步提高这个实验,但是赋于它新的生命力是我们科普工作者的工作之一牛顿发明三棱镜的故事,锐光凯奇根据“如何使用现代科技手段重塑精典实验”和“演示实验走进课堂”的理念推出了一款牛顿三棱镜实验,如图4:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图4牛顿三棱镜实验4r3物理好资源网(原物理ok网)

在图4的牛顿三棱镜实验中,不仅见到波谱色散的现象外,还可以见到光的颜色对应的波谱,感兴趣的同学可以一起讨论这个基础实验。4r3物理好资源网(原物理ok网)

三、科学朝拜4r3物理好资源网(原物理ok网)

5月22日,我们开启了牛顿家乡科学朝拜活动,你们开玩笑地说这是锐光凯奇日本团建活动日,人员除作者之外还有在两名锐光国际实验室培训过一年的研究生,和一位在伦敦学院读书的研究生,一共五人小分队,图5:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图5科学朝拜团队在牛顿家乡合照留影4r3物理好资源网(原物理ok网)

令人十分震惊的是牛顿山庄的工作人员竟然同意了我们在牛顿做三棱镜色散实验的房间里现场重复实验的恳求,尽管事先企划希望可以在现场做这个实验,并且也做好了被拒绝(说“No”)的打算,真是喜出望外,于是立刻开始使用图4的设备进行实验牛顿发明三棱镜的故事,图6:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图6在牛顿做三棱镜色散实验的房间里现场重复三棱镜实验4r3物理好资源网(原物理ok网)

实验过程中工作人员还为我们照相说要传给总部做宣传使用。视频1是现场的情况:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图7是“朝圣”小分队在牛顿屋内合照:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图7牛顿做实验的现场你们合照4r3物理好资源网(原物理ok网)

其余四人也使用简单的方式进行了三棱镜实验,视频2:4r3物理好资源网(原物理ok网)

四、科学朝拜花絮4r3物理好资源网(原物理ok网)

在牛顿树下活动了很长时间,图8是作者本人在吃(真的)牛顿树下捡的落出来的苹果:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图8牛顿树下吃牛顿树上结的苹果4r3物理好资源网(原物理ok网)

图9是研究生在树下照相:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图9树下照相4r3物理好资源网(原物理ok网)

牛顿山庄里还有一个科技馆,旅客可以动手体验各类各样的实验,视频3是仇浩朋友在做薄膜干涉的实验:4r3物理好资源网(原物理ok网)

视频3仇浩朋友在牛顿科技馆体验薄膜干涉4r3物理好资源网(原物理ok网)

不知不觉在山庄几个小时就过去了,你们一起在山庄里的小奶茶馆里吃披萨取代早餐,图10:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图10披萨+奶茶4r3物理好资源网(原物理ok网)

食物真的是不敢奉承,但仍然是一次开心的派对。三天的活动结束,到了你们分别的时刻,合照留影定格在2022年10月22日:4r3物理好资源网(原物理ok网)

图11分别前的“仪式”4r3物理好资源网(原物理ok网)

到此科学朝拜活动结束!4r3物理好资源网(原物理ok网)

作者:刘书钢四川学院院长,上海师范学院教育学部兼职院士,锐光凯奇(南京)光电科技有限公司首席专家,中国仪器仪表学会中学生光科学主题(南京)科普教育基地负责人4r3物理好资源网(原物理ok网)

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