对沪科版课本中一副插图的商榷

2020-06-09周金满

中学教学参考·理科版 2020年6期

周金满

[摘要]科学巨匠牛顿被一个苹果砸中头部后，突发灵感，从而发现了万有引力定律。这个故事是科学史上一个经久不衰的传说，甚至课本插图也是如此形容。事实上，经过多方考证，牛顿并没有被苹果砸中头部。这种虚构的物理学史不仅没有起到应有的教育作用，反而不利于培养学生的物理学科核心素养。

[关键词]牛顿;苹果;万有引力;学科核心素养

[中图分类号]

G633.7

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（2020）17-0038-02“一个苹果掉下来，砸在牛顿头上，促使牛顿开始思考引力，从而发现万有引力。”这个故事是物理学史上一个经典传说，甚至中学课本插图（如图1，见沪科版八年级物理教材第111页插图）也是如此形容的。事实上，万有引力的发现过程并非那么简单和传奇，而是牛顿以前人的成果为基础，历经漫长的勤奋工作和思考才发现的。教学中，教师应当尊重历史事实，合理利用这段物理学史的教育意义，培养学生的物理学科核心素养。

一、万有引力的发现过程

1.历史背景

文艺复兴时期，萌发了很多自由和怀疑思想。哥白尼（1473 -1543）敢于质疑权威，批判地心说，创立了日心说，认为行星（包括地球）都绕太阳做圆周运动。之后，丹麦天文学家第谷（1546-1601）连续20年观测行星的运动，积累了大量的数据。第谷逝世前把资料赠送给了他的学生开普勒（1571-1630）。开普勒用了20年时间研究了第谷的行星观测记录，发现哥白尼的网轨道并不准确（火星轨道最大有8的偏离），并且最终得出，行星绕太阳的轨道，应该是椭网。加上他对行星运动规律的其他发现，最终提出了行星运动三大定律。

当时，人们围绕行星运动的原因提出了种种假设。开普勒提出，行星受到来自太阳的类似磁力的作用。伽利略（1564 -1642）提出，物体之所以做网周运动，是因为一切物体都有合并的趋势。笛卡儿（ 1596 -1650）提出，行星之所以绕太阳运动，是因为有旋转的物质作用在行星上。胡克（1635 -1703）等人提出，行星的运动是因为受到太阳的引力，并且证明了圆形轨道下，引力的大小与距离的二次方成反比。

2.牛顿的贡献

牛顿（1643 -1727）在前人的基础上，艰苦探索，终于取得了重大突破。

首先，牛顿论证了行星的运动必定受到一种指向太阳的引力作用。

其次，牛顿运用自己发现的微积分知识，进一步论证了行星沿椭网轨道运行时受到太阳的引力与它们之间距离的二次方成反比。

再次，牛顿根据物体间作用的相互性，认为行星受太阳的引力与太阳的质量成正比，所以得出太阳对行星的引力与两者质量的乘积成正比。

最后，牛顿认为，不仅太阳与行星之间存在引力，任何物体之间都应该存在引力，于是提出了万有引力定律。

二、苹果与万有引力

1.苹果与牛顿

苹果的故事，源于牛顿晚年的口述，众所周知，牛顿晚年痴迷于神学，而苹果作为伊甸园中的智慧之果，其象征意义是不言而喻的。因此不少学者认为，牛顿在晚年放出的这个故事，意在暗示人们：他是冥冥中获得天启，这也让他有了一层神话色彩。

或许牛顿晚年口述的故事确有其事，但是根据牛顿自己的叙述，当时掉下来的苹果并没有砸到他的头上，而是砸在了地上[1]。由此可见，苹果砸到牛顿头部的故事纯粹是杜撰的！

2.牛顿与万有引力

科学研究不可能是一蹴而就的。牛顿并不是一开始就提出了“万有引力”这个概念，而是一个一个层次的分析和概括，从离心力过渡到向心力，再到重力，最终到万有引力。这个过程他花了整整20年。曾经有人问他，你是怎样发现万有引力的？牛顿回答：“靠不停地思考。”[2]