论文部分内容阅读
笔者精心导演一幕以牛顿第一定律的发展史为线索的穿越剧，在课堂上让五位学生表演.
其中的一位学生扮演当代的中学生，通过时光隧道，分别穿越到公元前4世纪的古希腊、16世纪的意大利、17世纪的法国和英国，分别聆听亚里士多德、伽利略、笛卡儿和牛顿等大师对力与运动关系的精彩描述.
投影仪打出一位中国学生穿越到公元前4世纪的古希腊雅典柏拉图学院的背景.
学生：尊敬的亚里士多德先生，我知道您是一位集哲学家、教育家、物理学家和生物学家于一身的大师，你的著作涉及到逻辑学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学和博物学等，据说有四百到一千部，您的讲课被认为是古希腊思想的百科全书.我从遥远的中国来到这里，向你请教.
亚里士多德：不敢当，欢迎来自中国的贵宾.我们先来做个实验：用手推车，车就前进，停止用力，车就停止.对此，你有什么看法？
学生：用手推车，车受到了力的作用就前进，停止用力，车不受力的作用就停止，说明物体的运动是受到力作用的结果.
亚里士多德：了不起，中国人真是太聪明了，这就是我最新的发现：力是维持物体运动的原因.哈哈哈！（退出表演）
投影仪播出亚里士多德的观点在科学界统治了长达近两千年之久.
学生：不对呀，据说亚里士多德的这一观点是被伽利略否定的呀，我得去拜访伽利略.
投影仪打出这位中国学生穿越到16世纪意大利的比萨大学教学楼的背景.
学生：尊敬的伽利略先生，我知道您是一位集文学家、力学家、哲学家、物理学家和数学家于一身的大师，是近代实验科学的先驱者.听说您对亚里士多德先生“力是维持物体运动的原因”的观点持不同的看法？
伽利略：是的.我们先来做这样的实验：同一小车从同样光滑斜面的同一高度处滑下，接着在表面材料不同（毛巾、棉布、木板）的水平面上继续运动，分别停在不同的地方，如图1所示.你能分析其中的原因吗？
学生：让同一小车从同样光滑斜面的同一高度滑下，目的使小车获得相同的速度.而毛巾表面最粗糙，小车受到的摩擦阻力最大，运动得最近;棉布次之，木板表面比较光滑，小车受到的摩擦阻力最小，运动得就最远.
伽利略：如果小车运动的水平面非常光滑，请猜想一下，小车将怎样运动？
学生：小车在光滑的水平面上可能永远运动下去.
伽利略：中国的学生就是聪明，我也是这么思考的.现在你能找到我否定亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的根据了吗？
学生：找到了.小车停下来的原因是小车受到了摩擦阻力，阻力越大，小车越容易停下来，这就否定了“无力则停”的观点;当水平面摩擦力越小，小车停下来要走的路程就越长，小车不受阻力时将永远运动下去，也就否定了“有力则动”的观点.很显然，“力是维持物体运动的原因”的观点是错误的.
伽利略：讲得好.请你再看我新设计的一个实验，如图2所示.这是两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面.如果斜面做得非常光滑，你想想看，小球的运动有何特点？
学生：小球将上升到原来释放时的高度.
伽利略：现在减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，此时小球的运动有何特点？
学生：小球在该斜面上仍然要达到原来的高度.当倾角为0，即小球在水平面上运动时，小球因为永远也到不了原来的高度，所以沿水平面将永远的运动下去.
伽利略：亚里士多德认为物体有力才运动，无力就停止;而刚才的实验得出的结论是物体无力才运动，有力就停止.当然这里说的力是阻力，而亚里士多德描述中的力是动力.动力使物体由静止变为运动，阻力使物体由运动变为静止，但不论动力也好，阻力也罢，说力是维持物体运动的原因显然是不妥的.
投影让17世纪的笛卡儿和牛顿一块穿越到伽利略的实验中来.
学生：尊敬的笛卡儿先生，您是法国著名的数学家、科学家和哲学家，据说您对伽利略的观点很有见地，是真的吗？
笛卡儿：是的.我同意伽利略的观点，并作这样的补充：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向.
学生：你的说法已经逼近牛顿描述的匀速直线运动了.尊敬的牛顿爵士，你是人类历史上出现过的最伟大、最有影响的物理学家、数学家和哲学家，是中国人民最崇拜的偶像，你是怎样将伽利略的发现，上升为用你的名字命名的牛顿第一定律的？
牛顿：我可没有给自己的发现命名呀.伽利略的发现是一个划时代的贡献，没有伽利略的发现，就不可能有我的所谓牛顿第一定律.伽利略和笛卡儿对物体的运动都作了准确的描述，但是没有指明其本质原因是什么，这个原因跟运动有怎样的关系.我是从力与运动的本质关系入手，对伽利略的发现进行概括，得出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因.因为一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止.
伽利略：笛卡儿和牛顿的补充和深化，使我的研究成果产生了深远的影响，尤其是牛顿从力与运动的关系进行概括，成为力学的经典定律，真是站得高、看得远啊，实在佩服.
牛顿：那是我站在你们这些巨人的肩膀上的缘故罢了.其实，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现.我要好好感谢你们，向你们学习才对.
学生：这次穿越，使我对牛顿第一定律诞生的过程有了更深刻的认识，它经历了两千多年时间的跨越，经过了从感性认识到理性认识的跃迁，凝聚了无数物理学家的求真、求善、求美的人文精神，在物理学史上将永远闪耀着奇光异彩.（谢幕）
其中的一位学生扮演当代的中学生，通过时光隧道，分别穿越到公元前4世纪的古希腊、16世纪的意大利、17世纪的法国和英国，分别聆听亚里士多德、伽利略、笛卡儿和牛顿等大师对力与运动关系的精彩描述.
投影仪打出一位中国学生穿越到公元前4世纪的古希腊雅典柏拉图学院的背景.
学生：尊敬的亚里士多德先生，我知道您是一位集哲学家、教育家、物理学家和生物学家于一身的大师，你的著作涉及到逻辑学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学和博物学等，据说有四百到一千部，您的讲课被认为是古希腊思想的百科全书.我从遥远的中国来到这里，向你请教.
亚里士多德：不敢当，欢迎来自中国的贵宾.我们先来做个实验：用手推车，车就前进，停止用力，车就停止.对此，你有什么看法？
学生：用手推车，车受到了力的作用就前进，停止用力，车不受力的作用就停止，说明物体的运动是受到力作用的结果.
亚里士多德：了不起，中国人真是太聪明了，这就是我最新的发现：力是维持物体运动的原因.哈哈哈！（退出表演）
投影仪播出亚里士多德的观点在科学界统治了长达近两千年之久.
学生：不对呀，据说亚里士多德的这一观点是被伽利略否定的呀，我得去拜访伽利略.
投影仪打出这位中国学生穿越到16世纪意大利的比萨大学教学楼的背景.
学生：尊敬的伽利略先生，我知道您是一位集文学家、力学家、哲学家、物理学家和数学家于一身的大师，是近代实验科学的先驱者.听说您对亚里士多德先生“力是维持物体运动的原因”的观点持不同的看法？
伽利略：是的.我们先来做这样的实验：同一小车从同样光滑斜面的同一高度处滑下，接着在表面材料不同（毛巾、棉布、木板）的水平面上继续运动，分别停在不同的地方，如图1所示.你能分析其中的原因吗？
学生：让同一小车从同样光滑斜面的同一高度滑下，目的使小车获得相同的速度.而毛巾表面最粗糙，小车受到的摩擦阻力最大，运动得最近;棉布次之，木板表面比较光滑，小车受到的摩擦阻力最小，运动得就最远.
伽利略：如果小车运动的水平面非常光滑，请猜想一下，小车将怎样运动？
学生：小车在光滑的水平面上可能永远运动下去.
伽利略：中国的学生就是聪明，我也是这么思考的.现在你能找到我否定亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的根据了吗？
学生：找到了.小车停下来的原因是小车受到了摩擦阻力，阻力越大，小车越容易停下来，这就否定了“无力则停”的观点;当水平面摩擦力越小，小车停下来要走的路程就越长，小车不受阻力时将永远运动下去，也就否定了“有力则动”的观点.很显然，“力是维持物体运动的原因”的观点是错误的.
伽利略：讲得好.请你再看我新设计的一个实验，如图2所示.这是两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面.如果斜面做得非常光滑，你想想看，小球的运动有何特点？
学生：小球将上升到原来释放时的高度.
伽利略：现在减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，此时小球的运动有何特点？
学生：小球在该斜面上仍然要达到原来的高度.当倾角为0，即小球在水平面上运动时，小球因为永远也到不了原来的高度，所以沿水平面将永远的运动下去.
伽利略：亚里士多德认为物体有力才运动，无力就停止;而刚才的实验得出的结论是物体无力才运动，有力就停止.当然这里说的力是阻力，而亚里士多德描述中的力是动力.动力使物体由静止变为运动，阻力使物体由运动变为静止，但不论动力也好，阻力也罢，说力是维持物体运动的原因显然是不妥的.
投影让17世纪的笛卡儿和牛顿一块穿越到伽利略的实验中来.
学生：尊敬的笛卡儿先生，您是法国著名的数学家、科学家和哲学家，据说您对伽利略的观点很有见地，是真的吗？
笛卡儿：是的.我同意伽利略的观点，并作这样的补充：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向.
学生：你的说法已经逼近牛顿描述的匀速直线运动了.尊敬的牛顿爵士，你是人类历史上出现过的最伟大、最有影响的物理学家、数学家和哲学家，是中国人民最崇拜的偶像，你是怎样将伽利略的发现，上升为用你的名字命名的牛顿第一定律的？
牛顿：我可没有给自己的发现命名呀.伽利略的发现是一个划时代的贡献，没有伽利略的发现，就不可能有我的所谓牛顿第一定律.伽利略和笛卡儿对物体的运动都作了准确的描述，但是没有指明其本质原因是什么，这个原因跟运动有怎样的关系.我是从力与运动的本质关系入手，对伽利略的发现进行概括，得出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因.因为一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止.
伽利略：笛卡儿和牛顿的补充和深化，使我的研究成果产生了深远的影响，尤其是牛顿从力与运动的关系进行概括，成为力学的经典定律，真是站得高、看得远啊，实在佩服.
牛顿：那是我站在你们这些巨人的肩膀上的缘故罢了.其实，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现.我要好好感谢你们，向你们学习才对.
学生：这次穿越，使我对牛顿第一定律诞生的过程有了更深刻的认识，它经历了两千多年时间的跨越，经过了从感性认识到理性认识的跃迁，凝聚了无数物理学家的求真、求善、求美的人文精神，在物理学史上将永远闪耀着奇光异彩.（谢幕）