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比萨斜塔下“真实的谎言”
伽利略拿着两个重量不一样的球,来到比萨斜塔上。塔下面已经有很多人在围观。在一片惊呼声中,他们紧紧地盯着伽利略,他手里那两只球同时从塔顶下落。“是一起着地的。”人们大声喊起来。
这个故事是我上小学的时候,在课堂上听老师讲的。现在,我知道,这个伽利略晚年的学生维安尼在写伽利略传记中提到的故事,不过是个谎言。
《科学的历程》为我们打开了科学真实的历史过程。对于这件事,《科学的历程》这本书谈到,经过科学史家的考证表明,没有任何理由显示伽利略做过这一实验,伽利略本人对这个实验也从来没有提起过。在伽利略之前,倒是有人做过这样的实验。1856年,荷兰物理学家斯台文使两个大小不同、重量比为1比10的铅球,从30英尺的高度下落,结果两个球几乎同时落在地面上的木板上。伽利略也许听说了这个实验,可能也亲自动手做过,但是,结果可想而知。
事实是,一位亚里士多德派的物理学家为了反驳伽利略,倒真的是在1612年在比萨斜塔做了一个实验,结果是相同材料但重量不同的物体并不是同一时刻到达地面的。伽利略对此有一个辩护,意思是说,重量1比10的两个物体下落时只差很小的距离,可是亚里士多德却说差10倍,为什么忽视亚里士多德派如此重大的失误,却盯着我小小的误差不放呢?这个辩护也可以说明,伽利略并没有在比萨斜塔上做过那个著名的判决性实验,他要是做了这个实验,那就是自讨苦吃。
但是,伽利略的学生为什么要编造这个谎言呢?看了该书的第18章对近代科学方法论的介绍,我突然有了领悟。真正代表近代科学方法论精神的,是伽利略和牛顿。伽利略最先倡导并实践了“实验加教学”的方法。但是,伽利略的实验并不是培根意义上的观察实验,而是理想化的实验。地球上的任何力学实验都不可能避免摩擦力的影响,但要认识基本的力学规律,必须首先从观念上排除摩擦力。只有这种理想化的实验才可能与教学处理配套。
原来,这个实验不过是一次头脑中的“理想实验”。就一个理想实验来说,它当然是真实的。这就是所谓的“真实的谎言”吧。
“读史使人明智。”这是该书作者吴国盛写作这本书的一个重要目的。他说,科学故事也许能诱发孩子对神奇的科学世界的向往,但是,对正规的理科学习并没有多大的帮助,倒是相反,一些以讹传讹的传奇故事,对于深入理解科学理论是有害的。因此,他要写一部严肃的科学史的普及读物,这有助于理科教学,有助于理解科学的发展,有助于理解科学的社会角色和人文意义。但我觉得,一旦我们真正地了解了科学的历史,意义决非仅此而已。
天空的立法者
约翰尼斯·开普勒,1571年12月27日生于德国符腾堡。13岁进入教会学校,16岁被蒂宾根大学录取,20岁获硕士学位。1594年,在担任中学教师期间,潜心天文探索,并在1596年出版了《宇宙的神秘》一书。此书受到天文学家第谷的赏识。1600年,开普勒移居布拉格,应邀为第谷做助手。
第谷逝世后,开普勒利用遗留的大量资料,利用几何曲线表示火星的运动,发现火星运动的轨迹不是圆,而是椭圆,并且运行速度不匀。1609年,开普勒在《新天文学》一书中,发表了著名的第一和第二定律。第一定律把太阳的位置精确标定在椭圆焦点上,各行星都在椭圆轨道上绕太阳运行。第二定律也叫“面积定律”,在形式上提示了行星与太阳的连线于等时间内扫过的面积相等,这在本质上阐明了行星离太阳近则快,远则慢的不匀速性。1619年,开普勒在《宇宙和谐论》一书中发表了第三定律,即行星绕太阳一周的时间的平方,等于椭圆长轴一半的立方。开普勒的发现为人类科学事业的发展做出了巨大的贡献,被誉为“天空的立法者”。
1604年9月30日,开普勒发现蛇夫座附近一颗新星,即“开普勒新星”。1611年他出版了近代望远镜理论著作《光学》。1618~1620年他发表了《哥白尼天文学简论》一文。1619~1620年他发表了《慧星论》一书,预言了太阳光辐射压力的存在。1627年他出版的《鲁道夫星表》,直到18世纪一直被视为标准星表。开普勒于1629年出版了《稀奇的1631年天象》一书,预言1631年11月7日将出现水星凌日现象,12月6日金星也将凌日。果然,在预报的日期,巴黎的加桑狄观测到水星通过日面。这是最早的水星凌日观测。金星凌日因为发生在夜间,因而当时的人们未能观测到。
开普勒的发现彻底清除了哥白尼学说中托勒密的思想残余,给哥白尼体系带来了严谨性和规律性。而开普勒关于天体运动的三大定律,则是无论自然界的星球,还是人造天体都必须遵循的规律。因此,它不仅为人类对宇宙天体的认识做出了贡献,也为现代宇宙航行奠定了理论基础。1630年,开普勒在雷根斯堡于贫病之中去世。