下载 课件 鲁教版 初中语文 七年级上《综合性学习：科海泛舟》课件

1、科海泛舟语文综合性学习科学与魔术崇尚科学物理与魔术物理与魔术_火烧手绢 表演者让助手用火柴将手绢点燃，并向空中扔去。同时把电灯关掉，这时手绢在空中燃烧着。待火灭后，拉开电灯，见手绢却完好如初，没有被烧坏。解释：表演前先把手绢用水浸湿，握在手中，再放到酒精中蘸些酒精。酒精见火即燃烧起来，故烧的不是手绢，而是酒精。物理与魔术 纸片腾空将一圆纸片平放入一圆玻璃筒内口内，表演者下命令让纸片腾空，只听嘭的一声，纸片带着彩色尾条腾空而起。 解释：表演前将广口瓶底截去方法见初二分册水轮机模型制作，在瓶内用喷雾器喷入少量汽油，盖上贴有细彩带的纸片。将感应圈放在桌下，其二电极用二导线连接后，从瓶塞引入瓶内。启动

2、感应圈，使瓶内汽油点燃爆发，这时纸片就腾空而起。物理与魔术 无中生有 将两个空的广口瓶并排放在桌上，可见瓶内空无一物。表演者将右边的一只瓶倒立在左边的瓶口上，让瓶口相对，然后说：“变出东西来！不一会就有乳白色的烟雾充满两个瓶内。 解释： 表演前，助手在左边广口瓶中，滴入盐酸数滴，在右边瓶中，滴入氨水数滴，不一会，两瓶分别充满了无色的氯化氢气体和氨气。将氨气瓶倒立在氯化氢气瓶上，由于分子运动，上下瓶即充满了氯化氨的白色烟雾。魔术中的科学火苗穿巾表演者右手拿着一块纱巾，左手拿着一只启燃火苗的气体打火机，然后他将纱巾往火苗上一挨，火苗即穿过纱巾顶面。他又把纱巾移来移去，既不曾烧毁纱巾，也没有把火熄灭

3、，颇为离奇有趣。一、表演前，将气体打火机启燃火苗大小要适中，然后将纱巾从火苗底部一边挨入，并马上用右手来回牵动，这样，纱巾就不会烧坏了。二、由于气体打火机的火苗底都是向上浮起的与其它火苗不同。故能穿过薄纱巾上面。因此，只要不断往复牵动纱巾，即可使火苗浮于纱巾上面了。戳不破的气球气球怎么会戳不破呢？可魔术师在观众面前用一根金属针穿刺气球，气球确实不会炸掉。表演者事先对气球已作如下处理：将充足气的气球稍为放掉一点气，然后在气球相对的两端分别贴上一条厘米长的透明胶带。表演者右手拿针，从上往下在贴胶带处插入气球，从另一端贴胶带处穿出，胶带能使“伤口不再扩大，因此气球内的气体是十分缓慢地泄漏的。抽出金属

4、针，轻轻弹一下气球，让它在空中飘浮一会，使观众看到它“安然无恙。当表演者再次把针插入气球时，只听得“啪一声，气球炸了，因为这次不是从胶带处插入的。这第二次穿刺是十分必要的，由于气球有了“伤口，气体在慢慢跑出来，气球就越变越小，所以必须让它炸掉以“灭口。还可以用纸筒把长条型的气球裹起来，吹胀后，用毛衣针刺，也刺不破，因为气球在纸筒里也吹不满，试试看！魔筒取物表演者面前的桌子上放着一个四方形的筒，正面是漏窗，通过漏窗可以看到里面还有一筒。表演者将外筒拿起，并从各个角度给观众看，然后重新套在内筒上。这时将手伸过去拿内筒，观众通过漏窗可以看见表演者的手。拿起内筒，向观众证明它也是空的。一旦内筒塞进外筒

5、，表演者的手就伸进内筒，取出无数手帕、花朵。最后将外筒拿掉，放在一边，再提起内筒。桌上出现了一盆花。观众是无论如何也发现不了其中奥秘的，因为内筒里有一个用黑色纸板做的管子，由于外筒的内壁涂了不反光的黑色，所以即使将内筒拿出来给观众看时，通过漏窗也发现不了里面外黑色管子。当然，外筒和内筒是不能同时取出来亮相的，所以这两个筒只能轮番出示。二个筒都用薄木屑板做成，黑色管子的下面有个封底，可将两筒及管子直接放在桌子上，也可加一个架空小平台；这样更能避嫌疑，不致使观众想到桌子板里会有什么秘密。如果最后要变出一盆花，那么黑色管子不应有底。必须注意一点，即表演时从上面不许有光线照入筒内，否那么黑管易被发现，

6、表演前应从观众角度试看一下光线。倘假设能在黑管上口内壁粘一个金属片，在这金属片上固定一小块烟火纸，表演一开始就用烟头或蜡烛将烟火纸引燃，产生烟花，既好看又有说服力表示里面即使有东西。也给烧坏了。此外，还可变出绸手帕和压缩的圆柱报纸灯笼。而且、可以在灯笼的底部装上微型电池和微型灯泡，事先将它们的电路接通，但用绝缘纸隔开，并让绝缘纸与灯笼上部的提把相连。这样，旦提起灯笼；绝缘纸便被抽掉，灯笼就亮了起来。魔术箱魔术箱是利用镜子的反射原理制成的。由于镜子的反射人们看到的是魔术箱的底、侧壁与镜子反射魔术箱的底、侧壁的象。由于镜子的格开使人们看不见盒子后面的情况是人们以为物品放入箱子后奇怪的消失了。正面后

7、面俯瞰我们能花钱买个好梦吗？世纪五大仿生学创造目前，全世界有许多低调的科研组织和个人，他们正默默地研究通过改进人体，让人类拥有更美好的未来！这是仿生学、医学与现代科技的完美结合，尽管现在看来是那么匪夷所思，但探郑重声明：这些并非科幻故事！寻回失去的双手悉尼，北海岸皇家医院机械手研究实验室，岁的米克正在接受治疗。米克双手和胸部以下完全丧失了知觉，他能移动手臂，但无法握紧手中的物体，直到戴上普亚阿伯尔法特希创造的“修复手套。由于植入了特殊的致动器和传感器，“修复手套能模仿人手的生物力学动作。机械手研究实验室的目的是制造一种具有人工肌肉的“外衣。这种“外衣能帮助麻痹的人体再次运动起来。这是米克第一次

8、试用这种手套，阿伯尔法特希紧张地按下了与米克身体连接的电脑上的控制键，实验室所有人全都盯着米克的手。突然间，米克的手自车祸以来第一次合拢了一下。米克对重新利用自己的身体充满希望，因为他知道这仅仅是个开始。在将来，人们可以找回的，将不只是失去的双手！失去的双手永不衰老的心脏年，乌拉圭，科学家首次用外部半退化心脏替换了狗的心脏，这是人工心脏研究的第一个里程碑。那时，著名心脏病专家胡安吉亚姆布卢诺博士还是个小孩儿。年前，当第一颗全人工心脏被移植到病人身上时，吉亚姆布卢诺还名不见经传。看到这些粗糙的移植装置不断失败，吉亚姆布卢诺发誓要设计出真正可靠的人工心脏，使移植者不仅存活，还能维持相对正常的生活。

9、经过多年努力，他的创造差不多完成了。与此前完全不同，吉亚姆布卢诺的创造同位移植人工心脏看上去与真的心脏几乎一样！由人造心室、瓣膜以及能把血液吸入动脉的特殊装置组成，能全面模仿人类心脏的机能。可以想象，心脏通常所处的位置空间极其有限，如何把包括电源在内的人工心脏适宜地放到里面？这是吉亚姆布卢诺面临的最大挑战。很快，人类的心脏将不再衰老只要记得及时更换电池。想象力的翅膀?时间简史?的作者斯蒂芬霍金患有肌萎缩性侧索硬化，除了几根手指外，他全身大局部活动功能都丧失了。多年来，霍金一直通过操作手中的拟声器键盘来发出声音，而现在他连这种能力都丧失了。还好，彼得沙恩福特设计了一套叫做“神经转化的系统：它可以

10、利用皮肤外表的电极接收神经信号，然后对信号进行智能分析，最后转换成声音或动作指令。简单说，只要动脑子想象，通过神经信号的提示，像霍金这样的人便能与别人沟通。在试验中，一个四肢瘫痪、不能说话的男子甚至成功地旋转了电视。人类的想象力，真真正正地插上了翅膀！想象力的翅膀耳朵“看世界通过不断发出超声波和接收反射波，千百年来，蝙蝠就是一直用耳朵“看世界的。受蝙蝠的启发，人们先后为飞机和舰艇研制了雷达和声纳，现在，这些创造要用到人类自己身上了。莱斯利凯设计出一种声纳装置，这种装置释放出超声波，并接收物体和障碍物的反射波数据，数据接着被转化成一串能够听到的声音，这些声音在频率上与物体的远近上下相对应。同时，

11、经过少许培训，人类大脑能将这些声音转化为“空间想象按以下提示体验空间想象：仔细看看你周围的物体，然后闭上眼睛，想象各种物体，如身边的桌子，背后的墙等出现在你身边的情况。装备这种设备后，全世界的盲人将自信地行走在他们不熟悉的区域，而“夜魔侠也不会再孤单啦！与人造肌肉摔跤年月日，全世界人们将看到一场特殊的摔跤赛历史上首次人与人造肌肉驱动的仿生胳膊间的摔跤赛。参赛一方是家研究中心各自研制的仿生胳膊，而代表人类参赛的是帕纳费尔森，圣迭戈学区最优秀的高中生。人造肌肉的研究工作始于上个世纪年代，但受材料的限制，只是在最近年才取得了较大开展，这都归功于特种聚合体和智能材料的创造，以及新型高性能计算机的运用。

12、当然，费尔森远不是世界上最强壮的人，但不管这场比赛的结果如何，人造肌肉的研究还会继续开展，终有一天我们会看到“兰博和最强大的仿生胳膊进行的较量。其实，让残疾人恢复生理机能只是仿生科技的开始。现在谁也无法预测未来年科技将如何影响人类的生活：我们能用意识控制互联网吗？我们能否用眼光来操纵录像机？我们能够花钱买个好梦吗？再说一遍，这些并非科幻故事！与人造肌肉摔跤2000多年前，我国学者韩非在他的著作中记载了这么一件事：有一个人请一位画匠为他画一幅画。3年之后，画匠完成了“作品。他一看，这是什么画呀，只是一块大木块。他正要发脾气，画匠慢条斯理地说道：“请你修一座不透光的房子，在房子一侧的墙上开一扇大窗

13、户，然后把木板嵌在窗上。太阳一出来，你就可以在对面的墙上看到一幅美妙的图画了。 这个人听画匠说得那么有板有眼，只好半信半疑地照画匠说的去做。果然，房子盖好，并照画匠说的那样安上木板后，在房子的墙上出现各式各样的景致。不过所有图像都是倒着的。 谋杀女王的“武器斯开夫等人创造照相机的故事这难道是真的吗? 这确实是有科学道理的。房子外的景象可以通过小孔反映在对面的墙上。这在物理学上叫“小孔成像。照相机就是根据这一原理研制的。 16世纪初，意大利画家根据“小孔成像的原理，创造了一种“摄影暗箱。著名画家达芬奇在笔记中对它做了记载。他写道：光线通过一座暗室壁上的小于L，在对面的墙上形成一个倒立的像。当然，

14、它只会投影，要用笔把投影的像描绘下来。 有人对“摄影暗箱进行了改进。比方：增加一块凹透镜，使倒立着的像变成了正立像，看起来舒适多了；增加一块呈45。角的平面镜，使画面更清晰逼真但仍不能称为照相机. 18世纪初中期，人们发现了感光材料，特别是达孟尔发现的感光材料碘化银，仿佛给照相机的问世注入极有效的催产剂。于是，在“摄影暗箱上装上达孟尔的银版感光片，就诞生了人类历史上第一架真正的照相机。 初期的照相机体积庞大，十分笨重，携带十分不便。且照相时要选择好天气(因为那时候还没有创造电灯)，必须在晴天的中午，让照相的人在镜头前端端正正地坐半小时左右。为了让自己的姿容永留人间，养尊处优的老爷、小姐们只好耐

15、着性子忍受这一苦楚。不久，随着感光技术的开展，曝光所需的时间大大缩短，照相机显得更为实用了。 1858年，英国的斯开夫创造了一种手枪式胶板照相机。由于其镜头的有效光圈较大，因此只要扣动扳机，就能拍摄。有趣的是，一次，维多利亚女王在宫廷内召开盛大宴会，邀请各国使节。斯开夫作为新闻记者也应邀出席了宴会。当斯开夫用他的照相机对准女王拍照时，被蜂涌而上的警卫人员扑倒，一时会场秩序大乱。事后，警卫人员才弄懂，那“凶器原来是照相机。 之后，随着感光材料及摄影技术的进一步开展，照相机也不断地得到完善。 1946年，兰德和宝利金创造了新型照相机。这种照相机可以“一次成像。具体地说，拍摄以后，只需要短短的几十秒

16、钟时间， 一张照片就会从照相机内慢慢地“吐出来。 科学的开展是没有止境的。在未来，将会有更令人称奇的照相机问世! 二十世纪最具影响力的十大创造二十世纪即将过去，美国专栏作家DanGillmor，最近就“本世纪最伟大的创造这个专题查阅了大量的有关书籍和资料，并征询了众多读者的意见，概括出以下10种在过去100年中最具影响力的科学创造：一、内燃机：由于内燃机的出现，促成了交通工具的开展以及城郊化。同时也导致了污染。二、喷气式飞机：乘坐喷气式飞机使人们出门旅行的时间大为缩短。整个世界的经济也因此获得迅速的增长.三、通讯卫星：1945年，一位伟大的作家ArthurC.Clarke第一次在他的小说中提出

17、了通讯卫星的设想。半个世纪后的今天，通讯卫星的使用已将全球通讯变为现实。四、无线电播送技术：从19世纪收音机创造开始，无线电播送技术的迅猛开展并配以动画和影像科技，已大大改变了我们的生活方式。尽管我们还不知道无线电播送带给我们的究竟是什么，但我们无疑已成为了它的忠实听观众。五、雷达：雷达对电视的创造有着巨大的奉献，因为，早期的雷达使用的就是阴极射线管。而且，雷达还帮助宇宙学家们搜寻遥远的星系。六、激光：没有激光，现代通讯就将不复存在。七、青霉素：青霉素的成效和它对社会的影响是无法比较的。在影响力与实际成效方面唯一能与它相匹敌的也只有后来出现的避孕药了。八、绿色革命：所谓的绿色革命就是指人类为提

18、高单位面积的粮食产量而采用的种种措施。人类的将来是否还将依靠这种方式已成为我们在这今后几十年必然会面对的问题。但至少没有绿色革命，人类仍陷在饥饿的不幸之中。九、材料技术：材料技术的开展与广泛运用极大地改变了人们的日常生活。十、计算机：装配有晶体管，集成电路和微处理器的计算机带动了数字科技的开展，使各种各样的信息转化为0和1的二进制形式成为可能。对未来最有影响的是大发明仿真钻石 1. 这不是真正的钻石布莱恩特-里纳莱斯Bryant Linares有一个祖传的秘方，那就是如何制造世界级的钻石。 七年前布莱恩特的父亲罗伯特通过高压气态碳的方法制造出了一块金刚石，随后他将这块金刚石放进了酸性溶液中清洁

19、。罗伯特本来希望的第二天回来的时候能够得到一块黄色的工业用金刚石，但出乎意料的是他得到的竟然是一块几乎完全透明，完美的四分之一克拉碳晶体，也就是钻石。罗伯特在无意中实现了科学家多年以来始终未能实现的梦想，那就是制造能用于订婚戒指的人工钻石。事实上，人造金刚石并不是一项新技术，早在上世纪50年代人造金刚石每年的产量已经到达80吨，大量低质量的人造金刚石在打孔机等工业生产工具中广泛应用。然而高质量的人造钻石对于人类而言具有更重大的意义，当然这种意义并不仅仅表达在佩饰和珠宝上。例如，科学家们非常渴望能够生产钻石微芯片，这主要是因为发热问题已经成为了微芯片生产中的一个难点。现在用于制造微芯片的硅晶体在

20、200华氏度以上就会突变，而钻石那么可以抗住1000华氏度的高温，并且电子可以更轻松的通过，这意味着科学家们可以在钻石微芯片上集成更多的电路。如果人类能够找到生产人造钻石的方法，势必会带来电子产业的一场革命。 仿真钻石科学家模拟果蝇的飞行轨迹2. 果蝇知道些什么？加利福尼亚理工学院生物工程学教授迈克尔-迪金森Michael Dickinson是全球果蝇飞行力学领域的著名专家，多年来他一直在研究果蝇的飞行，用超高速摄像机拍摄果蝇的翅膀的工作，力图了解这种生物如何在人类眨眼的五分之一时间内完成了转向。迪金森为果蝇的飞行建立了空气动力学模型，并设计了一个大型的机器果蝇。在了解了果蝇的飞行原理后，他将

21、研究方向转向了果蝇如何知道自己要去哪里的问题。果蝇眼睛的构造同人类不同，在它的眼睛里，这个世界仅仅是一个25X25的矩阵，那么它是如何在一个空旷的教室里找到一只小小的酒杯并准确的着陆在酒杯边缘的呢？昆虫学家对于昆虫追踪气味的能力一直飞常感兴趣，很多昆虫都可以轻松的跟踪到一公里之外气味的源头。迪金森认为昆虫的这种能力对于人类将有很大的用处，例如人类如果生产出具有类似能力的微型飞行器，就可以帮助警察准确的在丛林中找到失踪者。当然，研发这样的设备还有很多难题需要解决，因为昆虫还有很多秘密等待我们人类去开掘。科学家模拟果蝇的飞行轨迹为细胞设定程序3.为细胞设定程序科学家正设计一种类似于电路的结构,但它

22、并没有采用电子部件，而是将基因连在一起，然后将这种“基因电路注入到活着的细菌体内。在一个典型的基因电路中，某一种化学物质后能触发某个基因扮演“开关的角色，启动另一个基因将细菌杀死。而第二种化学物质又会触发第三个基因，它能够使第一个基因回复到关闭状态。科学家甚至能为细胞群体设定程序，让它们围绕培养皿生长或只存活于培养皿的中心。科学家可能很快就能为细胞设定程序，其中包括人类细胞，例如科学家已经通过向细菌注入基因制造胰岛素。今年年初，波士顿大学的研究人员詹姆斯-柯林斯James Collins将细菌变成了紫外线传感器。科学家们认为，如果为人类细胞设定程序的研究取得成果，对于医学的开展将会是巨大的促进

23、。科学家将来可能利用干细胞建造骨骼或肝脏，而基因治疗也会更加准确。患者可以服下一种药剂翻开基因“开关，而一旦效果不好只需要服下另一种药剂关闭基因“开关就可以了。这听起来有些像科幻小说，但在不远的将来将会成为现实。为细胞设定程序通往太空的丝带4、沿着绳子爬上太空俄罗斯数学家Konstantin Tsiolkovsky在1895年从埃菲尔铁塔获得了一个灵感，他设想通过一个高塔进入静止轨道中的太空站。在15年前，太空升降机的构思还只是空想，因为在没有火箭推动的情况下即使是一根电缆也难以进入太空。但现在已经有材料能够延伸到62000英里的高空，并且能够支撑自身的重量。1991年，日本科学家年开发了一种

24、碳纳米管，它比钢的强度要大上很多倍。因此，美国国家宇航局NASA已经开始研究太空升降机。1999年，NASA给物理学家布拉德利-埃德华兹Bradley Edwards拨款50万美元，用碳纳米管开发太空升降机。爱德华兹设想，采用太阳能动力的机器人在三英尺宽的碳纳米管太空升降机上以每小时120英里的速度升降，从而使向地球轨道运送材料的本钱由每磅一万美元下降至100美元。爱德华兹认为这一工程在20年内就有望实现，NASA尖端工程办公室主管大卫-斯米泽曼David Smitherman就此表示：“这将大大提升我们的发射能力。通往太空的丝带让计算机替你驾驶汽车5、让计算机驾驶现在已经能够利用计算机芯片监

25、控汽车内的所有设备，而未来的一项新技术那么要使计算机成为汽车的驾驶员。这些计算机驾驶员反响迅速，能在驾驶员遇到麻烦时担负起驾驶的任务。同传统汽车一样，采用了计算机驾驶员的汽车仍然有方向盘、油门以及刹车踏板，不过它们都只同计算机芯片连接。尽管一些专家认为和计算机共同驾驶是自找麻烦，但这种方式确实能够降低事故率。目前，汽车制造商们已经在计算机驾驶系统研发领域展开了剧烈的竞争，宝马、戴姆勒克莱斯勒、通用汽车等行业巨头已经开发出了原型产品。斯坦福大学动态设计实验室主管克里斯-戈德斯Chris Gerdes表示：“几乎所有的汽车厂商都在研究计算机驾驶的课题。计算机驾驶系统能够有效的防止汽车超速、打滑，也

26、能防止驾驶员酒后驾车和走神，上述这些问题占到汽车事故原因的40%。此外，这种系统还能探测出即将发生的碰撞，这时它会自动接掌驾驶权。但是有专家警告，出问题的计算机也可能会干扰驾驶员。计算机汽车新型存储器6、一种新型内存芯片南加州大学生物学工程师特德-博格Ted Berge正在研究一个新的课题，他通过显微镜观察老鼠大脑切片，同时通过微电极收听神经细胞之间的信号。博格希望能够理解细胞的语言，因为他正在设计一种新型计算机芯片，希望有一天能够支持大脑的记忆库。最先受益的将是中风、阿尔茨海默氏病以及其它身体疾病的患者，也许有一天他们可以通过博格研发的新型芯片体验到量子计算机和F-16战斗机的乐趣。不过博格

27、表示：“这还很遥远，但是各种条件正逐渐具备。在从事模拟神经细胞工作10多年后，博格设计的计算机程序已经能够局部模仿神经细胞的行为，他还设计了芯片专门来运行这些程序。今年年初，博格展示了一个可以取代老鼠神经回路中的脑细胞的芯片，他希望三年内能在活老鼠身上测试这种芯片，最终那么要在人脑中测试。新型存储器太空水果7、太空作物未来的农产品可能与目前地球上的产品大不相同。目前，中国科学家已经种出了垒球大小的西红柿，垒球棒那么长的黄瓜。他们采用的就是曾经发射到太空的作物种子，这些种子在太空期间长期暴露在如失重、粒子辐射以及亚原子等七种外太空条件下。这些种子回到地球后，科学家们按照体型、外观和营养等特性对它

28、们进行了细致的筛选，并且培育出了性状稳定的下一代。中国科学家并不能明确解释太空到底以何种方式改变了种子的DNA。1999年以来，北京的飞鹰绿色食品集团Flying Eagle Green Foods就不断将种子和幼苗送入太空，该公司培养的太空西红柿所含的Beta萝卜素含量比普通西红柿要高出27%，棉花植株能高达六英尺。通常情况下，一名科学家一生只能培养出三种新作物，但是该公司1999年以来已经培育出了50多种。现在，越来越多的中国公司参加到了太空作物的研发上来，它们的最终目的就是提升农作物的产量，让有限的土地养活更多的人。太空水果让塑料发光8让塑料发光剑桥大学的里查德-弗兰德Richard F

29、riend正在研究塑料新的用途，它可能给电子产业带来一场革命。目前绝大多数电子产品采用硅，但是弗伦德认为，未来的 、电视、手表、计算机内将会广泛的使用廉价的塑料芯片。弗兰德在上世纪八十年代和九十年代就发现塑料可以用于制造芯片的根本元件晶体管以及发光二极管，当电流通过它的外表时就会发光。目前，弗兰德已经研发出了可以用于几乎所有电子产品的超轻薄、明亮、廉价以及灵活的电子屏幕。他现在正在研发一种新型材料，这种物质甚至能够喷涂在墙上，随天气变化而改变颜色。目前来看，要实现弗兰德的这一目标还有很长一段路要走，不过根本技术现在已经具备。可以折叠的电子书未来几年就会出现，塑料芯片能够在任何可变形外表上印刷，

30、通用电气正与美国能源部合作开发能照亮整间屋子的可折叠塑料薄片。市场调查公司IDTechEx 董事长皮特-哈罗普Peter Harrop表示：“也许未来消费者电冰箱中的产品可以根据购置时间的不同而变换标签的颜色。让塑料发光超轻型汽车9、超轻型汽车混合动力汽车能够将每升汽油的行使公里数提高一倍，但是要进一步提高能源的使用效率，汽车制造商必须要解决另一个问题汽车的重量。在传统汽车上，只有1%的汽油用于运送乘客，其余都用于驱动汽车本身运动。解决方案之一是采用碳复合材料取代钢铁，这种材料已经用于制造网球拍和高尔夫球球棒，下一代飞机也方案使用这种材料。使用碳纤维的汽车能减轻重量一半以上，因而燃油的效率也将

31、提高一倍，也就是说使用同等重量的燃油可以运行以前两倍的距离。对于制造商而言，最大的问题是要生产高强度的汽车零件，以便在发生碰撞时保护乘客，同时又要保证生产本钱很低能大规模量产。网球拍的碳纤维太短不够结实，飞机材料的碳纤维较长也足够结实，但是需要手工在三维模具中浇注，不适合汽车的大规模生产。德国的宝马开发出了在平面上铺砌纤维然后建成三维零件的自动化方法，但是材料的本钱仍然是钢铁的两倍。碳纤维汽车在碰撞后应该能保护乘客，因为材料会破碎成很小的碎片，从而减缓了撞击，这也是减轻汽车重量的好处之一。Fiberforge公司主管赖特-戴维斯Dwight Davis表示：“碳纤维汽车的碎片在经过缓冲器后已经

32、失去了大局部能量，因此不会给用户造成很大的伤害。超轻型汽车水陆两栖房子10、像鸭子一样居住同每个荷兰家庭一样，范-莫伦斯van der Molens一家非常了解人类同大自然抗争时的脆弱。1995年莫伦斯一家被迫因洪水逃离了家园，而这并不是他们最惨痛的记忆，1953年荷兰的海岸决堤导致了1800人死亡。幸运的是,莫伦斯一家今年年初成为了水陆两栖房屋的第一批用户。这种房屋采用了木框架结构，底部是一间混凝土地下室,初看起来与传统房屋并没有太大的区别。但是这种房屋最大的特点是可以附在水面上，而且由于重量均衡，这种房屋不会在水面上翻倒，由于固定在一个位置，它不会随波浪漂走。此外，水电都是通过可折弯的管道

33、送入房间，因此莫伦斯一家再也不必因洪水而逃离家园了。这种水路两栖的房屋看起来没有应用到太多的尖端技术，不过它却可能解决一个全球性问题。随着冰川融化海平面上涨，洪水的问题将会更加严重。据联合国预测，2050年以前，将有20亿人面临洪水威胁，届时这种水木两栖房屋也许会成为新的诺亚方舟。水陆两栖房子科学伟人经典物理学大师牛顿巨人的磨难最博学的人亚里士多德叙拉古的阿基米德目录经典物理学大师牛顿少年牛顿 1643年1月4日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担忧他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微缺乏道的小东西会成为了一位震

34、古烁今的科学巨人，并且竟活到了85岁的高龄。牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，这种习性可能来自它的家庭处境。大约从五岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。 传说小牛顿把风车的机械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒

35、玉米，刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不断的跑动，于是轮子不停的转动；又一次他放风筝时，在绳子上悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现；他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟会自动滴水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其喜欢刻日晷，家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷，用以验看日影的移动。牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他受到了化学试验的熏陶。 牛顿在中学时代学习成绩并不出众，只是爱

36、好读书，对自然现象由好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记，又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小创造、小试验。 当时英国社会渗透基督教新思想，牛顿家里有两位都以神父为职业的亲戚，这可能影响牛顿晚年的宗教生活。从这些平凡的环境和活动中，还看不出幼年的牛顿是个才能出众异于常人的儿童。 后来迫于生活，母亲让牛顿停学在家务农，赡养家庭。但牛顿一有时机便埋首书卷，以至经常忘了干活。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳求佣人一个人上街，自己那么躲在树丛后看书。有一次，牛顿的舅父起了疑心，就跟踪牛顿上市镇去，发现他的外甥伸着腿，

37、躺在草地上，正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让牛顿复学，并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校，如饥似渴地汲取着书本上的营养。求学岁月 1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收入支付学费，1664年成为奖学金获得者，1665年获学士学位。 17世纪中叶，剑桥大学的教育制度还渗透着浓厚的中世纪经院哲学的气味，当牛顿进入剑桥时，哪里还在传授一些经院式课程，如逻辑、古文、语法、古代史、神学等等。两年后三一学院出现了新气象，卢卡斯创设了一个独辟蹊径的讲座，规定讲授自然科学知识，如地理、物理、天文和数学课程。讲座的第一

38、任教授伊萨克巴罗是个博学的科学家。这位学者独具慧眼，看出了牛顿具有深邃的观察力、敏锐的理解力。于是将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。 在这段学习过程中，牛顿掌握了算术、三角，读了开普勒的?光学?，笛卡尔的?几何学?和?哲学原理?，伽利略的?两大世界体系的对话?，胡克的?显微图集?，还有皇家学会的历史和早期的哲学学报等。牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，认为牛顿的数学才超过自己。后来，牛顿在回忆时说道：“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我

39、去研究这方面的问题。当时，牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的?几何原本?、笛卡儿的?几何学?、沃利斯的?无穷算术?、巴罗的?数学讲义?及韦达等许多数学家的著作。其中，对牛顿具有决定性影响的要数笛卡儿的?几何学?和沃利斯的?无穷算术?，它们将牛顿迅速引导到当时数学最前沿解析几何与微积分。1664年，牛顿被选为巴罗的助手，第二年，剑桥大学评议会通过了授予牛顿大学学士学位的决定。16651666年严重的鼠疫席卷了伦敦，剑桥离伦敦不远，为恐涉及，学校因此而停课，牛顿于1665年6月离校返乡。 由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养，对探索自然现象产生浓厚的兴趣，家乡安静的环境又使

40、得他的思想展翅飞翔。16651666年这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月，他在自然科学领域内思潮奔腾，才华迸发，思考前人从未思考过的问题，踏进了前人没有涉及的领域，创立了前所未有的惊人业绩。 1665年初，牛顿创立级数近似法,以及把任意幂的二项式化为一个级数的规那么；同年11月，创立正流数法(微分)；次年1月，用三棱镜研究颜色理论；5月，开始研究反流数法(积分)。这一年内，牛顿开始想到研究重力问题，并想把重力理论推广到月球的运动轨道上去。他还从开普勒定律中推导出使行星保持在它们的轨道上的力必定与它们到旋转中心的距离平方成反比。牛顿见苹果落地而悟出地球引力的传说，说的也是此时发生的轶事。

41、 总之，在家乡居住的两年中，牛顿以比此后任何时候更为旺盛的精力从事科学创造，并关心自然哲学问题。他的三大成就：微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这时孕育成形的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。1667年复活节后不久，牛顿返回到剑桥大学，10月1日被选为三一学院的仲院侣(初级院委)，翌年3月16日获得硕士学位，同时成为正院侣(高级院委)。1669年10月27日，巴罗为了提携牛顿而辞去了教授之职，26岁的牛顿晋升为数学教授，并担任卢卡斯讲座的教授。巴罗为牛顿的科学生涯打通了道路，如果没有牛顿的舅父和巴罗的帮助，牛顿这匹千里马可能就不会驰骋在科学的大道上。巴罗让贤，这

42、在科学史上一直被传为佳话。伟大的成就建立微积分在牛顿的全部科学奉献中，数学成就占有突出的地位。他数学生涯中的第一项创造性成果就是发现了二项式定理。据牛顿本人回忆，他是在1664年和1665年间的冬天，在研读沃利斯博士的?无穷算术?时，试图修改他的求圆面积的级数时发现这一定理的。 笛卡尔的解析几何把描述运动的函数关系和几何曲线相对应。牛顿在老师巴罗的指导下，在钻研笛卡尔的解析几何的根底上，找到了新的出路。可以把任意时刻的速度看是在微小的时间范围里的速度的平均值，这就是一个微小的路程和时间间隔的比值，当这个微小的时间间隔缩小到无穷小的时候，就是这一点的准确值。这就是微分的概念。 求微分相当于求时间

43、和路程关系得在某点的切线斜率。一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程，可以看作是在微小时间间隔里所走路程的和，这就是积分的概念。求积分相当于求时间和速度关系的曲线下面的面积。牛顿从这些根本概念出发，建立了微积分。微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。牛顿为解决运动问题，才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的，牛顿称之为流数术。它所处理的一些具体问题，如切线问题、求积问题、瞬时速度问题以及函数的极大和极小值问题等，在牛顿前已经得到人们的研究了。但牛顿超越了前人，他站在了更高的角度，对以往分散的努力加以综合，将自古希腊以来求解无限小问题的各种技巧统一为两类普通的算法微分和积分，并确立了这两类

44、运算的互逆关系，从而完成了微积分创造中最关键的一步，为近代科学开展提供了最有效的工具，开辟了数学上的一个新纪元。 牛顿没有及时发表微积分的研究成果，他研究微积分可能比莱布尼茨早一些，但是莱布尼茨所采取的表达形式更加合理，而且关于微积分的著作出版时间也比牛顿早。 在牛顿和莱布尼茨之间，为争论谁是这门学科的创立者的时候，竟然引起了一场悍然大波，这种争吵在各自的学生、支持者和数学家中持续了相当长的一段时间，造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国，囿于民族偏见，过于拘泥在牛顿的“流数术中停步不前，因而数学开展整整落后了一百年。 应该说，一门科学的创立决不是某一个人的

45、业绩，它必定是经过多少人的努力后，在积累了大量成果的根底上，最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样，是牛顿和莱布尼茨在前人的根底上各自独立的建立起来的。 1707年，牛顿的代数讲义经整理后出版，定名为?普遍算术?。他主要讨论了代数根底及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。书中陈述了代数根本概念与根本运算，用大量实例说明了如何将各类问题化为代数方程，同时对方程的根及其性质进行了深入探讨，引出了方程论方面的丰硕成果，如，他得出了方程的根与其判别式之间的关系，指出可以利用方程系数确定方程根之幂的和数，即“牛顿幂和公式。牛顿对解析几何与综合几何都有奉献。他在1736年出版的?解析几何?中引

46、入了曲率中心，给出密切线圆(或称曲线圆)概念，提出曲率公式及计算曲线的曲率方法。并将自己的许多研究成果总结成专论?三次曲线枚举?，于1704年发表。此外，他的数学工作还涉及数值分析、概率论和初等数论等众多领域。伟大的成就对光学的三大奉献 在牛顿以前，墨子、培根、达芬奇等人都研究过光学现象。反射定律是人们很早就认识的光学定律之一。近代科学兴起的时候，伽利略靠望远镜发现了“新宇宙，震惊了世界。荷兰数学家斯涅尔首先发现了光的折射定律。笛卡尔提出了光的微粒说 牛顿以及跟他差不多同时代的胡克、惠更斯等人，也象伽利略、笛卡尔等前辈一样，用极大的兴趣和热情对光学进行研究。1666年，牛顿在家休假期间，得到了

47、三棱镜，他用来进行了著名的色散试验。一束太阳光通过三棱镜后，分解成几种颜色的光谱带，牛顿再用一块带狭缝的挡板把其他颜色的光挡住，只让一种颜色的光在通过第二个三棱镜，结果出来的只是同样颜色的光。这样，他就发现了白光是由各种不同颜色的光组成的，这是第一大奉献。 牛顿为了验证这个发现，设法把几种不同的单色光合成白光，并且计算出不同颜色光的折射率，精确地说明了色散现象。揭开了物质的颜色之谜，原来物质的色彩是不同颜色的光在物体上有不同的反射率和折射率造成的。公元1672年，牛顿把自己的研究成果发表在?皇家学会哲学杂志?上，这是他第一次公开发表的论文。 许多人研究光学是为了改进折射望远镜。牛顿由于发现了白

48、光的组成，认为折射望远镜透镜的色散现象是无法消除的(后来有人用具有不同折射率的玻璃组成的透镜消除了色散现象)，就设计和制造了反射望远镜。 牛顿不但擅长数学计算，而且能够自己动手制造各种试验设备并且作精细实验。为了制造望远镜，他自己设计了研磨抛光机，实验各种研磨材料。公元1668年，他制成了第一架反射望远镜样机，这是第二大奉献。公元1671年，牛顿把经过改进得反射望远镜献给了皇家学会，牛顿名声大震，并被选为皇家学会会员。反射望远镜的创造奠定了现代大型光学天文望远镜的根底。 同时，牛顿还进行了大量的观察实验和数学计算，比方研究惠更斯发现的冰川石的异常折射现象，胡克发现的肥皂泡的色彩现象，“牛顿环的

49、光学现象等等。牛顿还提出了光的“微粒说，认为光是由微粒形成的，并且走的是最快速的直线运动路径。他的“微粒说与后来惠更斯的“波动说构成了关于光的两大根本理论。此外，他还制作了牛顿色盘等多种光学仪器。伟大的成就构筑力学大厦 牛顿是经典力学理论的集大成者。他系统的总结了伽利略、开普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的万有引力定律和牛顿运动三定律。在牛顿以前，天文学是最显赫的学科。但是为什么行星一定按照一定规律围绕太阳运行？天文学家无法圆满解释这个问题。万有引力的发现说明，天上星体运动和地面上物体运动都受到同样的规律力学规律的支配。 早在牛顿发现万有引力定律以前，已经有许多科学家严肃认真的考虑过这个问题

50、。比方开普勒就认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用，他认为这种力类似磁力，就像磁石吸铁一样。1659年，惠更斯从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为是引力，并且试图推到引力和距离的关系。 1664年，胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果；1673年，惠更斯推导出向心力定律；1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。牛顿自己回忆，1666年前后，他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是：在假期里，牛顿常常在花园里小坐片刻。有一次，象以往屡次发生的那样

51、，一个苹果从树上掉了下来 一个苹果的偶然落地，却是人类思想史的一个转折点，它使那个坐在花园里的人的头脑开了窍，引起他的沉思：究竟是什么原因使一切物体都受到差不多总是朝向地心的吸引呢？牛顿思索着。终于，他发现了对人类具有划时代意义的万有引力。牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1679年，胡克曾经写信问牛顿，能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律，来证明行星沿椭圆轨道运动。牛顿没有答复这个问题。1685年，哈雷登门拜访牛顿时，牛顿已经发现了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离的平方成反比，和两个物体质量的乘积成正比。 当时已经有了地球半径、日地距离

52、等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力，也证明了在太阳引力作用下，行星运动符合开普勒运动三定律。 在哈雷的敦促下，1686年底，牛顿写成划时代的伟大著作?自然哲学的数学原理?一书。皇家学会经费缺乏，出不了这本书，后来靠了哈雷的资助，这部科学史上最伟大的著作之一才能够在1687年出版。牛顿在这部书中，从力学的根本概念(质量、动量、惯性、力)和根本定律(运动三定律)出发，运用他所创造的微积分这一锐利的数学工具，不但从数学上论证了万有引力定律，而且把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。站在巨人

53、的肩上牛顿的研究领域非常广泛，他除了在数学、光学、力学等方面做出卓越奉献外，他还花费大量精力进行化学实验。他常常六个星期一直留在实验室里，不分昼夜的工作。他在化学上花费的时间并不少，却几乎没有取得什么显著的成就。为什么同样一个伟大的牛顿，在不同的领域取得的成就竟那么不一样呢？ 其中一个原因就是各个学科处在不同的开展阶段。在力学和天文学方面，有伽利略、开普勒、胡克、惠更斯等人的努力，牛顿有可能用已经准备好的材料，建立起一座宏伟壮丽的力学大厦。正象他自己所说的那样“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上。而在化学方面，因为正确的道路还没有开辟出来，牛顿没法走到可以砍伐材料的地方。 牛顿在临终前对

54、自己的生活道路是这样总结的：“我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就象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。 这当然是牛顿的谦逊。怪异的牛顿牛顿并不善于教学，他在讲授新近发现的微积分时，学生都接受不了。但在解决疑难问题方面的能力，他却远远超过了常人。还是学生时，牛顿就发现了一种计算无限量的方法。他用这个秘密的方法，算出了双曲面积到二百五十位数。他曾经高价买下了一个棱镜，并把它作为科学研究的工具，用它试验了白光分解为的有颜色的光。 开始，他并不愿意发表他的观察所得

55、，他的发现都只是一种个人的消遣，为的是使自己在寂静的书斋中解闷，他单独遨游于自己所创造的超级世界里。后来，在好友哈雷的竭力劝说下，才勉强同意出版他的手稿，才有划时代巨著?自然哲学的数学原理?的问世。作为大学教授，牛顿常常忙得不修边幅，往往领带不结，袜带不系好，马裤也不纽扣，就走进了大学餐厅。有一次，他在向一位姑娘求婚时思想又开了小差，他脑海了只剩下了无穷量的二项式定理。他抓住姑娘的手指，错误的把它当成通烟斗的通条，硬往烟斗里塞，痛得姑娘大叫，离他而去。牛顿也因此终生未娶。牛顿沉着不迫地观察日常生活中的小事，结果作出了科学史上一个个重要的发现。他马虎拖沓，曾经闹过许多的笑话。一次，他边读书，边煮

56、鸡蛋，等他揭开锅想吃鸡蛋时，却发现锅里是一只怀表。还有一次，他请朋友吃饭，当饭菜准备好时，牛顿突然想到一个问题，便单独进了内室，朋友等了他好久还是不见他出来，于是朋友就自己动手把那份鸡全吃了，鸡骨头留在盘子，不告而别了。等牛顿想起，出来后，发现了盘子里的骨头，以为自己已经吃过了，便转身又进了内室，继续研究他的问题。牛顿晚年但是由于受时代的限制，牛顿根本上是一个形而上学的机械唯物主义者。他认为运动只是机械力学的运动，是空间位置的变化；宇宙和太阳一样是没有开展变化的；靠了万有引力的作用，恒星永远在一个固定不变的位置上随着科学声誉的提高，牛顿的政治地位也得到了提升。1689年，他被中选为国会中的大学

57、代表。作为国会议员，牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。他不时表示出对以他为代表的领域的厌恶。同时，他的大量的时间花费在了和同时代的著名科学家如胡克、莱布尼兹等进行科学优先权的争论上。晚年的牛顿在伦敦过着堂皇的生活，1705年他被安妮女王封为贵族。此时的牛顿非常富有，被普遍认为是生存着的最伟大的科学家。他担任英国皇家学会会长，在他任职的二十四年时间里，他以铁拳统治着学会。没有他的同意，任何人都不能被选举。晚年的牛顿开始致力于对神学的研究，他否认哲学的指导作用，虔诚地相信上帝，埋头于写以神学为题材的著作。当他遇到难以解释的天体运动时，竟提出了“神的第一推动力的谬论。他说“上帝统治万物，我们是

58、他的仆人而敬畏他、崇拜他。1727年3月20日，伟大艾萨克牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样，他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。牛顿巨人的磨难文艺复兴时期，自然科学和人文主义思想以神奇的速度开展起来，基督教会的观点和信条受到了巨大的冲击，其统治地位摇摇欲坠。于是，不甘失败的教廷疯狂地迫害那些具有新思想、新理论的进步科学家。在这场科学与神权的斗争中，伟大的自然科学家伽利略受到了巨大的磨难。他所遭受的不公正的待遇和指控，直到他逝世后两百年，才被教廷所推翻 。1564年2月15日，伽利略出生在意大利的比萨城。他的祖辈是佛罗伦萨的名门贵族，父亲是著名的音乐家，精通希腊交和拉丁文，数学方面也颇有造诣。因此伽利从小受到了良好的家庭教育，他十二岁时，进入佛罗伦萨附近的瓦洛姆布洛萨修道院学校学习。他在这里阅读了不少希腊罗马古典作品。十七岁，伽利略进入比萨大学学医，同时潜心钻研数学，并用自制的仪器进行自然科学实验，以此来检验教授们讲授的教条。伽利略因这一“藐视权威的做法而受到学校的警告处分，他也因此没拿到毕业证书而离开了比萨大学。1588年，伽利略由于发表了论文?固体的重心?而声