免死背！圖解物理強棒教室

人物小史與趣事
艾薩克．牛頓（Isaac Newton，西元1643 ∼ 1727 年），物理學家、數學家，被譽為「古典物理學之父」。
主要成就：提出萬有引力定律、牛頓運動定律，與萊布尼茲共同研究出微積分，發明反射式望遠鏡，發現光的色散原理。
◆求學歲月
1661 年，牛頓19 歲時進入劍橋大學的三一學院，接觸大量自然科學著作，經常參加學院舉辦的各類講座，包括地理、物理、天文和數學。在那時，該學院的教學以亞里斯多德的學說為主，但牛頓更喜歡閱讀伽利略、哥白尼和克卜勒等天文學家的先進思想。
1665 年，牛頓發現廣義二項式定理，並開始發展一套全新的數學理論，也就是後來為世人所熟知的微積分學。在1665 年，牛頓獲得學位，正當牛頓準備留校繼續深造時，嚴重的鼠疫席捲全英國，劍橋大學因此關閉，牛頓離校返鄉。
此後兩年，牛頓在家中繼續研究微積分學、光學和萬有引力定律。
◆偉大的成就
牛頓運動三定律是構成古典力學的理論基礎，成為解決機械運動問題的基本理論依據。
1687 年，牛頓出版代表作《自然哲學的數學原理》，這是一部力學的經典著作。牛頓在這部書中，從力學的基本概念（質量、動量、慣性、力）和基本定律（運動三定律）出發，運用他所發明的銳利數學工具—微積分，建立古典力學完整而嚴密的體系，統整天體力學和地面上的物體力學，達成物理學史上第一次大綜合。
在光學方面，牛頓利用三稜鏡試驗，白光可分解為有顏色的光，最早發現白光的組成。他精確地分析各色光的折射率，說明色散現象的本質。牛頓指出，由於對不同顏色光的折射率和反射率不同，才造成物體顏色的差別，揭開顏色之謎。
牛頓提出光的「微粒說」，認為光是由微粒形成，並且走最快速的直線運動路徑。牛頓的「微粒說」與後來惠更斯的「波動說」成為關於光本質的兩大基本理論。
牛頓為說明日光的成分，製作出牛頓色盤，又稱為「七色板」。圓板分為七個扇形，依次塗有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色。將圓板迅速轉動，可見到板呈白色，說明日光是由以上七種色光合成。
牛頓還發明反射式望遠鏡，主鏡使用球面鏡，第二反射鏡是平面的對角反射鏡。
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牛頓三大運動定律
牛頓第一定律（慣性定律）：任何一個物體在不受外力或受平衡力的作用時，總是保持靜止狀態或等速直線運動狀態，直到有作用在其上的外力迫使它改變這種狀態為止。
牛頓第二定律（加速度定律）：物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。
牛頓第三定律：兩個物體之間的作用力和反作用力在同一條直線上，量值相等，方向相反。

牛頓的研究領域非常廣泛，研究過計溫學，觀測過水沸騰或凝固時的固定溫度；還研究過熱物體的冷卻規律。
◆關於蘋果落地的故事
1666 年夏末的一個溫暖傍晚，牛頓正坐在一棵蘋果樹下讀書。當他翻動書頁時，頭頂的樹枝間有樣東西晃動，一顆蘋果落下，打在牛頓的頭上。
恰巧此時，牛頓正苦苦思索一個問題：「是什麼力量使月球保持在環繞地球運行的軌道上，以及使行星保持在其環繞太陽運行的軌道上？」
被蘋果砸到之後，牛頓又想：「為什麼這顆打中我頭腦的蘋果會墜落到地上？」
從思考這個問題開始，牛頓經過多次觀察和反覆實驗，找到答案：萬有引力定律。
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萬有引力定律
自然界中任何兩個物體都相互吸引，引力的量值與兩物體的質量乘積成正比，與兩物體間的距離的平方成反比，作用力的方向在兩個物體的連線上。
數學運算式：
關於這個故事的真實性頗具爭議，部分學者認為這個故事是杜撰且經過加油添醋。不管發現萬有引力的真相為何，這都是牛頓一生中相當重要成就。

人物小史與趣事
愛德蒙．哈雷（Edmond Halley，西元1656 ∼ 1742年），英國天文學家、地理學家、數學家、氣象學家和物理學家。
主要成就：研究哈雷彗星。
◆綽號
1675 年，英國於格陵威治成立皇家格林威治天文台（Royal Greenwich Observatory），由英國國王查理二世創建皇家天文學家的職位，第一位擔任此職務的天文學家是約翰．佛蘭斯蒂德（John Flamsteed）。
當時，佛蘭斯蒂德正在編纂一份新的星表。哈雷知道後，萌生前往南半球觀測南天恆星的念頭。1676 年，哈雷前往位在南大西洋上的聖赫倫拿島（Saint Helena），研究南天星空。在聖赫倫拿島的18 個月中，儘管天候經常不佳，哈雷仍繪製出341 張南半球恆星的星圖。
當時，皇家御用天文學家約翰．佛蘭斯蒂德便稱哈雷「南天第谷」（Our Southern Tycho）。
第谷是丹麥天文學家，曾用肉眼精確測量北天777 顆恆星的位置。
約翰．佛蘭斯蒂德以觀測精確著稱，第谷自然成為心中至高的偶像。
22 歲的哈雷竟被凡事嚴謹的約翰．佛蘭斯蒂德毫不吝嗇地譽為「南天第谷」，天文才華可想而知。之後，哈雷更接續佛蘭斯蒂德的職務，成為第二任皇家格林威治天文台台長。
◆與牛頓交往
從1680 年起，哈雷對克卜勒的行星運動定律產生疑問，詢問過多位皇家學會的會員，卻無人能解答。1684 年8 月，哈雷帶著困惑前往劍橋向牛頓請益。
牛頓告訴哈雷：「我在幾年前就已經知道答案了，行星運動是橢圓軌道，只是沒有發表而已。」
哈雷和牛頓開始在學術上有密切的交流。哈雷建議牛頓將研究成果擴充並出版成書，牛頓也感染到哈雷的熱情，便著手寫作，書名為《自然哲學的數學原理》（Philosophia Naturalis Principia Mathematica ）。出版初期，皇家學會同意贊助資金印發。
此書由哈雷親自編輯、校對和撰寫序言。然而，就在萬事俱備之時，皇家學會卻認為該書賣不出去，會讓學會承受太大的經濟損失，拒絕承擔印刷費用。於是，哈雷自掏腰包出版本書。為了讓更多人接受、閱讀該書，哈雷寫信給當時的國王，深入淺出地介紹書內所包含的豐富知識。
該書隨後於1687 年出版，並成為牛頓最著名的著作。哈雷接著便以牛頓的萬有引力定律來研究彗星。
◆哈雷彗星
在牛頓的名著《自然哲學的數學原理》一書中，提出假設：有些彗星具備封閉性軌道，即指該彗星會有規律地重複出現。
哈雷為了驗證牛頓的這個假設，從1695 年起，開始收集過去的觀測記錄，運用牛頓運動定律加以分析，發現確實有幾年所觀測到的彗星軌道非常相似，應該是同一個彗星。
1705 年，哈雷根據這些數據推測並預言：該彗星將於1758 年再度出現。
事實證明，哈雷說對了！ 1758 年的耶誕節，那顆彗星再次出現在世人眼前。後來，這顆富有傳奇色彩的彗星，便以哈雷的名字命名，稱為「哈雷彗星」。
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彗星
彗星，指進入太陽系內，亮度和形狀會隨日距變化而改變的繞日運動天體。彗星物質蒸發，在冰核周圍形成朦朧的彗髮和一條稀薄物質流構成的彗尾。由於太陽風的壓力，彗尾總指向背離太陽的方向。
◆哈雷和電磁學
哈雷曾試圖以假定四個固定的磁極來解釋磁的變化。因為這個假定不能說明事實，他又設想地球是由兩個同心磁球殼組成，這兩個磁球殼的極位於不同的地點，並跟地理極不一致，內部的磁球殼還在緩慢地轉動。