1、1,第一章 中國古代物理學,一. 中國古代的物質(zhì)觀 二. 中國古代的力學知識 三. 中國古代的熱學知識 四. 中國古代的光學知識 五. 中國古代的電磁學知識 六. 中國古代的聲學知識 七. 中國古代物理學的特點,2,思考題: 中國古代有哪些突出的物理學成就?有哪些重要的物理學家? 沈括有哪些科學貢獻? 中國古代物理學發(fā)展的特點是什么? 簡述近代物理學未能在中國誕生的原因。,3,對中國古代物理學的認識：,1. 對物理現(xiàn)象有比較深刻的認識并得以應用； 對自然現(xiàn)象的認識達到極高度抽象的理論層次； 3. 對其認識受限于所能掌握的史料之豐富程度。,隨時間的推移、研究的進步、新發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)，人們對中國古代物

2、理知識的認識難免還會發(fā)生變化。,4,關(guān)于物質(zhì)的構(gòu)成，中國古代有多種說法， 如 “ 五行說 ”，“八卦說”，“元氣說”以及墨家提出的“原子論”。,“五行說” 這一學說始于夏朝，流行于商朝，到了西周發(fā)展為“五行元素說”。它不僅具有樸素的元素概念，并具有物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的觀念。,春秋時代，五行相生相克的學說,這種關(guān)系深刻地揭示了組成世界的五種基本物質(zhì)元素在相互轉(zhuǎn)化的復雜變換過程中，生成和消失的速率是受控的，在量上是互補的，因而元素的種類和總量不增不減，物質(zhì)守恒。,一. 中國古代的物質(zhì)觀,5,“陰陽八卦”說 這一學說起源于殷周之際，實際上也是一種原始的元素論。它從人們生活經(jīng)常接觸的自然界中選取了八種東西作

3、為說明世界上其他多種東西的根源。,所謂八卦，即用八種符號來表示八種自然現(xiàn)象，而這八卦是由陽爻（音挑yao）用“”表示和陰爻用“- -”表示，陽爻和陰爻排列為八卦，再由八卦排列為卦。八卦分別是乾、坤、震、巽（xun）、坎、離、艮、兌等，它們分別表示天、地、雷、風、水、火、山、澤。世界就是在陰陽兩種對抗物質(zhì)勢力運動推動下孳生著。發(fā)展著。這是一種十分樸素的萬物生成的唯物主義觀念。,6,7,玻爾族徽,8,“元氣說” ：,氣是充滿整個宇宙 客觀存在的物質(zhì)，是萬物本原。 王充在論衡中說：“天地，含氣之自然也?！闭摵?談天，“天地合氣，萬物自生”論衡 自然。,氣有聚散兩態(tài)，太虛為氣，氣形轉(zhuǎn)化 黃帝內(nèi)經(jīng)素問：

4、“地氣上為云，天氣下為雨” ； 左傳昭公元年：“氣有六，陰、陽、風、雨、晦、明”,氣分陰陽，永遠處于運動變化之中 陰陽二氣的相互作用、相互感應，構(gòu)成了天地萬物存在與變化的多樣性，天地萬物變化的實質(zhì)即氣的運動變化。張載正蒙：“氣有陰陽，屈伸相感之無窮”。,物質(zhì)不滅思想 王夫之張子正蒙注太和： “聚散變化，而氣本體不為之損益?！?；“車薪之火，一烈而盡，而為焰，為煙，為燼，木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見者?！保?9,元氣說的局限、以太和場,元氣學說注重物質(zhì)連續(xù)與不連續(xù)的相互統(tǒng)一，強調(diào)事物間的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化。符合自然界的真實變化，與自然本性更接近。但元氣說終究是一種思辯理論，沒

5、有實驗、數(shù)學等科學方法的配合，長期停留在推測、玄想階段，致使中國沒有走上誕生近代科學的道路。,1644年，笛卡兒提出以太旋渦理論，以解釋原子間的虛空問題和超距作用。后經(jīng)美國傳教士丁韙良的考證，他認為，笛卡兒的以太論可能來源于張載的元氣論。,李約瑟認為：“元氣，像現(xiàn)代人心目中以太波或輻射線。” (JoscphNeedham:ScienceandCivilisationinChinaJ.Cambridge press,Vol.,1962.472）,何祚庥先生則認為氣“與其說是接近于以太，不如說更接近于現(xiàn)代科學所說的場”，“元氣學說是現(xiàn)代量子場論的濫觴（lan shang:事物的起源) ”。 （楊仲

6、耆，申先甲：物理學思想史，湖南教育出版社）,評價：,10,二.中國古代的力學知識,力學知識起源于古代人對自然現(xiàn)象的觀察和生產(chǎn)勞動中的實踐經(jīng)驗，并逐步發(fā)展為生產(chǎn)技術(shù)和初步的自然哲理，這在東西方古代都是如此。,1.物理計量：時間計量、度量衡 2.時間、空間、運動： 空間和時間 運動與靜止 運動的相對性 3.對力的認識： 4.力學知識的應用,11,時間計量 a.干支紀法：春秋時魯隱公三年（前722）二月己巳日至清宣統(tǒng)年（1911）。“干支”是“天干”和“地支”的合稱。 天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。 地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍（x)、亥。 天干和地支相互組

7、合成“六十干支”：甲子、乙丑、癸酉、甲戊、乙亥癸亥。共個組合，也稱“六十甲子”，周而復始，不斷循環(huán)。 b.十二時辰記時法：子時：231時，丑時：13時，,亥時：2123時。,物理計量,12,表1-1 十二時辰與24小時紀日法的對應關(guān)系,13,測時儀器： a.圭表由圭和表垂直構(gòu)成。利用太陽投影指示時間的儀器。,日晷：,星晷,月晷,14,b.漏壺： 漏壺有兩種形式：瀉水型和受水型。,隋制上說：“周禮挈壺氏，其法總以百刻，分以晝夜，冬至晝漏四十刻，夜漏六十刻，夏至晝漏六十刻，夜漏四十刻；春秋二分晝夜，各五十刻。”,15,c.機械記時：東漢時期張衡117年發(fā)明渾天儀，用于測定天體位置，一天轉(zhuǎn)一周。后經(jīng)

8、唐宋發(fā)展，成為世界上最早的天文鐘。,16,度量衡：度-長度 量-容量 衡-重量 a.計量單位：漢書律歷志詳細記載： 長度單位：引、丈、尺、寸、分，十進制； 容量單位：斛（h)、斗、升、合、龠（yu），十進制。 重量單位：石、鈞、斤、兩、銖，非十進制。,長度：孔子家語記載：“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋” 孫子算經(jīng)：“度之所起，起與忽。蠶吐絲為忽。十忽為一絲，十絲為一毫，十毫為一厘，十厘為一分?！?。 漢書律歷志記載：“度本起黃鐘之長。九十分黃鐘之長，一為一分，十分為寸，十寸為尺，十尺為丈，十丈為引”。,容量：一手所盛為“溢”,二手合盛為“掬”,“掬四謂之豆” 公元211年，秦始皇統(tǒng)一中國后，在商

9、鞅變法的基礎(chǔ)上對度量衡進行了統(tǒng)一，制發(fā)了一大批度量衡標準器，意義重大。,17,b.計量器具： 長度量具：最早商代的牙尺，等于現(xiàn)在的16.95cm；戰(zhàn)國的銅尺，合現(xiàn)在的23.0cm；公元年，新莽時期的銅卡尺，長度14.22cm，分固定尺和活動尺兩部分，相當于現(xiàn)在的游標卡尺。另外還有唐朝鏤牙尺（0.3m)、鎏金雕花銅尺、木尺、黃鐘玉尺等。 遠距離長度計量：唐宋時的丈桿、測繩、步車，特別是記里鼓車利用車輪的轉(zhuǎn)動，間接而自動的記錄車行里數(shù)。 容量量具：斛、斗、升、合、龠（yu）。 重量量具：古人稱之為衡，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、桿秤。權(quán)就是砝碼或秤砣。1954年在湖南長沙戰(zhàn)國楚墓出土了我國

10、最早的等臂天平和砝碼，天平為木桿，桿端有兩盤，還有以兩為單位的九個砝碼。,18,2.時間、空間和運動 時間與空間,宋代朱熹： “四方上下曰宇，往古今來曰宙。無一物似宇樣大，四方去無極，上下去無極，是多少大？無一物似宙樣長，亙古亙今，往來不窮?！?空間為宇，時間為宙。,戰(zhàn)國時魏國的尸佼尸子,“四方上下曰宇，往古今來曰宙。”,19,運動的相對性 呂氏春秋：“刻舟求劍”故事； 隋書天文志：“乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游云以觀，日月常動而云不移”（晉代束皙x 262-301）。 抱樸子塞難：“見游云西行，而謂月之東馳”（晉代葛洪283-343） 春秋緯元命苞（漢代）：“天左旋，地右動”. 春秋緯

11、考靈曜（yo）“地恒動不止，而人不知，比如人在大舟中，閉牖（yu）而坐，舟行而人不覺”。比伽利略（1564-1642）相對性原理早一千多年。,運動與靜止 墨經(jīng)：“動，域徙也”“止，以久也”。這里以停止的意思?！斑呺H徙者，戶樞免瑟”指轉(zhuǎn)動；,20,3 對力的認識 （1）力的概念 墨經(jīng)：“力，刑之所以奮也”，這里刑即形，指物，奮即飛，動的意思。 王充論衡效力篇：“人有知學，則有力矣。文吏以理事為力，而儒 生以學問為力”，“舉重拔堅，壯士之力也”，“故 夫墾草殖谷，農(nóng)夫之力也”（東漢）。 西方，17世紀初弗蘭西斯培根提出：“知識就是力量”。,（3）杠桿原理 墨經(jīng)中對不等臂天平的論述：“衡，加重于其一

12、旁，必捶。權(quán)、重相若也，相衡。則本短標長，兩加焉，重相若，則標必下，標得權(quán)也?！?（2）外力與內(nèi)力 王充論衡：“古之多力者，身能負荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉不能離地。”,21,（4）.重心與平衡 西安半坡仰韶文化（距今50006000年前）遺址出土的吸水陶罐：口小、腹大、底尖，兩側(cè)耳環(huán)稍低于罐的重心。 西周及歷代的欹（q傾斜）器：又稱宥（yu,寬容）坐之器，形狀同上。,作用有二： 容器：荀子宥坐記載孔子觀魯桓公廟時所說“吾聞宥坐之器者，虛則欹，中則正，滿則覆”。 勸告之器：告戒人們行為和思想不可過或不及。 王充論衡：圓物投之于地，是隨遇平衡；方物及地，是穩(wěn)定平衡；而山中處危峭之大石則是不穩(wěn)

13、定平衡。,22,（5）浮力：曹沖稱象等。 （6）彈力：弓箭的制作等（東漢鄭玄127-200）。 （7）大氣壓力 西漢時期已利用虹吸管-渴烏，東漢時已廣泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。 關(guān)尹子：“瓶存二竅，以水實之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則水不降?！?唐代王冰素問：“虛管灌滿，捻上懸之，水固不瀉，；空瓶小口，頓灌不入，為氣不出而不能入也。” （8）慣性：春秋戰(zhàn)國時期的考工記中描述：“馬力既竭，軸猶能一取焉”,23,4 力學知識應用 尖劈、轆轤、滑輪、水轉(zhuǎn)筒車、水轉(zhuǎn)連磨、水碓（du 舂米用具）、水排鼓風機（公元31年東漢南陽太守杜詩發(fā)明）、被中香爐、記里鼓車、水運渾象儀等。

14、古代建筑學上力學的應用：如隋代李春建造的趙周橋，是我國古代留傳至今最古老、跨度最大、弧度最淺的石拱橋，距今已1300年； 公元1056年建造的遼代山西應縣木塔，是世界上現(xiàn)存的最高的古代木構(gòu)建筑，高67.31米，經(jīng)受近一個世紀的風雪襲擊，12次六級以上地震，至今安然屹立。 宋代建筑師喻皓曾在開封建“開寶寺塔”斜塔：“塔初成，望之不正，而勢傾西北。人怪而問之。皓曰：京師地平無山，而多西北風，吹之不百年當正也?！睔w田錄。 明代的北京故宮群等等。,24,公元前316年，蜀守李冰修建都江堰，“正面取水，側(cè)面排沙”，其飛沙堰工程巧妙地利用了彎道環(huán)流，說明當時測河水流量、了解泥沙規(guī)律等水力學知識及水利工程已

15、有相當?shù)乃剑啥计皆Ф嗄陙硎冀K受益。,25,被中香爐是中國古代盛香料熏被褥的球形小爐。它的球形外殼和位于中心的半球形爐體之間有兩層或三層同心圓環(huán)。爐體、內(nèi)環(huán)、外環(huán)和外殼內(nèi)壁的支承軸線依次互相垂直。爐體由于重力作用，不論球如何滾轉(zhuǎn)，爐口總是保持水平狀態(tài)。,26,總的來說，我國古代力學知識與古代精湛的工藝技術(shù)往往密不可分，但各時期對技術(shù)知識的整理匯集、研究提高、保存流傳都未受到重視，致使技術(shù)特別是科技理論不能代替人力形成明顯的生產(chǎn)力，科舉八股把教育與知識分子的注意力引到文字游戲或仕途官場上。一方面是大量生產(chǎn)知識與技術(shù)積累而又散失，缺乏系統(tǒng)整理，一方面是經(jīng)驗性的定性的力學概念始終帶有思辨色彩（

16、如“氣”、“道”、“理”），缺乏數(shù)學的定量引用和系統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)，因此經(jīng)典力學理論只能等待西方傳入。,27,1.火的利用 我國170萬年前的元謀人已開始用火； 6000多年前的半坡人已經(jīng)用火燒制陶器； 古人取火的三種方法： 摩擦、打擊：鉆木取火、火鐮和火石取火等； 用銅制的凹面鏡：即陽燧取火； 用硫磺摩擦取火：和19世紀歐洲發(fā)明的火柴 （洋火）相似。,三. 中國古代的熱學知識 我國古代的熱學知識大部分是生活和生產(chǎn)經(jīng)驗的總結(jié)。至今所知的古籍中對熱的研究記載較少，還有待于進一步發(fā)掘。,28,2.對熱現(xiàn)象和熱本質(zhì)的認識 溫度、濕度極其測量 B.C.2000年，已有氣溫反常的記載 以感覺分級：冰、寒、涼

17、、溫、熱。掌握了冰點和人或動物體溫這兩個較恒定的溫度標準。 淮南子：“睹瓶中之水而知天下之寒暑?！?濕度：淮南子：“琴弦緩，天且雨”“風雨之變，可以音律知之”，即現(xiàn)在毛發(fā)濕度計的原理.,“火候”：在燒制陶器和冶煉金屬的過程中，通過對“火候”的觀察，來定性的判斷溫度的高低。考工記記載了青銅冶煉時火色與溫度的關(guān)系：“凡鑄金之狀，金與錫。黑濁之氣竭，黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也?！奔串敗盃t火純青”時，爐溫達到1200度 左右，雜質(zhì)揮發(fā)，銅錫融合，可以用來澆鑄了?；鹕珜嶋H為物質(zhì)原子的發(fā)射光譜及其強度的表現(xiàn)。,29,熱的傳播 兩周時期已經(jīng)掌握降溫、控溫和升溫技術(shù) 冰鑒

18、：溫酒器具殷周時期即有用青銅器制造的溫酒器具，并用“冰室”冷藏食物：隨縣曾侯乙墓出土的戰(zhàn)國時期的“冰鑒”，外面是一個大方鑒，里面是方尊缶。即內(nèi)容器盛酒，外容器盛熱水或冰。,溫度與距離得關(guān)系：王充：“夫近水則寒，近火則溫，遠之漸微。何則？氣之所加遠近有差也?！?伊陽古瓶：保溫器具，南宋洪邁夷堅甲志：“張虞卿者得古瓶于土中，置書室養(yǎng)花。方冬極寒，一夕忘去水，意為冰裂，明日視之，凡他物有水者皆凍，獨此瓶不然。異之，試之以湯，終日不冷。惜后為醉仆觸碎，視其中，夾底厚二寸?！?30,熱脹冷縮與熱應力 熱脹冷縮；增大熱應力：在公元前250年都江堰水利工程中的應用記載：“大灘江中，其崖嶄峻不可鑿，乃積薪燒之

19、?！边@種增大熱應力開鑿巨石的記載很多。,熱的本性 五行說：熱（火）是構(gòu)成物質(zhì)的一種元素； 元氣說：熱這種物質(zhì)的本原仍是氣。,物態(tài)的變化 漢代董仲舒在雨雹對到蒸發(fā)、液化、凝固三態(tài)的變化。對水的三態(tài)冰、水、和汽的認識就更早； 王充在論衡中記載了對雨、露、霜、雪等的認識：云雨不是天上固有的，而是從地面上蒸發(fā)上去的，雨露霜雪雖形式不同，但都是由水冷凝而成，只是形成溫度不同。 北魏時期齊民要術(shù)中有“放火作熨”，即深秋傍晚在田地里燒柴草，使煙氣彌漫，防止霜凍。現(xiàn)在仍為農(nóng)村沿用。,31,3 熱能利用與熱功 碳：4000年前已有用碳的記載； 煤和石油：公元前2世紀已開始用煤，山海經(jīng)水經(jīng)注中都有記載，煤被成為石

20、涅、石墨、石碳等；石油的記載最早見于漢書地理志，被稱為洧（wi）水。 高溫技術(shù)：殷商時期在高溫冶煉鑄造技術(shù)方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、戰(zhàn)國的銅尊盤、秦始皇陵的大型銅馬車等。春秋末期制造的白口鐵和中碳鋼劍，表明當時的冶煉已達到1300的高溫。 松脂燈：利用熱氣上升的原理，用于軍事信號； 熱氣球：14世紀初元朝仁宗登基時在元大都（北京）升 起世界上第一個熱氣球。 走馬燈：利用冷熱空氣對流帶動紙輪旋轉(zhuǎn)。,32,商周的青銅器,高溫冶煉技術(shù),33,秦始皇陵的大型銅馬車,34,4 火藥與火箭的發(fā)明 火藥：四大發(fā)明之一。 火藥玩具：火器，煙花等。 火箭：宋代的管形火器“突火槍”。 元代

21、的銅炮； 明代的多種多發(fā)火箭：火弩流星箭（同時發(fā) 射10只箭）；一窩蜂箭（32只箭）；百虎齊奔箭 （100只）；飛空震天雷和神火飛鴉（雛形飛彈） 火龍出水（二級火箭）等。 萬虎：明代官員，是“第一個企圖利用火箭飛行的人。他用47只最大的火箭綁在椅子背后，手拿兩個大風箏，想借助火箭的推力和風箏上升的力量飛向空中。1970年國際天文學會為了紀念他，把月球背面的一個環(huán)行山命名為“萬虎環(huán)行山”。,35,明武備志記載:“水戰(zhàn)，可離水三、四尺燃火，即飛出水面二、三里去遠，如火龍出于江面，筒藥將完，腹內(nèi)火箭飛出，人船俱焚。”發(fā)展了二級火箭裝置。,啟 明 之 光: 一. 中 國 古 代 的 物 理 學 萌 芽

22、,火 炮 圖,36,37,四. 中國古代的光學知識,我國古代對光的認識是和生產(chǎn)、生活實踐緊密相連的。它起源于火的獲得和光源的利用，以光學器具的 發(fā)明、制造及應用為前提條件。根據(jù)籍記載，我國古代對光的認識大多集中在光 的直線傳播、光的反射、大氣光學、成像理論等多個方面。,墨經(jīng)是世界上最早的載有比較完整幾何光學內(nèi)容的著作,（1）景不徙，說在必為。 （2）景二，說在重。 （3）景倒，在午有端，與景長，說在端。 （4）景迎日，說在摶。 （5）景之小大，說在柂（斜）遠近。 （6）臨鑒而立，景倒。多而若少，說在寡區(qū)。 （7）鑒洼，景一小而易，一大而正，說在中之外內(nèi)。 （8）鑒團，景一。,38,(1) 對光

23、的直線傳播的認識 春秋戰(zhàn)國時墨經(jīng)：“景倒，在午有端，與景長，說在端?！薄熬埃庵?，煦若射，下者之人也高 ；高者之人也下，足蔽下光，故成景于上，首蔽上光，故成景于下”。指出小孔成倒像的根本原因是光的“煦若射”，以“射”來比喻光線徑直向、疾速似箭遠及他處的特征動而準確。,宋代，沈括夢溪筆談中描寫了他做過的一個實驗， “若鳶飛空中，其影隨鳶而移，或中間為窗所束，則影與鳶遂相違，鳶東則影西，鳶西則影東，又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂”。進一步用物動影移說明因光線的直進“為窗所束”而形成倒像。,39,(2) 對視覺和顏色的認識,視覺在墨經(jīng)中已有記載：“目以火見”。已明確表示人眼依賴光照才能

24、看見東西。 呂氏春秋任數(shù)篇明確地指出：“目之見也借于昭”。 禮記仲尼燕居中也記載 ：“譬如終夜有求于幽室之中，非燭何見 ? ” 東漢潛夫論中更進一步明確指出：“夫目之視，非能有光也，必因乎日月火炎而后光存焉”。 以上記載均明確指出人眼能看到東西的 條件必須是光照，尤其值得注意的是認為：光不是從眼睛里發(fā)出來的，而是從日、月、火焰等光源產(chǎn)生的。這種對視覺的認識是樸素、明確、比較深刻的。,40,(3) 光的反射和反射鏡的利用,我國古代由于金屬冶煉技術(shù)的發(fā)展，銅鏡在公元前 2000 年夏初的齊家文化時期已經(jīng)出現(xiàn)。后 來隨著技術(shù)的發(fā)展，古鏡制作技術(shù)逐漸提高，應用范圍逐擴大，種類也逐漸增多，出現(xiàn)了各 種平

25、面鏡、凹面鏡和凸面鏡，甚至還制造出被國外稱為魔鏡的“透光鏡”。,宋代科學家沈括在夢溪筆談中對“透光鏡”的原理進行了分析：“世有透光鑒，鑒背有銘文，凡二十字，字極古，莫能讀。以鑒承日光，則背文（紋）及二十字，皆透在屋壁上，了了分明。人有原其理，以謂鑄時薄處先冷，唯背文上差厚，后冷而銅縮多。文雖在背，而鑒面隱然有跡，所以于光中現(xiàn)。予觀之，理誠如是?！?41,(4) 對大氣光學現(xiàn)象的探討,大氣光學現(xiàn)象是我國古代光學最有成效的領(lǐng)域之一，早在周代由于占卜的需要，已建立了官 方的觀測機構(gòu)，雖然他們的工作蒙上了一層神秘的色彩，但是對暈、虹、海市蜃樓、北極光 等大氣光學現(xiàn)象的觀測與記載是長期、系統(tǒng)而又深入細致

26、的，世所罕見。,(5) 關(guān)于成影現(xiàn)象的認識,日常生活中，在光線照射下，影隨時隨處可以見到，它引起古人們的注意，并探究其形成的規(guī) 律。立竿見影是我國古代最早被注意的問題，后來用此方法測影定向，并應用于確定墓穴和建筑 物的方位上。這套方法在周代已發(fā)展很精密。,42,我國古代對光的認識除以上所述外，還有其他一些方面，如折射現(xiàn)象；天然晶體的色散；明清時期，光學從西方傳入后，還有了光學儀器的制作等等，但這些認識是零散的，定性的， 絕大多數(shù)都只停留在對光學現(xiàn)象的描寫和記載上。,蝴蝶杯（“酒滿蝶顯，酒干蝶隱” ）,43,值得提出的是宋末元初的趙友欽 (13 世紀中葉至14世紀初葉 ) ，在革象新書的“小罅光

27、景”中，描寫了一個大型光學實驗，在地面下挖了兩個圓阱，圓阱上可加放中心開有大小、形狀不同孔的圓板蓋。通過它 可進行只有一個條件不同的對比實驗，對小孔 ( 大小和形狀 ) 、光源 ( 形狀和強度 ) 、像 ( 形狀 和亮度 ) 、物距、像距之間的關(guān)系進行研究。將兩塊圓板上各插 1000 多支蠟燭，放在阱底或 桌 面上作為該實驗的光源。通過實驗確認了光直線進行的性質(zhì)，定性地顯示了像的明亮程度與光源強度之間的關(guān)系，并涉及光的照度和成像理論。他所采用的大型實驗方法很有特色，是我國歷史上記載的規(guī)模最大的實驗。,44,五. 中國古代的電磁學知識,王充在論衡雷虛篇中寫道：“云雨至則雷電擊”，明確地提出云與雷

28、電之間的關(guān)系。 明代張居正（15251582）關(guān)于球形閃電的記載最為精彩，詳細地記述了閃電火球大小、形狀、顏色、出現(xiàn)的時間等，留下了可靠而寶貴的文字資料。,(一) 中國古代的電學知識,雷電的成因：淮南子墜形訓 “陰陽相薄為雷，激揚為電”，即雷電是陰陽兩氣對立的產(chǎn)物。 明代劉基（13111375）：“雷者，天氣之郁而激發(fā)也。陽氣困于陰，必迫，迫極而迸，迸而聲為雷，光為電”。,中國古代對電磁現(xiàn)象多以元氣說予以解釋。,45,尖端放電漢書西域記中就有“矛端生火”，晉代搜神記中也有相同記述：“戟鋒皆有火光，遙望如懸燭”。 避雷針的具體應用：古塔的尖頂多涂金屬膜或鎏金，高大建筑物的瓦飾制成動物形狀且沖天裝

29、設(shè)。,雷電對不同物質(zhì)的作用:南齊書：“雷震會稽山陰恒山保林寺，剎上四破，電火燒塔下佛面，而窗戶不異也”。,沈括在夢溪筆談：“內(nèi)侍李舜舉家，曾為暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗間出，赫然出檐。人以為堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然。墻壁窗紙皆黔。有一木格，其中雜貯諸器，其漆器銀者，銀悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一寶刀，極堅鋼（剛），就刀室中熔為汁，而室亦儼然。人必謂火當先焚草木，然后流金石。今乃金石皆鑠，而草木無一毀者，非人情所測也?！?46,摩擦起電現(xiàn)象春秋緯中就載有“瑇瑁（玳瑁）吸衤若（細小物體）”。論衡中也有“頓牟掇芥”，這里的頓牟也是指玳瑁。三國時的虞翻，少年時曾聽說“琥珀不取腐芥”。

30、,西晉張華（232300）：“今人梳頭，脫著衣時，有隨梳、解結(jié)有光者，亦有咤聲”。唐代段成式：“貓黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。 摩擦起電具體應用：據(jù)宋代的張邦基墨莊漫錄記載： “皇宮中每幸諸閣，擲龍腦以辟（避）穢。過則以翠羽掃之，皆聚，無有遺者”。,近代電學正是在對雷電及摩擦起電的大量記載和認識的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，我國古代學者對電的研究，大大地豐富了人們對電的認識。,47,(二) 中國古代對磁的認識,磁石應用事例:淮南萬畢術(shù)（西漢劉安）“取雞血與針磨搗之，以和磁石，用涂棋頭，曝干之，置局上則相拒不休”水經(jīng)注：有秦始皇用磁石建造阿房宮北闕門，“有隱甲懷刃人門”者就會被查出的記載。,（1） 磁

31、石的吸鐵性及其應用 磁石吸鐵性記載：呂氏春秋“慈石召鐵，或引之也”。管子 地數(shù)篇“上有丹砂者，下有黃金；上有慈石者，其下有銅金”的記載;淮南子“慈石能吸鐵，及其于銅則不通矣”，“慈石之能連鐵也，而求其引瓦，則難矣”。,晉書馬隆傳記載：或夾道累磁石，賊負鐵鎧，行不得前，隆卒悉被犀甲，無所留礙，賊咸以為神。,漢代神農(nóng)本草經(jīng)“慈石，味辛寒，主周痹風濕，肢節(jié)中痛，不可持物，洗洗酸消”；李時珍本草綱目“慈石三十兩，白石英二十兩，摜碎翁盛，水二斗浸于露地，每日取水作粥食，經(jīng)年氣力強盛，顏如童子”古代，史記中有用“五石散”內(nèi)服治病的記載，磁石就是五石之一。,48,（2） 磁石的指向性及其應用 鬼谷子中有“鄭

32、子取玉，必載司南，為其不惑也”的記載。稍后的韓非子中有“故先王立司南，以端朝夕”的記載。東漢王充在論衡中記有“司南之杓（勺子），投之于地（中央光滑的地盤），其柢（勺的長柄）指南”。,北宋時武經(jīng)總要（1044年）記載了指南魚的使用及其制作方法，極為清晰地論述了熱退磁現(xiàn)象的應用。,49,我國古籍中關(guān)于指南針的最早記載，始見于沈括的夢溪筆談。該書介紹了指南針的四種用法：水法，用指南針穿過燈芯草而浮于水面；指法，將指南針擱在指甲上；碗法，將指南針放在碗沿；絲懸法，將獨股蠶絲用蠟粘于針腰處，在無風處懸掛。磁針的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南針的出現(xiàn)，沈括最先發(fā)現(xiàn)了磁偏現(xiàn)象，“常微偏東，不全南也”

33、。,南宋時，陳元靚在事林廣記中記述了將指南龜支在釘尖上。由水浮改為支撐，對于指南儀器這是在結(jié)構(gòu)上的一次較大改進，為將指南針用于航海提供了方便條件。,指南針用于航海的記錄，最早見于宋代朱彧的萍洲可談：“舟師識地理，夜則觀星，晝則觀日，陰晦觀指南針”。以后，關(guān)于指南針的記載極豐。到了明代，遂有鄭和下西洋，遠洋航行到非洲東海岸之壯舉。西方“關(guān)于指南針航海的記載，是在1207年英國納肯（A. Neckam，11571217）的論器具中。,50,鄭復光對地磁現(xiàn)象的解釋,鄭復光費隱與知錄中提出了“羅針偏東由于地脈”的地脈說。,“鐵能指南，何以中國偏東而西洋人又謂在大浪山東則指西，在大浪山西則指東。惟正在大

34、浪山則指南，其說信乎？” “西說既非身親姑可不論，而中國偏東，京都五度、金陵三度，既見諸書確然無疑。而偏則各地不同。從儀象志圖悟得各順其地脈也。地脈根兩極南北，如植物出土皆指天頂，但不能稍曲焉。又地脈之根止有地心一線其處最直，而漸及地面不無稍曲。針為地脈牽掣故偏亦甚微”,(1）明確賦予了地脈以確切的物理的力學的性能。 (2）地脈是可以超越大地之體而在地球附近空間中存在的。 (3）將地脈抽象為無數(shù)曲線組成的曲線族。 地脈就是就是根于地球兩極而在地球的體內(nèi)體外都存在的封閉的曲線族，而這些曲線又能對磁針施以力的作用。,51,李約瑟評價：“中國人在這方面是如此地領(lǐng)先于西方人，以至于我們差不多可以冒險猜

35、測：如果社會條件有利于現(xiàn)代科學的發(fā)展，中國人可能已經(jīng)首先通過磁學和電學的研究，先期轉(zhuǎn)到場物理，而不必通過撞球式的階段了。假如文藝復興發(fā)生在中國而不是歐洲，整個文明的次序也許會完全不同。”,假設(shè)成立還欠缺兩個條件： 1）要有大量實驗研究； 2）需要極富數(shù)學功力，能看出場論隱含的數(shù)學結(jié)構(gòu)、又具備牛頓那樣高度綜合歸納能力的物理大師。 而這兩點，總體上看恰恰是中國文化中比較欠缺而且相互間結(jié)合得非常不夠的。因此這一推測要變成現(xiàn)實，不僅需要適當?shù)耐獠凯h(huán)境，從科學內(nèi)部看，也存在巨大的障礙。,52,（3） 其他與磁有關(guān)的自然現(xiàn)象,我國自公元前2000年到公元1751年，有關(guān)極光的記載達474次。在公元110世

36、紀的180余次記載中，有確切日期的達140次之多。在西方最早記載極光的，當推亞里士多德，他稱極光為“天上的裂縫”?！皹O光”這一名稱，始于法國哲學家伽桑迪。,太陽黑子也是一種磁現(xiàn)象。自公元前165年1643年（明崇禎十六年）史書中觀測黑子的記錄為127次。這些古代觀測資料為今人研究太陽活動提供了極為珍貴、翔實可靠的資料。,遺憾的是，中國古代關(guān)于磁的認識盡管極為豐富，但關(guān)于磁現(xiàn)象的本質(zhì)及解釋，往往又是含糊的，缺乏深入細致的研究。就連被稱作“中國科學史上的坐標”的沈括，對磁現(xiàn)象也認為，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我國歷史上，一直未能產(chǎn)生可與英國吉爾伯特論磁比美的著作。,53,六. 中國古代的

37、聲學知識,在中國古代物理學中，聲學的成就可以說是一技獨秀，有特別加以記述的必要。,（1）樂器制作與樂律理論,中國古代音樂是世界文明中的一個寶庫。河南舞陽縣賈湖村的骨笛，是公元前5000前6000年新石器時代的遺物，這是迄今發(fā)現(xiàn)的世界上最早的樂器。,西周時期，見于詩經(jīng)記載的樂器就有29種，其中頻率固定的打擊樂器有鼓、馨、鐘、鈴、（革兆）（搖鼓）等，調(diào)頻彈撥樂器有琴、瑟，管類樂器有簫、管、塤、笙等。,1979年在湖北隋縣的戰(zhàn)國曾侯乙墓出土了公元前443年的編鐘，一套共65件，總重2500余斤，總音域跨五個八度， 12個半音齊全，音色優(yōu)美，效果極佳，充分顯示了我國古代音樂、冶金和樂器制造水平之高超。

38、,54,十二律： 黃鐘、大呂、太簇、夾鐘、姑洗、仲呂、蕤賓、林鐘、夷則、南呂、無射、應鐘,55,（2）聲的傳播與發(fā)聲原理的探討,據(jù)北魏酈道元水經(jīng)注卷三十四江水記載：陳遵在造江陵金堤（公元512518）時，曾利用鼓聲推算高地的高度，可能是利用鼓聲的傳播速度推算的。這一記載很有意義。,對于發(fā)聲原理，東漢王充在論衡論死篇中先說明人的語言是由于“氣括口喉之中，動搖其舌，張合其口”而生的，然后推廣到“簫笙之管，猶人之口喉也，手弄其孔，猶人之動舌也”。,明宋應星具體考察了聲的發(fā)生的幾種情況：“沖”（“飛矢”），“界”（“躍鞭”），“振”（“彈弦”），“辟”（“裂繒”，即撕絲織品），“合”（鼓掌），“擊”（揮椎）。他認為發(fā)聲第一必須有氣：“氣而后有聲”，“氣本渾淪之物，分寸之間，亦具生聲之理，然而不能自生”；第二必須是“以形破氣”，“氣之一動”，“急沖急破，其聲方起”，例如“擊物”就是“氣隨所持之物而逼及于所擊之物有聲焉”（論氣氣聲）。,56,關(guān)于聲音發(fā)生與傳播更為深刻的見解是王充和宋應星指出的。王充在論衡變虛篇中將魚“動于水中，振旁側(cè)之水”與人的“操行”（行動）引起“氣應而變”加以對比。宋應星則明確提出“物之沖氣也，