榆中縣恩玲中學(xué)課題研究論文 高一十五班第五組專業(yè)：物理學(xué)生姓名：楊文浩、馬曉智、丁梓雪等指引教師：任德鑫完畢時間：2022年7月20日中國古代物理學(xué)奉獻古代中國的物理學(xué)奉獻 學(xué)校：榆中縣恩玲中學(xué)課題組：高一（15）班第5組組長：楊文浩成員：丁梓雪、石麗瓊、馬子超、馬曉智、王偉鑫、王亞婓、岳慧媛、裴小紅、吳霞、張清清、羅飛、楊凱麗、陳隆、金仁忠、強德珍指引教師：任德鑫研究時間：3月6月摘要： 物理，古人云“事物的道理”，為歷代大儒名宦所重。古代中國人不僅記述了許多物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了某些物理規(guī)律或定理，尚有飽含物理知識的詩詞歌賦傳世。 本文呈現(xiàn)了中國古代科學(xué)在物理學(xué)方面的概貌。中國古代物理學(xué)可與西方同一時期相比的有力學(xué)與光學(xué)兩個分支；在電磁學(xué)和熱學(xué)方面，中國獲得了遠勝于西方的成就；在聲學(xué)，特別是在樂律方面更是成績卓著。核心詞：中國、古代、物理學(xué)、奉獻 正文： 在古代，物理則與平常生活息息有關(guān)。根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)和社會形態(tài)以及科學(xué)著作誕生年代，選擇具有代表性的跟物理學(xué)有關(guān)的記載，簡介中國古代物理學(xué)發(fā)展概況.1、遠古到西周(公元前770年此前)人類從會用火到石器時代.又從石器時代過渡到青銅時代，西周時代手工業(yè)特別發(fā)達，浮現(xiàn)了“百工匠”；如造車輪的“輪匠”，造車軸的“軸匠”，造箭的“矢匠”等。在這些手工技術(shù)中有豐富的物理學(xué)知識，但人們沒有結(jié)識。2、奴隸社會向封建社會過渡期(公元前770年前2)此時期對物理學(xué)知識有了系統(tǒng)研究和論述，重要著作有:墨經(jīng)和考工記等.對力、熱、光等均有論述。2. 1力學(xué)方面墨經(jīng)最早對力下了定義：“力荊之因此奮也”.意思是力是使物體運動狀態(tài)變化的因素.墨經(jīng)第114. 116條對時間和空間最早作出了對的定義:“宇或徒，說在長宇久”；“行修以久，說在先后?！币馑际钦f物體位置變化是空間隨著時間自近而遠的持續(xù)增長?！澳?jīng)”還最早論述了“杠桿原理”和“浮體平衡原理”。論衡.狀留篇中的:“是故車行于陸， 船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾。" “任重，其進取疾速，難矣?！币饧丛谝欢ㄍ饬?條件下，較重的物體運動較慢，其開始運動和 加快運動也難。論衡中:“古之多力者、身 能負(fù)荷千鈞。手能決角伸鈞，使之自舉，不能 離地”。最早提出系統(tǒng)的內(nèi)力不能使物體運動的結(jié)論。2. 2熱學(xué)方面 考工記中：“凡鑄金之狀，金(銅)與錫；黑蝕之氣竭，黃白次之;黃白氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之.然后可鑄也?！笔菄鴥?nèi)最早對溫度的結(jié)識，這段大意是在熔煉金屬過程中，根據(jù)物體顏色判斷物體冷熱限度。論衡中:“云霧、雨之徽也，夏則為露， 冬則為霜，溫則為雨，寒則為雪，雨露凍凝者， 皆由地發(fā)，不從天降也。”的論述是世界上最早分析一年四季物態(tài)變化形成的因素。論稀 .寒溫篇中的論述:“夫近水則寒，近火則溫， 遠則漸微。何則?氣之所加，遠近有差也”。是 世界上最早對熱傳導(dǎo)的論述。 2. 3磁學(xué)方面春秋末期(約公元前5世紀(jì))管子·地數(shù)篇有：“山上有慈石，其下有銅金"。約公元前239年的呂氏春秋·精通中有：“慈石召鐵，或引之也”.這是世界上最早對磁現(xiàn)象的結(jié)識。2. 4光學(xué)方面論衡·率性篇中:“取火于天，五月丙 午日中之時，消煉五石(五石也許指石英石)。鑄覺得器，磨礪生光，仰以向日，則火來至?！?淮南萬畢術(shù)載道:削冰為圓，舉以向日，以 艾承其影，則火生”。以上闡明用透鏡聚光取火，即叫“陽隧”?；茨先f畢術(shù)中的“取大鏡高懸，盛水盆于其下，則見四鄰矣”記述了國內(nèi)最早創(chuàng)制的開管式潛望鏡。 墨經(jīng)著作中有八條對幾何光學(xué)的專門論述，這八條重要論述了:光的直進性和小孔成像，平面鏡反射及成像，球面鏡成像。小孔成像 2.5聲學(xué)方面 國內(nèi)古代很早就對共振現(xiàn)象有記述，公元前3世紀(jì)4世紀(jì)的莊子一書就記載了調(diào)瑟時發(fā)生的共振現(xiàn)象。這種基音與泛音共振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)比西方早得多，歐洲直到15世紀(jì)才由達·芬奇初次進行共振實驗。墨子·備穴篇還記述了共振現(xiàn)象的具體應(yīng)用：在城墻根下每隔幾米，挖一種坑，坑內(nèi)埋置容量為70升80升的陶甕，甕口蒙上皮革。若有敵人挖地道攻城，可以根據(jù)各陶甕聲響狀況，擬定敵人挖掘的位置和方向。3、從秦、漢到隋唐五代(公元前 2公元960年)這個時期制造了許多大型復(fù)雜機械：西漢初的指南車和記里鼓車；張衡(78年139年)的渾天儀和地動儀:畢嵐的“翻車”(即龍骨水車)和名為“渴烏”的虹吸管；(公元2世紀(jì))唐僧一行梁令瓏的水運渾儀。(公元725年)此時期重要科學(xué)代表著有：東漢王充(27年約79年)所著的論衡，東漢（25年220）年的淮南萬畢術(shù)。3. 1力學(xué)方面論衡.狀留篇中的：“是故車行于陸，船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾?！薄叭沃?，其進取疾速，難矣?！币饧丛谝欢ㄍ饬l件下，較重的物體運動較慢，其開始運動和加快運動也難。論衡中:“古之多力者、身能負(fù)荷千鈞.手能決角伸鈞，使之自舉，不能離地?！弊钤缣岢鱿到y(tǒng)的內(nèi)力不能使物體運動的結(jié)論。是世界上第一架測驗地震的儀器。中國東漢時期天文學(xué)家張衡于漢順帝陽嘉元年（132）制成，候風(fēng)地動儀用精銅制成，直徑2.7米，其外形像一種大型酒樽。地動儀里面有精致的構(gòu)造，重要為中間的都柱（相稱于一種倒立型的震擺）和它周邊的八道（裝置在擺的周邊的8組機械裝置）。在樽的外面相應(yīng)地設(shè)立8條口含小銅珠的龍，每個龍頭下面均有一只蟾蜍張口向上。如果發(fā)生較強的地震，都柱因受到震動而失去平衡，這樣就會觸動八道中的一道，使相應(yīng)的龍口張開，小銅珠即落入蟾蜍口中，由此便可懂得地震發(fā)生的時間和方向。據(jù)史料記載，候風(fēng)地動儀曾成功地記錄了138年發(fā)生在甘肅的一次強烈地震，從而證明了它的精確性和可靠性。 候風(fēng)地動儀公元初年，王莽變法改制，制作了一種銅卡尺。它長1422厘米，分固定尺和活動尺兩部分。尺的正面刻有寸、分等刻度。從原理、性能、用途看，這個游標(biāo)卡尺同現(xiàn)代的游標(biāo)卡尺十分相似，但它比西方科學(xué)家制成的游標(biāo)卡尺早1700近年。 銅卡尺公元4世紀(jì)前成書的西京雜記記載了長安工匠丁緩發(fā)明的被中香爐。當(dāng)將香爐中的檀香木塊點燃后，可以把香爐隨便放進被子里，不僅不會燒壞被子，連香爐灰也不會撒出來。奧妙在于爐內(nèi)有一種叫“常平架”的裝置，它由內(nèi)外兩個金屬環(huán)構(gòu)成，兩環(huán)用轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)，外環(huán)又通過另一轉(zhuǎn)軸與外架聯(lián)結(jié)。這種常平架裝置在近代航海磁羅經(jīng)、電羅經(jīng)上有廣泛應(yīng)用。歐洲直到16世紀(jì)才浮現(xiàn)常平架裝置，比中國晚了1600近年。3. 2感學(xué)方面淮南萬畢術(shù)道：“磁石柜茶”。闡明了人們已經(jīng)結(jié)識了磁石(磁極)之間存在著互相推斥力作用。論衡·是應(yīng)篇道：“司南之構(gòu)，投之于地，其抵指南?！比藗冎圃炝酥改厢?句狀司南)。東漢時期思想家王充寫的論衡書中“司南之杓，投之于地，其柢指南”的記載，考證并復(fù)原勺形的指南器具。磁石的南極（S極）磨成長柄，放在青銅制成的光滑如鏡的底盤上，再鑄上方向性的刻紋。這個磁勺在底盤上停止轉(zhuǎn)動時，勺柄指的方向就是正南，勺口指的方向就是正北，這就是老式上覺得的世界上最早的磁性指南儀器，叫做司南。其中，“司”就是“指”的意思。 3. 3熱學(xué)方面論衡中：“云霧、雨之徽也，夏則為露，冬則為霜，溫則為雨，寒則為雪，雨露凍凝者，皆由地發(fā)，不從天降也?！钡恼撌?，是世界上最早分析一年四季物態(tài)變化形成的因素。論稀·寒溫篇中的論述：“夫近水則寒，近火則溫，遠則漸微。何則?氣之所加，遠近有差也?！笔鞘澜缟献钤鐚醾鲗?dǎo)的論述。3. 4聲學(xué)方面論衡·變虛篇中:“令人操行變氣遠近，宜與魚等;氣應(yīng)而變，宜與水均?！币馑际侨说男袆?涉及說話)使其周邊的“氣”發(fā)生振動，并能向外傳播，猶如魚使水振動的水波同樣向外傳播。中國古代不僅很早就懂得共鳴現(xiàn)象，還掌握了消除共鳴的措施。唐代著作劉來賓嘉話錄記載了這方面的一種故事：洛陽某和尚的房里掛有一種磬，常常自鳴發(fā)聲，和尚因此驚憂成疾。一天朋友曹紹夔來訪，發(fā)現(xiàn)磬的自鳴是由寺院的鐘聲引起的，就用銼把磬銼磨了幾下，果然，鐘再響時磬不再自鳴了。3.5電學(xué)方面論衡中的“頓牟掇芥慈石級緘”。(頓牟；墟泊；芥；=種很輕草木；械；針；綴；吸引)；闡明人們已經(jīng)對電、磁有了相稱深刻的結(jié)識。3.6時空觀的先進性 在歐洲，人們對時間和空間的結(jié)識是割裂的，孤立的，直到20世紀(jì)初，相對論才把空間和時間科學(xué)地統(tǒng)一起來。但在中國古代，遠在先秦時期，不少哲人就把空間和時間聯(lián)系起來考慮。戰(zhàn)國時期成書的管子·宙合篇，把時間稱為“宙”，空間稱為“合”，其中說，“天地，萬物之橐，宙合又橐天地”，意思是說，萬物都包涵在天地之內(nèi)，而天地又包涵在時空的“宙合”之中。墨家對時空的結(jié)識又有了新發(fā)展，她們把空間稱為“宇”，涉及東南西北、四周八方的多種不同場合和方位，把時間稱為久，“宇久”就是現(xiàn)代的宇宙。4、宋、元時期(960年1369年)這個時期創(chuàng)制了大型機械和大型生產(chǎn)工具.撰寫出五本科學(xué)著作：北宋沈括(1031年1095年)著的夢溪筆談；北宋曾公亮(999年1078年)著的武經(jīng)總要；北宋李誡(1035 11)著的營造法式；北宋蘇頌(1011)、韓公廉(生卒年代不詳)著的新儀象法要；元代趙友欽(1279年1368年)著的革象新書，國內(nèi)四大發(fā)明中的三大發(fā)明火藥、指南針和活字印刷術(shù)也是這個時期產(chǎn)生的。4. 1力學(xué)方面營造法式一書，全書36卷，其中圖樣6卷，系統(tǒng)地總結(jié)了歷代建筑經(jīng)驗，有豐富的材料力學(xué)和建筑力學(xué)知識。新儀象法要一書中，記載了蘇頌和韓公廉在1092年創(chuàng)制一架大型水運儀象臺，即天文鐘，這臺機器應(yīng)用了諸多力學(xué)知識。營造法式書照4. 2磁學(xué)方面夢溪筆談第58條：“以磁石磨針鋒，則銳處指南，亦有指北者，恐石性不同”，這段話闡明當(dāng)時已發(fā)現(xiàn)了磁鐵有兩極；夢溪筆談第437記載的：“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！庇浭龅拇牌?，比西方發(fā)現(xiàn)地磁偏角早了四百近年。夢溪筆談中還簡介了指南針?biāo)姆N安裝法：水浮法；指甲法；碗唇法；懸絲法。4. 3光學(xué)方面夢溪筆談記述的：“陽艘向日照之.則光聚向內(nèi)，離鏡一二寸，光聚為一點，大如麻寂，著物則火發(fā)?！薄瓣柦∶嫱荩砸恢钙榷罩畡t正，漸遠則無所見，過此遂倒?！边@是說手指在鏡面與焦點之間處成正立像.在焦點處無像，在焦點以外成倒立像，闡明當(dāng)時對凸透鏡聚光及球面鏡成像已進行相稱成功的研究。宋末元初趙友欽用上千只熾光作為光源進行小孔成像的大型光學(xué)實驗，證明了光源大小、強度與小孔的大小、距離以及像的大小、亮度三者之間的關(guān)系.闡明了當(dāng)時物理學(xué)研究已經(jīng)進人實驗科學(xué)時代。4. 4聲學(xué)方面 夢溪筆談中：“欲知其應(yīng)者，先調(diào)其弦，先調(diào)其弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應(yīng)弦，則紙人躍，它弦即不動?！边@是沈括以紙游碼實驗證明了聲的共振現(xiàn)象，比英國的諾布爾所做的“紙游碼”實驗早5。5、明、清時期(1368年19)由于時代中葉后來，維護封建倫理的官方教育后來發(fā)展為“八股”的科舉取士制，嚴(yán)重阻礙科學(xué)技術(shù)發(fā)展，是國內(nèi)科學(xué)發(fā)展的落后時期.但是個別的有關(guān)物理學(xué)方面也有獨創(chuàng)發(fā)現(xiàn)：明代朱載育(1536年約16)發(fā)明的十二平均律，用以公比攀 Z的等比級數(shù)平均分派音律，成為近代平均音階的鼻祖；明末宋應(yīng)星(1587 - ?)的天工開物在論氣·氣聲是集發(fā)聲、傳播、接受為一體的一部系統(tǒng)的聲學(xué)大著。（參照文獻：西京雜記墨經(jīng)后漢書張衡列傳考工記夢溪筆談?wù)摵忭n非子易經(jīng)淮南萬畢術(shù)營造法式）