中國(guó)古代物理學(xué)貢獻(xiàn)【課題研究】

1、中國(guó)古代物理學(xué)貢獻(xiàn)【課題研 究】榆中縣恩玲中學(xué)課題研究論文高一-h五班第五組中國(guó)古代物理學(xué)貢獻(xiàn)專 業(yè)：物理學(xué)生姓名：楊文浩、馬曉智、丁梓雪等指導(dǎo)教師：任德鑫完成時(shí)間：2020年1月1日古代中國(guó)的物理學(xué)貢獻(xiàn)學(xué)校：榆中縣恩玲中學(xué)課題組：高一（15）班第5組組長(zhǎng)：楊文浩成員：丁梓雪、石麗瓊、馬子超、馬曉智、王偉鑫、王亞斐、岳慧媛、裴小紅、吳霞、張清清、羅飛、楊凱麗、陳隆、金仁忠、強(qiáng)德珍指導(dǎo)老師：任德鑫研究時(shí)間：2012年3月2012年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(guó)人不僅記述了許多物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了一些物理規(guī)律或定理，尚有飽含物理知識(shí)的詩(shī)詞歌賦傳世。 本文展現(xiàn)了中國(guó)古

2、代科學(xué)在物理學(xué)方面的概貌。中國(guó)古代物理學(xué)可與西方同一時(shí)期相比的有力學(xué)與光學(xué)兩個(gè)分支；在電磁學(xué)和熱學(xué)方面，中國(guó)取得了遠(yuǎn)勝于西方的成就；在聲學(xué)，特別是在樂(lè)律方面更是成績(jī)卓著。關(guān)鍵詞：中國(guó)、古代、物理學(xué)、貢獻(xiàn)正文：在古代，物理則與日常生活息息相關(guān)。依據(jù)生產(chǎn)技術(shù)和社會(huì)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，介紹中國(guó)古代物理學(xué)發(fā)展概況.1、遠(yuǎn)古到西周（公元前770年以前）人類從會(huì)用火到石器時(shí)代.又從石器時(shí)代過(guò)渡到青銅時(shí)代，西周時(shí)代手工業(yè)特別發(fā)達(dá)，出現(xiàn)了 “百工匠”;如造車輪的“輪匠”,造車軸的“軸匠”“矢匠”等。在這些手工技術(shù)中有豐富的物理學(xué)知識(shí)，但人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)。2、奴隸社會(huì)向封建

3、社會(huì)過(guò)渡期（公元前770年一前221年）此時(shí)期對(duì)物理學(xué)知識(shí)有了系統(tǒng)研究和論述，主要著作有 ：墨經(jīng)和考工 記等.對(duì)力、熱、光等都有論述。2. 1力學(xué)方面墨經(jīng)最早對(duì)力下了定義：“力荊之所以?shī)^也”.意思是力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因.墨經(jīng)第114. 116條對(duì)時(shí)間和空間最早作出了正確定義：“宇 或徒，說(shuō)在長(zhǎng)宇久”；“行修以久，說(shuō)在先后?！币馑际钦f(shuō)物體位置改變是空 問(wèn)隨著時(shí)間自近而遠(yuǎn)的持續(xù)增長(zhǎng)?！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。"進(jìn)任重，其進(jìn)取疾速，難矣。”意即在一定外力條件下，較重的物體運(yùn)動(dòng)

4、較慢，其開(kāi)始運(yùn)動(dòng)和加快運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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?！笔俏覈?guó)最早對(duì)溫度的認(rèn)識(shí)， 這段大意是在熔煉金屬過(guò)程中，根據(jù)物體顏色判斷物體冷熱程度。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?！钡恼撌鍪鞘澜缟献钤绶治鲆荒?四季物態(tài)變化形成的原因。論稀.寒溫篇中的論述：“夫近水則寒，近火則 溫，遠(yuǎn)則漸微。何則？氣之所加，遠(yuǎn)近有差

5、也”。是 世界上最早對(duì)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?cái)?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(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。2. 4光學(xué)方面論衡率性篇中：“取火于天，五月內(nèi) 午日中之時(shí)，消煉五石（五石可 能指石英石）。鑄以為器，磨礪生光，仰以向日，則火來(lái)至。”淮南萬(wàn)畢術(shù)載道：削冰為圓，舉以向日，以 艾承其影，則火生”。以上說(shuō)明用透鏡聚光取 火，即叫“陽(yáng)隧”?；茨先f(wàn)畢術(shù)中的“取大鏡高懸，盛水盆于其下，則見(jiàn) 四鄰矣”記述了我國(guó)最早創(chuàng)制的開(kāi)管式潛望鏡。墨經(jīng)著作中有八條對(duì)幾何光學(xué)的專門論述，這八條主要論述了 ：

6、光的直進(jìn) 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)方面我國(guó)古代很早就對(duì)共振現(xiàn)象有記述，公元前 3世紀(jì)一4世紀(jì)的莊子一書(shū)就記載了調(diào)瑟時(shí)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(dá)芬奇首次進(jìn)行共振實(shí)驗(yàn)。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，挖一個(gè)坑，坑內(nèi)埋置容量為70升一80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 響情況，確定敵人挖掘的位置和方向。3、從秦、漢到隋唐五代（公元前221年一公元960年）這個(gè)時(shí)期制造了許多大型復(fù)雜機(jī)械：西漢初的指南車和記里鼓車；張衡 （78 年139年）的渾天儀和

7、地動(dòng)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(yùn)渾儀。（公元725年）此時(shí)期主要科 學(xué)代表著有：東漢王充（27年一約79年）所著的論衡，東漢（25年一220）年 的淮南萬(wàn)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?！比稳沃?，其進(jìn)取疾速，難矣?！币饧丛谝欢ㄍ饬l件下，較重的物體 運(yùn)動(dòng)較慢，其開(kāi)始運(yùn)動(dòng)和加快運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng) 的結(jié)論。是世界上第一架測(cè)驗(yàn)地震的儀器。中國(guó)東漢時(shí)期天文學(xué)家張衡于漢順帝陽(yáng) 嘉

8、元年（132）制成，候風(fēng)地動(dòng)儀用精銅制成，直徑 2.7米，其外形像一個(gè)大型 灑樽。地動(dòng)儀里面有精巧的結(jié)構(gòu)，主要為中間的都柱（相當(dāng)于一種倒立型的震 擺）和它周圍的八道（裝置在擺的周圍的 8組機(jī)械裝置）。在樽的外面相應(yīng)地 設(shè)置8條口含小銅珠的龍，每個(gè)龍頭下面都有一只蟾蛛張口向上。如果發(fā)生較 強(qiáng)的地震，都柱因受到震動(dòng)而失去平衡，這樣就會(huì)觸動(dòng)八道中的一道，使相應(yīng) 的龍口張開(kāi)，小銅珠即落入蟾蛛口中，由此便可知道地震發(fā)生的時(shí)間和方向據(jù)史料記載，候風(fēng)地動(dòng)儀曾成功地記錄了 138年發(fā)生在甘肅的一次強(qiáng)烈地震,從而證明了它的準(zhǔn)確性和可靠性。候風(fēng)地動(dòng)儀公元初年，王莽變法改制，制作了一種銅卡尺。它長(zhǎng)14. 22厘米，

9、分固定尺和活動(dòng)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(gè)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多年。FI銅卡尺公元4世紀(jì)前成書(shū)的西京雜記記載了長(zhǎng)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(diǎn)燃后，可以把香爐隨便放進(jìn)被子里，不僅不會(huì)燒壞被子，連香爐灰也不會(huì)撒出來(lái)。奧妙在于爐內(nèi)有一種叫“常平架”的裝置，它由內(nèi)外兩個(gè)金屬環(huán)組成，兩環(huán)用轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)，外環(huán)又通過(guò)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)才出現(xiàn)常平架裝置，比中國(guó)晚了 1600多年3. 2感學(xué)方面淮南萬(wàn)畢術(shù)道：“磁石柜茶”。說(shuō)明了人們已經(jīng)

10、認(rèn)識(shí)了磁石（磁極）之間存在著 相互推斥力作用。論衡是應(yīng)篇道：“司南之構(gòu)，投之于地，其抵指南。”人 們制造了指南針（句狀司南）。東漢時(shí)期思想家王充寫(xiě)的 論衡書(shū)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(zhǎng)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(gè)磁 勺在底盤上停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，勺柄指的方向就是正南，勺口指的方向就是正北，這 就是傳統(tǒng)上認(rèn)為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

11、界上最早分析一年四 季物態(tài)變化形成的原因。論稀寒溫篇中的論述：“夫近水則寒，近火則溫, 遠(yuǎn)則漸微。何則？氣之所加，遠(yuǎn)近有差也。”是世界上最早對(duì)熱傳導(dǎo)的論述。3. 4聲學(xué)方面論衡變虛篇中：“令人操行變氣遠(yuǎn)近，宜與魚(yú)等；氣應(yīng)而變，宜與水均。 意思是人的行動(dòng)（包括說(shuō)話）使其周圍的“氣”發(fā)生振動(dòng)，并能向外傳播，如同魚(yú) 使水振動(dòng)的水波一樣向外傳播。中國(guó)古代不僅很早就懂得共鳴現(xiàn)象，還掌握了消除共鳴的方法。唐代著作劉賓客嘉話錄記載了這方面的一個(gè)故事：洛陽(yáng)某和尚的房里掛有一個(gè)磬， 經(jīng)常自鳴發(fā)聲，和尚因此驚憂成疾。一大朋友曹紹夔來(lái)訪，發(fā)現(xiàn)磬的自鳴是由 寺院的鐘聲引起的，就用錘把磬錘磨了幾下，果然，鐘再響時(shí)磬不再

12、自鳴了。3.5電學(xué)方面論衡中的“頓牟掇芥慈石級(jí)緘”。（頓牟；墟泊；芥；二種很輕草木；械； 針；綴；吸引）；說(shuō)明人們已經(jīng)對(duì)電、磁有了相當(dāng)深刻的認(rèn)識(shí)。3.6時(shí)空觀的先進(jìn)性在歐洲，人們對(duì)時(shí)間和空間的認(rèn)識(shí)是割裂的，孤立的，直到20世紀(jì)初，相對(duì)論才把空間和時(shí)間科學(xué)地統(tǒng)一起來(lái)。但在中國(guó)古代，遠(yuǎn)在先秦時(shí)期，不少哲 人就把空間和時(shí)間聯(lián)系起來(lái)考慮。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期成書(shū)的管子宙合篇，把時(shí)間 稱為“宙”，空間稱為“合”，其中說(shuō)，“天地，萬(wàn)物之橐，宙合又橐天地”，意 思是說(shuō)，萬(wàn)物都包涵在天地之內(nèi)，而天地又包涵在時(shí)空的“宙合”之中。墨家 對(duì)時(shí)空的認(rèn)識(shí)又有了新發(fā)展，他們把空間稱為“宇”，包括東南西北、四面八方 的各種不同場(chǎng)所和方

13、位，把時(shí)間稱為久，“宇久”就是現(xiàn)代的宇宙。4、宋、元時(shí)期（960年一1369年）這個(gè)時(shí)期創(chuàng)制了大型機(jī)械和大型生產(chǎn)工具.撰寫(xiě)出五本科學(xué)著作：北宋沈括 （1031年一1095年）著的夢(mèng)溪筆談；北宋曾公亮（999年1078年）著的武經(jīng) 總要；北宋李誡（1035 1110年）著的營(yíng)造法式；北宋蘇頌（1020年1101 年）、韓公廉（生卒年代不詳）著的新儀象法要；元代趙友欽（1279年一1368年） 著的革象新書(shū)，我國(guó)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(gè)時(shí)期產(chǎn)生的4. 1力學(xué)方面營(yíng)造法式一書(shū)，全書(shū)36卷，其中圖樣6卷，系統(tǒng)地總結(jié)了歷代建筑經(jīng) 驗(yàn)，有豐富的材料力學(xué)和建筑力學(xué)知識(shí)。新儀象法

14、要一書(shū)中，記載了蘇頌和 韓公廉在1092年創(chuàng)制一架大型水運(yùn)儀象臺(tái)，即天文鐘，這臺(tái)機(jī)器應(yīng)用了很多力 學(xué)知識(shí)。營(yíng)造法式書(shū)照4. 2磁學(xué)方面夢(mèng)溪筆談第58條：“以磁石磨針?shù)h，則銳處指南，亦有指北者，恐石 性不同”，這段話說(shuō)明當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)了磁鐵有兩極；夢(mèng)溪筆談第437記載的：“方 家以磁石磨針?shù)h，則能指南，然常微偏東，不全南也。”記述的磁偏角，比西方 發(fā)現(xiàn)地磁偏角早了四百多年。夢(mèng)溪筆談中還介紹了指南針?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(mèng)溪筆談?dòng)浭龅模骸瓣?yáng)艘向日照之.則光聚向內(nèi)，離鏡一二寸，光聚為一 點(diǎn)，大如麻寂，著物則火發(fā)?！薄瓣?yáng)健面洼，以一指迫而照之則正，漸遠(yuǎn)則無(wú)所 見(jiàn)，過(guò)此遂倒。”這是說(shuō)手指在鏡面與焦點(diǎn)之間處成正立像.在焦點(diǎn)處無(wú)像，在焦 點(diǎn)以外成倒立像，說(shuō)明當(dāng)時(shí)對(duì)凸透鏡聚光及球面鏡成像已進(jìn)行相當(dāng)成功的研究。 宋末元初趙友欽用上千只熾光作為光源進(jìn)行小孔成像的大型光學(xué)實(shí)驗(yàn)，證明了 光源大小、強(qiáng)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.說(shuō)明了當(dāng)時(shí)物理學(xué)研究已經(jīng)進(jìn)人實(shí)驗(yàn)科學(xué)時(shí)代。4. 4聲學(xué)方面夢(mèng)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(dòng)。 ”這是沈括以紙游碼實(shí)驗(yàn)證明了聲的共振現(xiàn)象，比英國(guó)的諾布爾所做的“紙游碼”實(shí)驗(yàn)早500年。5、明、清時(shí)期（1368 年 1911年）由于時(shí)代中葉以