中國古代物理學貢獻【課題研究】

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1、word 榆中縣恩玲中學課題研究論文 高一十五班第五組 專業(yè)：物理 學生某某：楊文浩、馬曉智、丁梓雪等 指導教師：任德鑫 完成時間：17:47 中國古代物理學貢獻 9 / 10 古代中國的物理學貢獻 學校：榆中縣恩玲中學 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、X清清、羅飛、楊凱麗、陳隆、金仁忠、強德珍 指導教師：任德鑫 研究時間：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。古代中國人不僅記述了許多物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了一些

2、物理規(guī)律或定理，尚有飽含物理知識的詩詞歌賦傳世。 本文展現(xiàn)了中國古代科學在物理學方面的概貌。中國古代物理學可與西方同一時期相比的有力學與光學兩個分支；在電磁學和熱學方面，中國取得了遠勝于西方的成就；在聲學，特別是在樂律方面更是成績卓著。 關鍵詞：中國、古代、物理學、貢獻 正文： 在古代，物理如此與日常生活息息相關。依據(jù)生產(chǎn)技術和社會形態(tài)以與科學著作誕生年代，選擇具有代表性的跟物理學有關的記載，介紹中國古代物理學開展概況. 1、遠古到西周(公元前770年以前) 人類從會用火到石器時代.又從石器時代過渡到青

3、銅時代，西周時代手工業(yè)特別興旺，出現(xiàn)了“百工匠〞；如造車輪的“輪匠〞，造車軸的“軸匠〞，造箭的“矢匠〞等。在這些手工技術中有豐富的物理學知識，但人們沒有認識。 2、奴隸社會向封建社會過渡期(公元前770年—前221年) 此時期對物理學知識有了系統(tǒng)研究和論述，主要著作有:《墨經(jīng)》和《考工記》等.對力、熱、光等都有論述。 2. 1力學方面 《墨經(jīng)》最早對力下了定義：“力荊之所以奮也〞.意思是力是使物體運動狀態(tài)改變的原因.《墨經(jīng)》第114. 116條對時間和空間最早作出了正確定義:“宇或徒，說在長宇久〞；“行修以久，說在先后。〞意思是說物體位置改變是空間隨著時間自近而遠的持續(xù)增長。“墨經(jīng)〞還

4、最早論述了“杠桿原理〞和“浮體平衡原理〞?！墩摵?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。〞意即在一定外力 條件下，較重的物體運動較慢，其開始運動和 加快運動也難?！墩摵狻分?“古之多力者、身 能負荷千鈞。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論。 2. 2熱學方面 《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。〞是我國最早對溫度的認識，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程度。 《論衡》中:“云霧

5、、雨之徽也，夏如此為露， 冬如此為霜，溫如此為雨，寒如此為雪，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)變化形成的原因?！墩撓?.寒溫篇》中的論述:“夫近水如此寒，近火如此溫， 遠如此漸微。何如此?氣之所加，遠近有差也〞。是 世界上最早對熱傳導的論述。 2. 3磁學方面 春秋末期(約公元前5世紀)《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)象的認識。 2. 4光學方面 《論衡·率性篇》中:“取火于天，五月丙 午日中之時，消煉五石(五石可能指石英石)。鑄以為器，磨礪生

6、光，仰以向日，如此火來至。〞 《某某萬畢術》載道:削冰為圓，舉以向日，以 艾承其影，如此火生〞。以上說明用透鏡聚光取火，即叫“陽隧〞?！赌衬橙f畢術》中的“取大鏡高懸，盛水盆于其下，如此見四鄰矣〞記述了我國最早創(chuàng)制的開管式潛望鏡。 《墨經(jīng)》著作中有八條對幾何光學的專門論述，這八條主要論述了:光的直進性和小孔成像，平面鏡反射與成像，球面鏡成像。 小孔成像 聲學方面 我國古代很早就對共振現(xiàn)象有記述，公元前3世紀—4世紀的《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世紀才由達·芬奇首次進展共振實驗。《墨子·備穴篇》還記述了共振現(xiàn)象的具體

7、應用：在城墻根下每隔幾米，挖一個坑，坑內(nèi)埋置容量為70升—80升的陶甕，甕口蒙上皮革。假如有敵人挖地道攻城，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—公元960年) 這個時期制造了許多大型復雜機械：西漢初的指南車和記里鼓車；X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)唐僧一行梁令瓏的水運渾儀。(公元725年)此時期主要科學代表著有：東漢王充(27年—約79年)所著的《論衡》，東漢〔25年—220〕年的《某某萬畢術》。 3. 1力學方面 《論衡.狀留篇》中的：“是故車行于陸

8、，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。〞意即在一定外力條件下，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論。 是世界上第一架測驗地震的儀器。中國東漢時期天文學家X衡于漢順帝陽嘉元年〔132〕制成，候風地動儀用精銅制成，直徑2.7米，其外形像一個大型酒樽。地動儀里面有精巧的結構，主要為中間的都柱〔相當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組機械裝置〕。在樽的外面相應地設置8條口含小銅珠的龍，每個龍頭下面都有一只蟾蜍X口向上。如果發(fā)生

9、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，使相應的龍口X開，小銅珠即落入蟾蜍口中，由此便可知道地震發(fā)生的時間和方向。據(jù)史料記載，候風地動儀曾成功地記錄了138年發(fā)生在某某的一次強烈地震，從而證明了它的準確性和可靠性。 候風地動儀 公元初年，王莽變法改制，制作了一種銅卡尺。它長14．22厘米，分固定尺和活動尺兩局部。尺的正面刻有寸、分等刻度。從原理、性能、用途看，這個游標卡尺同現(xiàn)代的游標卡尺十分相似，但它比西方科學家制成的游標卡尺早1700多年。

10、 銅卡尺 公元4世紀前成書的《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)組成，兩環(huán)用轉軸聯(lián)結，外環(huán)又通過另一轉軸與外架聯(lián)結。這種常平架裝置在近代航海磁羅經(jīng)、電羅經(jīng)上有廣泛應用。歐洲直到16世紀才出現(xiàn)常平架裝置，比中國晚了1600多年。 3. 2感學方面 《某某萬畢術》道：“磁石柜茶〞。說明了人們已經(jīng)認識了磁石(磁極)之間存在著相互推斥力作用?！墩摵狻な菓返溃骸八灸现畼嫞吨诘?，其抵指南。〞人們制造了指南針(句狀司南)

11、。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，這就是傳統(tǒng)上認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熱學方面 《論衡》中：“云霧、雨之徽也，夏如此為露，冬如此為霜，溫如此為雨，寒如此為雪，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)變化形成的原因?！墩撓　ず疁仄分械恼撌觯骸胺蚪绱撕?，近火如此溫，遠如此漸微。何

12、如此?氣之所加，遠近有差也。〞是世界上最早對熱傳導的論述。 3. 4聲學方面 《論衡·變虛篇》中:“令人操行變氣遠近，宜與魚等;氣應而變，宜與水均。〞意思是人的行動(包括說話)使其周圍的“氣〞發(fā)生振動，并能向外傳播，如同魚使水振動的水波一樣向外傳播。 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方法。唐代著作《X賓客嘉話錄》記載了這方面的一個故事：某某某和尚的房里掛有一個磬，經(jīng)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電學方面 《論衡》中的“頓牟掇芥慈石級緘〞。(頓牟；墟泊；芥；

13、=種很輕草木；械；針；綴；吸引)；說明人們已經(jīng)對電、磁有了相當深刻的認識。 時空觀的先進性 在歐洲，人們對時間和空間的認識是割裂的，孤立的，直到20世紀初，相對論才把空間和時間科學地統(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。墨家對時空的認識又有了新開展，他們把空間稱為“宇〞，包括東南西北、四面八方的各種不同場所和方位，把時間稱為久，“宇久〞就是現(xiàn)代的宇宙。 4、宋、元時期(960年—

14、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— 1110年)著的《營造法式》；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—1368年)著的《革象新書》，我國四大發(fā)明中的三大發(fā)明火藥、指南針和活字印刷術也是這個時期產(chǎn)生的。 4. 1力學方面 《營造法式》一書，全書36卷，其中圖樣6卷，系統(tǒng)地總結了歷代建筑經(jīng)驗，有豐富的材料力學和建筑力學知識?！缎聝x象法要》一書中，記載了蘇頌和韓公廉在1

15、092年創(chuàng)制一架大型水運儀象臺，即天文鐘，這臺機器應用了很多力學知識。 《營造法式》書照 4. 2磁學方面 《夢溪筆談》第58條：“以磁石磨針鋒，如此銳處指南，亦有指北者，恐石性不同〞，這段話說明當時已發(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，如此能指南，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。《夢溪筆談》中還介紹了指南針四種安裝法：水浮法；指甲法；碗唇法；懸絲法。 4. 3光學方面 《夢溪筆談》記述的：“陽艘向日照之.如此光聚向內(nèi)，離鏡一二寸，光聚為一點，大如麻寂，著物如此火發(fā)。〞“陽健面洼，以一指迫而照之如此正，漸遠如此無

16、所見，過此遂倒。〞這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，說明當時對凸透鏡聚光與球面鏡成像已進展相當成功的研究。宋末元初趙友欽用上千只熾光作為光源進展小孔成像的大型光學實驗，證明了光源大小、強度與小孔的大小、距離以與像的大小、亮度三者之間的關系.說明了當時物理學研究已經(jīng)進人實驗科學時代。 4. 4聲學方面 《夢溪筆談》中：“欲知其應者，先調(diào)其弦，先調(diào)其弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應弦，如此紙人躍，它弦即不動。〞這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500年。 5、明、清時期(1368年—1911年) 由于時代中葉以后，維護封建倫理的官方教育后來開展為“八股〞的科舉取士制，嚴重阻礙科學技術開展，是我國科學開展的落后時期.但是個別的有關物理學方面也有獨創(chuàng)發(fā)現(xiàn)：明代朱載育(1536年—約1614年)發(fā)明的十二平均律，用以公比攀 Z的等比級數(shù)平均分配音律，成為近代平均音階的鼻祖；明末宋應星(1587 - ?)的《天工開物》在《論氣·氣聲》是集發(fā)聲、傳播、接收為一體的一部系統(tǒng)的聲學大著。 〔參考文獻：《西京雜記》《墨經(jīng)》《后漢書X衡列傳》《考工記》《夢溪筆談》《論衡》《韓非子》《易經(jīng)》《某某萬畢術》《營造法式》〕