中国古代物理学.pptx

第一章第一章 中国古代物理学中国古代物理学第一节：中国古代物理思想的探索第一节：中国古代物理思想的探索 一一 中国古代自然哲学中的物质观中国古代自然哲学中的物质观 1、元素与原子的观点、元素与原子的观点 （1）阴阳学说阴阳学说 （2）五行思想）五行思想 （3）原子论）原子论 2、元气说元气说 二中国古代自然哲学中的时空观与运动观二中国古代自然哲学中的时空观与运动观第二节：我国古代物理学各分支的主要成就第二节：我国古代物理学各分支的主要成就 一一.力学力学 二二.热学热学 三三.光学光学 四四.电磁学电磁学 五五.声学声学 六六.天文学天文学1 1、元素与原子的观点、元素与原子的观点 （1 1）阴阳学说阴阳学说 阴阳是中国古代哲学的一对范畴。阴阳的最初涵义是表阴阳是中国古代哲学的一对范畴。阴阳的最初涵义是表示阳光的向背，向日为阳，背日为阴。示阳光的向背，向日为阳，背日为阴。后来，又给它赋予了一定的意义后来，又给它赋予了一定的意义，把自然界和社会上一，把自然界和社会上一切对立的现象抽象为阴阳，用阴阳概念来解释自然界两种对切对立的现象抽象为阴阳，用阴阳概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力，用来解释天文气象、四季变化、立和相互消长的物质势力，用来解释天文气象、四季变化、万物兴衰等自然现象。万物兴衰等自然现象。如气候的寒暖，方位的上下、左右、内外，运动状态的如气候的寒暖，方位的上下、左右、内外，运动状态的躁动和宁静，以及天地、男女、昼夜、君臣、夫妻等。躁动和宁静，以及天地、男女、昼夜、君臣、夫妻等。阳代表阳代表积极、进取、刚强、上升、温热、明亮、雄性、积极、进取、刚强、上升、温热、明亮、雄性、太阳等阳性和具有这些特征的事物；太阳等阳性和具有这些特征的事物；阴代表阴代表消极、退让、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、消极、退让、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等阴性和具有这些特征的事物。月亮等阴性和具有这些特征的事物。一一 中国古代自然哲学中的物质观中国古代自然哲学中的物质观第一节：中国古代物理思想的探索第一节：中国古代物理思想的探索 认为：认为：阴阳的对立统一运动，是自然界一切事物发生、发阴阳的对立统一运动，是自然界一切事物发生、发展、变化及消亡的根本原因。是自然界一切事物运动变化的固展、变化及消亡的根本原因。是自然界一切事物运动变化的固有规律。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。有规律。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。阴阳学说的阴阳学说的基本内容基本内容包括阴阳对立、阴阳互根、阴阳消包括阴阳对立、阴阳互根、阴阳消长和阴阳转化四个方面。长和阴阳转化四个方面。“阴阳有序、整体和谐阴阳有序、整体和谐”是世间的最佳状态，也是世间的最佳状态，也是事物稳定的基本保证。是事物稳定的基本保证。周易周易：在殷周之际形成的，集中反映关于天文气象、在殷周之际形成的，集中反映关于天文气象、阴阳交变的朴素观点并用以比拟人间祸福，形成了原始的宇阴阳交变的朴素观点并用以比拟人间祸福，形成了原始的宇宙生成观和对立统一观点：宙生成观和对立统一观点：“易有太极，是生两仪；两仪生易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦四象，四象生八卦”（易经易经系辞上系辞上）。意思是：宇宙）。意思是：宇宙的的本原是的的本原是太极太极（物质的原始状态），太极生出天地（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四象（春、夏、秋、冬），再生出（阴阳），天地生出四象（春、夏、秋、冬），再生出八八卦卦（天、地、山、泽、水、火、风、雷）。（天、地、山、泽、水、火、风、雷）。白纸白纸称为无极，画上一个称为无极，画上一个圆圈圆圈，称为无极生太极（宇宙），中间一条称为无极生太极（宇宙），中间一条曲线分成黑白两个部分，称为太极生曲线分成黑白两个部分，称为太极生两仪，中间的两仪，中间的曲线曲线表示了阴阳的相互表示了阴阳的相互运动和相互转化。黑白两个半球中各运动和相互转化。黑白两个半球中各有一个与之颜色相反的有一个与之颜色相反的小圆圈小圆圈，称为，称为阴阳子，表示阴中有阳，阳中有阴。阴阳子，表示阴中有阳，阳中有阴。四象和阴阳的组合再生四象和阴阳的组合再生八卦八卦：乾、坤、震、撰、坎、离、艮：乾、坤、震、撰、坎、离、艮（g gn n）、兑。）、兑。八卦八卦则是其形式化和符号化：则是其形式化和符号化：为阴，为阴，为阳为阳，分，分别称作别称作阴爻（阴爻（y yo)o)和和阳爻阳爻，阴爻和阳爻的组合构成，阴爻和阳爻的组合构成四象四象：2223周易周易是以阴（阴爻）、阳（阳爻是以阴（阴爻）、阳（阳爻）为基本单位而）为基本单位而形成的一种对事物的理论性把握。阴与阳二单位的不同组合形成的一种对事物的理论性把握。阴与阳二单位的不同组合形成八卦，将八卦中之任意两卦叠合即形成六十四卦。形成八卦，将八卦中之任意两卦叠合即形成六十四卦。每卦每卦有六爻，共组成有六爻，共组成384爻。八卦的卦、爻、位之间，有复杂的关爻。八卦的卦、爻、位之间，有复杂的关系，系，64卦的卦象变化和爻数就更加复杂，它反映了事物之间卦的卦象变化和爻数就更加复杂，它反映了事物之间错综复杂的相互关系。错综复杂的相互关系。在易学中，事物的性质即由阴与阳所在易学中，事物的性质即由阴与阳所占整体成份之多少及阴阳空间相对位置关系所决定。占整体成份之多少及阴阳空间相对位置关系所决定。（）五行思想（）五行思想 五行五行：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。“水曰水曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑（炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑（sensen）。）。”（尚书尚书洪洪范）范）构成构成：世界万物皆由上述五种元素构成。：世界万物皆由上述五种元素构成。“以土与金、木、以土与金、木、火、水杂，以成百物火、水杂，以成百物”（国语（国语周语）。周语）。相互关系相互关系：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生土；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。火、火生土；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。发展：发展：五行说的起源早于五行说的起源早于“太极太极”和和“道道”，在殷末已普遍流传；春秋战国时期，五，在殷末已普遍流传；春秋战国时期，五行说与阴阳说相结合，形成了阴阳五行说，形行说与阴阳说相结合，形成了阴阳五行说，形成了五行相生相克的关系。宋代以后，五行作成了五行相生相克的关系。宋代以后，五行作为由太极到万物的中间环节，被容纳于宇宙生为由太极到万物的中间环节，被容纳于宇宙生成体系之中。宇宙由太极而生，太极生出阴阳，成体系之中。宇宙由太极而生，太极生出阴阳，阴阳生出五行，五行相互作用，生出男女及世阴阳生出五行，五行相互作用，生出男女及世间万物。间万物。它在中国发展较少，立论不多。它在中国发展较少，立论不多。墨翟著作墨翟著作墨经墨经：“端，体之无厚而最前者也端，体之无厚而最前者也”。端，。端，表示芽，它们在物体中既然是无厚的，表示芽，它们在物体中既然是无厚的，“前前”就应理解就应理解为最本源的发端。为最本源的发端。“端，是无间也端，是无间也”（经说经说）进一）进一步说端是无空隙的最小原始单位。步说端是无空隙的最小原始单位。墨经墨经还提出用机还提出用机械分割法最终总结可以找到械分割法最终总结可以找到“端端”的思想。此外还提出：的思想。此外还提出：物质中间有空隙，即物质中间有空隙，即“盈盈”、“虚虚”、“有有”、“无无”；两组原子之间有三种组合方式：；两组原子之间有三种组合方式：“撄（撄（ying 互相重合）互相重合）”、“毗（毗（pi 部分重合）部分重合）”、“次（连接而不重合）次（连接而不重合）”，这是我国关于物质结构的最早图像。，这是我国关于物质结构的最早图像。（3 3）原子论）原子论庄子庄子 天下篇记载了惠施的天下篇记载了惠施的“历物十载历物十载”和和“二十一辩二十一辩”，其中有关其中有关“原子论原子论”和物质连续可分的两条：和物质连续可分的两条：“至大无外，至大无外，谓之大一，至小无内，谓之小一谓之大一，至小无内，谓之小一”。把。把“大一大一”（宇宙）与（宇宙）与 “小一小一”（原子）加以比较，这是很了不起的思想萌芽。（原子）加以比较，这是很了不起的思想萌芽。总之：中国古代对总之：中国古代对“原子原子”的叫法有的叫法有“端端”、“毫毫”、“微微”、“几几”、“邻虚邻虚”等。特别是等。特别是“邻虚邻虚”有有近于零的意思，概念十分准确。由于缺乏实验的基础，近于零的意思，概念十分准确。由于缺乏实验的基础，我国的原子论始终停留在比较原始的阶段。我国的原子论始终停留在比较原始的阶段。（1 1）概述概述 中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一种统中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一种统一的物质，认为世界应该是由一种连续分布于整个空间的物一的物质，认为世界应该是由一种连续分布于整个空间的物质所构成，而不像质所构成，而不像“五行说五行说”是各种元素的组合。在是各种元素的组合。在“道道”和和“太极太极”的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代自然观中重要的、占主流地位的自然观中重要的、占主流地位的“元气说元气说”。春秋战国时期，春秋战国时期，老子老子认为由最高范畴的道生出阴阳二气，认为由最高范畴的道生出阴阳二气，进而产生万物。进而产生万物。庄子庄子继承和发扬老子的学说，提出继承和发扬老子的学说，提出“通天下通天下一气一气”的思想。战国末期的的思想。战国末期的荀（荀（x xn n）况）况也指出气是构成万也指出气是构成万物的基本元素。物的基本元素。元气说在春秋战国时期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、元气说在春秋战国时期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了“元气自然论元气自然论”；由；由宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了“元气本体论元气本体论”。2 2、元气说元气说（2 2）“元气说元气说”的主要思想的主要思想气是充满整个宇宙气是充满整个宇宙 客观存在的物质，是万物本源。客观存在的物质，是万物本源。王充在王充在论衡论衡中说：中说：“天地，含气之自然也。天地，含气之自然也。”论衡论衡 谈天谈天，“天地合气，万物自生天地合气，万物自生”论衡论衡 自然自然。王充（公元王充（公元27-27-约约9797）：）：东汉时期的唯物主义哲学家和进东汉时期的唯物主义哲学家和进步思想家，创立了以气为基础的元气自然论。主要著作有步思想家，创立了以气为基础的元气自然论。主要著作有论论衡衡，共，共3030卷，卷，8585篇，涉及力学、声学、光学、热学、电磁学篇，涉及力学、声学、光学、热学、电磁学等多方面的知识，是我国中古时期的一部百科全书。等多方面的知识，是我国中古时期的一部百科全书。气有聚散两态，太虚为气，气形转化气有聚散两态，太虚为气，气形转化 张载（张载（1020102010771077，宋）：，宋）：“太虚者，气之体太虚者，气之体形聚为形聚为物，形溃反原物，形溃反原”正蒙正蒙 乾称乾称 王夫之王夫之（1619161916921692，明末清初，明末清初)：“虚空者，气之量，虚空者，气之量，气弥沦无崖而希微不形，则人见虚空而不见气。凡虚空者，气弥沦无崖而希微不形，则人见虚空而不见气。凡虚空者，气也。气也。聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无。”张子正蒙注张子正蒙注太和。太和。气分阴阳，永远处于运动变化之中气分阴阳，永远处于运动变化之中物质不灭思想（守恒原理）物质不灭思想（守恒原理）王夫之王夫之张子正蒙注张子正蒙注太和太和：“散亦吾体，聚散亦吾体，聚亦吾体，其本体不为之损益亦吾体，其本体不为之损益”。他还举例：他还举例：“车薪车薪之火，一烈而尽，而为焰，为烟，为烬，木者仍归之火，一烈而尽，而为焰，为烟，为烬，木者仍归木，水者仍归水，土者仍归土，特希微而人不见尔木，水者仍归水，土者仍归土，特希微而人不见尔！”；“一甑（一甑（zengzeng）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归；若安盖严密，则郁而不散。必有所归；若安盖严密，则郁而不散。”（3 3）元气说的初步评价）元气说的初步评价它是世界上最古老而仍具有影响的一种一元自然观。它包括它是世界上最古老而仍具有影响的一种一元自然观。它包括了天与地、阴与阳、无机与有机、物质与能量、有形与无形、了天与地、阴与阳、无机与有机、物质与能量、有形与无形、连续与断续、微观与宏观、局部与整体等等的统一。连续与断续、微观与宏观、局部与整体等等的统一。它完全不同于西欧近代科学的发展模式。它从一开始就坚持它完全不同于西欧近代科学的发展模式。它从一开始就坚持物质的统一性、每一事物的矛盾性、基元物质的连续性分布与物质的统一性、每一事物的矛盾性、基元物质的连续性分布与运动、守恒原理等根本规律，由此出发考察各种具体规律与运动、守恒原理等根本规律，由此出发考察各种具体规律与作用。作用。它在应用上特别是生物物理方面有不少实际的研究价值。它在应用上特别是生物物理方面有不少实际的研究价值。它作为自然哲学派别在开辟认识自然的道路上有一定的作用，它作为自然哲学派别在开辟认识自然的道路上有一定的作用，但几千年来这一学说本身发展甚为缓慢，长期停留在定性观察、但几千年来这一学说本身发展甚为缓慢，长期停留在定性观察、推测、玄想阶段，缺乏科学记述、实验、数学处理等方法的配推测、玄想阶段，缺乏科学记述、实验、数学处理等方法的配合，在相当程度上未全脱离方家道士之类宗教玄学影响，致使合，在相当程度上未全脱离方家道士之类宗教玄学影响，致使中国没有走上诞生近代科学的道路。中国没有走上诞生近代科学的道路。二二 中国古代自然哲学中的时空观与运动观中国古代自然哲学中的时空观与运动观1、关于时空与宇宙的概念、关于时空与宇宙的概念尸子尸子：“四方上下曰宇，往古今来曰宙四方上下曰宇，往古今来曰宙”。墨经墨经：“宇，弥异所也宇，弥异所也”（包括不同地点）。（包括不同地点）。经说经说：“宇，蒙东西南北宇，蒙东西南北”；“久（宙），弥异久（宙），弥异时也时也”；“久，合古今旦莫（暮）久，合古今旦莫（暮）”。2、运动中的时空相关性、运动中的时空相关性墨经墨经:“宇域徙，说在长宇久（空间位置变动，宇域徙，说在长宇久（空间位置变动，发生在一定间隔的空间和时间内）发生在一定间隔的空间和时间内）”。物理小识物理小识（明朝方以智著）：（明朝方以智著）：“宙轮于宇，则宇宙轮于宇，则宇中有宙，宙中有宇中有宙，宙中有宇”。（从直观观察中看到时空的。（从直观观察中看到时空的统一，看到时空与运动的紧密联系）。统一，看到时空与运动的紧密联系）。3、时空（宇宙）无限的观点、时空（宇宙）无限的观点张衡张衡灵宪灵宪：“宙之端无穷。宙之端无穷。”王充王充论衡论衡：“天去人高远，其气苍茫无端末。天去人高远，其气苍茫无端末。”柳宗元柳宗元天对天对：“无中无旁，乌际乎天则？无中无旁，乌际乎天则？”第二节：我国古代物理学各分支的主要成就第二节：我国古代物理学各分支的主要成就一一 力学力学1.1.物理计量：物理计量：时间计量、时间计量、度量衡度量衡2.2.运动学：运动学：3.3.对力的认识：对力的认识：4.4.力学知识的应用力学知识的应用一一 力力 学学1.1.物理计量物理计量时间计量时间计量 a.a.干支纪法干支纪法：春秋时鲁隐公三年（前：春秋时鲁隐公三年（前722722）二月己巳日至清宣统年（）二月己巳日至清宣统年（19111911）。）。“干支干支”是是“天干天干”和和“地支地支”的合称。的合称。天干：天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸(gui)(gui)。地支：地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍、亥。子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍、亥。组成组成“六十干支六十干支”：甲子、乙丑、：甲子、乙丑、癸酉、甲戍、乙亥癸酉、甲戍、乙亥癸亥。共癸亥。共6060个组合，也称个组合，也称“六十甲子六十甲子”，周而复始，不断循环。，周而复始，不断循环。b.b.十二时辰记时法十二时辰记时法：子时：子时：23231 1时，丑时：时，丑时：1 13 3时，时，,亥时：亥时：21212323时。时。c.c.百刻时制（漏壶记时制）百刻时制（漏壶记时制）：采用采用日晷日晷或或漏壶漏壶将一昼夜分为十时，一时分为十刻。将一昼夜分为十时，一时分为十刻。刻刻为漏壶的为漏壶的基本记时单位，在竹或木制的箭上基本记时单位，在竹或木制的箭上100100个等分刻度，其高度正好等于一昼个等分刻度，其高度正好等于一昼夜漏壶滴水的高度。夜漏壶滴水的高度。1 1刻等于现在的刻等于现在的14.414.4分钟。分钟。d.d.机械记时：机械记时：东汉时期张衡东汉时期张衡117117年发明年发明浑天仪浑天仪，用于测定天体位置，一天转一周。，用于测定天体位置，一天转一周。后经唐宋发展，成为世界上最早的天文钟。后经唐宋发展，成为世界上最早的天文钟。星星晷晷月月晷晷圭圭表表日日晷晷漏漏壶壶：漏壶有两种形式：漏壶有两种形式：泻水型泻水型和和受水型受水型。我国最早的西汉青铜挈我国最早的西汉青铜挈(qie)(qie)壶为泻水壶为泻水型漏壶，只有一把挈壶，出水口在壶底型漏壶，只有一把挈壶，出水口在壶底侧。由于挈壶里水位不同时出水速度不侧。由于挈壶里水位不同时出水速度不同，后来又发展出受水型。并逐渐由最同，后来又发展出受水型。并逐渐由最初的两壶发展成多壶。右图为根据唐朝初的两壶发展成多壶。右图为根据唐朝吕才吕才历象汇编历法典历象汇编历法典9999卷刻漏图制卷刻漏图制作的四级漏壶。作的四级漏壶。浮漏：浮漏：宋代沈括在多级漏壶的基础上发明宋代沈括在多级漏壶的基础上发明了浮漏，每昼夜误差小于了浮漏，每昼夜误差小于2020秒。宋代燕秒。宋代燕肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，精度提高到精度提高到14.414.4秒；宋代赵友钦则将精秒；宋代赵友钦则将精度提高度提高6 6秒。秒。度量衡：度量衡：度度-长度长度 量量-容量容量 衡衡-重量重量 汉书汉书 律历志律历志详细记载：详细记载：长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制；长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制；容量单位：斛（容量单位：斛（h h)、斗、升、合、龠（、斗、升、合、龠（yuyu），十进制。），十进制。重量单位：石重量单位：石(dan)(dan)、钧、斤、两、铢、钧、斤、两、铢(zhu)(zhu)，非十进制。，非十进制。长度：长度：孔子家语孔子家语记载：记载：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻布指知寸，布手知尺，舒肘知寻”即：即：从中指的指端到第一横纹叫一寸，拇指和中指一扎为一尺，两臂伸开从中指的指端到第一横纹叫一寸，拇指和中指一扎为一尺，两臂伸开长八尺，叫一寻。长八尺，叫一寻。孙子算经孙子算经：“度之所起，起与忽。蚕吐丝为忽。度之所起，起与忽。蚕吐丝为忽。十忽为一丝，十丝为一毫，十毫为一厘，十厘为一分。十忽为一丝，十丝为一毫，十毫为一厘，十厘为一分。”。汉书汉书律历志律历志记载：记载：“度本起黄钟之长。度本起黄钟之长。九十分黄钟之长，九十分黄钟之长，一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引”。容量：容量：一手所盛为一手所盛为“溢溢”,二手合盛为二手合盛为“掬掬(ju)(ju)”,“掬四谓之豆掬四谓之豆”重量：重量：古人将重量器具称之为古人将重量器具称之为衡衡，衡的形式包括：等臂天平、，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、杆秤。不等臂天平、杆秤。权权就是砝码或秤砣。就是砝码或秤砣。公元公元211211年，秦始皇统一中国后，在商鞅变法的基础上对度量年，秦始皇统一中国后，在商鞅变法的基础上对度量衡进行了统一，制发了一大批度量衡标准器，意义重大。衡进行了统一，制发了一大批度量衡标准器，意义重大。2.2.运动学运动学 运动与静止的相对性运动与静止的相对性抱朴子抱朴子塞难塞难：“见游云西行，而谓月之东驰见游云西行，而谓月之东驰”。春秋纬春秋纬元命苞元命苞（汉代）：（汉代）：“天左旋，地右动天左旋，地右动”。春秋纬春秋纬考灵曜（考灵曜（yo）“地恒动不止，而人不知，比如人地恒动不止，而人不知，比如人在大舟中，闭牖（在大舟中，闭牖（yu）而坐，舟行而人不觉）而坐，舟行而人不觉”。比伽利略（比伽利略（1564-1642）相对性原理早一千多年。）相对性原理早一千多年。快慢与速率（见课本）快慢与速率（见课本）斜抛（见课本）斜抛（见课本）刚性球的滚动（见课本）刚性球的滚动（见课本）转动速度（见课本）转动速度（见课本）3 3 对力的认识对力的认识（1 1）惯性）惯性 考工计考工计轮人：轮人：“马力既竭，辕犹能一取也马力既竭，辕犹能一取也”。（2 2）力的概念）力的概念 墨经：墨经：“力，刑之所以奋也力，刑之所以奋也”，这里，这里刑刑即形，指物体，即形，指物体，奋奋即飞，即飞，动的意思。动的意思。王充论衡王充论衡效力篇：效力篇：“人有知学，则有力矣。文吏以理事为力，而人有知学，则有力矣。文吏以理事为力，而儒生以学问为力儒生以学问为力”，“举重拔坚，壮士之力也举重拔坚，壮士之力也”，“故夫垦草殖谷，农故夫垦草殖谷，农夫之力也夫之力也”（东汉）。（东汉）。（4 4）杠杆原理）杠杆原理 墨经墨经中对不等臂天平的论述：中对不等臂天平的论述：“衡，加重于其一旁，必捶，权、重衡，加重于其一旁，必捶，权、重相若也。相衡，则本短标长。两加焉，重相若，则标必下，标得权也。相若也。相衡，则本短标长。两加焉，重相若，则标必下，标得权也。”（3 3）外力与内力）外力与内力 王充王充论衡论衡：“古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举不能离地。之自举不能离地。”（5 5）浮力）浮力：曹冲称象等。曹冲称象等。（6 6）弹力）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄弓箭的制作等（东汉郑玄127-200127-200）。）。（7 7）大气压强）大气压强 西汉时期已利用西汉时期已利用虹吸虹吸管管-渴乌，东汉时已广渴乌，东汉时已广泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。关尹子关尹子：“瓶存二窍，以水实之，倒泻；瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则水不降。闭一则水不下，盖（气）不升则水不降。”唐代王冰唐代王冰素问素问：“虚管灌满，捻上悬之，虚管灌满，捻上悬之，水固不泻，水固不泻，；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也。不能入也。”4 4 力学知识应用力学知识应用 尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、水碓水碓（dudu 舂米用具）、水排鼓风机（公元舂米用具）、水排鼓风机（公元3131年东汉南阳太守杜诗发明）年东汉南阳太守杜诗发明）、被中香炉被中香炉、记里鼓车、水运浑象仪等。、记里鼓车、水运浑象仪等。古代建筑学上力学的应用：如隋代李春建造的古代建筑学上力学的应用：如隋代李春建造的赵州桥赵州桥，是我国古代留传至今最古老、跨度最大、弧度最浅的石拱桥，是我国古代留传至今最古老、跨度最大、弧度最浅的石拱桥，距今已距今已13001300年；年；公元公元10561056年建造的辽代山西应县年建造的辽代山西应县木塔木塔，是世界上现存的是世界上现存的最高的古代木构建筑，高最高的古代木构建筑，高67.3167.31米，经受近一个世纪的风雪米，经受近一个世纪的风雪袭击，袭击，1212次六级以上地震，至今安然屹立。次六级以上地震，至今安然屹立。宋代建筑师喻皓曾在开封建宋代建筑师喻皓曾在开封建“开宝寺塔开宝寺塔”斜塔斜塔：“塔初塔初成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：京师地京师地平无山，而多西北风，吹之不百年当正也。平无山，而多西北风，吹之不百年当正也。”归田录归田录。明代的北京明代的北京故宫群故宫群等等。等等。被中香炉被中香炉水排鼓风机水排鼓风机（取自（取自王祯农书王祯农书）中中国国古古代代科科技技水水碓碓二二 热学热学1.1.对热现象和热本质的认识对热现象和热本质的认识温度、湿度及其测量温度、湿度及其测量“火候火候”：在在烧制陶器烧制陶器和和冶炼金属冶炼金属的过程中，通过对的过程中，通过对“火火候候”的观察，来定性的判断温度的高低。的观察，来定性的判断温度的高低。考工记考工记记载记载了青铜冶炼时火色与温度的关系：了青铜冶炼时火色与温度的关系：“凡铸金之状，金与锡，凡铸金之状，金与锡，黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。气竭，青气次之，然后可铸也。”即当即当“炉火纯青炉火纯青”时，时，炉温达到炉温达到12001200度左右，杂质挥发，铜锡融合，可以用来浇度左右，杂质挥发，铜锡融合，可以用来浇铸了。火色实际为物质原子的发射光谱及其强度的表现。铸了。火色实际为物质原子的发射光谱及其强度的表现。湿度：湿度：淮南子淮南子：“琴弦缓，天且雨琴弦缓，天且雨”“风雨之变，可风雨之变，可以音律知之以音律知之”，即天气的晴雨干湿会使琴弦的音调发生变，即天气的晴雨干湿会使琴弦的音调发生变化。即现在化。即现在毛发湿度计毛发湿度计的原理。的原理。热胀冷缩与热应力热胀冷缩与热应力 热胀冷缩；增大热应力：在公元前热胀冷缩；增大热应力：在公元前250250年都江年都江堰水利工程中的应用记载：堰水利工程中的应用记载：“大滩江中，其崖崭峻大滩江中，其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之。不可凿，乃积薪烧之。”这种增大热应力开凿巨石这种增大热应力开凿巨石的记载很多。的记载很多。热的本性热的本性 五行说：热（火）是构成物质的一种元素；五行说：热（火）是构成物质的一种元素；元气说：热这种物质的本原仍是气。元气说：热这种物质的本原仍是气。2 2 热能利用与热功热能利用与热功v高温技术：高温技术：殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、秦始皇陵的大型铜马车等。春秋末期制造的白口铁和中碳秦始皇陵的大型铜马车等。春秋末期制造的白口铁和中碳钢剑，表明当时的冶炼已达到钢剑，表明当时的冶炼已达到13001300的高温。的高温。松脂灯（孔明灯）：松脂灯（孔明灯）：走马灯：走马灯：利用冷热空气对流带动纸轮旋转。利用冷热空气对流带动纸轮旋转。热气球：热气球：1414世纪初，元朝仁宗登基时在元大都（北京）升世纪初，元朝仁宗登基时在元大都（北京）升起世界上第一个热气球。起世界上第一个热气球。火药：火药：四大发明之一。唐代晚期，道士在炼丹实践中逐步发四大发明之一。唐代晚期，道士在炼丹实践中逐步发明了火药。（由硝、硫、碳三种基本成分组成）明了火药。（由硝、硫、碳三种基本成分组成）火箭：火箭：宋代宋代的管形火器的管形火器“突火枪突火枪”。元代元代的铜炮；的铜炮；明代明代的多的多种多发火箭。种多发火箭。万虎：万虎：明代官员，是明代官员，是“第一个企图利用火箭飞行的人。他用第一个企图利用火箭飞行的人。他用4747只最大的火箭绑在只最大的火箭绑在椅子背后，手拿两个大风筝，想借助火箭的推力和风筝上升的力量飞向空中。椅子背后，手拿两个大风筝，想借助火箭的推力和风筝上升的力量飞向空中。19701970年国际天文学会为了纪念他，把月球背面的一个环行山命名为年国际天文学会为了纪念他，把月球背面的一个环行山命名为“万虎环行万虎环行山山”。三三 光学光学 1.1.光的直线传播与小孔成像光的直线传播与小孔成像 2.2.光的反射与镜面成像光的反射与镜面成像 3.3.光的折射与透镜光的折射与透镜 4.4.光的色散光的色散1.1.光的直线传播与小孔成像光的直线传播与小孔成像 墨经墨经：“景到，在午有端景到，在午有端”。“景：光之人，煦若射，景：光之人，煦若射，下者之人也高，下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上。高者之人也下。足蔽下光，故成景于上。首蔽上光，故成景于下首蔽上光，故成景于下”。(午：交叉；午：交叉；端：小孔端：小孔)。即物。即物体在光的照射下，经过小孔后会形成一个倒立的像。体在光的照射下，经过小孔后会形成一个倒立的像。革象新书革象新书小罅（小罅（xiaxia）光景）光景：赵友钦著（宋末：赵友钦著（宋末元初）：描述了一个大型光学实验。元初）：描述了一个大型光学实验。梦溪笔谈梦溪笔谈：“若鸢（若鸢（yunyun）飞空中，其影随鸢而移；）飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂。影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂。”赵友钦光学实验：关于实验设备及实验室布置：关于实验设备及实验室布置：在屋内地面上左右在屋内地面上左右两边各挖一圆阱，阱径四尺余，左阱深八尺，右两边各挖一圆阱，阱径四尺余，左阱深八尺，右阱深四尺；左阱内放置一桌，其高四尺。在左阱阱深四尺；左阱内放置一桌，其高四尺。在左阱的桌子上和右阱底部各放置一直径四尺的圆板，的桌子上和右阱底部各放置一直径四尺的圆板，板上密置蜡烛千余支。将其点燃，左右两阱圆形板上密置蜡烛千余支。将其点燃，左右两阱圆形的烛光代表日月之形。做两个直径五尺的圆形木的烛光代表日月之形。做两个直径五尺的圆形木板，分别覆盖在两个阱口之上，在左边阱口木板板，分别覆盖在两个阱口之上，在左边阱口木板开一个一寸见方的孔，在右边阱口木板上开一个开一个一寸见方的孔，在右边阱口木板上开一个一寸半见方的孔。（见图所示）一寸半见方的孔。（见图所示）赵友钦实验：赵友钦实验：实验中他固定几个条件，改变一个实验中他固定几个条件，改变一个条件来观察成像情况。实验分五步进行：条件来观察成像情况。实验分五步进行：观察小孔口径大小对成观察小孔口径大小对成像的影响；像的影响；改变光源大小和强度，改变光源大小和强度，观察成像变化；观察成像变化；改变像屏的距离；观察改变像屏的距离；观察成像变化；成像变化；改变光源的距离，观察改变光源的距离，观察成像变化；成像变化；改变孔的大小和形状，改变孔的大小和形状，观察成像变化；观察成像变化；赵友钦的光学实验，无论是从实验设备的安赵友钦的光学实验，无论是从实验设备的安排和实验程序的设计，还是对于实验现象的分析排和实验程序的设计，还是对于实验现象的分析和实验结论的总结，都堪称中国历史上最出色的和实验结论的总结，都堪称中国历史上最出色的科学实验之一。科学实验之一。此外，赵友钦在天文、物理、数学等多方面此外，赵友钦在天文、物理、数学等多方面都取得过成绩。他既重视实验研究，又重视理论都取得过成绩。他既重视实验研究，又重视理论探索，边进行实验，边总结规律，并且定量分析探索，边进行实验，边总结规律，并且定量分析与定性分析相结合，自觉运用系统的实验方法。与定性分析相结合，自觉运用系统的实验方法。这种科学态度和研究方法，在中国古代是相当少这种科学态度和研究方法，在中国古代是相当少见的。见的。平面镜：平面镜：“临鉴而立，景倒。临鉴而立，景倒。”凸面镜：凸面镜：“鉴团，景一。鉴团，景一。”“鉴鉴:鉴者近，则所鉴大，景亦大；鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小，而必正。其远，所鉴小，景亦小，而必正。”即鉴团只成一缩小的正即鉴团只成一缩小的正立的像（虚）。立的像（虚）。凹面镜：凹面镜：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外内鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外内”。“鉴，中之内：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴鉴，中之内：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小而必正；起于中缘正而长其直也。中之外：鉴者近小，景亦小而必正；起于中缘正而长其直也。中之外：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小而必易，合中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小而必易，合于中长其直也。于中长其直也。”其中其中“鉴洼鉴洼”即凹面镜，即凹面镜，“中中”为焦点，为焦点，“易易”即倒置。即物体在焦点以内时，成大而正立的虚像；物体即倒置。即物体在焦点以内时，成大而正立的虚像；物体在球心以外时，成小而倒立的实像。在球心以外时，成小而倒立的实像。2.2.光的反射与镜面成像光的反射与镜面成像 (1)(1)墨经墨经中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸面镜的反射情况。凸面镜的反射情况。(2)(2)镜面成像镜面成像平面镜组合平面镜组合：利用数量不等的平面镜组合成像，例如：利用数量不等的平面镜组合成像，例如“日月日月镜镜”、“四窥镜四窥镜”等。等。双面镜双面镜：红楼梦红楼梦第十二回，描写的跛足道人送给贾瑞的第十二回，描写的跛足道人送给贾瑞的“风月宝鉴风月宝鉴”即是一枚双面镜。（一面是平面镜，一面是即是一枚双面镜。（一面是平面镜，一面是凹面镜）凹面镜）潜望镜：潜望镜：淮南万毕术淮南万毕术：“取大镜高悬，置水盆于下，则取大镜高悬，置水盆于下，则见四邻矣！见四邻矣！”透光镜透光镜：中国古代发明的一种特殊金属镜。这种镜子承日光：中国古代发明的一种特殊金属镜。这种镜子承日光照射而反射投影时，其背面的花纹尽现于影中。如：隋代照射而反射投影时，其背面的花纹尽现于影中。如：隋代古镜记古镜记形容的形容的 “承日照之，则背上文字，墨入影内，承日照之，则背上文字，墨入影内，纤毫无失纤毫无失”。现上海博物馆珍藏有西汉时期的。现上海博物馆珍藏有西汉时期的“透光镜透光镜”（青铜）。（青铜）。应声镜应声镜：隋唐隋唐古镜记古镜记记载记载:“:“举而扣之，清音徐引，竟举而扣之，清音徐引，竟日方觉。日方觉。”（利用两片铜镜焊成的夹镜，中间的空气层形（利用两片铜镜焊成的夹镜，中间的空气层形成共鸣器）。成共鸣器）。标志着西汉冶金和制镜技术水平很高，被称为标志着西汉冶金和制镜技术水平很高，被称为“魔镜魔镜”。3.3.光的折射与透镜光的折射与透镜 冰透镜冰透镜：西汉：西汉淮南万毕术淮南万毕术记载：记载：“削冰令圆，举向以削冰令圆，举向以日，以艾承其影，则火生。日，以艾承其影，则火生。”（关于凸透镜：（关于凸透镜：录异记录异记中中“有一珠，大如毬（有一珠，大如毬（qiuqiu）子）子,照物形状，毛发、形色照物形状，毛发、形色备足，但皆倒立耳。备足，但皆倒立耳。”）鲫鱼杯鲫鱼杯：宋代：宋代春渚（春渚（zhzh）纪闻）纪闻：“有一鲫，长寸许，有一鲫，长寸许，游泳可爱。水倒出，鱼不复见。复酌水酒中，须臾一鱼泛然游泳可爱。水倒出，鱼不复见。复酌水酒中，须臾一鱼泛然而起。而起。”“蝴蝶杯蝴蝶杯”、“兰花杯兰花杯”等。等。4.4.光的色散光的色散（1 1）雨后成虹和造虹实验：）雨后成虹和造虹实验：唐初孔颖达唐初孔颖达礼记礼记注疏注疏“日照雨滴则虹生日照雨滴则虹生”唐代张志和唐代张志和玄真子玄真子“雨色映日而为虹雨色映日而为虹”、“背日喷水背日喷水 成成虹霓虹霓之状。之状。”南宋蔡卞（南宋蔡卞（bianbian）毛诗名物解毛诗名物解：“云薄漏日，日照雨滴则云薄漏日，日照雨滴则虹生。今以水喷日，自侧视之，则晕为虹霓虹生。今以水喷日，自侧视之，则晕为虹霓。故今雨气成。故今雨气成虹，朝阳射之则在西，夕阳射之则在东。虹，朝阳射之则在西，夕阳射之则在东。”（2 2）晶体色散：）晶体色散：著名道士张果修炼内丹的著作著名道士张果修炼内丹的著作修真历验钞图修真历验钞图：讲到从白石英：讲到从白石英看到：看到：“映日则光玉也映日则光玉也，五色玄英，五色玄英”。白石英为无色透明晶体，。白石英为无色透明晶体，属六角晶系。用白石英作的三棱镜对日光产生了色散。属六角晶系。用白石英作的三棱镜对日光产生了色散。明末方以智明末方以智物理小识物理小识对各