古代物理学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一篇古代物理学第1页第一章第一章 中国古代物理学中国古代物理学中国古代物理思想探索（中国古代物理思想探索（1.11.1）我国古代物理思想主要成就（我国古代物理思想主要成就（1.21.2）第二章第二章 西方古代及中世纪物理学西方古代及中世纪物理学古希腊自然哲学（古希腊自然哲学（2.12.1）古希腊物理学（古希腊物理学（2.22.2）西方中世纪简况（西方中世纪简况（2.32.3）第2页第一章中国古代物理学第3页 从整个中国古代科学技术发展来看，应用技术走从整个中国古代科学技术发展来看，应用技术走在前面（如指南针、造纸、印刷术、火药、丝绸、瓷器、在前面（如指南针、造纸、印刷术、火药、丝绸、瓷器、农业、中医药等）而基础科学理论相对来说发展迟缓；农业、中医药等）而基础科学理论相对来说发展迟缓；其中天文、数学、化学又比物理强。其中天文、数学、化学又比物理强。在我国古代物理学成就中，比较突出有：物理思在我国古代物理学成就中，比较突出有：物理思想比较活跃（尤其是春秋战国时代）。力、声、磁、光想比较活跃（尤其是春秋战国时代）。力、声、磁、光等方面有较多成就。从研究方法上看：等方面有较多成就。从研究方法上看：1.1.基于生产技术中经验和日常生活中观察而作基于生产技术中经验和日常生活中观察而作定性描述较多。定性描述较多。2.2.有目标地进行试验或结合数学上推证和计算有目标地进行试验或结合数学上推证和计算来思索则比较少。来思索则比较少。第4页社会上没有尊重科学技术（包含试验）风气，所以这些自发分散成就被埋没或散失。从时间分期来看有三个科技高潮：1.春秋战国（公元前春秋战国（公元前8-3世纪）世纪）2.两汉（公元前两汉（公元前2世纪世纪-公元后公元后2世纪）世纪）3.宋明（宋明（10-17世纪）世纪）我们要正确对待这份宝贵遗产，既不妄自尊大，也不妄自菲薄，一定要实事求是探索。为何我国科学技术13世纪以前处于其它国家望尘莫及领先地位，而近代科学却不是从中国开始发生？这是国际科学世界当前极感兴趣一个研究课题。第5页第一节 中国古代物理思想探索第6页 原始人类用神话和宗教来解释大自然威力，伴随生产力发展（从石器时代，青铜时代到铁器时代），人们在制造和利用工具征服自然方面，逐步积累了不少对物质世界运动直觉经验。当思想家圣哲把群众实践经验与自己直觉观察做出条理性或哲理性解释、并逐步摆脱神观念时，科学就开始萌芽了。1.这种早期自然哲理与人间祸福交织在一起组成了人们对自然与社会总体认识。2.这些自然哲理影响着后代对自然认识和斗争，成为物理学概念最早起源。萌芽特点萌芽特点第7页一一.中国中国古代自然哲学中物质观古代自然哲学中物质观元气论原子论阴阳说五行说第8页 原子说和元气说对物质最终组成是否连续问题给出不一样观点.尤其是元气说,是我国古代一份独特宝贵遗产.阴阳说阴阳说五行说五行说我国古代人民对物质本原认识：我国古代人民对物质本原认识：世界是由什么物质（几个元素）组成及怎样按阴阳消长而运动改变问题。第9页五行说五行说 古代人们把生活中常见几个物质状态或运动形式古代人们把生活中常见几个物质状态或运动形式做出初步归纳分类，这是物性学概念最初萌芽。所以，把做出初步归纳分类，这是物性学概念最初萌芽。所以，把万物归于几个基本元素这类朴素观点，古代各国都是相同。万物归于几个基本元素这类朴素观点，古代各国都是相同。中国五行说产生时代较早（殷末周初，约公元前中国五行说产生时代较早（殷末周初，约公元前1010世纪前世纪前)。国语国语周语记载：周幽王九年周语记载：周幽王九年(773B.C.)(773B.C.)太史伯太史伯见郑桓公曰见郑桓公曰:“:“以它平它谓之和，故能丰长而物生之，若以它平它谓之和，故能丰长而物生之，若以以 同裨同，尽乃弃矣！故先王以土与金、木、水、火杂，同裨同，尽乃弃矣！故先王以土与金、木、水、火杂，以成百物。以成百物。”在五行中还有没有更根本东西？在我国提出这一问在五行中还有没有更根本东西？在我国提出这一问题首推管仲，他认为题首推管仲，他认为“水者，地之血气也水者，地之血气也基于天地，基于天地，可藏于万物。可藏于万物。人，水也，万物之本原也人，水也，万物之本原也”这是认为这是认为水为万物之本。水为万物之本。第10页原子论原子论（中国发展较少，立论不多）（中国发展较少，立论不多）i.墨翟墨翟（468382.B.C）墨经墨经,逻辑严密，注意试验，包含数学、物理逻辑逻辑严密，注意试验，包含数学、物理逻辑等内容，是我国最早比较完整科学文件。等内容，是我国最早比较完整科学文件。ii.以惠施为代表名家以惠施为代表名家 惠施惠施(370318.B.C),战国中期名家。战国中期名家。古代对古代对“原子原子”叫法有叫法有“端端”“毫毫”“微微”“几几”“邻虚邻虚”等。等。“邻邻 虚虚”有近于零意思。概念十分准确，有近于零意思。概念十分准确，但缺乏试验基础，我国原子论一直停留在比较原始阶但缺乏试验基础，我国原子论一直停留在比较原始阶段。段。元气论元气论 元气论元气论是我国古代自然哲学史上占主导地位物质运动是我国古代自然哲学史上占主导地位物质运动观观。包含从易经。包含从易经“太极太极”到老子道德经到老子道德经“道道”和以荀子为代表和以荀子为代表“气气”等。等。第12页 他整理自己思想，反思宇宙运动本质，著有老子分他整理自己思想，反思宇宙运动本质，著有老子分为道经德经为道经德经8181条，条，著书五千言。著书五千言。老子老子 关键是关键是“道道”。“道道”无所不包，无所不在。他自然哲学部分最少无所不包，无所不在。他自然哲学部分最少 应说含有一些原始唯物主义成份应说含有一些原始唯物主义成份 。尹文、宋钘及以后发展尹文、宋钘及以后发展 老子弟子尹文、宋钘将老子弟子尹文、宋钘将“道道”发展为发展为“气气”。论点举例：。论点举例：a)a)荀子荀子：“水火有气而无生，草木有生而无知，禽兽有知而水火有气而无生，草木有生而无知，禽兽有知而无义，人有气有生有知且有义，故最为天下知也。这里明无义，人有气有生有知且有义，故最为天下知也。这里明确提出无机物中确提出无机物中“气气”，生物中，生物中“生生”,”,动物动物“知知”社会社会“义义”等几个层次，水火、植物、动物、社会、等几个层次，水火、植物、动物、社会、都是气不都是气不一样发展一样发展 阶段形式表现阶段形式表现.。“道生一，一生二，二生三，三生万物，道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴抱阳，万物负阴抱阳，冲气认为和冲气认为和”i i 老子老子:又名李耳，字聃，楚国苦县（今河南贵德又名李耳，字聃，楚国苦县（今河南贵德)人人第13页b)b)王充王充王充王充(东汉，公元东汉，公元东汉，公元东汉，公元27-9727-97年年年年)“天地，含气之自然也。天地，含气之自然也。天地，含气之自然也。天地，含气之自然也。”他反对他反对他反对他反对“天造万物天造万物天造万物天造万物”之说：之说：之说：之说：“如谓天地为之，为之宜用手，天地如谓天地为之，为之宜用手，天地如谓天地为之，为之宜用手，天地如谓天地为之，为之宜用手，天地安得用千千万万手，并为万万千千之物乎！安得用千千万万手，并为万万千千之物乎！安得用千千万万手，并为万万千千之物乎！安得用千千万万手，并为万万千千之物乎！气本质气本质 气是宇宙万物根源。气是宇宙万物根源。气改变运动规律是阴阳分合，气改变运动规律是阴阳分合，“精精”“形形”不变。不变。中国自然哲学中中国自然哲学中“气气”，大致可归纳为是一个充，大致可归纳为是一个充满于天、地、人、万物内外、有生命力（即自运动性）满于天、地、人、万物内外、有生命力（即自运动性）、连续不绝、改变无穷物质根源、连续不绝、改变无穷物质根源,它比西方它比西方“以太以太”,“能量能量”、“流体流体”、“波波”、“场场”都要广泛，都要广泛，或是以上几个概念总和或是以上几个概念总和。第14页 王夫之重视实践，曾深入手工作坊考王夫之重视实践，曾深入手工作坊考王夫之重视实践，曾深入手工作坊考王夫之重视实践，曾深入手工作坊考查制墨烧汞过程，得出查制墨烧汞过程，得出查制墨烧汞过程，得出查制墨烧汞过程，得出“生非创有，死非生非创有，死非生非创有，死非生非创有，死非毁灭毁灭毁灭毁灭”主要结论。主要结论。主要结论。主要结论。唯一比较系统阐述是由唯一比较系统阐述是由“气气”导出守恒原理导出守恒原理 对对元气论元气论初步评价初步评价a)元气论从我国公元前十世纪开始形成，流传两千多年，它元气论从我国公元前十世纪开始形成，流传两千多年，它包含了天与地、阴与阳、无机与有机、物质与能量、有形包含了天与地、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、局部与整体统一。与无形、连续与断续、微观与宏观、局部与整体统一。b)“元气论元气论”完全不一样于西欧近代科学发展模式。它坚完全不一样于西欧近代科学发展模式。它坚持：持：物质统一性物质统一性每一事物矛盾性每一事物矛盾性基元物质（元气）基元物质（元气）连续性分布与运动。连续性分布与运动。守恒原理等根本规律。守恒原理等根本规律。守恒原理守恒原理第15页c)元气论元气论在应用上尤其是在生物物理方面有不少实际研究价值。如：人体“内气”与“外气”问题，生物场仪器探测，“外气”信息传递与人体特异功效等。d）元气论元气论作为自然哲学派别在开辟认识自然道路上有一定作用，但其发展迟缓，长久停留在定型观察、推测、玄想阶段，缺乏科学记述、试验、数学处理方法配合，在相当程度上还未完全脱离方家道士之类宗教玄学影响。第16页二二 中国古代自然哲学中国古代自然哲学时空观和运动观时空观和运动观第17页1.关于时空与宇宙概念：关于时空与宇宙概念：战国时尸佼战国时尸佼（390330B.C尸子尸子成书于汉代）成书于汉代）说说:“四方四方上下曰宇，往古今来曰上下曰宇，往古今来曰宙宙”。“宇宙宇宙”包含了包含了空间和时间统一性与无空间和时间统一性与无限性。限性。墨经：墨经：“宇，弥异宇，弥异所也所也”。经说：经说：“宇、蒙东宇、蒙东西南北西南北”。“久（宙），久（宙），弥异时也弥异时也”，“久，合久，合古今旦莫（暮）古今旦莫（暮）”。2.运动中时空相关性运动中时空相关性 墨经：墨经：“动，域徙也动，域徙也”（地点变动）；（地点变动）；“俱止，动俱止，动”（物体上各（物体上各处作一样运动）；处作一样运动）；“偏，际徙偏，际徙”（边缘移动，（边缘移动，转动）。转动）。“宇域徙，说在长宇久宇域徙，说在长宇久”（空间位置变动空间位置变动,发生在一定发生在一定间隔空间和时间内）。间隔空间和时间内）。这是从直观观察中看到时空这是从直观观察中看到时空统一，看到时空与运动统一，看到时空与运动紧密联络。紧密联络。第18页3.3.时空（宇宙）无限观点时空（宇宙）无限观点时空（宇宙）无限观点时空（宇宙）无限观点 张衡灵宪：张衡灵宪：张衡灵宪：张衡灵宪：“宙之端宙之端宙之端宙之端无穷无穷无穷无穷”王充：王充：王充：王充：“天去人高远，其天去人高远，其天去人高远，其天去人高远，其气沧茫无故末气沧茫无故末气沧茫无故末气沧茫无故末”柳宗元：柳宗元：柳宗元：柳宗元：“无中无旁，乌无中无旁，乌无中无旁，乌无中无旁，乌际乎天则？际乎天则？际乎天则？际乎天则？”南宋邓牧：南宋邓牧：南宋邓牧：南宋邓牧：“天地大也，天地大也，天地大也，天地大也，其在虚空不过一栗耳！其在虚空不过一栗耳！其在虚空不过一栗耳！其在虚空不过一栗耳！”谓谓谓谓天地之外无复天地，岂通论天地之外无复天地，岂通论天地之外无复天地，岂通论天地之外无复天地，岂通论耶？耶？耶？耶？”元琅琊记：元琅琊记：元琅琊记：元琅琊记：“天地亦天地亦天地亦天地亦物也，天地之外更有天地物也，天地之外更有天地物也，天地之外更有天地物也，天地之外更有天地”。4 4.惠施对直觉时空观非惠施对直觉时空观非惠施对直觉时空观非惠施对直觉时空观非难。难。难。难。建立科学时空观，必建立科学时空观，必建立科学时空观，必建立科学时空观，必须勇于怀疑通常建立须勇于怀疑通常建立须勇于怀疑通常建立须勇于怀疑通常建立在知觉经验上时空观在知觉经验上时空观在知觉经验上时空观在知觉经验上时空观与运动观，惠施非难与运动观，惠施非难与运动观，惠施非难与运动观，惠施非难应该是使这一认识深应该是使这一认识深应该是使这一认识深应该是使这一认识深化起点，闪烁着我国化起点，闪烁着我国化起点，闪烁着我国化起点，闪烁着我国古代人民智慧光芒，古代人民智慧光芒，古代人民智慧光芒，古代人民智慧光芒，其其其其“历物十事历物十事历物十事历物十事”和和和和“二十一辩二十一辩二十一辩二十一辩”除前述两除前述两除前述两除前述两条和个别条之外，能条和个别条之外，能条和个别条之外，能条和个别条之外，能够按性质作以下排列：够按性质作以下排列：够按性质作以下排列：够按性质作以下排列：第19页 （a a a a）“无厚不可积也，其大千里无厚不可积也，其大千里无厚不可积也，其大千里无厚不可积也，其大千里”(”(”(”(二维平面二维平面二维平面二维平面););););（b b b b）“天与地卑，山与泽平天与地卑，山与泽平天与地卑，山与泽平天与地卑，山与泽平”（从宇空看地球）（从宇空看地球）（从宇空看地球）（从宇空看地球）l l（c c）“距不方，规不可认为圆距不方，规不可认为圆”(”(无理想线条无理想线条)（d d）“南方无穷而有穷南方无穷而有穷”(”(地可能为球形地可能为球形)（e e）“我不知天下之我不知天下之 中央，燕之北越之南是也中央，燕之北越之南是也”（2）关于时间关于时间“今日适越而昔来”（没有绝对“同时性”）。（1）关于空间关于空间第20页（3）关于物质及其改变关于物质及其改变 （a a）“指不至，物不绝指不至，物不绝指不至，物不绝指不至，物不绝”（人眼之外，物质连绵不绝）；（人眼之外，物质连绵不绝）；（人眼之外，物质连绵不绝）；（人眼之外，物质连绵不绝）；（b）“日方中方睨，物方生方死日方中方睨，物方生方死”（太阳刚到中心又（太阳刚到中心又偏了，万物也是生死不停）。偏了，万物也是生死不停）。（4）关于运动非难关于运动非难（a）“飞鸟之景（影），未尝动也飞鸟之景（影），未尝动也”（b）“镞矢之疾，而有不行不止之时镞矢之疾，而有不行不止之时”（飞矢既在（飞矢既在一处又不在一处）。这与西方之诺佯谬有异曲同工之一处又不在一处）。这与西方之诺佯谬有异曲同工之妙。妙。（5）关于非常状态）关于非常状态第21页（a a a a）“火不热火不热火不热火不热”（对高温而言）（对高温而言）（对高温而言）（对高温而言）；（b b b b）“目不见目不见目不见目不见”（有不可见光）；（有不可见光）；（有不可见光）；（有不可见光）；（c c）“山出口山出口”（地震）；（地震）；（d d）“轮不辗地轮不辗地”（飞轮之类，勿须辗地）。（飞轮之类，勿须辗地）。惠施惠施这些思想都是非常光芒，不过不少儒家这些思想都是非常光芒，不过不少儒家学士认为学士认为“荒诞不经荒诞不经”，而扼杀了物理思想讨，而扼杀了物理思想讨论和发展，于是没有流传下来。论和发展，于是没有流传下来。另外，另外，公孙龙公孙龙还与惠施有还与惠施有“石坚白石坚白”之争，之争，但不但仅是物理问题而是哲学问题了。但不但仅是物理问题而是哲学问题了。第22页当前一些学者对我国古代物理思想颇感兴趣。当前一些学者对我国古代物理思想颇感兴趣。比如汤川秀树在比如汤川秀树在19741974年日本召开十四届国际科学年日本召开十四届国际科学史代表大会上史代表大会上“日本科学一百年日本科学一百年”讲话中谈到讲话中谈到老子、庄子思想对他影响。我们应该大老子、庄子思想对他影响。我们应该大力发掘和深入研究。力发掘和深入研究。第23页第二节第二节 我国古代物理学各分支主我国古代物理学各分支主要成就要成就第24页一一.我国古代力学成就我国古代力学成就研究方法流体力学机 械 与 技 术 成 就刚体力学动力学运动学基本测量第25页人类工具制造和使用中，慢慢积累了人类工具制造和使用中，慢慢积累了简单力学知识。我国古代在力学基本理简单力学知识。我国古代在力学基本理论方面有相当完整概念体系，但在表述方论方面有相当完整概念体系，但在表述方面却不精密。面却不精密。1.基本测量基本测量长度长度家语载：家语载：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻布指知寸，布手知尺，舒肘知寻”等等“以蚕吐丝为忽”（说文）“十马尾为分”（易纬通挂脸）第26页 时间计量与计时器时间计量与计时器 我国古代设官专司天文历算，所以在我国古代设官专司天文历算，所以在时间计量与测时仪器方面在十四世纪时间计量与测时仪器方面在十四世纪欧洲出现机械时钟前一直有很高水平。欧洲出现机械时钟前一直有很高水平。“土圭一致四时四月”（周礼春官）“挈壶氏悬壶以水火守之，分以日夜”（周礼夏官），“周礼挈壶氏，其法总以百刻，分以昼夜，冬至昼漏四十刻，夜漏六十刻，夏至昼漏六十刻，夜漏四十刻，春秋二分，昼夜各五十刻。周汉时代，我国开始用等分一昼夜为百刻（或十二时辰）方法来计时。链接第27页（3）重量）重量19541954年湖南长沙左家公山战国楚墓出土我国最年湖南长沙左家公山战国楚墓出土我国最早天平及砝码，在半两范围内比较准确。早天平及砝码，在半两范围内比较准确。（4）容积）容积秦始皇公元前2统一中国时，采取统一度量衡制度，采取商鞅方升为标准量具之一。其制作精度在1%以内。（5）比重比重汉书食货志：“黄金方寸，其重一斤，白金方寸，重十一两”，(16两两=1斤斤）（详见下表）第28页 液体比重：古代制盐工人（如台州，液体比重：古代制盐工人（如台州，液体比重：古代制盐工人（如台州，液体比重：古代制盐工人（如台州，1111世纪）世纪）世纪）世纪）用十枚莲子测盐卤（十粒有三粒以上直立浮起便用十枚莲子测盐卤（十粒有三粒以上直立浮起便用十枚莲子测盐卤（十粒有三粒以上直立浮起便用十枚莲子测盐卤（十粒有三粒以上直立浮起便是浓卤，二粒以下且有水平浮气是稀薄液），以是浓卤，二粒以下且有水平浮气是稀薄液），以是浓卤，二粒以下且有水平浮气是稀薄液），以是浓卤，二粒以下且有水平浮气是稀薄液），以蛋或桃仁也可。蛋或桃仁也可。蛋或桃仁也可。蛋或桃仁也可。原理近似与近代原理近似与近代 浮笔式比重计浮笔式比重计浮笔式比重计浮笔式比重计方寸比重黄金白金玉铜铅铁石d(两两)1614127.59.563（6）其它技术测量其它技术测量第29页 唐代唐代中国人在世界上第一次用科学方法测量了子午线长度。到了清代又组织了两次较大规模子午线实测，并以2部营造尺为标准，把长度单位和地球经线一度弧长联络起来，要求要求1800尺为尺为一里一里，而200里合地球里合地球1度度 最早最早科技书考工记考工记（成书于700400B.C）聚集有春秋末齐国手工业生产与科技知识，可惜散失不少。其它技术测量其它技术测量第30页2.运动学运动学运动与静止相对性运动与静止相对性。汉代尤其是后汉盛行一个纬书，有不少天文历算及自然哲学方面古杂书汇编。其中，宋均（卒于公元76年）注尚书纬考灵曜有“地有四游”之说。提出了著名论断：“地恒动而不止，而人不知，譬人在巨舟中闭牖而坐，舟行而不觉也。”快慢与速率快慢与速率考工记对羽毛影响箭行速度描写是：“后弱则翔，中强则扬，羽丰则迟。”第31页 王王王王 充论衡充论衡充论衡充论衡 说心篇说心篇说心篇说心篇 ：“日昼行千里，夜行千里，麒麟昼日亦行日昼行千里，夜行千里，麒麟昼日亦行 千里，然则日行舒疾，与麒麟相类似也，千里，然则日行舒疾，与麒麟相类似也，”“月行十三度（每个月按27天计算），十度二万里，三度六千里，月一昼夜行二万六千里，与晨凫（音扶）飞相类似也。天行三百六十五度积凡七十三万里也。其行甚疾，无认为验，当与陶钧（制陶器之盘）之运，弩矢之流。相类似乎。”把日、月、天、飞鸟、麒麟、弩矢速率都看作“类似”。“翔”、“迟”、“疾”是定性对比，数字只是一个猜测。第32页 唐代观象玩占记风速：唐代观象玩占记风速：唐代观象玩占记风速：唐代观象玩占记风速：“动叶十里，鸣条百里，摇之二百里，拔大根三动叶十里，鸣条百里，摇之二百里，拔大根三千里，千里，”这种分类方法比较科学，但只是这种分类方法比较科学，但只是“平均平均速速率率”概念。概念。（3）斜抛）斜抛考工记轮人谈到水在从伞形车盖边缘飞洒时说：“上尊而宇卑，则吐水疾而远。”但缺乏几何图形研究。（4）刚性球滚动刚性球滚动墨经：“正而不可谵（安），说在搏（团），”这是说球正放在水平面上随遇而安情况。（5）转动速度）转动速度第33页 “钟鼓轮钟鼓轮”部分描述转动：部分描述转动：部分描述转动：部分描述转动：六牙距为一刻，五十牙距为一时，六百牙距为六牙距为一刻，五十牙距为一时，六百牙距为六牙距为一刻，五十牙距为一时，六百牙距为六牙距为一刻，五十牙距为一时，六百牙距为十二时。十二时。十二时。十二时。我国历代重视天文观察与历法。对日月星辰我国历代重视天文观察与历法。对日月星辰 周年或周日运转时刻与位置十分重视。周年或周日运转时刻与位置十分重视。如：考工记如：考工记“昼参诸日中之景（影）夜昼参诸日中之景（影）夜考之极星，以正朝夕考之极星，以正朝夕”。张衡在浑仪注中把圆周分为张衡在浑仪注中把圆周分为365.25;365.25;“周天三百六十五度又四分度之一，周天三百六十五度又四分度之一，北极乃天之中也，在正北出地上三十六度北极乃天之中也，在正北出地上三十六度天转如车毂之运也。天转如车毂之运也。”这是很宝贵定量描述这是很宝贵定量描述。第34页 3.3.动力学动力学 惯性惯性考工记考工记轮人：轮人：“马力既竭，辀（辕）犹能一取也马力既竭，辀（辕）犹能一取也”。此结论要比亚里士多德。此结论要比亚里士多德“运动要靠力维持运动要靠力维持”直觉结直觉结论高明得多。论高明得多。（2）力定义）力定义 墨经：墨经：“力，刑之所以奋也力，刑之所以奋也”。刑（形）是指受。刑（形）是指受力物体还是施力者（人体），有争论。力物体还是施力者（人体），有争论。注意注意“奋奋”由静到动，有慢到快，明确含有加速度由静到动，有慢到快，明确含有加速度意思，由此可见意思，由此可见墨家观察之细，用词之恰当墨家观察之细，用词之恰当。墨经又说：墨经又说：“力，重之谓，下举，重奋也力，重之谓，下举，重奋也”，把，把重归于力范围。重归于力范围。“奋奋”指施力者使物体由下而上抵抗指施力者使物体由下而上抵抗重力作用过程。重力作用过程。第35页 力与运动关系力与运动关系力与运动关系力与运动关系王充论衡王充论衡 效力篇：效力篇：“凿所以入木者，槌叩凿所以入木者，槌叩之也，之也，”“诸锋刃之器所以能割削者，手能把持之也，力能推引之也”，说明物体间因为相互作用而运动。说明物体间因为相互作用而运动。“金铁在地，焱风不能动，毛芥在其间，飞扬千里”；“车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾。”其解释为：“任重，其进取疾速，难矣！”这尽管是定性，比牛顿早15。第36页 功概念功概念功概念功概念淮南子淮南子 谬称训：谬称训：“物之功，动而有益，则物之功，动而有益，则损随之。损随之。”“”“功功”概念，在这里明确和概念，在这里明确和“动动”相联络，又和相联络，又和“损损”与与“益益”相联络。相联络。81B.C.桓宽盐铁论力耕第二：“自古及今，不施而得报，不劳而有功，未之有也。”王充论衡：“且天与宅惧人所治，兴功用力，劳佚均等必铨功之小大，立远近之步数，”（5）力平衡力平衡古代建筑、桥梁、造船都应用了力平衡原理。第37页比如：隋代李春在公元6建赵州大石拱桥，跨度达37.02米，主拱旁又用了空腔结构，1300多年来下沉水平差只有5。（6 6）内力与外力）内力与外力）内力与外力）内力与外力王充“力重不能自称，须人乃举，”“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”。（7）运动储存与转换）运动储存与转换 4.刚体力学刚体力学本标重权（重臂）（力臂）（1）杠杆及杠杆原理：）杠杆及杠杆原理：公元前18世纪，春秋末，出现了天平、秤、剪、手钳、脚踏碓等。墨经中杠杆原理墨经中杠杆原理第38页（2）应力 墨经墨经“负：衡木加重焉而不挠（弯曲），极（内部）负：衡木加重焉而不挠（弯曲），极（内部）胜重也，若校（绞）交绳，无加焉而挠，极不胜重。胜重也，若校（绞）交绳，无加焉而挠，极不胜重。”极表示内应力，衡木加重而不挠，绳不加重就下垂。这极表示内应力，衡木加重而不挠，绳不加重就下垂。这是重力和应力谁占上风问题。是重力和应力谁占上风问题。（3）回转效应）回转效应陀螺：西汉末（1世纪初）巧匠丁缓“被中香炉”：“为机转运四面而炉体常平，可置之被褥。”公元15左右达芬奇（14521519）才提出类似万用支架设计。5.机械与技术成就中利用力学原理一些例子机械与技术成就中利用力学原理一些例子（1）杜诗（公元31年）“水排”（王桢农书）将转动变为往复运动，利用水力鼓风。（2）龙骨水车（“翻车”），后汉书为毕岚所作，原理类似唧筒。第39页（3 3）西汉刘歆西京杂记载西汉刘歆西京杂记载西汉刘歆西京杂记载西汉刘歆西京杂记载“记里鼓车记里鼓车记里鼓车记里鼓车”，使，使，使，使用齿轮传动系统。用齿轮传动系统。用齿轮传动系统。用齿轮传动系统。（4 4）指南车：机械方法，利用差动齿轮维持原指南车：机械方法，利用差动齿轮维持原方向。方向。（5）水运浑天仪（1）：表达了我国天文学、时间测量、机械论系与水力推进系统、冶金等方面成就。（6）侯风地动仪侯风地动仪（32年）侯风是预报风向及风灾仪器。“相逢铜鸟，遇风乃动。相逢铜鸟，遇风乃动。”（7）元郭守敬简仪、仰仪、定时仪、日月食仪等十几个天元郭守敬简仪、仰仪、定时仪、日月食仪等十几个天文仪器，在结构、设计、精度等方面都有新创造，到达当文仪器，在结构、设计、精度等方面都有新创造，到达当初高水平。初高水平。第40页6.6.流体力学流体力学流体力学流体力学（1）欹器欹器（手提系绳尖底吸水陶罐）,“虚则欹，中则正，满则浮，”。（2）关于沉浮条件关于沉浮条件墨经：“形之大，其沉浅也，说在具（衡）”。“沉，形之具也，则沉浅，非形浅也，若易五之一”。“鸿毛一羽，在水而没者，无势也，黄金万钧，在舟而浮，依舟之势也。”（3）浮力利用浮力利用“鸿毛之囊，能够渡江”（淮南万毕书）宋治平三年（1066），曹冲称象僧怀丙以浮船打捞万斤铁牛第41页（4 4）在国民经济应用方面在国民经济应用方面在国民经济应用方面在国民经济应用方面 水利，造船业，（在秦汉、唐宋及明代为三次发展高潮）水利，造船业，（在秦汉、唐宋及明代为三次发展高潮）如如“秦有秦有5050万大军运粮船队。万大军运粮船队。隋炀帝龙舟高40尺，宽50尺，长200尺。明郑和“宝船”60多艘，船长44丈，阔18丈，78千吨，可容千人，贮粮一年有余。“舟为巨室，帆若垂天之云”。30多年访东非、波斯等,比哥伦布早一世纪。（5）元气说对大气压强解释）元气说对大气压强解释我国元气论将各种物理运动形式均归之为“气”，如：“力气”、“热气”、“电气”、“磁气”等等。古代解释压强缺点是缺乏明晰性，带有几分猜测成份，但可贵是已经有一些试验或观察事实做基础。第42页（6 6）液面表面张力）液面表面张力）液面表面张力）液面表面张力 明：明：“水面坐膜，绣针投之则浮。水面坐膜，绣针投之则浮。”这一观察实际已涉这一观察实际已涉 及液体分子作用宏观表现。及液体分子作用宏观表现。7.研究方法研究方法墨经中提出了很好理论结合实践理论结合实践方法：“闻（知），说（知），亲（知），名实合，为。”三知三知方法能够达到名实相符而且实用程度。(7)(7)竹蜻蜓和风筝竹蜻蜓和风筝 中国风筝有悠久历史中国风筝有悠久历史第43页1。声发生声发生（1）乐器）乐器 a)打击乐器打击乐器 鼓鼓.磬磬.钟等钟等 b)调频弦乐器调频弦乐器 琴琴.瑟等瑟等 c)管乐器管乐器 箫箫.笛笛.笙等笙等二、我国古代声学成就（2）发声原理）发声原理 :“瑟者小弦大瑟者小弦大声声,大弦小声大弦小声”,即弦声与弦粗细成反比即弦声与弦粗细成反比.（3）响度）响度 “大而短大而短,则其声疾而短闻则其声疾而短闻,小而长则其声舒而远闻小而长则其声舒而远闻”.第44页音色 :“中者铿,石者磬,鼓鼙之声.”音律 :自殷以前,但有五声.“宫商角徵羽”第45页2。声传输（1）声速 魏已经有记载（2）波 公元前3-4:“海水三岁一周流,波相薄,故地动.”（3）空穴效应 宋沈括(10301094)记载:“士兵夜枕空牛皮箭囊,虚能纳声.”（4）共振效应 “汉洗与龙洗”“未央钟无故自鸣”“纸人共振”等现象（5）声反射 北京天坛回音壁,三音石和圜丘.我国古代有“四大回音建筑”.第46页三三、中国古代热学成就中国古代热学成就（1 1）热胀冷缩利用）热胀冷缩利用）热胀冷缩利用）热胀冷缩利用:李冰父子在都江堰工程中李冰父子在都江堰工程中李冰父子在都江堰工程中李冰父子在都江堰工程中,有有有有“积薪烧之积薪烧之积薪烧之积薪烧之”,”,利用热胀冷缩开山辟岭记载利用热胀冷缩开山辟岭记载利用热胀冷缩开山辟岭记载利用热胀冷缩开山辟岭记载.（2 2）对热辐射解释）对热辐射解释）对热辐射解释）对热辐射解释:王充在王充在王充在王充在论衡论衡论衡论衡 寒温篇寒温篇寒温篇寒温篇有精辟叙有精辟叙有精辟叙有精辟叙述述述述“近水则寒近水则寒近水则寒近水则寒,近火则温近火则温近火则温近火则温”.”.（3 3）“温度温度温度温度”概念（即火侯）概念（即火侯）概念（即火侯）概念（即火侯）:考工记中记载了火考工记中记载了火考工记中记载了火考工记中记载了火候经验指标候经验指标候经验指标候经验指标.（4）关于热本质）关于热本质（5）冷热空气对流）冷热空气对流:如松脂灯如松脂灯 孔明灯孔明灯 走马灯转动走马灯转动.(6)火箭火箭:如如“火龙出水火龙出水”“神火飞鸦神火飞鸦”“流星流星”等等第47页四四、我国古代电磁学成就1、雷电描述、雷电描述“阴阳相薄为雷阴阳相薄为雷,激扬为电激扬为电,”“电电,激气也激气也.”“夫雷之发动夫雷之发动,一气一声也一气一声也.”2、静电与静磁现象及其应用、静电与静磁现象及其应用 “琥珀不取腐芥琥珀不取腐芥 ,磁石不受曲针磁石不受曲针”“山中有磁石山中有磁石,其下有铜金其下有铜金”及磁石吸铁记载及磁石吸铁记载.3、指南针及其发展、指南针及其发展 （1）天然磁石制成司南）天然磁石制成司南 （2）指南鱼、指南龟、指南针）指南鱼、指南龟、指南针 （3）罗盘）罗盘第48页1 1、几何光学基本原理、几何光学基本原理、几何光学基本原理、几何光学基本原理 1)1)影之生成与定义影之生成与定义影之生成与定义影之生成与定义 2)2)影和半影影和半影影和半影影和半影 3)3)小孔成像小孔成像小孔成像小孔成像 2 2、镜及光学仪器、镜及光学仪器、镜及光学仪器、镜及光学仪器（1 1）镜）镜）镜）镜 “金燧金燧金燧金燧,取火于日月之器也取火于日月之器也取火于日月之器也取火于日月之器也”.”.即凹面铜镜用于取火即凹面铜镜用于取火即凹面铜镜用于取火即凹面铜镜用于取火.还有还有还有还有“木燧钻火木燧钻火木燧钻火木燧钻火”（2 2）平面镜与球面镜成像规律）平面镜与球面镜成像规律）平面镜与球面镜成像规律）平面镜与球面镜成像规律平面镜反射成像平面镜反射成像平面镜反射成像平面镜反射成像:“:“临鉴而立临鉴而立临鉴而立临鉴而立,景倒景倒景倒景倒”凹面镜凹面镜凹面镜凹面镜:“:“鉴洼鉴洼鉴洼鉴洼,景一小而易倒景一小而易倒景一小而易倒景一小而易倒,一大而正一大而正一大而正一大而正,说在中之外内说在中之外内说在中之外内说在中之外内”凸面镜凸面镜凸面镜凸面镜:“:“鉴团鉴团鉴团鉴团,景一景一景一景一.”.”（3 3）潜望镜）潜望镜）潜望镜）潜望镜 “取大镜高悬取大镜高悬取大镜高悬取大镜高悬,置水盆于下置水盆于下置水盆于下置水盆于下,则见四邻矣则见四邻矣则见四邻矣则见四邻矣”（4 4）西汉）西汉）西汉）西汉:“:“魔镜魔镜魔镜魔镜”-”-应声镜、透光镜应声镜、透光镜应声镜、透光镜应声镜、透光镜 五、我国古代光学成就第49页3、大气中光学现象大气中光学现象（1）色散 虹霓“阳炙阴为虹”宋朝沈括“虹乃雨中日影也,日照雨见有之”.(2）北极光、地光 我国从公元前1世纪到10世纪,历史上记载了达170次,还指出地球磁场960年由东向西转动一周.第50页第二章第二章西方古代及中世纪西方古代及中世纪物理学物理学第51页本章内容古希腊自然哲学古希腊自然哲学历史背景古希腊自然哲学观西方中世纪简况西方中世纪简况古希腊物理学古希腊物理学以亚里士多德为代表天文学与物理学阿基米德物理学第52页2.1 古希腊自然哲学古希腊自然哲学一、历史背景一、历史背景1.1.东方和西方东方和西方东方和西方东方和西方古代文化中心除中国外古代文化中心除中国外,还有埃及、巴还有埃及、巴比伦、印度等，东方河域文化，巴比伦历比伦、印度等，东方河域文化，巴比伦历法、水钟，埃及几何学丈量和金字塔建筑，法、水钟，埃及几何学丈量和金字塔建筑，印度数字等等。这些自然科学萌芽都首先印度数字等等。这些自然科学萌芽都首先与天文、数学、占卜相关与天文、数学、占卜相关。第53页 西方古希腊西方古希腊西方古希腊西方古希腊，地处亚非之交海岛与半岛。在奴隶制、地处亚非之交海岛与半岛。在奴隶制、地处亚非之交海岛与半岛。在奴隶制、地处亚非之交海岛与半岛。在奴隶制、航海和比较自由生活基础上，产生了古希腊文化。希腊地航海和比较自由生活基础上，产生了古希腊文化。希腊地航海和比较自由生活基础上，产生了古希腊文化。希腊地航海和比较自由生活基础上，产生了古希腊文化。希腊地理位置与航海、贸易等，使理位置与航海、贸易等，使理位置与航海、贸易等，使理位置与航海、贸易等，使“自由民自由民自由民自由民”有条件在自由争辩有条件在自由争辩有条件在自由争辩有条件在自由争辩中认识世界，所以形成了与中国东西辉映古希腊文化，或中认识世界，所以形成了与中国东西辉映古希腊文化，或中认识世界，所以形成了与中国东西辉映古希腊文化，或中认识世界，所以形成了与中国东西辉映古希腊文化，或叫希腊罗马文化。产生了不少著名叫希腊罗马文化。产生了不少著名叫希腊罗马文化。产生了不少著名叫希腊罗马文化。产生了不少著名“智者智者智者智者”、“圣贤圣贤圣贤圣贤”或或或或自然哲学家。自然哲学家。自然哲学家。自然哲学家。2.2.希腊罗马文化分期希腊罗马文化分期希腊罗马文化分期希腊罗马文化分期（1 1）早期希腊早期希腊（公元前（公元前5 5世纪以前）也称雅典时期，爱世纪以前）也称雅典时期，爱奥尼亚时期），奴隶制开始形。奥尼亚时期），奴隶制开始形。（2）古典希腊古典希腊（公元前（公元前5-4世纪），文化高涨时期，有世纪），文化高涨时期，有希腊和斯巴达两种奴隶制度。希腊和斯巴达两种奴隶制度。（3）希腊化时期希腊化时期（公元前（公元前3世纪世纪-公元公元30年），年），也称也称作亚历山大里亚时期。作亚历山大里亚时期。第54页（4）罗马帝国时期罗马帝国时期（公元公元30-476年）年）。3.3.早期希腊最早学派早期希腊最早学派早期希腊最早学派早期希腊最早学派（1）泰勒斯泰勒斯（Thales，约公元前，约公元前640-546年）学派，年）学派，也称米利都学派。泰勒斯是个商人、哲学家、政治也称米利都学派。泰勒斯是个商人、哲学家、政治家、数学家和天文学家。家、数学家和天文学家。他是第一个把哲学从宗教、神话中分离出来人。创他是第一个把哲学从宗教、神话中分离出来人。创立了初等几何学，以下六个命题听说是他提出。立了初等几何学，以下六个命题听说是他提出。一个圆被其直径等分。等腰三角形两底角相等。两条直线相交其对顶角相等。半圆上弓形角是直角。相同三角形对应边成百分比。第55页两个三角形两个角及其夹边对应相等，则这两个三两个三角形两个角及其夹边对应相等，则这两个三两个三角形两个角及其夹边对应相等，则这两个三两个三角形两个角及其夹边对应相等，则这两个三角形全等。角形全等。角形全等。角形全等。他曾预言过冬至、夏至和公元前他曾预言过冬至、夏至和公元前他曾预言过冬至、夏至和公元前他曾预言过冬至、夏至和公元前58558