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1、物理文化与素质培养题目：中国古代传统文题目：中国古代传统文 化中的物理思想化中的物理思想 姓名：陈志伟学号：P091712725学院：数学与计算机科 学 班级：09 级应数 分数：中国古代传统文化中的物理思想摘要： 中国自古就是大河流域的农耕文明国家，农业是中国万事之本。我国 古代物理学也与农业有着千丝万缕的联系，直接或间接地为农业生产服务，并 在农业生产和生活中得以产生和应用。 关键字：古代物理 成就 应用 一、我国古代物理学主要成就 1、力学方面。力学研究的是机械运动的规律，由于古人生产和生活都离不开机 械运动，所以力学发展得最早。早在几千年前我国古人就会运用杠杆、螺旋、 滑沦、斜面、齿轮
2、等简单机械，并在实际活动中逐步形成了一些科学概念。 2、光学方面。 墨经对光的几何性质可归纳成八条：第一条叙述影的定义与 生成；第二条说明光与影的关系；第三条则是光的直进并用小孔成像予以说明； 第四条说明光的反射性；第五条论述物与光源的关系来确定影之大小；第六、 七、八条则分别叙述了平面镜、凹面镜及凸面镜中的物像关系。这已触及了几 何光学很大一部分，经文虽然只有 8 条，总共约数百字，但却以严谨的文字， 表述了几何光学的基础。 3、声学方面。东汉王充认为“气括口喉”而发声，并用水波来比喻“气”的振 动和传声，讲到了空气振动成声，声音是通过空气传播的，解释了声音大小与 传播远近的关系。 二、我国
3、古代物理学在农业生产和生活中的应用 我国古代的物理学应用范围非常广，几乎涉及古代社会生活的各个层面。其中力学知 识是与农耕技术、农业工具、简单机械的应用、各种原动力、都邑建筑、水利工程、船舶 制造和材料选配等紧密相连的；声学知识是与乐器制造、音乐娱乐活动、礼乐制度的推进、 特殊需要建筑的建造以及军事活动等紧密相关；热学与物性学知识则与火的利用、冶炼业 和炼丹术、火药、火箭的研制、气象、气候的观测以及日常生活等相联系；电学与磁学知 识则与雷电现象的观察防避、冶铁业的发展、地形测量、航海事业、军事、医学以及日常 生活等紧密相关；光学知识则与古镜研制、照相、自然现象的观察、对天然晶体的考察等 息息相
4、连。1 在古代农业生产工具上的应用。中国是农耕文明国家，古代中国人的发明都属于技术 革新，甚至可以说，都是农业技术革新。农业生产工具在我国古代称为“田器” 、 “农器” 和“农具” 。我们的先民富有才智和突出的创造力，利用古代物理知识发明创造了许多农具， 如楼车播种、牛犁耕地及齿轮机构、曲柄连杆机、传动链机构、交叉皮带传动机构等农具。我国原始社会的刀耕火种，主要运用石斧、石铲、耒耜等简单工具。旧石器时代，元 谋人、北京人已学会制造和使用石器工具。旧石器时代晚期，山顶洞人使用打制石器，已 掌握钻孔技术。距今 6000 年以前的新石器时代，普遍使用磨制石器，半坡遗址发现了石斧、 石锄、石铲，还有弓
5、箭、石镞。河姆渡遗址出土有石凿、石斧和大量的骨制耒耜，还发现 了木器遗迹。大汶口文化中晚期和良渚文化生产工具更加进步，骨、石器种类有锄、镰、 矛等多种，并出现了小型铜器农具。考古学家上世纪 70 年代在西安仰韶文化半坡遗址上挖掘出土了新石器时代的一件特殊的汲水容器陶制尖底瓶罐叫“欹器” ，罐有两个小耳，耳上 系上绳子，向上一提，若陶罐是空的，重心在两耳之间，稍微晃动就会倾斜，把它慢慢地 放进水里汲水，尖底受到浮力，罐自动倾斜，水就会自动流进去，让水注入，罐中将满末 满时重心移到罐底，一提绳罐就会直立着被提上来。说明半坡人在制陶罐时是专门测定过 重心的，己懂得巧妙地运用重心和浮体平衡的原理。古书
6、荀子对“欹器”有过记载 “虚则欹，中则正，满则覆” ，孔子根据“欹器”悟出了“损之而又损，谦之而又谦”的道 理。 东汉时期，滑动轴承出现，在我国汉代古墓的壁画上可以看到利用轴承原理制造的古 代纺车。扬场工具风扇车利用滑动轴承原理和惯性原理，将饱满水稻小麦籽粒与秕壳碎草 分离开来。南阳太守杜诗发明“水排” ，利用水力推拉风箱，鼓风冶铁，制造农具。魏晋南 北朝，曹魏创造粮食加工工具水碓和水磨。曹魏国马钧发明水利灌溉机械龙骨水翻车，采 用木制齿轮，利用畜力转动主动轮，带动从动轮转动，实现翻车抽水灌田；隋唐时期，创 制筒车，长江下游出现曲辕犁，曲辕犁的出现标志着中国传统步犁的基本定型；元朝郭守 敬发明
7、滚动轴承，在轴与轴承之间安放圆圆的滚棒，使滑动摩擦变成滚动摩擦，用于改良 农具。 2 在古代农业和手工业生产技术上的应用。我国古代农业生产技术非常先进。早在二千年 前的汜胜之书里，就记载了“存优汰劣”的穗选育种法，商周时期古人就懂得施肥， 魏晋南北朝时农民就知道农田深耕细作。控温技术也应用于农业生产。据汉书召信臣 传 ，西汉末年已利用温室在冬季栽培蔬菜。北魏贾思勰齐民要术讲了霜冻的预报和用 熏烟的方法防止霜冻害等技术，用于保护农作物，当霜冻要来时，在田间烧柴熏烟，让缭 绕的烟雾笼罩大地，就像给农作物盖上一层大棉被，保护地表的温度，防止水汽凝华成霜。 我国西北地区有高山，山上终年积雪，山下的土地
8、却经常干旱，古代农民利用黑体吸热原 理融雪取水，在春耕前，把草木灰、牛马粪等肥料碎末运上高山，洒在冰雪上，碎末吸收 了阳光的热，使冰雪迅 速融化，带着肥料的雪水就流下山来灌溉农田。汉代起研究了潮汐时间、地点规律， 即从日、月作用及宇宙元气阴阳交感来解释作用力的传递(而非超距作用)，导致海水涨落， 用于防止潮汐对农业生产的侵害。 由于农业生产的需要，古代手工业几乎与古代农业同时产生，我国古代手工业生产技 术也非常先进。1、春秋战国时期，漆器采用夹苎技术，农民学会了用曲造酒。青铜制造业 工艺创新，发明合金技术，物体热胀冷缩的现象，不仅早已为古人所认识，而且得到了有 效的运用，如李冰开凿都江堰，借以
9、碎裂巨石。西汉发明的“透光镜”在制作工艺中就应 用了热胀冷缩的原理。高温技术成就突出，这与制陶业以及金属冶炼业的发展是密切相关 的，江西仙人洞发现了万年前的陶器，河姆渡文化和仰韶文化中已有精美纹饰的彩陶，龙 山文化有红铜器，商代炼青铜必须鼓风炉。古人在制陶和冶金中，学会了以观察“火候” 来定性地判断温度的高低，如考工记记有几种火色。还有一种利用某些标准的恒定温 度点如冰点和人的体温来确定温度高低的方法。古代冶铜技术经历了由纯铜到合金铜、 由低级向高级发展的阶段，古人发现合金铜的物理性能要更优于纯铜，且合金的比例对物 理性能也有影响。 考工记里记载，制造钟鼎，铜和锡的重量比是 6:1；制造斧头，
10、铜和 锡的重量比是 5:1；制造戈戟，铜和锡的重量比是 4:1；制造刀剑则为 3:1；制造箭头是 5:2。1965 年在湖北省江陵望挖掘出土的越王勾践的佩剑一“纯钧” ，非常锋利、闪闪发光、 没有锈斑、吹发可断，表面刻有黑色菱形格子花纹，性能优越，用 x 射线、原子光谱等现 代技术进行分折，发现其成分比是：铜 50、锡 20、铝镍硫等 30。其中黑色菱形格 子花纹是采用硫化技术印制上去的。发明雕铸技术，战国的随县编钟表面铸纹清晰，利用 了铁水在凝固过程中体积反常膨胀的特性，在编钟上雕铸出了凸起的花纹。2、西汉时期，发明了造纸术，造纸术是古人从漂絮和沤麻的经验中总结发明出来的，但纸的质地比较粗
11、糙，都是植物纤维纸，需要改进质量。东汉主管御用手工作坊的蔡伦，凭借充足的人力物 力，在总结前人经验的基础上，以破布、树皮、旧麻为原料，改进了造纸工艺，造出了质 量比较高的实用纸；3、魏晋南北朝时，孙吴人就懂得培育八辈之蚕，冶铁业发明百炼钢技 术和灌钢法。4、隋唐时期，冶铁业采用切削、抛光、焊接技术。造船业能造使用推进器的 战舰和世界上最大的海船，采用风帆和桨轮为推进器，用舵掌控方向，运用水密隔舱法让 船成为不沉之舟。陶瓷业创制唐三彩和秘色瓷。丝织业出现织机和提花机。在印章石刻的 拓印方法启示下，隋代人发明了雕版印刷技术。5、北宋时期毕升，发明了活字印刷技术， 它用胶泥制成活字，然后排版印刷，既
12、经济又方便，大大提高了效率，是印刷史上的一次 大的革命。 天工开物在论述风帆与舟身比例、风帆高度与受力大小关系，分析风向、航 向、帆向的关系，舵向与航向等时，运用了许多的物理知识。6、元代王祯又成功研制了木 活字，还发明了转轮排字架。7、明清朝冶炼业已经用焦炭作燃料，提高金属的纯度，采矿 业用火药爆破采矿，丝织业使用“纱绸机” ，印刷业推广双色套印技术，出现彩色印刷品。 在上述古代农业和古代手工业生产技术中，可以看到古人运用力学、热学等物理知识 去革新技术、创造发明等事实。 3 在古代农业水利工程上的应用。我国是传统的农业国家，水利是农业的命脉，水利工程 与水文知识与农业灌溉、防止水患侵袭、保
13、障皇粮军粮运输等需求紧密相关，但在古代， 农业生产的自然条件十分恶劣，水旱灾害十分频繁，个体农民无力抵御自然灾害，政府只 好组织人力物力兴修水利灌溉工程。 水利工程主要有：战国时修建的芍陂；秦国的都江堰。都江堰是蜀守李冰在成都附近 的岷江流域修建综合性防洪灌溉工程，采取“引水灌田，分洪减灾”的办法，从公元前 256 年到公元前 251 年，先后在今灌县西边的岷江中凿开了与虎头山相连的离堆，在离堆 上游修筑了分水堤，以元坝引水为特征，把岷江分为内江和外江两支，并筑有水门利用连 通器原理调节两江水量，把岷江的水流分散，既可免除泛滥的水灾，又便利了航运和灌溉， 修成了具有防洪、灌溉、航运多种效益的综
14、合水利工程，保证了大约三百万亩良田的灌溉， 使成都平原成为旱涝保收的“天府之国” ，为川西平原变成千里沃野创造了条件，至今仍发 挥巨大效益；郑国在咸阳附近开凿郑国渠，灌溉田地 400 万亩；汉武帝在关中郑国渠上游 南岸凿了六道辅助渠道六辅渠，又开凿了白渠；三国北魏孝文帝下令水田之处通渠灌 溉，兴修渠堰堤塘；王安石变法期间，各地兴修小型水利工程一万多处，灌溉农田。 运河工程主要有：公元前 214 年秦政府为解决运输军粮的困难，秦始皇派监禄(有说令 禄)率士卒修建、开凿灵渠，灵渠是世界上最早的梯级船闸运河，全长 33 公里，利用连通 器原理设计了 36 座梯级船闸，沟通了长江与珠江两大水系，使湖南
15、零陵一带成为中原地区 进出岭南最便捷的水上通道；隋炀帝于 605 年下令开凿大运河，加强南北交通，促进南北 经济文化交流，用于农田灌溉；元世祖为解决运粮困难，开凿会通河、通惠河。 治黄工程主要有：大禹用疏导的办法把洪水引入江河再流入海洋；西汉武帝治理黄河； 东汉明帝时王景治理黄河；唐朝在黄河、长江流域修筑旧渠和堤塘；元世祖征发军民治理 黄河。 上述各种水利工程对农业生产发展至关重要，工程建造宏大、技术复杂，设计要科学、 测量要精确、计算要准确、建造工具要实用、建造方法要得当，没有足够的智慧和丰富的 物理知识是难于建造的。 古人在设计和建设各种水利工程的过程中，有许多很有特色的设计和方法。如河工
16、高 超首创了合龙堵口的先进方法，都江堰的水门和分水堤的防洪泄洪设计，李冰开凿都江堰 利用物体热胀冷缩碎裂巨石，曾公亮清晰地记载建造大型虹吸引水过山工程技术，灵渠的 梯级船闸设计等。 4 在古代农业社会生活上的应用。我国古代最早的尺子是长在人身上的，汉字是象形字， “尺”这个字就像伸出拇指和中指的手的样子，一尺在古代就是人伸出手的拇指和中指之 间的长度，一寸则是中指尖到中指节上的一段，一丈就是成年男子的身高，古书上说： “布指知寸，布手知尺” 。但由于人与人的长度不一样，随着生产和交换的发展，便出现了 统一计量的要求，秦始皇就统一过度量衡， “度”是指长度的计量，所用的工具是尺，当时 的秦尺约为现代的 23 厘米；“量”是指容量的计量，常见的工具有“斗” 、 “升” ；“衡” 是指质量的计量，常见的工具是天平和秤。这些都是古人对物理量的量度。隋朝天文学家 刘焯提出，用不变的天文学常数或测地学常数来定义地球上的长度单位，并具体地
