中国古代物理学

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1、第一章第一章 中国古代物理学中国古代物理学一一. . 中国古代的物质观中国古代的物质观二二. . 中国古代的力学知识中国古代的力学知识三三. . 中国古代的热学知识中国古代的热学知识四四. . 中国古代的光学知识中国古代的光学知识五五. . 中国古代的电磁学知识中国古代的电磁学知识六六. . 中国古代的声学知识中国古代的声学知识七七. . 中国古代物理学的特点中国古代物理学的特点1思考题思考题: :1.1.中国古代有哪些突出的物理学成就中国古代有哪些突出的物理学成就? ?有哪些有哪些重要的物理学家重要的物理学家? ?2.2.沈括有哪些科学贡献沈括有哪些科学贡献? ?3.3.中国古代物理学发展的

2、特点是什么中国古代物理学发展的特点是什么? ?4.4.简述近代物理学未能在中国诞生的原因。简述近代物理学未能在中国诞生的原因。2对中国古代物理学的认识：对中国古代物理学的认识：1. 对物理现象有比较深刻的认识并得以应用；对物理现象有比较深刻的认识并得以应用；2. 对自然现象的认识达到极高度抽象的理论层次；对自然现象的认识达到极高度抽象的理论层次；3. 对其认识受限于所能掌握的史料之丰富程度。对其认识受限于所能掌握的史料之丰富程度。 随时间的推移、研究的进步、新发现的随时间的推移、研究的进步、新发现的出现，人们对中国古代物理知识的认识难免出现，人们对中国古代物理知识的认识难免还会发生变化。还会发

3、生变化。3 关关于于物物质质的的构构成成，中中国国古古代代有有多多种种说说法法， 如如 “ “ 五五行行说说 ”，“八卦说八卦说”，“元气说元气说”以及墨家提出的以及墨家提出的“原子论原子论”。“五五行行说说” ” 这这一一学学说说始始于于夏夏朝朝，流流行行于于商商朝朝，到到了了西西周周发发展展为为“五五行行元元素素说说”。它它不不仅仅具具有有朴朴素素的的元元素素概概念念，并并具具有有物物质质相互转化的观念。相互转化的观念。春秋时代，五行相生相克的学说春秋时代，五行相生相克的学说 这这种种关关系系深深刻刻地地揭揭示示了了组组成成世世界界的的五五种种基基本本物物质质元元素素在在相相互互转转化化的

4、的复复杂杂变变换换过过程程中中，生生成成和和消消失失的的速速率率是是受受控控的的，在在量量上上是是互互补补的的，因因而而元元素素的的种种类类和和总总量量不不增增不减，物质守恒。不减，物质守恒。一一. . 中国古代的物质观中国古代的物质观4“阴阴阳阳八八卦卦”说说 这这一一学学说说起起源源于于殷殷周周之之际际，实实际际上上也也是是一一种种原原始始的的元元素素论论。它它从从人人们们生生活活经经常常接接触触的的自自然然界界中中选选取取了了八八种种东西作为说明世界上其他多种东西的根源。东西作为说明世界上其他多种东西的根源。 所所谓谓八八卦卦，即即用用八八种种符符号号来来表表示示八八种种自自然然现现象象

5、，而而这这八八卦卦是是由由阳阳爻爻（音音挑挑yaoyao）用用“”表表示示和和阴阴爻爻用用“- - -”-”表表示示，阳阳爻爻和和阴阴爻爻排排列列为为八八卦卦，再再由由八八卦卦排排列列为为卦卦。八八卦卦分分别别是是乾乾、坤坤、震震、巽巽（xunxun）、坎坎、离离、艮艮、兑兑等等，它它们们分分别别表表示示天天、地地、雷雷、风风、水水、火火、山山、泽泽。世世界界就就是是在在阴阴阳阳两两种种对对抗抗物物质质势势力力运运动动推推动动下下孳孳生生着着。发发展展着着。这这是是一一种种十十分分朴朴素素的的万万物物生生成成的的唯唯物物主主义观念。义观念。56玻尔族徽玻尔族徽7“元气说元气说” ” ：气是充满

6、整个宇宙气是充满整个宇宙 客观存在的物质，是万物本原。客观存在的物质，是万物本原。 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。”论论衡衡 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。 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 黄帝内经黄帝内经素问素问：“地气上为云，天气下为雨地气上为云，天气下为雨” ” ； 左传左传昭公元年昭公元年：“气有六，阴、阳、风、雨、晦、明气有六，阴、阳、风、雨、晦、明” ” 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阴阳二气的相互作用、相互感应，构成了天地万物存在与阴

7、阳二气的相互作用、相互感应，构成了天地万物存在与变化的多样性，天地万物变化的实质即气的运动变化。变化的多样性，天地万物变化的实质即气的运动变化。张载张载正蒙正蒙：“气有阴阳，屈伸相感之无穷气有阴阳，屈伸相感之无穷”。物质不灭思想物质不灭思想 王夫之王夫之张子正蒙注张子正蒙注太和太和： “ “聚散变化，而气本体聚散变化，而气本体不为之损益不为之损益。”；“车薪之火，一烈而尽，而为焰，为烟，车薪之火，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，特希微而人为烬，木者仍归木，水者仍归水，土者仍归土，特希微而人不见者。不见者。”；8元气说的局限、以太和场元气说的局限、以太和场 元气

8、学说注重元气学说注重物质连续与不连续的相互统一，强调事物间物质连续与不连续的相互统一，强调事物间的相互联系和相互转化。符合自然界的真实变化，与自然本性的相互联系和相互转化。符合自然界的真实变化，与自然本性更接近。但元气说终究是一种思辩理论，没有实验、数学等科更接近。但元气说终究是一种思辩理论，没有实验、数学等科学方法的配合，长期停留在推测、玄想阶段，致使中国没有走学方法的配合，长期停留在推测、玄想阶段，致使中国没有走上诞生近代科学的道路。上诞生近代科学的道路。 16441644年，笛卡儿年，笛卡儿提出以太旋涡理论，以解释原子间的虚提出以太旋涡理论，以解释原子间的虚空问题和超距作用。后经美国传教

9、士丁韪良的考证，他认为，空问题和超距作用。后经美国传教士丁韪良的考证，他认为，笛卡儿的以太论可能来源于张载的元气论。笛卡儿的以太论可能来源于张载的元气论。 李约瑟李约瑟认为：认为：“元气，像现代人心目中以太波或辐射线。元气，像现代人心目中以太波或辐射线。”( (JoscphJoscphNeedham:Needham:ScienceScienceandandCivilisationCivilisationininChinaChinaJ.CambJ.Cambridgeridge press press, ,Vol.Vol.,1962.1962.472472） 何祚庥何祚庥先生则认为气先生则认为气“

10、与其说是接近于以太，不如说更接与其说是接近于以太，不如说更接近于现代科学所说的场近于现代科学所说的场”，“元气学说元气学说是现代量子场论的是现代量子场论的滥觞滥觞（lan shang:事物的起源事物的起源) ”。 （杨仲耆，申先甲：物理学思想（杨仲耆，申先甲：物理学思想史，湖南教育出版社）史，湖南教育出版社）评价：评价：9 二二. .中国古代的力学知识中国古代的力学知识 力力学学知知识识起起源源于于古古代代人人对对自自然然现现象象的的观观察察和和生生产产劳劳动动中中的的实实践践经经验验，并并逐逐步步发发展展为为生生产产技技术术和和初初步步的的自然哲理，这在东西方古代都是如此。自然哲理，这在东西

11、方古代都是如此。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.时间、空间、运动：时间、空间、运动： 空间和时间空间和时间 运动与静止运动与静止 运动的相对性运动的相对性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10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）二月己巳日至清宣统年（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。地支：地支：子、丑

12、、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍（戍（x)x)、亥。、亥。 天干和地支相互组合成天干和地支相互组合成“六十干支六十干支”：甲子、乙丑、：甲子、乙丑、癸酉、甲戊、乙亥癸酉、甲戊、乙亥癸亥。共个组合，也称癸亥。共个组合，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。物理计量物理计量11表表1-1 1-1 十二时辰与十二时辰与2424小时纪日法的对应关系小时纪日法的对应关系12测时

13、仪器：测时仪器：a.a.圭表圭表由圭和表垂由圭和表垂直构成。利用太阳投直构成。利用太阳投影指示时间的仪器。影指示时间的仪器。日晷：日晷：星晷星晷月晷月晷13b.b.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。隋制隋制上说：上说：“周礼周礼挈壶氏，挈壶氏，其法总以百刻，分以昼夜，冬至昼漏其法总以百刻，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，各刻，夜漏四十刻；春秋二分昼夜，各五十刻。五十刻。”14c.c.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，

14、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。天文钟。15度量衡：度量衡：度度-长度长度 量量-容量容量 衡衡-重量重量a.a.计量单位：计量单位：汉书汉书律历志详细记载：律历志详细记载：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、钧、斤、两、铢，非十进制。重量单位：石、钧、斤、两、铢，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

15、，布手知尺，舒肘知寻” ” 孙子算经孙子算经：“度之所起，起与忽。蚕吐丝为忽。十忽为度之所起，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。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，十丈为钟之长，一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引引”。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”,“,“掬四谓之豆掬四谓之豆” 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

16、，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。16b.b.计量器具计量器具： 长度量具：长度量具：最早商代的最早商代的牙尺牙尺，等于现在的，等于现在的16.95cm16.95cm；战；战国的国的铜尺铜尺，合现在的，合现在的23.0cm23.0cm；公元年，新莽时期的铜；公元年，新莽时期的铜卡尺，长度卡尺，长度14.22cm14.22cm，分固定尺和活动尺两部分，相当于，分固定尺和活动尺两部分，相当于现在的游标卡尺。另外还有唐朝现在的游标卡尺。另外还有唐朝镂牙尺（镂牙尺（0.3m)0.3m)、鎏金雕鎏金雕花铜尺花铜尺

17、、木尺木尺、黄钟玉尺等黄钟玉尺等。 远距离长度计量远距离长度计量：唐宋时的丈杆、测绳、步车，特：唐宋时的丈杆、测绳、步车，特别是别是记里鼓车记里鼓车利用车轮的转动，间接而自动的记录车行利用车轮的转动，间接而自动的记录车行里数。里数。 容量量具：容量量具：斛、斗、升、合、龠（斛、斗、升、合、龠（yuyu）。）。 重量量具：重量量具：古人称之为古人称之为衡衡，衡的形式包括：等臂，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、杆秤。天平、不等臂天平、杆秤。权权就是砝码或秤砣。就是砝码或秤砣。19541954年年在湖南长沙战国楚墓出土了我国最早的等臂天平和砝码，在湖南长沙战国楚墓出土了我国最早的等臂天平和砝码，

18、天平为木杆，杆端有两盘，还有以两为单位的九个砝码。天平为木杆，杆端有两盘，还有以两为单位的九个砝码。172.2.时间、空间和运动时间、空间和运动时间与空间时间与空间 宋代朱熹：宋代朱熹： “四方上下曰宇，往古今来曰宙。无一物似宇样大，四四方上下曰宇，往古今来曰宙。无一物似宇样大，四方去无极，上下去无极，是多少大？无一物似宙样长，亘古方去无极，上下去无极，是多少大？无一物似宙样长，亘古亘今，往来不穷。亘今，往来不穷。”空间为宇，时间为宙。空间为宇，时间为宙。战国时魏国的尸佼战国时魏国的尸佼尸子尸子“四方上下曰宇，往古今来曰宙。四方上下曰宇，往古今来曰宙。”18运动的相对性运动的相对性吕氏春秋：吕

19、氏春秋：“刻舟求剑刻舟求剑”故事；故事；隋书隋书天文志：天文志：“乘船以涉水，水去船不徙也乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游仰游云以观，日月常动而云不移云以观，日月常动而云不移”（晋代束皙（晋代束皙x 262-301x 262-301）。）。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”（晋代葛（晋代葛洪洪283-343283-343）春秋纬春秋纬元命苞（汉代）：元命苞（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（yoyo）“地恒动不止，而人不知，比如地恒动不止，而人不知，比如人在大舟中，闭牖（人在大舟中，闭牖（yuyu）而坐，舟行而

20、人不觉）而坐，舟行而人不觉”。比比伽利伽利略（略（1564-16421564-1642）相对性原理）相对性原理早一千多年。早一千多年。运动与静止运动与静止墨经墨经：“动，域徙也动，域徙也”“”“止，以久也止，以久也”。这里。这里以以停止的意思。停止的意思。“边际徙者，户枢免瑟边际徙者，户枢免瑟”指转动；指转动；193 3 对力的认识对力的认识（1 1）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，即形，指物，奋奋即飞，动的意思。即飞，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。文吏以人有知学，则有力矣。文吏以理事为力，而儒

21、理事为力，而儒 生以学问为力生以学问为力”，“举重拔坚，壮士之力举重拔坚，壮士之力也也”，“故故 夫垦草殖谷，农夫之力也夫垦草殖谷，农夫之力也”（东汉）。（东汉）。 西方，西方，1717世纪初世纪初弗兰西斯弗兰西斯培根培根提出：提出：“知识就是力知识就是力量量”。（3 3）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，则标必下，标得权也。”（2 2）外力与内力）外力与内力 王充王充论衡论衡：“古之多力者，

22、身能负荷千钧，手能决古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举不能离地。角伸钩，使之自举不能离地。”20（4 4）. .重心与平衡重心与平衡 西安半坡仰韶文化（距今西安半坡仰韶文化（距今5000500060006000年前）遗址出年前）遗址出土的吸水陶罐：口小、腹大、底尖，两侧耳环稍低于罐土的吸水陶罐：口小、腹大、底尖，两侧耳环稍低于罐的重心。的重心。 西周及历代的西周及历代的欹欹（qq倾斜倾斜）器：器：又称又称宥宥（yu,yu,宽容宽容）坐之器坐之器，形状同上。，形状同上。 作用有二：作用有二： 容器容器：荀子荀子宥坐宥坐记载孔子观鲁桓公庙时所说记载孔子观鲁桓公庙时所说“吾闻宥坐之器者

23、，虚则欹，中则正，满则覆吾闻宥坐之器者，虚则欹，中则正，满则覆”。 劝告之器劝告之器：告戒人们行为和思想不可过或不及。：告戒人们行为和思想不可过或不及。 王充王充论衡论衡：圆物投之于地，是随遇平衡；方物：圆物投之于地，是随遇平衡；方物及地，是稳定平衡；而山中处危峭之大石则是不稳定平衡。及地，是稳定平衡；而山中处危峭之大石则是不稳定平衡。21（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）大气压力）大气压力 西汉时期已利用西汉时期已利用虹吸虹吸管管-渴乌，东汉时已广泛用于渴乌，东汉时已广

24、泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。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；闭一则水瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则水不降。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，水固不虚管灌满，捻上悬之，水固不泻，泻，；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也。；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也。”（8 8）惯性）惯性：春秋战国时期的考工记中描述：春秋战国时期的考工记中描述：“马力既马力既竭，轴犹能一取焉竭，轴犹能一取焉”224 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

25、磨、尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、水碓水碓（du du 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周桥赵周桥，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

26、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：“塔初成，塔初成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：京师地平无山，京师地平无山，而多西北风，吹之不百年当正也。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。23 公公元元前前316316年年，蜀蜀守守李李冰冰修修建建都都江江堰堰，“正正面面取取水

27、水，侧侧面面排排沙沙”，其其飞飞沙沙堰堰工工程程巧巧妙妙地地利利用用了了弯弯道道环环流流，说说明明当当时时测测河河水水流流量量、了了解解泥泥沙沙规规律律等等水水力力学学知知识识及及水水利利工工程程已已有有相相当当的的水水平平，成都平原二千多年来始终受益。成都平原二千多年来始终受益。24被被中中香香炉炉是是中中国国古古代代盛盛香香料料熏熏被被褥褥的的球球形形小小炉炉。它它的的球球形形外外壳壳和和位位于于中中心心的的半半球球形形炉炉体体之之间间有有两两层层或或三三层层同同心心圆圆环环。炉炉体体、内内环环、外外环环和和外外壳壳内内壁壁的的支支承承轴轴线线依依次次互互相相垂垂直直。炉炉体体由由于于重重

28、力力作作用用，不不论论球球如如何何滚滚转转，炉炉口口总总是是保保持持水水平平状态。状态。25总的来说，我国古代力学知识与古代精湛的工艺总的来说，我国古代力学知识与古代精湛的工艺技术往往密不可分，但各时期对技术知识的整理汇集、技术往往密不可分，但各时期对技术知识的整理汇集、研究提高、保存流传都未受到重视，致使技术特别是研究提高、保存流传都未受到重视，致使技术特别是科技理论不能代替人力形成明显的生产力，科举八股科技理论不能代替人力形成明显的生产力，科举八股把教育与知识分子的注意力引到文字游戏或仕途官场把教育与知识分子的注意力引到文字游戏或仕途官场上。一方面是大量生产知识与技术积累而又散失，缺上。一

29、方面是大量生产知识与技术积累而又散失，缺乏系统整理，一方面是经验性的定性的力学概念始终乏系统整理，一方面是经验性的定性的力学概念始终带有思辨色彩（如带有思辨色彩（如“气气”、“道道”、“理理”），缺乏），缺乏数学的定量引用和系统实验的基础，因此经典力学理数学的定量引用和系统实验的基础，因此经典力学理论只能等待西方传入。论只能等待西方传入。261.1.火的利用火的利用我国我国170170万年前的元谋人已开始用火；万年前的元谋人已开始用火；60006000多年前的半坡人已经用火烧制陶器；多年前的半坡人已经用火烧制陶器；古人取火的三种方法：古人取火的三种方法： 摩擦、打击：钻木取火、火镰和火石取火等

30、；摩擦、打击：钻木取火、火镰和火石取火等； 用铜制的凹面镜：即阳燧取火；用铜制的凹面镜：即阳燧取火； 用硫磺摩擦取火：和用硫磺摩擦取火：和1919世纪欧洲发明的火柴世纪欧洲发明的火柴 （洋火）相似。（洋火）相似。三三. . 中国古代的热学知识中国古代的热学知识我我国国古古代代的的热热学学知知识识大大部部分分是是生生活活和和生生产产经经验验的的总总结结。至至今所知的古籍中对热的研究记载较少，还有待于进一步发掘。今所知的古籍中对热的研究记载较少，还有待于进一步发掘。272.2.对热现象和热本质的认识对热现象和热本质的认识温度、湿度极其测量温度、湿度极其测量B.C.2000年，已有气温反常的记载以感

31、觉分级以感觉分级：冰、寒、凉、温、热。掌握了冰、寒、凉、温、热。掌握了冰点冰点和人和人或动物或动物体温体温这两个较恒定的温度标准。这两个较恒定的温度标准。淮南子：淮南子：“睹瓶中之水而知天下之寒暑。睹瓶中之水而知天下之寒暑。”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，风雨之变，可以音律知之可以音律知之”，即现在，即现在毛发湿度计毛发湿度计的原理的原理.“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。考工记考工记记载了记载了青铜冶炼时火色与温度的关系：青铜

32、冶炼时火色与温度的关系：“凡铸金之状，金与锡。黑凡铸金之状，金与锡。黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，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。青气次之，然后可铸也。”即当即当“炉火纯青炉火纯青”时，炉温达到时，炉温达到12001200度度 左右，杂质挥发，铜锡融合，可以用来浇铸了。火色左右，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。实际为物质原子的发射光谱及其强度的表现。28v热的传播热的传播v两周时期已经掌握降温、控温和升温技术两周时期已经掌握降温、控温和升温技术v冰鉴：冰鉴：温酒器具温酒器具殷周

33、时期即有用青铜器制造的温酒器殷周时期即有用青铜器制造的温酒器具，并用具，并用“冰室冰室”冷藏食物：随县曾侯乙墓出土的战国时冷藏食物：随县曾侯乙墓出土的战国时期的期的“冰鉴冰鉴”，外面是一个大方鉴，里面是方尊缶。即内，外面是一个大方鉴，里面是方尊缶。即内容器盛酒，外容器盛热水或冰。容器盛酒，外容器盛热水或冰。v温度与距离得关系：温度与距离得关系：王充：王充：“夫近水则寒，近火则温，夫近水则寒，近火则温，远之渐微。何则？气之所加远近有差也。远之渐微。何则？气之所加远近有差也。”v伊阳古瓶伊阳古瓶：保温器具，保温器具，南宋洪迈南宋洪迈夷坚甲志夷坚甲志：“张虞张虞卿者卿者得古瓶于土中，置书室养花。方冬

34、极寒，一夕忘去水，得古瓶于土中，置书室养花。方冬极寒，一夕忘去水，意为冰裂，明日视之，凡他物有水者皆冻，独此瓶不然。异意为冰裂，明日视之，凡他物有水者皆冻，独此瓶不然。异之，试之以汤，终日不冷。之，试之以汤，终日不冷。惜后为醉仆触碎，视其中，夹惜后为醉仆触碎，视其中，夹底厚二寸。底厚二寸。”29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：热胀冷缩；增大热应力：在公元前在公元前250250年都江堰水利工程中年都江堰水利工程中的应用记载：的应用记载：“大滩江中，其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之。大滩江中，其崖崭峻不可凿，乃积薪烧之。”这种增大热应力开凿巨石的记载很多。这种增大热应力开凿巨石的

35、记载很多。热的本性热的本性 五行说：五行说：热（火）是构成物质的一种元素；热（火）是构成物质的一种元素； 元气说：元气说：热这种物质的本原仍是气。热这种物质的本原仍是气。物态的变化物态的变化 汉代董仲舒在汉代董仲舒在雨雹对雨雹对到蒸发、液化、凝固三态的变化。到蒸发、液化、凝固三态的变化。对水的三态冰、水、和汽的认识就更早；对水的三态冰、水、和汽的认识就更早； 王充在王充在论衡论衡中记载了对雨、露、霜、雪等的认识：云雨中记载了对雨、露、霜、雪等的认识：云雨不是天上固有的，而是从地面上蒸发上去的，雨露霜雪虽形式不不是天上固有的，而是从地面上蒸发上去的，雨露霜雪虽形式不同，但都是由水冷凝而成，只是形

36、成温度不同。同，但都是由水冷凝而成，只是形成温度不同。 北魏时期北魏时期齐民要术齐民要术中有中有“放火作熨放火作熨”，即深秋傍晚在田，即深秋傍晚在田地里烧柴草，使烟气弥漫，防止霜冻。现在仍为农村沿用。地里烧柴草，使烟气弥漫，防止霜冻。现在仍为农村沿用。303 3 热能利用与热功热能利用与热功v碳：碳：40004000年前已有用碳的记载；年前已有用碳的记载；v煤和石油：煤和石油：公元前公元前2 2世纪已开始用世纪已开始用煤煤，山海经水经，山海经水经注中都有记载，煤被成为石涅、石墨、石碳等；注中都有记载，煤被成为石涅、石墨、石碳等；石油石油的的记载最早见于汉书记载最早见于汉书地理志，被称为洧（地理

37、志，被称为洧（wiwi）水。）水。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、成效：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。 松脂灯松脂灯：利用热气上升的原理，用于军事信号；利用热气上升的原理，用于军事信号； 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

38、京）升 起世界上第一个热气球。起世界上第一个热气球。 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。31商周的青铜器商周的青铜器 高温冶炼技术高温冶炼技术32秦始皇陵的大型铜马车秦始皇陵的大型铜马车334 4 火药与火箭的发明火药与火箭的发明 火药：火药：四大发明之一。四大发明之一。 火药玩具：火药玩具：火器，烟花等。火器，烟花等。 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； 明代明代的多种多发火箭：的多种多发火箭：火弩流星箭（同时发火弩流星箭（同时发 射射1010只箭）；一窝蜂箭（只箭）；一窝蜂箭（3232只箭）；百虎齐奔

39、箭只箭）；百虎齐奔箭 （100100只）；飞空震天雷和神火飞鸦（雏形飞弹）只）；飞空震天雷和神火飞鸦（雏形飞弹） 火龙出水（二级火箭）火龙出水（二级火箭）等。等。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。他第一个企图利用火箭飞行的人。他用用4747只最大的火箭绑在椅子背后，手拿两个大风筝，想借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。助火箭的推力和风筝上升的力量飞向空中。19701970年国际天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文学会为了纪念他，把月球背面的一个环行山命名为“万万虎环行山虎环行山”。34明明武

40、武备备志志记记载载:“:“水水战战，可可离离水水三三、四四尺尺燃燃火火，即即飞飞出出水水面面二二、三三里里去去远远，如如火火龙龙出出于于江江面面，筒筒药药将将完完，腹腹内内火火箭箭飞飞出出，人人船船俱俱焚焚。”发发展展了了二级火箭装置。二级火箭装置。启启 明明 之之 光光: : 一一. . 中中 国国 古古 代代 的的 物物 理理 学学 萌萌 芽芽火火 炮炮 图图3536四四. . 中国古代的光学知识中国古代的光学知识 我我国国古古代代对对光光的的认认识识是是和和生生产产、生生活活实实践践紧紧密密相相连连的的。它它起起源源于于火火的的获获得得和和光光源源的的利利用用，以以光光学学器器具具的的

41、发发明明、制制造造及及应应用用为为前前提提条条件件。根根据据籍籍记记载载，我我国国古古代代对对光光的的认认识识大大多多集集中中在在光光 的的直直线线传传播播、光光的的反反射射、大大气气光光学学、成成像像理理论论等等多多个个方面。方面。 墨经墨经是世界上最早的载有比较完整几何光学内容的著作是世界上最早的载有比较完整几何光学内容的著作（1）景不徙，说在必为。）景不徙，说在必为。（2）景二，说在重。）景二，说在重。（3）景倒，在午有端，与景长，说在端。）景倒，在午有端，与景长，说在端。（4）景迎日，说在抟。）景迎日，说在抟。（5）景之小大，说在柂（斜）远近。）景之小大，说在柂（斜）远近。（6）临鉴而

42、立，景倒。多而若少，说在寡区。）临鉴而立，景倒。多而若少，说在寡区。（7）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。（8）鉴团，景一。）鉴团，景一。37(1) (1) 对光的直线传播的认识对光的直线传播的认识春春秋秋战战国国时时墨墨经经：“景景倒倒，在在午午有有端端，与与景景长长，说说在在端端。”“景景，光光之之人人，煦煦若若射射，下下者者之之人人也也高高 ；高高者者之之人人也也下下，足足蔽蔽下下光光，故故成成景景于于上上，首首蔽蔽上上光光，故故成成景景于于下下”。指指出出小小孔孔成成倒倒像像的的根根本本原原因因是是光光的的“煦煦若若射射”，以以“射

43、射”来来比比喻光线径直向、疾速似箭远及他处的特征动而准确。喻光线径直向、疾速似箭远及他处的特征动而准确。 宋宋代代，沈沈括括梦梦溪溪笔笔谈谈中中描描写写了了他他做做过过的的一一个个实实验验， “若若鸢鸢飞飞空空中中，其其影影随随鸢鸢而而移移，或或中中间间为为窗窗所所束束，则则影影与与鸢鸢遂遂相相违违，鸢鸢东东则则影影西西，鸢鸢西西则则影影东东，又又如如窗窗隙隙中中楼楼塔塔之之影影，中中间间为为窗窗所所束束，亦亦皆皆倒倒垂垂”。进进一一步步用用物物动动影影移移说说明明因因光光线线的的直直进进“为为窗窗所束所束”而形成倒像。而形成倒像。 38(2) (2) 对视觉和颜色的认识对视觉和颜色的认识 视

44、视觉觉在在墨墨经经中中已已有有记记载载：“目目以以火火见见”。已已明明确确表表示示人眼依赖光照才能看见东西。人眼依赖光照才能看见东西。吕氏春秋吕氏春秋任数篇任数篇明确地指出：明确地指出：“目之见也借于昭目之见也借于昭”。礼礼记记仲仲尼尼燕燕居居中中也也记记载载 ：“譬譬如如终终夜夜有有求求于于幽幽室室之之中中，非烛何见非烛何见 ? ”? ”东东汉汉潜潜夫夫论论中中更更进进一一步步明明确确指指出出：“夫夫目目之之视视，非非能能有有光光也，必因乎日月火炎而后光存焉也，必因乎日月火炎而后光存焉”。以以上上记记载载均均明明确确指指出出人人眼眼能能看看到到东东西西的的 条条件件必必须须是是光光照照，尤尤

45、其其值值得得注注意意的的是是认认为为：光光不不是是从从眼眼睛睛里里发发出出来来的的，而而是是从从日日、月月、火火焰焰等等光光源源产产生生的的。这这种种对对视视觉觉的的认认识识是是朴朴素素、明明确确、比比较较深深刻的。刻的。 39(3) 光的反射和反射镜的利用光的反射和反射镜的利用 我我国国古古代代由由于于金金属属冶冶炼炼技技术术的的发发展展，铜铜镜镜在在公公元元前前 2000 2000 年年夏夏初初的的齐齐家家文文化化时时期期已已经经出出现现。后后 来来随随着着技技术术的的发发展展，古古镜镜制制作作技技术术逐逐渐渐提提高高，应应用用范范围围逐逐扩扩大大，种种类类也也逐逐渐渐增增多多，出出现现了

46、了各各 种种平平面面镜镜、凹凹面面镜镜和和凸凸面面镜镜，甚甚至至还还制制造造出出被被国国外外称称为魔镜的为魔镜的“透光镜透光镜”。 宋宋代代科科学学家家沈沈括括在在梦梦溪溪笔笔谈谈中中对对“透透光光镜镜”的的原原理理进进行行了了分分析析：“世世有有透透光光鉴鉴，鉴鉴背背有有铭铭文文，凡凡二二十十字字，字字极极古古，莫莫能能读读。以以鉴鉴承承日日光光，则则背背文文（纹纹）及及二二十十字字，皆皆透透在在屋屋壁壁上上，了了了了分分明明。人人有有原原其其理理，以以谓谓铸铸时时薄薄处处先先冷冷，唯唯背背文文上上差差厚厚，后后冷冷而而铜铜缩缩多多。文文虽虽在在背背，而而鉴鉴面面隐隐然然有有迹迹，所所以于光

47、中现。以于光中现。予观之，理诚如是。予观之，理诚如是。” ” 40(4) (4) 对大气光学现象的探讨对大气光学现象的探讨 大大气气光光学学现现象象是是我我国国古古代代光光学学最最有有成成效效的的领领域域之之一一，早早在在周周代代由由于于占占卜卜的的需需要要，已已建建立立了了官官 方方的的观观测测机机构构，虽虽然然他他们们的的工工作作蒙蒙上上了了一一层层神神秘秘的的色色彩彩，但但是是对对晕晕、虹虹、海海市市蜃蜃楼楼、北北极极光光 等等大大气气光光学学现现象象的的观观测测与与记记载载是是长长期期、系系统统而而又又深深入入细细致的，世所罕见。致的，世所罕见。 (5) (5) 关于成影现象的认识关于

48、成影现象的认识 日日常常生生活活中中，在在光光线线照照射射下下，影影随随时时随随处处可可以以见见到到，它它引引起起古古人人们们的的注注意意，并并探探究究其其形形成成的的规规 律律。立立竿竿见见影影是是我我国国古古代代最最早早被被注注意意的的问问题题，后后来来用用此此方方法法测测影影定定向向，并并应应用用于于确确定定墓穴和建筑墓穴和建筑 物的方位上。这套方法在周代已发展很精密物的方位上。这套方法在周代已发展很精密。41 我我国国古古代代对对光光的的认认识识除除以以上上所所述述外外，还还有有其其他他一一些些方方面面，如如折折射射现现象象；天天然然晶晶体体的的色色散散；明明清清时时期期，光光学学从从

49、西西方方传传入入后后，还还有有了了光光学学仪仪器器的的制制作作等等等等，但但这这些些认认识识是是零零散散的的，定定性性的的， 绝大多数都只停留在对光学现象的描写和记载上。绝大多数都只停留在对光学现象的描写和记载上。蝴蝶杯（蝴蝶杯（“酒满蝶显，酒干蝶隐” ）42 值值得得提提出出的的是是宋宋末末元元初初的的赵赵友友钦钦 (13 (13 世世纪纪中中叶叶至至1414世世纪纪初初叶叶 ) ) ，在在革革象象新新书书的的“小小罅罅光光景景”中中，描描写写了了一一个个大大型型光光学学实实验验，在在地地面面下下挖挖了了两两个个圆圆阱阱，圆圆阱阱上上可可加加放放中中心心开开有有大大小小、形形状状不不同同孔孔

50、的的圆圆板板盖盖。通通过过它它 可可进进行行只只有有一一个个条条件件不不同同的的对对比比实实验验，对对小小孔孔 ( ( 大大小小和和形形状状 ) ) 、光光源源 ( ( 形形状状和和强强度度 ) ) 、像像 ( ( 形形状状 和和亮亮度度 ) ) 、物物距距、像像距距之之间间的的关关系系进进行行研研究究。将将两两块块圆圆板板上上各各插插 1000 1000 多多支支蜡蜡烛烛，放放在在阱阱底底或或 桌桌 面面上上作作为为该该实实验验的的光光源源。通通过过实实验验确确认认了了光光直直线线进进行行的的性性质质，定定性性地地显显示示了了像像的的明明亮亮程程度度与与光光源源强强度度之之间间的的关关系系，

51、并并涉涉及及光光的的照照度度和和成成像像理理论论。他他所所采采用用的的大大型型实实验验方方法法很很有有特特色色，是是我我国国历历史史上上记记载的规模最大的实验。载的规模最大的实验。 43 五五. . 中国古代的电磁学知识中国古代的电磁学知识 王王充充在在论论衡衡雷雷虚虚篇篇中中写写道道：“云云雨雨至至则则雷雷电电击击”，明确地提出云与雷电之间的关系。明确地提出云与雷电之间的关系。 明明代代张张居居正正（1525152515821582）关关于于球球形形闪闪电电的的记记载载最最为为精精彩彩，详详细细地地记记述述了了闪闪电电火火球球大大小小、形形状状、颜颜色色、出出现现的的时时间间等等，留留下了可

52、靠而宝贵的文字资料。下了可靠而宝贵的文字资料。( (一一) ) 中国古代的电学知识中国古代的电学知识 雷雷电电的的成成因因：淮淮南南子子坠坠形形训训 “阴阴阳阳相相薄薄为为雷雷，激激扬扬为电为电”，即雷电是阴阳两气对立的产物。，即雷电是阴阳两气对立的产物。明明代代刘刘基基（1311131113751375）：“雷雷者者，天天气气之之郁郁而而激激发发也也。阳阳气气困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电”。中国古代对电磁现象多以中国古代对电磁现象多以元气说元气说予以解释。予以解释。44 尖尖端端放放电电汉汉书书西西域域记记中中就就有有“矛矛端端生生火火

53、”，晋晋代代搜搜神记神记中也有相同记述：中也有相同记述：“戟锋皆有火光，遥望如悬烛戟锋皆有火光，遥望如悬烛”。避避雷雷针针的的具具体体应应用用：古古塔塔的的尖尖顶顶多多涂涂金金属属膜膜或或鎏鎏金金，高高大大建建筑筑物的瓦饰制成动物形状且冲天装设。物的瓦饰制成动物形状且冲天装设。雷雷电电对对不不同同物物质质的的作作用用:南南齐齐书书：“雷雷震震会会稽稽山山阴阴恒恒山山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异也保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异也”。 沈沈括括在在梦梦溪溪笔笔谈谈：“内内侍侍李李舜舜举举家家，曾曾为为暴暴雷雷所所震震。其其堂堂之之西西室室，雷雷火火自自窗窗间间出出，赫

54、赫然然出出檐檐。人人以以为为堂堂屋屋已已焚焚，皆皆出出避避之之。及及雷雷止止，其其舍舍宛宛然然。墙墙壁壁窗窗纸纸皆皆黔黔。有有一一木木格格，其其中中杂杂贮贮诸诸器器，其其漆漆器器银银者者，银银悉悉熔熔流流在在地地，漆漆器器曾曾不不焦焦灼灼。有有一一宝宝刀刀，极极坚坚钢钢（刚刚），就就刀刀室室中中熔熔为为汁汁，而而室室亦亦俨俨然然。人人必必谓谓火火当当先先焚焚草草木木，然然后后流流金金石石。今今乃乃金金石石皆皆铄铄，而而草草木木无无一一毁毁者者，非人情所测也。非人情所测也。”45摩摩擦擦起起电电现现象象春春秋秋纬纬中中就就载载有有“瑇瑇瑁瑁（玳玳瑁瑁）吸吸衤衤若若（细细小小物物体体）”。论论衡衡

55、中中也也有有“顿顿牟牟掇掇芥芥”，这这里里的的顿顿牟牟也也是是指指玳玳瑁瑁。三三国国时时的的虞虞翻翻，少少年年时时曾曾听听说说“琥琥珀珀不不取取腐腐芥芥”。 西西晋晋张张华华（232232300300）：“今今人人梳梳头头，脱脱著著衣衣时时，有有随随梳梳、解解结结有有光光者者，亦亦有有咤咤声声”。唐唐代代段段成成式式：“猫猫黑黑者者，暗暗中逆循其毛，即若火星中逆循其毛，即若火星”。摩摩擦擦起起电电具具体体应应用用：据据宋宋代代的的张张邦邦基基墨墨庄庄漫漫录录记记载载： “皇皇宫宫中中每每幸幸诸诸阁阁，掷掷龙龙脑脑以以辟辟（避避）秽秽。过过则则以以翠翠羽羽扫扫之之，皆聚，无有遗者皆聚，无有遗者”

56、。 近近代代电电学学正正是是在在对对雷雷电电及及摩摩擦擦起起电电的的大大量量记记载载和和认认识识的的基基础础上上发发展展起起来来的的，我我国国古古代代学学者者对对电电的的研研究究，大大地丰富了人们对电的认识。大大地丰富了人们对电的认识。 46( (二二) ) 中国古代对磁的认识中国古代对磁的认识 磁磁石石应应用用事事例例: :淮淮南南万万毕毕术术（西西汉汉刘刘安安）“取取鸡鸡血血与与针针磨磨捣捣之之，以以和和磁磁石石，用用涂涂棋棋头头，曝曝干干之之，置置局局上上则则相相拒拒不不休休”水水经经注注：有有秦秦始始皇皇用用磁磁石石建建造造阿阿房房宫宫北北阙阙门门，“有有隐隐甲甲怀刃人门怀刃人门”者就

57、会被查出的记载。者就会被查出的记载。（1 1） 磁石的吸铁性及其应用磁石的吸铁性及其应用磁磁石石吸吸铁铁性性记记载载：吕吕氏氏春春秋秋“慈慈石石召召铁铁，或或引引之之也也”。管管子子 地地数数篇篇“上上有有丹丹砂砂者者，下下有有黄黄金金；上上有有慈慈石石者者，其其下下有有铜铜金金”的的记记载载; ;淮淮南南子子“慈慈石石能能吸吸铁铁，及及其其于于铜铜则则不不通通矣矣”，“慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”。 晋晋书书马马隆隆传传记记载载：或或夹夹道道累累磁磁石石，贼贼负负铁铁铠铠，行行不不得前，隆卒悉被犀甲，无所留碍，贼咸以为神。得前，隆卒悉被犀甲，无所留碍

58、，贼咸以为神。 汉汉代代神神农农本本草草经经“慈慈石石，味味辛辛寒寒，主主周周痹痹风风湿湿，肢肢节节中中痛痛，不不可可持持物物，洗洗洗洗酸酸消消”；李李时时珍珍本本草草纲纲目目“慈慈石石三三十十两两，白白石石英英二二十十两两，掼掼碎碎翁翁盛盛，水水二二斗斗浸浸于于露露地地，每每日日取取水水作作粥粥食食，经经年年气气力力强强盛盛，颜颜如如童童子子”古古代代，史史记记中中有有用用“五石散五石散”内服治病的记载，磁石就是五石之一。内服治病的记载，磁石就是五石之一。47（2 2） 磁石的指向性及其应用磁石的指向性及其应用鬼鬼谷谷子子中中有有“郑郑子子取取玉玉，必必载载司司南南，为为其其不不惑惑也也”的

59、的记记载载。稍稍后后的的韩韩非非子子中中有有“故故先先王王立立司司南南，以以端端朝朝夕夕”的的记记载载。东东汉汉王王充充在在论论衡衡中中记记有有“司司南南之之杓杓（勺勺子子），投投之之于于地地（中中央央光光滑滑的的地地盘盘），其其柢柢（勺勺的的长长柄柄）指南指南”。北北宋宋时时武武经经总总要要（10441044年年）记记载载了了指指南南鱼鱼的的使使用用及及其其制制作作方方法法，极极为为清清晰晰地地论论述述了了热退磁现象的应用。热退磁现象的应用。48我我国国古古籍籍中中关关于于指指南南针针的的最最早早记记载载，始始见见于于沈沈括括的的梦梦溪溪笔笔谈谈。该该书书介介绍绍了了指指南南针针的的四四种种

60、用用法法：水水法法，用用指指南南针针穿穿过过灯灯芯芯草草而而浮浮于于水水面面；指指法法，将将指指南南针针搁搁在在指指甲甲上上；碗碗法法，将将指指南南针针放放在在碗碗沿沿；丝丝悬悬法法，将将独独股股蚕蚕丝丝用用蜡蜡粘粘于于针针腰腰处处，在在无无风风处处悬悬挂挂。磁磁针针的的制制作作，采采用用了了人人工工磁磁化化方方法法。正正是是由由于于指指南南针针的的出现，出现，沈括最先发现了磁偏现象沈括最先发现了磁偏现象，“常微偏东，不全南也常微偏东，不全南也”。 南南宋宋时时，陈陈元元靓靓在在事事林林广广记记中中记记述述了了将将指指南南龟龟支支在在钉钉尖尖上上。由由水水浮浮改改为为支支撑撑，对对于于指指南南

61、仪仪器器这这是是在在结结构构上上的的一一次次较较大改进，为将指南针用于航海提供了方便条件。大改进，为将指南针用于航海提供了方便条件。 指指南南针针用用于于航航海海的的记记录录，最最早早见见于于宋宋代代朱朱彧彧的的萍萍洲洲可可谈谈：“舟舟师师识识地地理理，夜夜则则观观星星，昼昼则则观观日日，阴阴晦晦观观指指南南针针”。以以后后，关关于于指指南南针针的的记记载载极极丰丰。到到了了明明代代，遂遂有有郑郑和和下下西西洋洋，远远洋洋航航行行到到非非洲洲东东海海岸岸之之壮壮举举。西西方方“关关于于指指南南针针航航海海的的记记载载，是是在在12071207年英国纳肯年英国纳肯（A. Neckam，11571

62、217）的的论器具论器具中。中。49郑复光对地磁现象的解释郑复光对地磁现象的解释郑复光费隐与知录中提出了郑复光费隐与知录中提出了“罗针偏东由于地脉罗针偏东由于地脉”的地脉说。的地脉说。 “铁能指南，何以中国偏东而西洋人又谓在大浪山东则指西，铁能指南，何以中国偏东而西洋人又谓在大浪山东则指西，在大浪山西则指东。惟正在大浪山则指南，其说信乎？在大浪山西则指东。惟正在大浪山则指南，其说信乎？” “西说既非身亲姑可不论，而中国偏东，京都五度、金陵三西说既非身亲姑可不论，而中国偏东，京都五度、金陵三度，既见诸书确然无疑。而偏则各地不同。从仪象志图悟得度，既见诸书确然无疑。而偏则各地不同。从仪象志图悟得各

63、顺其地脉也。地脉根两极南北，如植物出土皆指天顶，但各顺其地脉也。地脉根两极南北，如植物出土皆指天顶，但不能稍曲焉。又地脉之根止有地心一线其处最直，而渐及地不能稍曲焉。又地脉之根止有地心一线其处最直，而渐及地面不无稍曲。针为地脉牵掣故偏亦甚面不无稍曲。针为地脉牵掣故偏亦甚微微”(1）明确赋予了地脉以确切的物理的力学的性能。）明确赋予了地脉以确切的物理的力学的性能。(2）地脉是可以超越大地之体而在地球附近空间）地脉是可以超越大地之体而在地球附近空间中中存在的。存在的。(3）将地脉抽象为无数曲线组成的曲线族）将地脉抽象为无数曲线组成的曲线族。 地脉就是就是根于地球两极而在地球的体内体外都存在的封地脉

64、就是就是根于地球两极而在地球的体内体外都存在的封闭的曲线族，而这些曲线又能对磁针施以力的作用。闭的曲线族，而这些曲线又能对磁针施以力的作用。50 李约瑟评价：李约瑟评价：“中国人在这方面是如此地领先于西方人，中国人在这方面是如此地领先于西方人，以至于我们差不多可以冒险猜测：如果社会条件有利于现以至于我们差不多可以冒险猜测：如果社会条件有利于现代科学的发展，中国人可能已经首先通过磁学和电学的研代科学的发展，中国人可能已经首先通过磁学和电学的研究，先期转到场物理，而不必通过撞球式的阶段了。假如究，先期转到场物理，而不必通过撞球式的阶段了。假如文艺复兴发生在中国而不是欧洲，整个文明的次序也许会文艺复

65、兴发生在中国而不是欧洲，整个文明的次序也许会完全不同。完全不同。”假设成立假设成立还欠缺两个条件还欠缺两个条件：1）要有大量要有大量实验研究实验研究；2）需要极富需要极富数学功力数学功力，能看出场论隐含的数学结构、又具，能看出场论隐含的数学结构、又具备牛顿那样高度综合归纳能力的物理大师。备牛顿那样高度综合归纳能力的物理大师。 而这两点，总体上看恰恰是中国文化中比较欠缺而且相而这两点，总体上看恰恰是中国文化中比较欠缺而且相互间结合得非常不够的。因此这一推测要变成现实，不仅互间结合得非常不够的。因此这一推测要变成现实，不仅需要适当的外部环境，从科学内部看，也存在巨大的障碍。需要适当的外部环境，从科

66、学内部看，也存在巨大的障碍。51（3 3） 其他与磁有关的自然现象其他与磁有关的自然现象 我我国国自自公公元元前前20002000年年到到公公元元17511751年年，有有关关极极光光的的记记载载达达474474次次。在在公公元元1 11010世世纪纪的的180180余余次次记记载载中中，有有确确切切日日期期的的达达140140次次之之多多。在在西西方方最最早早记记载载极极光光的的，当当推推亚亚里里士士多多德德，他他称称极极光光为为“天天上上的的裂裂缝缝”。“极极光光”这这一一名名称称，始始于于法法国国哲哲学学家家伽桑迪。伽桑迪。 太太阳阳黑黑子子也也是是一一种种磁磁现现象象。自自公公元元前前

67、165165年年16431643年年（明明崇崇祯祯十十六六年年）史史书书中中观观测测黑黑子子的的记记录录为为127127次次。这这些些古古代代观观测测资料为今人研究太阳活动提供了极为珍贵、翔实可靠的资料。资料为今人研究太阳活动提供了极为珍贵、翔实可靠的资料。 遗遗憾憾的的是是，中中国国古古代代关关于于磁磁的的认认识识尽尽管管极极为为丰丰富富，但但关关于于磁磁现现象象的的本本质质及及解解释释，往往往往又又是是含含糊糊的的，缺缺乏乏深深入入细细致致的的研研究究。就就连连被被称称作作“中中国国科科学学史史上上的的坐坐标标”的的沈沈括括，对对磁磁现现象象也也认认为为，“莫莫可可原原其其理理”，“未未深

68、深考考耳耳”，致致使使在在我我国国历历史史上，一直未能产生可与英国吉尔伯特上，一直未能产生可与英国吉尔伯特论磁论磁比美的著作。比美的著作。52六六. . 中国古代的声学知识中国古代的声学知识 在中国古代物理学中，声学的成就可以说是一技独秀，有特在中国古代物理学中，声学的成就可以说是一技独秀，有特别加以记述的必要。别加以记述的必要。（1 1）乐器制作与乐律理论）乐器制作与乐律理论 中中国国古古代代音音乐乐是是世世界界文文明明中中的的一一个个宝宝库库。河河南南舞舞阳阳县县贾贾湖湖村村的的骨骨笛笛，是是公公元元前前50005000前前60006000年年新新石石器器时时代代的的遗遗物物，这这是是迄迄

69、今发现的世界上最早的乐器。今发现的世界上最早的乐器。 西周时期，见于西周时期，见于诗经诗经记载的乐器就有记载的乐器就有2929种，其中频率固种，其中频率固定的打击乐器有鼓、馨、钟、铃、（革兆）（摇鼓）等，调频定的打击乐器有鼓、馨、钟、铃、（革兆）（摇鼓）等，调频弹拨乐器有琴、瑟，管类乐器有箫、管、埙、笙等。弹拨乐器有琴、瑟，管类乐器有箫、管、埙、笙等。 19791979年年在在湖湖北北隋隋县县的的战战国国曾曾侯侯乙乙墓墓出出土土了了公公元元前前443443年年的的编编钟钟，一一套套共共6565件件，总总重重25002500余余斤斤，总总音音域域跨跨五五个个八八度度， 1212个个半半音音齐齐全

70、全，音音色色优优美美，效效果果极极佳佳，充充分分显显示示了了我我国国古古代代音音乐乐、冶冶金和乐器制造水平之高超。金和乐器制造水平之高超。53十二律：十二律：黄钟、大吕、黄钟、大吕、太簇、夹钟、太簇、夹钟、姑洗、仲吕、姑洗、仲吕、蕤宾、林钟、蕤宾、林钟、夷则、南吕、夷则、南吕、无射、应钟无射、应钟54（2 2）声的传播与发声原理的探讨）声的传播与发声原理的探讨 据据北北魏魏郦郦道道元元水水经经注注卷卷三三十十四四江江水水记记载载：陈陈遵遵在在造造江江陵陵金金堤堤（公公元元512512518518）时时，曾曾利利用用鼓鼓声声推推算算高高地地的的高高度度，可能是利用鼓声的传播速度推算的。这一记载很

71、有意义。可能是利用鼓声的传播速度推算的。这一记载很有意义。 对对于于发发声声原原理理，东东汉汉王王充充在在论论衡衡论论死死篇篇中中先先说说明明人人的的语语言言是是由由于于“气气括括口口喉喉之之中中，动动摇摇其其舌舌，张张合合其其口口”而而生生的的，然然后后推推广广到到“箫箫笙笙之之管管，犹犹人人之之口口喉喉也也，手手弄弄其其孔孔，犹犹人人之之动动舌也舌也”。 明明宋宋应应星星具具体体考考察察了了声声的的发发生生的的几几种种情情况况：“冲冲”（“飞飞矢矢”），“界界”（“跃跃鞭鞭”），“振振”（“弹弹弦弦”），“辟辟”（“裂裂缯缯”，即即撕撕丝丝织织品品），“合合”（鼓鼓掌掌），“击击”（挥挥椎

72、椎）。他他认认为为发发声声第第一一必必须须有有气气：“气气而而后后有有声声”，“气气本本浑浑沦沦之之物物，分分寸寸之之间间，亦亦具具生生声声之之理理，然然而而不不能能自自生生”；第第二二必必须须是是“以以形形破破气气”，“气气之之一一动动”，“急急冲冲急急破破，其其声声方方起起”，例例如如“击击物物”就就是是“气气随随所所持持之之物物而而逼逼及及于于所所击击之之物物有有声声焉焉”（论气论气气声气声）。）。55 关关于于声声音音发发生生与与传传播播更更为为深深刻刻的的见见解解是是王王充充和和宋宋应应星星指指出出的的。王王充充在在论论衡衡变变虚虚篇篇中中将将鱼鱼“动动于于水水中中，振振旁旁侧侧之之

73、水水”与与人人的的“操操行行”（行行动动）引引起起“气气应应而而变变”加加以以对对比比。宋宋应应星星则则明明确确提提出出“物物之之冲冲气气也也，如如其其激激水水然然。气气与与水水，同同一一易易动动之之物物。以以石石投投水水，水水面面迎迎石石之之位位，一一拳拳而而止止，而而其其文文浪浪以以次次而而开开，至至纵纵横横寻寻丈丈而而犹犹未未歇歇。其其荡荡气气也也亦亦犹犹是是焉焉，特特微微渺渺而而不不得得闻闻耳耳。”（论论气气气气声声七七）。对对声声波波的的发发生生与与传传播播从从物物理理上分析如此精辟，在我国古代物理学中是很突出的。上分析如此精辟，在我国古代物理学中是很突出的。 关关于于共共鸣鸣现现象

74、象的的趣趣闻闻：庄庄子子调调瑟瑟时时发发现现共共振振现现象象，沈沈括括在在弦共振时作纸人试验，喷水鱼洗的研究等，文献记载相当丰富。弦共振时作纸人试验，喷水鱼洗的研究等，文献记载相当丰富。“琴瑟弦皆有应声：宫弦则应少宫，商弦则应少商，其余皆隔四相琴瑟弦皆有应声：宫弦则应少宫，商弦则应少商，其余皆隔四相应。今曲中有（应）声者，须依此用之。欲知其应者，先调诸弦应。今曲中有（应）声者，须依此用之。欲知其应者，先调诸弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，他弦即不动。令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，他弦即不动。声律高下苟同，虽在他琴鼓之，应弦亦震，此之谓正音。声律高下苟同，虽在他琴鼓之

75、，应弦亦震，此之谓正音。”56（3 3）古代建筑中的声学效应）古代建筑中的声学效应 利用声学效应的建筑在我国已发现不少。古典籍中关于空利用声学效应的建筑在我国已发现不少。古典籍中关于空穴传声类的记载与建筑有关的也有穴传声类的记载与建筑有关的也有“地听地听”、“墙听墙听”（墨墨子子备穴篇备穴篇）等，用陶瓮口向内砌墙可以隔音，在琴室及戏台）等，用陶瓮口向内砌墙可以隔音，在琴室及戏台下埋大缸可增加混声回响效果。著名的北京天坛中的回音壁、下埋大缸可增加混声回响效果。著名的北京天坛中的回音壁、三音石与圜丘都巧妙地利用了声的反射效应。还有河南郏县蛤三音石与圜丘都巧妙地利用了声的反射效应。还有河南郏县蛤蟆音

76、塔，四川潼南县大佛寺的石琴等。蟆音塔，四川潼南县大佛寺的石琴等。57 山山西西永永济济县县普普救救寺寺莺莺莺莺塔塔初初建建于于隋隋唐唐，现现存存的的塔塔重重修修于于15641564年年明明嘉嘉靖靖年年间间，是是一一座座方方形形空空筒筒式式十十三三层层密密檐檐式式砖砖塔塔，高高36.736.7米米，建建于于陡陡坡坡的的高高处处，周周围围空空旷旷，整整个个塔塔身身和和塔塔檐檐由由涂涂釉釉青青砖砖建建成成，这这些些青青砖砖的的声声反反射射系系数数达达0.950.950.980.98，是是声声音音的的良良反反射射体体。塔塔身身成成空空筒筒形形，对对声声波波起起着着谐谐振振腔腔作作用用。由由于于十十三三

77、层层塔塔檐檐各各层层砌砌砖砖所所成成曲曲线线的的巧巧妙妙配配合合，对对来来自自塔塔前前距距离离约约2424米米处处的的击击石石声声产产生生良良好好的的反反射射及及会会聚聚作作用用，因因而而“于于地地击击石石，有有声声如如吠吠蛙蛙”。同同样样，远远处处的的声声音音通通过过十十三三层层塔塔檐檐反反射射就就会会聚聚在在檐檐前前附附近近，使使人人耳耳接接收收到到的的声声波波能能量量大大增增。五五里里外外的的蒲蒲州州镇镇的的演演唱声，犹如塔内有戏台。唱声，犹如塔内有戏台。 我我国国古古代代建建筑筑是是利利用用声声学学效效应应的的科科学学宝宝库库，还还有有待待于于进进一一步步发发掘掘。上上述述成成就就体体

78、现现了了声声学学与与音音乐乐、声声学学与与哲哲学学和和声声学学与与建建筑筑、军军事事等等的的结结合合，这这也也是是我我国国古古代代物物理理学学发发展展的的根根本本特特点点之之一。一。58七七. . 中国古代物理学的特点中国古代物理学的特点1.中中国国古古代代物物理理学学历历史史悠悠久久，源源远远流流长长，具具有有连连续续发发展展与与阶段高潮的特点。阶段高潮的特点。2.与与同同一一古古代代时时期期的的任任何何一一个个民民族族相相比比，中中国国古古代代物物理理学学具具有有特特别别丰丰富富的的内内容容，在在力力、热热光光、电电、声声、磁磁和和物物质质结构诸方面都有充分的发展。结构诸方面都有充分的发展

79、。3.中中国国古古代代物物理理学学在在内内容容上上，虽虽然然主主要要是是对对自自然然现现象象的的观观察察与与描描述述，但但古古人人观观察察得得特特别别敏敏锐锐，描描述述得得非非常常细细致致。而而且且能能在在“不不原原其其理理”的的情情况况下下以以巧巧思思对对物物理理现现象象加加以以应用。应用。4.在在思思维维方方法法上上，虽虽然然主主要要是是直直观观的的观观察察与与猜猜测测，但但突突出出体体现现了了中中国国整整体体思思维维的的特特点点：注注重重整整体体、着着重重联联系系、界界限模糊。限模糊。5.在在社社会会功功能能上上，有有实实用用性性的的特特点点，集集中中体体现现在在高高超超的的技技术成就及

80、与各种哲学思想的融会上。术成就及与各种哲学思想的融会上。59中国古代物理学的不足之处：中国古代物理学的不足之处：1.在内容上，较多的是对具体物理现象的孤立考察，缺少对在内容上，较多的是对具体物理现象的孤立考察，缺少对现象的归纳和总结，因此少有物理理论。现象的归纳和总结，因此少有物理理论。2.在研究方法上，由于受到整体思维理论框架的束缚，对物在研究方法上，由于受到整体思维理论框架的束缚，对物理现象的思考与解释通常采用一般的模糊的、形象的证明理现象的思考与解释通常采用一般的模糊的、形象的证明方式，常是笼统的，可此可彼的泛泛方法。缺乏对物理现方式，常是笼统的，可此可彼的泛泛方法。缺乏对物理现象的具体分析与逻辑思考。象的具体分析与逻辑思考。3.缺乏与数学的结合，不善于用数学语言来描述，因此很难缺乏与数学的结合，不善于用数学语言来描述，因此很难正确把握物理规律和建立理论。正确把握物理规律和建立理论。4.在物理实验上很少进行定量的研究，缺乏碓实验的重视。在物理实验上很少进行定量的研究，缺乏碓实验的重视。60