中國(guó)古代物理學(xué)貢獻(xiàn)【課題研究】

word榆中縣恩玲中學(xué)課題研究論文 高一十五班第五組專(zhuān)業(yè)：物理學(xué)生某某：楊文浩、馬曉智、丁梓雪等指導(dǎo)教師：任德鑫完成時(shí)間：17:47中國(guó)古代物理學(xué)貢獻(xiàn)9 / 10古代中國(guó)的物理學(xué)貢獻(xiàn)學(xué)校：榆中縣恩玲中學(xué)課題組：高一15班第5組組長(zhǎng)：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(qiáng)德珍指導(dǎo)教師：任德鑫研究時(shí)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(guó)人不僅記述了許多物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了一些物理規(guī)律或定理，尚有飽含物理知識(shí)的詩(shī)詞歌賦傳世。 本文展現(xiàn)了中國(guó)古代科學(xué)在物理學(xué)方面的概貌。中國(guó)古代物理學(xué)可與西方同一時(shí)期相比的有力學(xué)與光學(xué)兩個(gè)分支；在電磁學(xué)和熱學(xué)方面，中國(guó)取得了遠(yuǎn)勝于西方的成就；在聲學(xué)，特別是在樂(lè)律方面更是成績(jī)卓著。關(guān)鍵詞：中國(guó)、古代、物理學(xué)、貢獻(xiàn) 正文： 在古代，物理如此與日常生活息息相關(guān)。依據(jù)生產(chǎn)技術(shù)和社會(huì)形態(tài)以與科學(xué)著作誕生年代，選擇具有代表性的跟物理學(xué)有關(guān)的記載，介紹中國(guó)古代物理學(xué)開(kāi)展概況.1、遠(yuǎn)古到西周(公元前770年以前)人類(lèi)從會(huì)用火到石器時(shí)代.又從石器時(shí)代過(guò)渡到青銅時(shí)代，西周時(shí)代手工業(yè)特別興旺，出現(xiàn)了“百工匠；如造車(chē)輪的“輪匠，造車(chē)軸的“軸匠，造箭的“矢匠等。在這些手工技術(shù)中有豐富的物理學(xué)知識(shí)，但人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)。2、奴隸社會(huì)向封建社會(huì)過(guò)渡期(公元前770年前221年)此時(shí)期對(duì)物理學(xué)知識(shí)有了系統(tǒng)研究和論述，主要著作有:墨經(jīng)和考工記等.對(duì)力、熱、光等都有論述。2. 1力學(xué)方面墨經(jīng)最早對(duì)力下了定義：“力荊之所以?shī)^也.意思是力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因.墨經(jīng)第114. 116條對(duì)時(shí)間和空間最早作出了正確定義:“宇或徒，說(shuō)在長(zhǎng)宇久；“行修以久，說(shuō)在先后。意思是說(shuō)物體位置改變是空間隨著時(shí)間自近而遠(yuǎn)的持續(xù)增長(zhǎng)?！澳?jīng)還最早論述了“杠桿原理和“浮體平衡原理。論衡.狀留篇中的:“是故車(chē)行于陸， 船行于溝，其滿(mǎn)而重者行遲，空而輕者行疾。" “任重，其進(jìn)取疾速，難矣。意即在一定外力 條件下，較重的物體運(yùn)動(dòng)較慢，其開(kāi)始運(yùn)動(dòng)和 加快運(yùn)動(dòng)也難。論衡中:“古之多力者、身 能負(fù)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(yùn)動(dòng)的結(jié)論。2. 2熱學(xué)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(guó)最早對(duì)溫度的認(rèn)識(shí)，這段大意是在熔煉金屬過(guò)程中，根據(jù)物體顏色判斷物體冷熱程度。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。論稀 .寒溫篇中的論述:“夫近水如此寒，近火如此溫， 遠(yuǎn)如此漸微。何如此?氣之所加，遠(yuǎn)近有差也。是 世界上最早對(duì)熱傳導(dǎo)的論述。 2. 3磁學(xué)方面春秋末期(約公元前5世紀(jì))管子·地?cái)?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(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。2. 4光學(xué)方面論衡·率性篇中:“取火于天，五月丙 午日中之時(shí)，消煉五石(五石可能指石英石)。鑄以為器，磨礪生光，仰以向日，如此火來(lái)至。 某某萬(wàn)畢術(shù)載道:削冰為圓，舉以向日，以 艾承其影，如此火生。以上說(shuō)明用透鏡聚光取火，即叫“陽(yáng)隧。某某萬(wàn)畢術(shù)中的“取大鏡高懸，盛水盆于其下，如此見(jiàn)四鄰矣記述了我國(guó)最早創(chuàng)制的開(kāi)管式潛望鏡。 墨經(jīng)著作中有八條對(duì)幾何光學(xué)的專(zhuān)門(mén)論述，這八條主要論述了:光的直進(jìn)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(xué)方面我國(guó)古代很早就對(duì)共振現(xiàn)象有記述，公元前3世紀(jì)4世紀(jì)的莊子一書(shū)就記載了調(diào)瑟時(shí)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(jì)才由達(dá)·芬奇首次進(jìn)展共振實(shí)驗(yàn)。墨子·備穴篇還記述了共振現(xiàn)象的具體應(yīng)用：在城墻根下每隔幾米，挖一個(gè)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(gè)時(shí)期制造了許多大型復(fù)雜機(jī)械：西漢初的指南車(chē)和記里鼓車(chē)；X衡(78年139年)的渾天儀和地動(dòng)儀:畢嵐的“翻車(chē)(即龍骨水車(chē))和名為“渴烏的虹吸管；(公元2世紀(jì))唐僧一行梁令瓏的水運(yùn)渾儀。(公元725年)此時(shí)期主要科學(xué)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(wàn)畢術(shù)。3. 1力學(xué)方面論衡.狀留篇中的：“是故車(chē)行于陸，船行于溝，其滿(mǎn)而重者行遲，空而輕者行疾?！叭沃兀溥M(jìn)取疾速，難矣。意即在一定外力條件下，較重的物體運(yùn)動(dòng)較慢，其開(kāi)始運(yùn)動(dòng)和加快運(yùn)動(dòng)也難。論衡中:“古之多力者、身能負(fù)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(yùn)動(dòng)的結(jié)論。是世界上第一架測(cè)驗(yàn)地震的儀器。中國(guó)東漢時(shí)期天文學(xué)家X衡于漢順帝陽(yáng)嘉元年132制成，候風(fēng)地動(dòng)儀用精銅制成，直徑2.7米，其外形像一個(gè)大型酒樽。地動(dòng)儀里面有精巧的結(jié)構(gòu)，主要為中間的都柱相當(dāng)于一種倒立型的震擺和它周?chē)陌说姥b置在擺的周?chē)?組機(jī)械裝置。在樽的外面相應(yīng)地設(shè)置8條口含小銅珠的龍，每個(gè)龍頭下面都有一只蟾蜍X口向上。如果發(fā)生較強(qiáng)的地震，都柱因受到震動(dòng)而失去平衡，這樣就會(huì)觸動(dòng)八道中的一道，使相應(yīng)的龍口X開(kāi)，小銅珠即落入蟾蜍口中，由此便可知道地震發(fā)生的時(shí)間和方向。據(jù)史料記載，候風(fēng)地動(dòng)儀曾成功地記錄了138年發(fā)生在某某的一次強(qiáng)烈地震，從而證明了它的準(zhǔn)確性和可靠性。 候風(fēng)地動(dòng)儀公元初年，王莽變法改制，制作了一種銅卡尺。它長(zhǎng)1422厘米，分固定尺和活動(dòng)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(gè)游標(biāo)卡尺同現(xiàn)代的游標(biāo)卡尺十分相似，但它比西方科學(xué)家制成的游標(biāo)卡尺早1700多年。 銅卡尺公元4世紀(jì)前成書(shū)的西京雜記記載了長(zhǎng)安工匠丁緩發(fā)明的被中香爐。當(dāng)將香爐中的檀香木塊點(diǎn)燃后，可以把香爐隨便放進(jìn)被子里，不僅不會(huì)燒壞被子，連香爐灰也不會(huì)撒出來(lái)。奧妙在于爐內(nèi)有一種叫“常平架的裝置，它由內(nèi)外兩個(gè)金屬環(huán)組成，兩環(huán)用轉(zhuǎn)軸聯(lián)結(jié)，外環(huán)又通過(guò)另一轉(zhuǎn)軸與外架聯(lián)結(jié)。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(yīng)用。歐洲直到16世紀(jì)才出現(xiàn)常平架裝置，比中國(guó)晚了1600多年。3. 2感學(xué)方面某某萬(wàn)畢術(shù)道：“磁石柜茶。說(shuō)明了人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)了磁石(磁極)之間存在著相互推斥力作用。論衡·是應(yīng)篇道：“司南之構(gòu)，投之于地，其抵指南。人們制造了指南針(句狀司南)。東漢時(shí)期思想家王充寫(xiě)的論衡書(shū)中“司南之杓，投之于地，其柢指南的記載，考證并復(fù)原勺形的指南器具。磁石的南極S極磨成長(zhǎng)柄，放在青銅制成的光滑如鏡的底盤(pán)上，再鑄上方向性的刻紋。這個(gè)磁勺在底盤(pán)上停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(rèn)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(xué)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。論稀·寒溫篇中的論述：“夫近水如此寒，近火如此溫，遠(yuǎn)如此漸微。何如此?氣之所加，遠(yuǎn)近有差也。是世界上最早對(duì)熱傳導(dǎo)的論述。3. 4聲學(xué)方面論衡·變虛篇中:“令人操行變氣遠(yuǎn)近，宜與魚(yú)等;氣應(yīng)而變，宜與水均。意思是人的行動(dòng)(包括說(shuō)話(huà))使其周?chē)摹皻獍l(fā)生振動(dòng)，并能向外傳播，如同魚(yú)使水振動(dòng)的水波一樣向外傳播。中國(guó)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(huà)錄記載了這方面的一個(gè)故事：某某某和尚的房里掛有一個(gè)磬，經(jīng)常自鳴發(fā)聲，和尚因此驚憂(yōu)成疾。一天朋友曹紹夔來(lái)訪(fǎng)，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(shí)磬不再自鳴了。3.5電學(xué)方面論衡中的“頓牟掇芥慈石級(jí)緘。(頓牟；墟泊；芥；=種很輕草木；械；針；綴；吸引)；說(shuō)明人們已經(jīng)對(duì)電、磁有了相當(dāng)深刻的認(rèn)識(shí)。時(shí)空觀的先進(jìn)性 在歐洲，人們對(duì)時(shí)間和空間的認(rèn)識(shí)是割裂的，孤立的，直到20世紀(jì)初，相對(duì)論才把空間和時(shí)間科學(xué)地統(tǒng)一起來(lái)。但在中國(guó)古代，遠(yuǎn)在先秦時(shí)期，不少哲人就把空間和時(shí)間聯(lián)系起來(lái)考慮。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期成書(shū)的管子·宙合篇，把時(shí)間稱(chēng)為“宙，空間稱(chēng)為“合，其中說(shuō)，“天地，萬(wàn)物之橐，宙合又橐天地，意思是說(shuō)，萬(wàn)物都包涵在天地之內(nèi)，而天地又包涵在時(shí)空的“宙合之中。墨家對(duì)時(shí)空的認(rèn)識(shí)又有了新開(kāi)展，他們把空間稱(chēng)為“宇，包括東南西北、四面八方的各種不同場(chǎng)所和方位，把時(shí)間稱(chēng)為久，“宇久就是現(xiàn)代的宇宙。4、宋、元時(shí)期(960年1369年)這個(gè)時(shí)期創(chuàng)制了大型機(jī)械和大型生產(chǎn)工具.撰寫(xiě)出五本科學(xué)著作：北宋沈括(1031年1095年)著的夢(mèng)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(yíng)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(shū)，我國(guó)四大發(fā)明中的三大發(fā)明火藥、指南針和活字印刷術(shù)也是這個(gè)時(shí)期產(chǎn)生的。4. 1力學(xué)方面營(yíng)造法式一書(shū)，全書(shū)36卷，其中圖樣6卷，系統(tǒng)地總結(jié)了歷代建筑經(jīng)驗(yàn)，有豐富的材料力學(xué)和建筑力學(xué)知識(shí)。新儀象法要一書(shū)中，記載了蘇頌和韓公廉在1092年創(chuàng)制一架大型水運(yùn)儀象臺(tái)，即天文鐘，這臺(tái)機(jī)器應(yīng)用了很多力學(xué)知識(shí)。營(yíng)造法式書(shū)照4. 2磁學(xué)方面夢(mèng)溪筆談第58條：“以磁石磨針?shù)h，如此銳處指南，亦有指北者，恐石性不同，這段話(huà)說(shuō)明當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)了磁鐵有兩極；夢(mèng)溪筆談第437記載的：“方家以磁石磨針?shù)h，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(mèng)溪筆談中還介紹了指南針?biāo)姆N安裝法：水浮法；指甲法；碗唇法；懸絲法。4. 3光學(xué)方面夢(mèng)溪筆談?dòng)浭龅模骸瓣?yáng)艘向日照之.如此光聚向內(nèi)，離鏡一二寸，光聚為一點(diǎn)，大如麻寂，著物如此火發(fā)?！瓣?yáng)健面洼，以一指迫而照之如此正，漸遠(yuǎn)如此無(wú)所見(jiàn)，過(guò)此遂倒。這是說(shuō)手指在鏡面與焦點(diǎn)之間處成正立像.在焦點(diǎn)處無(wú)像，在焦點(diǎn)以外成倒立像，說(shuō)明當(dāng)時(shí)對(duì)凸透鏡聚光與球面鏡成像已進(jìn)展相當(dāng)成功的研究。宋末元初趙友欽用上千只熾光作為光源進(jìn)展小孔成像的大型光學(xué)實(shí)驗(yàn)，證明了光源大小、強(qiáng)度與小孔的大小、距離以與像的大小、亮度三者之間的關(guān)系.說(shuō)明了當(dāng)時(shí)物理學(xué)研究已經(jīng)進(jìn)人實(shí)驗(yàn)科學(xué)時(shí)代。4. 4聲學(xué)方面 夢(mèng)溪筆談中：“欲知其應(yīng)者，先調(diào)其弦，先調(diào)其弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應(yīng)弦，如此紙人躍，它弦即不動(dòng)。這是沈括以紙游碼實(shí)驗(yàn)證明了聲的共振現(xiàn)象，比英國(guó)的諾布爾所做的“紙游碼實(shí)驗(yàn)早500年。5、明、清時(shí)期(1368年1911年)由于時(shí)代中葉以后，維護(hù)封建倫理的官方教育后來(lái)開(kāi)展為“八股的科舉取士制，嚴(yán)重阻礙科學(xué)技術(shù)開(kāi)展，是我國(guó)科學(xué)開(kāi)展的落后時(shí)期.但是個(gè)別的有關(guān)物理學(xué)方面也有獨(dú)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(jí)數(shù)平均分配音律，成為近代平均音階的鼻祖；明末宋應(yīng)星(1587 - ?)的天工開(kāi)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(xué)大著。參考文獻(xiàn)：西京雜記墨經(jīng)后漢書(shū)X衡列傳考工記夢(mèng)溪筆談?wù)摵忭n非子易經(jīng)某某萬(wàn)畢術(shù)營(yíng)造法式