中国古代物理学成就

中国古代物理学成就 班级：1025 指导老师：武钰人 前言： 在第一节物理课上，物理老师给我们介绍了物理这门学科的涉及范围、学习方法、 以及这门学科所蕴藏的无限乐趣， 。物理老师还告诉我们，中国物理学历史悠久、源 远流长，有着无比辉煌的成就，勤劳、睿智的古代人民在很久以前就将物理知识运 用到实际生活中，物理在华夏民族的历史发展中起到了不可替代的作用。时至今日， 物理仍在生活中运用广泛。放眼纵观神州大地，都闪现着它的身影。物理！它究竟 是怎样的一门学科啊？我们小组怀着无比崇敬而又好奇的心情对中国古代的物理学 成就展开了研究。 资料与分析： 通过对资料的整理与分析，我们深切感受到中国古代物理学的辉煌。它一直都走 在世界前列，许多发明创造在当时起到了推动性的作用。下面就以下几个领域来介 绍一下中国古代物理学成就。 （一） 力学 力学起源于古代人对自然现象的观察和生产劳动中的实践经验，并逐步发展为 生产技术和初步的自然哲理。从时间来看，我国力学辉煌成就有“春秋战国、西汉、 宋明三个高潮。 1、春秋战国时期最著名的就是 （1）蜀守李冰修建的都江堰“正面取水，侧面 排沙”其飞沙堰工程巧妙利用道环流，说明当时测河水流量，了解泥沙规律等水力 知识及水利工程已有相当水平，成都平原二千多年始终受益。 （2）还有齐人著的 考工记是记录我国古代农具、兵器、炊具、酒具、水利、建筑等古代手工艺规 范的专著，反映了我国当时的生产技术和经验知识水平。 （3）与考工记几乎同 时的墨经 ，则进一步得出一些初步的力学哲理（如：“奋” 、 “衡” “本” “标” “重” “权”等）给力下了比较科学的定义：“力”刑（形）之所以奋也。 墨经 还最早论述了“杠杆原理”和“浮木平衡原理” 。 2、两汉到五代时期（1）简单机械逐渐发展为精巧的或大型的联合机械，如张衡的 水运海天仪、候风地动仪、西汉末巧工丁援（公元世纪）的：“被中香炉”是世界 上已知最早的常平支架，祖冲之的水磨等（2）隋代造船业已很发达，如隋炀帝的龙 舟已高 40 尺，宽 50 尺，长 200 尺。李春主持建设的赵州桥，跨度最大（37.02 米） 弧度最浅（拱矢高 7.23 米） ，至今 1300 多年，下沉水平差只有 5 厘米，说明实用结 构力学发展的水平， （3）浮力的利用甚多，如：浮桥的建造，还有著名的“曹冲称 象”故事。 （4）这一时期带有直觉经验型的物理哲理性著作是王充的论衡 ，他的 著作中对于运动的疾缓（快慢） ，力与运动、物与运动、内力与外力的关系等做了叙 述，其次还有对运动相对性的研究，东汉时代的尚书纬考灵 就是这方面极有 价值的成书，这种对运动相对论的观点， 考灵 比伽利略的对话至少早 1500 年。 3、宋元明时期，成就极为丰富（1）我国手工制造中齿轮构造等工艺相当娴熟，宋 代有较详记载， （2）苏颂和韩公廉，1092 年建成我国古代最大型的先进天文钟楼 “水运仪像台“元代郭守敬在天文仪器制造的种类、结构和精度方面达到很高水平 （3）宋应星的天工开物是明代农业和手工业生产技术的百科全书，在卷十五 体兵篇中记述测试弓弦弹力大小的方法。 （二） 、光学 我国古代光学成就也很显著（1） 墨经著作中有八条对集合光学的专门论述， 这八条主要论述：光的直进性和小孔成像，平面镜反射及成像、球面镜成像（2）从 秦、汉到隋唐五代的许多大型复杂机械都用到了光学知识，如：毕岚的“翻车 “（即龙骨水车）和名为“渴乌”的虹吸管等（3）汉代王充的论衡在光学方面 阐述了光的强度，光的直线传播及球面镜聚焦成像（4）在唐代， 玄真子中记述 了人造虹的简单实验， “背日喷水” （5）宋代沈括的梦溪笔谈中记载：沈括亲自观察实验，对小孔成像、凹凸镜成 像、凹凸镜的放大和缩小作用（6）元代的赵书钦在革象新书中研究了光的直进、 针孔成像，利用模拟实验研究月亮盈亏以及日、月蚀，这些都说明当时物理性的巨 大成就。 （三）声学 人从一出生就会发声，声音在生活中极为常见，所以智慧的中国古人也在很早 的时候就开始研究声现象。 （1）早在公元前三世纪4 世纪的庄子艺术就记载 了调瑟时发生的共振现象，这种基音与泛音共振现象的发现比西方早得多，欧洲直 到 15 世纪才由达芬奇首次进行共振实验， 墨子备穴篇还记述了共振现象的 具体应用，在城墙下每隔几米挖一个坑，坑内埋置容量为 70 升-80 升的陶瓮，瓮 口蒙上皮革，若有敌人挖地道攻城，可以根据各陶瓮声响情况，确定敌人挖掘的位 3 置和方向， （2）中国古代不仅很早就懂得共鸣现象，还掌握了消除共鸣的方法，唐 代著作刘宾客嘉话录记载了这方面的一个故事，洛阳某和尚的房里有一个磬， 经常自鸣发声，和尚因此惊扰成疾，曹绍来访，发现磬的自鸣是有寺院的钟声引起 的，就用锉把磬锉磨了几下，果然，钟再响时磬不在自鸣了。 （3）在古代，人们利 用共振原理制成了喷水鱼洗，它是一个类似铜盘的器物，器外缘有一对称竖起的双 耳。当盆内盛水时，如来回摩擦铜盘的双耳，会产生嗡嗡的响声，同时有水柱从水 面升起。早在中国五代时期，晋国被辽国战败，仅皇帝投降时（946 年）曾向辽太 宗进贡了一个能喷水的双鱼瓷盆，这是古籍记载中最早的喷水鱼洗，后在北宋又出 现了铜质喷水鱼洗，在宣和年间（1119-1125 ）出现了能喷水的玛瑙质鱼洗， （4） 梦溪笔谈中有关于共振现象的记载，明清时代朱载淯（15361610）沈括一纸 游实验证明了声的共振现象，比英国的诺布尔所做的“纸游码”实验早 500 年，在 乐律全书中用精密方法首次阐明了音乐中的十二平均律。 （四）磁学 我国是对磁现象认识最早的国家之一， （1）公元前四世纪左右成书的管子 中就有“上油慈石者，其下有铜金” （2）约公元前 239 年的吕氏春秋精通中 有“慈石召铁，或引之也”这是世界上最早对磁现象的认识（3）公元前 2 世纪，刘 安（前 179前 122）与 淮南子提及人造磁铁和磁极斥力（4）东汉高诱在吕 氏春秋注中谈到：“石、铁之母也，以有慈石，故能引其石，石之不慈者，亦不 能引也” （5） 论衡是应篇道“司南之构，投之于地，其抵指南” ，人们由此制造 了指南针。 （6） 梦溪笔谈中也有对磁的记载，第 58 条“以磁石磨针锋，则锐处 指南，亦有指北者，恐石性不同” ，这段话说明当时已发现了磁铁两极，还有第 437 记载的“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”记载的磁偏角， 比西方发现地磁偏角早了四百多年。 梦溪笔谈中还介绍了指南针的四种安装法， 水浮法、指甲法、碗唇法、悬经法。 （五）热学 早在春秋时期就有热现象的记载， （1） 考工记中记有凡铸金之状，金桐与锡， 黑蚀之气竭，黄白次之，黄白气竭，青白次之，青白之气竭，然后可铸也。是我国 最早对温度的认识，这段大意是在熔炼金属过程中，根据物体颜色判断物体冷热程 度， （2） 论衡中记录了热平衡，传导及物态变化，其有”云雾、雨之徽也，夏则 为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪，雨露冻凝者，皆由地发，不从天降也“的 论述，是世界上最早分析一年四季物态变化形成的原因， 论寒温篇中论述”夫近 水则寒，近火则温，远则渐微，何则？与天所加，远近有差也“是世界上最早对热 传导的论述。 （六）电学 电是近代才出现的，但中国最早在西汉就有记载， （1）西汉末年， （公元 20 年 前） ，有“ 瑁吸 ”的记载，说的是经过摩擦的玳瑁能够吸引微小的物体。 （2）西 晋时期， 博物志中，也有摩擦起电的记载。 （3） 论衡中的顿牟掇芥慈石级缄 （顿牟：墟泊芥：一和很轻草木人）说的人们已经对电磁有了相当深刻的认识（4） 1 世纪，古书汉书记载尖端放电，避雷知识和有关装置（5）唐代玄真子中 指出雷与电的关系。 活动趣事： 研究物理， ，讨论是必不可少的，在最开始的一次讨论中，组长提出张衡的地动仪属 于物理学范畴，而组员张晓云则不赞同，她认为“地动仪不是用来测量地震的吗？ 地震是一个地理现象，而且我记得我们初中是在地理书中接触到地动仪的而不是物 理书” 。组长则说：“因为地动仪的构造运用了力学知识，就像龙嘴中的小球是由于 力的作用才掉下来的， ”可张晓云还不甘示弱，又问：“那古代只要涉及的不就是力 学吗，但凭小球掉下来是不能妄断的” 。组长想要辩解来着，可又不知道地动仪的具 体，只能干着急，还是幽默的胡向军打破僵局：“张衡发明什么地动仪嘛，害的我 们还在这费劲地讨论属不属于，干脆，我回去古代问一问他，不就完了吗？”组员 都打趣道：“你要是能回去，我们就不在这研究了。 ”大家都笑他，随之紧张的气氛 也被踢到九霄云外了。 认识 通过对一系列的物理资料的整理与分析，使我更深层次的认识物理，了解物理， 发现了其中的乐趣，在我们中学时代，几乎每个学生都认为物理学是枯燥的，乏味 的，而且也是最难搞懂其中的奥妙的，但通过我们这几天对物理学的研究，使我们 对此有了新的认识，从古到今，物理学的成就一直伴随在人们的日常生活中，无论 是轮船在茫茫大海中航行必不可少的指南针，还是我们如今所看到的喷泉，无不是 利用着物理学，这些都是物理学的成就，在我们学习阶段，物理学作为一门重要的 学科，我们的确应该认真地去学习物理，去探寻物理学成就所带给我们的喜悦，将 物理学的成就运到我们的日常生活中，把物理学的理论知识运用到实践中，真正地 将物理学对我们所起的作用表现出来，所以我希望所有接受九年义务教育的学生都 应该去认真学习物理，不要被物理学的表面现象所蒙蔽，我们要将它的实质挖掘出 5 来，它的理论知识、他的成就、它所发生的趣事，无不吸引着我们前去探索，也许 通过你们对物理学的兴趣，从而去研究它，还会发明出属于自己的创造，这是属于 你自己的成就，属于你自己的乐事，总而言之，学习物理可以带给我们很多快乐， 物理学成就对我们的生活发挥着重要的作用，物理学的理论可以使我们头脑充实， 一句话，物理对我们真的很重要，我们应该去认真探索它、学习它。 后记： 千里之行始于足下，经过多半年孜孜不倦的努力，经过一点一滴的收集、分析、 积累资料，我们终于合成了我们的调查报告，正所谓皇天不负有心人，胜利的曙光 终于洒在了我们的身上，看着我们终于合成，而且非常满意的，甭提我们的心里有 多高兴了，刚开始萦绕在我们心头的那些关于“中国物理学的发展到底是什么，一 向被我们认为最难的物理到底该如何研究，长长的疑云也散尽了，风雨过后见彩虹 的感觉就是爽啊！这成功的背后不免有艰辛的汗水的浇灌，忆往昔，我们为了收集 资料而东奔西走，在分析资料时，为了资料的取舍而争得面红耳赤，不肯退让半 步不谈这些了，总之，经过这次的合作，我们明白了许多。 挥汗如雨的篮球场上流传着这样一句俗语：“胜利属于五个人的”他的含义是： 代表一个球队齐心协力，相互配合，相互形成一种默契，为着同一个目标前行，走 向胜利、走向成功，虽然在这次研究中有过风雨、有过辛酸，但我们最终圆满完成 了这次研究。 指导教师石耀先得评价 中国物理学历史悠