中国古代物理学.ppt

概况,在古代，无论是古希腊还是中国，都谈不上有“物理学”。当时人们还不可能自觉地、系统地运用实验方法，也不可能通过严密的逻辑推理和数学形式进行科学的概括，使之成为完整的知识体系。但这一阶段仍是物理学形成和发展的先导和渊源。是物理学发展的孕育和萌芽时期。,在中国，自夏、商、西周起，随着手工技术的发展，物理知识开始积累。春秋战国时期，科学技术蓬勃发展，中国古代物理学开始形成 ；秦汉时期，形成一个发展高峰；宋元时期达到鼎盛。至此，在西方近代科学诞生之前，中国的科学技术在各个领域都居世界领先地位。明末至清初以后，科学和科学技术的发展逐渐落后于西方，这一时期，西方物理知识开始向中国输入。,第一章 中国古代物理学,第一章 中国古代物理学,第一节：中国古代物理思想的探索 一 中国古代自然哲学中的物质观 1、元素与原子的观点 （1）阴阳学说 （2）五行思想 （3）原子论 2、 元气说 二中国古代自然哲学中的时空观与运动观,第二节：我国古代物理学各分支的主要成就 一.力学 二.热学 三.光学 四.电磁学 五.声学 六.天文学,1、元素与原子的观点 （1） 阴阳学说 阴阳是中国古代哲学的一对范畴。阴阳的最初涵义是表示阳光的向背，向日为阳，背日为阴。 后来，又给它赋予了一定的意义，把自然界和社会上一切对立的现象抽象为阴阳，用阴阳概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力，用来解释天文气象、四季变化、万物兴衰等自然现象。 如气候的寒暖，方位的上下、左右、内外，运动状态的躁动和宁静，以及天地、男女、昼夜、君臣、夫妻等。 阳代表积极、进取、刚强、上升、温热、明亮、雄性、太阳等阳性和具有这些特征的事物； 阴代表消极、退让、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等阴性和具有这些特征的事物。,一 中国古代自然哲学中的物质观,第一节：中国古代物理思想的探索,认为：阴阳的对立统一运动，是自然界一切事物发生、发展、变化及消亡的根本原因。是自然界一切事物运动变化的固有规律。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。,阴阳学说的基本内容包括阴阳对立、阴阳互根、阴阳消长和阴阳转化四个方面。,“阴阳有序、整体和谐”是世间的最佳状态，也是事物稳定的基本保证。,周易：在殷周之际形成的，集中反映关于天文气象、阴阳交变的朴素观点并用以比拟人间祸福，形成了原始的宇宙生成观和对立统一观点：“易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦”（易经系辞上）。意思是：宇宙的的本原是太极（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四象（春、夏、秋、冬），再生出八卦（天、地、山、泽、水、火、风、雷）。,白纸称为无极，画上一个圆圈，称为无极生太极（宇宙），中间一条曲线分成黑白两个部分，称为太极生两仪，中间的曲线表示了阴阳的相互运动和相互转化。黑白两个半球中各有一个与之颜色相反的小圆圈，称为阴阳子，表示阴中有阳，阳中有阴。,四象和阴阳的组合再生八卦：乾、坤、震、撰、坎、离、艮（gn）、兑。,八卦则是其形式化和符号化：为阴，为阳，分别称作阴爻（yo)和阳爻，阴爻和阳爻的组合构成四象：,22,23,周易是以阴（阴爻）、阳（阳爻）为基本单位而形成的一种对事物的理论性把握。阴与阳二单位的不同组合形成八卦，将八卦中之任意两卦叠合即形成六十四卦。每卦有六爻，共组成384爻。八卦的卦、爻、位之间，有复杂的关系，64卦的卦象变化和爻数就更加复杂，它反映了事物之间错综复杂的相互关系。在易学中，事物的性质即由阴与阳所占整体成份之多少及阴阳空间相对位置关系所决定。,（）五行思想 五行：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。“水曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑（sen）。”（尚书洪范） 构成：世界万物皆由上述五种元素构成。“以土与金、木、火、水杂，以成百物”（国语周语）。 相互关系：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生土；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。,发展：五行说的起源早于“太极”和“道” ，在殷末已普遍流传；春秋战国时期，五行说与阴阳说相结合，形成了阴阳五行说，形成了五行相生相克的关系。宋代以后，五行作为由太极到万物的中间环节，被容纳于宇宙生成体系之中。宇宙由太极而生，太极生出阴阳，阴阳生出五行，五行相互作用，生出男女及世间万物。,它在中国发展较少，立论不多。 墨翟著作墨经：“端，体之无厚而最前者也”。端，表示芽，它们在物体中既然是无厚的，“前”就应理解为最本源的发端。“端，是无间也”（经说）进一步说端是无空隙的最小原始单位。墨经还提出用机械分割法最终总结可以找到“端”的思想。此外还提出：物质中间有空隙，即“盈”、“虚”、“有”、“无”；两组原子之间有三种组合方式：“撄（ying 互相重合）”、“毗（pi 部分重合）”、“次（连接而不重合）”，这是我国关于物质结构的最早图像。,（3）原子论,庄子 天下篇记载了惠施的“历物十载”和“二十一辩”， 其中有关“原子论”和物质连续可分的两条：“至大无外， 谓之大一，至小无内，谓之小一”。把“大一”（宇宙）与 “小一”（原子）加以比较，这是很了不起的思想萌芽。,总之：中国古代对“原子”的叫法有“端”、“毫”、“微”、“几”、“邻虚”等。特别是“邻虚”有近于零的意思，概念十分准确。由于缺乏实验的基础，我国的原子论始终停留在比较原始的阶段。,（1） 概述 中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一种统一的物质，认为世界应该是由一种连续分布于整个空间的物质所构成，而不像“五行说”是各种元素的组合。在“道”和“太极”的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代自然观中重要的、占主流地位的“元气说”。 春秋战国时期，老子认为由最高范畴的道生出阴阳二气，进而产生万物。庄子继承和发扬老子的学说，提出“通天下一气”的思想。战国末期的荀（xn）况也指出气是构成万物的基本元素。 元气说在春秋战国时期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了“元气自然论”；由宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了“元气本体论”。,2、 元气说,（2）“元气说”的主要思想,气是充满整个宇宙 客观存在的物质，是万物本源。 王充在论衡中说：“天地，含气之自然也。”论衡 谈天，“天地合气，万物自生”论衡 自然。 王充（公元27-约97）：东汉时期的唯物主义哲学家和进步思想家，创立了以气为基础的元气自然论。主要著作有论衡，共30卷，85篇，涉及力学、声学、光学、热学、电磁学等多方面的知识，是我国中古时期的一部百科全书。,气有聚散两态，太虚为气，气形转化 张载（10201077，宋）：“太虚者，气之体形聚为物，形溃反原”正蒙 乾称 王夫之（16191692，明末清初)：“虚空者，气之量，气弥沦无崖而希微不形，则人见虚空而不见气。凡虚空者，气也。聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无。”张子正蒙注太和。,气分阴阳，永远处于运动变化之中 物质不灭思想（守恒原理） 王夫之张子正蒙注太和：“散亦吾体，聚亦吾体，其本体不为之损益”。他还举例：“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，特希微而人不见尔！”；“一甑（zeng）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归；若安盖严密，则郁而不散。”,（3）元气说的初步评价,它是世界上最古老而仍具有影响的一种一元自然观。它包括了天与地、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、局部与整体等等的统一。 它完全不同于西欧近代科学的发展模式。它从一开始就坚持 物质的统一性、每一事物的矛盾性、基元物质的连续性分布与运动、守恒原理等根本规律，由此出发考察各种具体规律与 作用。 它在应用上特别是生物物理方面有不少实际的研究价值。 它作为自然哲学派别在开辟认识自然的道路上有一定的作用，但几千年来这一学说本身发展甚为缓慢，长期停留在定性观察、推测、玄想阶段，缺乏科学记述、实验、数学处理等方法的配合，在相当程度上未全脱离方家道士之类宗教玄学影响，致使中国没有走上诞生近代科学的道路。,二 中国古代自然哲学中的时空观与运动观,1、关于时空与宇宙的概念 尸子：“四方上下曰宇，往古今来曰宙”。 墨经：“宇，弥异所也”（包括不同地点）。 经说：“宇，蒙东西南北”；“久（宙），弥异时也”；“久，合古今旦莫（暮）”。 2、运动中的时空相关性 墨经:“宇域徙，说在长宇久（空间位置变动，发生在一定间隔的空间和时间内）”。 物理小识（明朝方以智著）：“宙轮于宇，则宇中有宙，宙中有宇”。（从直观观察中看到时空的统一，看到时空与运动的紧密联系）。,3、时空（宇宙）无限的观点 张衡灵宪：“宙之端无穷。” 王充论衡：“天去人高远，其气苍茫无端末。” 柳宗元天对：“无中无旁，乌际乎天则？”,第二节：我国古代物理学各分支的主要成就,一 力学 1.物理计量：时间计量、度量衡 2.运动学： 3.对力的认识： 4.力学知识的应用,一 力 学 1.物理计量 时间计量 a.干支纪法：春秋时鲁隐公三年（前722）二月己巳日至清宣统年（1911）。“干支”是“天干”和“地支”的合称。 天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸(gui)。 地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戍、亥。 组成“六十干支”：甲子、乙丑、癸酉、甲戍、乙亥癸亥。共60个组合，也称“六十甲子”，周而复始，不断循环。 b.十二时辰记时法： 子时：231时，丑时：13时，,亥时：2123时。 c.百刻时制（漏壶记时制）： 采用日晷或漏壶将一昼夜分为十时，一时分为十刻。刻为漏壶的基本记时单位，在竹或木制的箭上100个等分刻度，其高度正好等于一昼夜漏壶滴水的高度。1刻等于现在的14.4分钟。 d.机械记时： 东汉时期张衡117年发明浑天仪，用于测定天体位置，一天转一周。后经唐宋发展，成为世界上最早的天文钟。,星晷,月晷,圭表,日晷,漏壶： 漏壶有两种形式：泻水型和受水型。我国最早的西汉青铜挈(qie)壶为泻水型漏壶，只有一把挈壶，出水口在壶底侧。由于挈壶里水位不同时出水速度不同，后来又发展出受水型。并逐渐由最初的两壶发展成多壶。右图为根据唐朝吕才历象汇编历法典99卷刻漏图制作的四级漏壶。 浮漏： 宋代沈括在多级漏壶的基础上发明了浮漏，每昼夜误差小于20秒。宋代燕肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，精度提高到14.4秒；宋代赵友钦则将精度提高6秒。,度量衡：度-长度 量-容量 衡-重量 汉书律历志详细记载： 长度单位：引、丈、尺、寸、分，十进制； 容量单位：斛（h)、斗、升、合、龠（yu），十进制。 重量单位：石(dan)、钧、斤、两、铢(zhu)，非十进制。,长度：孔子家语记载：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻”即：从中指的指端到第一横纹叫一寸，拇指和中指一扎为一尺，两臂伸开长八尺，叫一寻。孙子算经：“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。”。 汉书律历志记载：“度本起黄钟之长。九十分黄钟之长，一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引”。 容量：一手所盛为“溢”,二手合盛为“掬(ju)”,“掬四谓之豆” 重量：古人将重量器具称之为衡，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、杆秤。权就是砝码或秤砣。,公元211年，秦始皇统一中国后，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。,2.运动学 运动与静止的相对性 抱朴子塞难：“见游云西行，而谓月之东驰”。 春秋纬元命苞（汉代）：“天左旋，地右动”。 春秋纬考灵曜（yo）“地恒动不止，而人不知，比如人在大舟中，闭牖（yu）而坐，舟行而人不觉”。 比伽利略（1564-1642）相对性原理早一千多年。 快慢与速率（见课本） 斜抛（见课本） 刚性球的滚动（见课本） 转动速度（见课本）,3 对力的认识 （1）惯性 考工计轮人：“马力既竭，辕犹能一取也”。 （2）力的概念 墨经：“力，刑之所以奋也”，这里刑即形，指物体，奋即飞，动的意思。 王充论衡效力篇：“人有知学，则有力矣。文吏以理事为力，而儒生以学问为力”，“举重拔坚，壮士之力也”，“故夫垦草殖谷，农夫之力也”（东汉）。,（4）杠杆原理 墨经中对不等臂天平的论述：“衡，加重于其一旁，必捶，权、重相若也。相衡，则本短标长。两加焉，重相若，则标必下，标得权也。”,（3）外力与内力 王充论衡：“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。”,（5）浮力：曹冲称象等。 （6）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄127-200）。 （7）大气压强 西汉时期已利用虹吸管-渴乌，东汉时已广泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水工程。 关尹子：“瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则水不降。” 唐代王冰素问：“虚管灌满，捻上悬之，水固不泻，；空瓶小口，顿灌不入，为气不出而不能入也。”,4 力学知识应用 尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、水碓（du 舂米用具）、水排鼓风机（公元31年东汉南阳太守杜诗发明）、被中香炉、记里鼓车、水运浑象仪等。 古代建筑学上力学的应用：如隋代李春建造的赵州桥，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1300年； 公元1056年建造的辽代山西应县木塔，是世界上现存的最高的古代木构建筑，高67.31米，经受近一个世纪的风雪袭击，12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“开宝寺塔”斜塔：“塔初成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：京师地平无山，而多西北风，吹之不百年当正也。”归田录。 明代的北京故宫群等等。,被中香炉,水排鼓风机（取自王祯农书）,中国古代科技水碓,二 热学 1.对热现象和热本质的认识 温度、湿度及其测量 “火候”：在烧制陶器和冶炼金属的过程中，通过对“火候”的观察，来定性的判断温度的高低。考工记记载了青铜冶炼时火色与温度的关系：“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，青气次之，然后可铸也。”即当“炉火纯青”时，炉温达到1200度左右，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。 湿度：淮南子：“琴弦缓，天且雨”“风雨之变，可以音律知之”，即天气的晴雨干湿会使琴弦的音调发生变化。即现在毛发湿度计的原理。,热胀冷缩与热应力 热胀冷缩；增大热应力：在公元前250年都江堰水利工程中的应用记载：“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。 热的本性 五行说：热（火）是构成物质的一种元素； 元气说：热这种物质的本原仍是气。,2 热能利用与热功 高温技术：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、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1300的高温。 松脂灯（孔明灯）： 走马灯：利用冷热空气对流带动纸轮旋转。 热气球：14世纪初，元朝仁宗登基时在元大都（北京）升起世界上第一个热气球。 火药：四大发明之一。唐代晚期，道士在炼丹实践中逐步发明了火药。（由硝、硫、碳三种基本成分组成） 火箭：宋代的管形火器“突火枪”。元代的铜炮；明代的多种多发火箭。 万虎：明代官员，是“第一个企图利用火箭飞行的人。他用47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。1970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“万虎环行山”。,三 光学,1.光的直线传播与小孔成像 2.光的反射与镜面成像 3.光的折射与透镜 4.光的色散,1.光的直线传播与小孔成像 墨经：“景到，在午有端”。“景：光之人，煦若射，下者之人也高， 高者之人也下。足蔽下光，故成景于上。首蔽上光，故成景于下”。(午：交叉； 端：小孔)。即物体在光的照射下，经过小孔后会形成一个倒立的像。,革象新书小罅（xia）光景：赵友钦著（宋末元初）：描述了一个大型光学实验。,梦溪笔谈：“若鸢（yun）飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗隙所束，则影与鸢遂相违，鸢东则影西，鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂。”,赵友钦光学实验： 关于实验设备及实验室布置：在屋内地面上左右两边各挖一圆阱，阱径四尺余，左阱深八尺，右阱深四尺；左阱内放置一桌，其高四尺。在左阱的桌子上和右阱底部各放置一直径四尺的圆板，板上密置蜡烛千余支。将其点燃，左右两阱圆形的烛光代表日月之形。做两个直径五尺的圆形木板，分别覆盖在两个阱口之上，在左边阱口木板开一个一寸见方的孔，在右边阱口木板上开一个一寸半见方的孔。（见图所示）,赵友钦实验：实验中他固定几个条件，改变一个条件来观察成像情况。实验分五步进行：,观察小孔口径大小对成像的影响； 改变光源大小和强度，观察成像变化； 改变像屏的距离；观察成像变化； 改变光源的距离，观察成像变化； 改变孔的大小和形状，观察成像变化；,赵友钦的光学实验，无论是从实验设备的安排和实验程序的设计，还是对于实验现象的分析和实验结论的总结，都堪称中国历史上最出色的科学实验之一。 此外，赵友钦在天文、物理、数学等多方面都取得过成绩。他既重视实验研究，又重视理论探索，边进行实验，边总结规律，并且定量分析与定性分析相结合，自觉运用系统的实验方法。这种科学态度和研究方法，在中国古代是相当少见的。,平面镜：“临鉴而立，景倒。”,凸面镜：“鉴团，景一。” “鉴:鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小，而必正。” 即鉴团只成一缩小的正立的像（虚）。,凹面镜：“鉴洼，景一小而易，一大而正，说在中之外内”。“鉴，中之内：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小而必正；起于中缘正而长其直也。中之外：鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小而必易，合于中长其直也。”其中“鉴洼”即凹面镜，“中”为焦点，“易”即倒置。即物体在焦点以内时，成大而正立的虚像；物体在球心以外时，成小而倒立的实像。,2.光的反射与镜面成像 (1)墨经中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸面镜的反射情况。,(2)镜面成像 平面镜组合：利用数量不等的平面镜组合成像，例如“日月镜”、“四窥镜”等。 双面镜：红楼梦第十二回，描写的跛足道人送给贾瑞的“风月宝鉴”即是一枚双面镜。（一面是平面镜，一面是凹面镜） 潜望镜：淮南万毕术：“取大镜高悬，置水盆于下，则见四邻矣！” 透光镜：中国古代发明的一种特殊金属镜。这种镜子承日光照射而反射投影时，其背面的花纹尽现于影中。如：隋代古镜记形容的 “承日照之，则背上文字，墨入影内，纤毫无失”。现上海博物馆珍藏有西汉时期的“透光镜”（青铜）。 应声镜：隋唐古镜记记载: “举而扣之，清音徐引，竟日方觉。”（利用两片铜镜焊成的夹镜，中间的空气层形成共鸣器）。 标志着西汉冶金和制镜技术水平很高，被称为“魔镜”。,3.光的折射与透镜 冰透镜：西汉淮南万毕术记载：“削冰令圆，举向以日，以艾承其影，则火生。” （关于凸透镜：录异记中“有一珠，大如毬（qiu）子, 照物形状，毛发、形色备足，但皆倒立耳。”） 鲫鱼杯：宋代春渚（zh）纪闻：“有一鲫，长寸许，游泳可爱。水倒出，鱼不复见。复酌水酒中，须臾一鱼泛然而起。” “蝴蝶杯”、“兰花杯”等。,4.光的色散 （1）雨后成虹和造虹实验： 唐初孔颖达礼记注疏“日照雨滴则虹生” 唐代张志和玄真子“雨色映日而为虹”、“背日喷水 成虹霓 之状。” 南宋蔡卞（bian）毛诗名物解：“云薄漏日，日照雨滴则 虹生。今以水喷日，自侧视之，则晕为虹霓。故今雨气成 虹，朝阳射之则在西，夕阳射之则在东。”,（2）晶体色散： 著名道士张果修炼内丹的著作修真历验钞图：讲到从白石英看到：“映日则光玉也，五色玄英”。白石英为无色透明晶体，属六角晶系。用白石英作的三棱镜对日光产生了色散。 明末方以智物理小识对各种色散现象进行了总结。即：天上的云气，初霁(qi)的雨露，江上的飞泉，墙间喷雾，天然明石，人造水晶，只要它们承日光照射，皆呈五色。他认为，所有这些色散现象的道理都是相同的。,四 电磁学,1.对电的认识 2.对磁的认识 3.磁石的应用,生活中经常会出现摩擦带电现象，雷电击物也是古代并不少见的现象，天然磁石吸铁也容易被古人发现。尽管中国古人并不了解这些现象的本质，但他们出于好奇而对这些现象进行了观察和记录。,1.对电的认识 摩擦起电： *东汉王充论衡：“顿牟玳瑁掇（duo）芥，磁石引针他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。”顿牟玳瑁指（爬行动物，形状像龟，这里指其壳）。（用元气说解释静电现象）； *西晋张华博物志记载：“今人梳头，脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有吒声。” *唐代酉阳杂俎“猫黑者，暗中逆循其毛，即著火星”。,雷电现象： 沈括梦溪笔谈：“雷火自窗间出，赫然出檐，人以为堂屋已焚，皆出避之，及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔（黑）。有一木格，其中杂储诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚刚，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。” 明代方以智：“雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。” 淮南子记载：“阴阳相薄为雷，激扬为电。”,2.对磁的认识 天然磁铁矿（Fe3O4）具有磁性，称为磁石。先秦时期，“磁”写作“慈”。 磁性： 吕氏春秋：“慈石召铁，或引子也”；鬼谷子：“慈石取针”；高诱注释吕氏春秋时指出：“石，铁之母也，以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。 * *磁石吸引物质只限于铁：淮南子：“若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”，“及其于铜则不通”。 磁屏蔽：明末刘献廷广阳杂记：“慈石吸铁，隔碍潜通。或问余曰：慈石吸铁，何物可以隔之？犹子阿儒曰：唯铁可以隔之耳。其人去而复来，曰：试之果然。”,3.磁石的应用 （1）磁性指南器： 天然磁石制成的司南 战国时鬼谷子：“郑采玉者以司南指路”。 韩非子：“先王立司南，以端朝夕”。 指南鱼、指南龟、指南针（见课本） 罗盘：磁针加上方位盘后合成“罗盘”或“罗经盘”，有水旱两种，通用于我国航海事业。 在运用指南器的过程中，发现了地磁偏角：即地磁子午线与地理子午线之间的偏差。,（2）磁石作为药物 汉代神农本草经：“磁石，味辛寒，主周痹风湿，肢节中痛，不可持物，洗洗酸消，除大热烦满及耳聋”。（说明磁石所产生的磁场有镇痛作用） 李时珍本草纲目：“磁石三十两，每日取水作粥食，经年气力强盛，颜如童子”。（表明引用磁化水有医疗保健作用） （3）磁石用于特殊建筑 水经注记载：秦始皇阿房宫北阙门用磁石建成，以防刺客。,中国古代科技 指南车模型,五 声学,1.声音的认识（形成、传播、反射） 2.共振、共鸣及其消除 3.古代乐器 4.音律知识,中国古人对于声音现象进行了长期的观察和探索，对于声音的形成和传播、乐器的形状与发音关系以及乐器共鸣现象等，都有一定的经验认识和总结。中国古代社会比较重视音乐活动，制造了种类繁多的乐器，长期的音乐实践使古人在音律学方面进行了深入的研究，发明了十二平均律。十二平均律是一项具有世界水平的科学成就，至今仍然是人类乐器设计所遵循的基本原理。,1.声音的认识（形成、传播、反射）,声音的形成： （1）五代道士谭峭(qiao)在化书中强调指出：“气动则声发，声发则气震，气震则风行”。物体的运动引起空气的振动，空气振动而产生声音。 （2）明代宋应星论气气声：“气而后有声，冲之有声，飞矢是也振之有声，弹弦是也”。空气是产生声音的必要条件，但仅有空气还不能发声，必须有物体使空气产生激荡才能发生。,声音的传播：,（1）谭峭(qiao)化书：“耳非听声也，而声自投之”。声音能够自己传播到人的耳朵里。 （2）明代宋应星认为：“物之冲气也，如其激水然。气与水，同一易动之物。”他把物体对于空气的激荡与投石激水引起的波浪扩散现象想类比，说明物体的振动在空气中传播也会产生类似水波一样的现象。,声音的反射：回声-太上一乘海空智藏经记载,北京天坛：回音壁、三音石、对话石 山西永济“莺莺塔”：普救寺舍利塔，因“西厢记”而称“莺莺塔”，是一座空心砖塔，初建于唐武则天，后重建于明嘉靖42年（1564），因其 可产生蛙鸣般的回声，而列河东“清八景”之一。（ 普救蟾声） 河南三门峡“蛤蟆塔”：建于金大定十六年，在塔外十余米处击石拍掌，有蛙鸣回音。 四川潼南“石琴”：实为登山石阶，凿于江边完整无缝凹处，沿石阶拾级而上，自第四级到第十九级，凡步履所触，便会发出悠扬婉转的古琴声在洞内回荡。其中有七级石蹬的发音特别洪亮，称为七步弹琴。题为石蹬琴声。,2.共振、共鸣及其消除,（1）共振 庄子徐无鬼：“为之调瑟，废于一堂，废于一室。鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣。夫或改调一弦，于五音无当也，鼓之，二十五弦皆动。”其中“废”是放置的意思。 梦溪笔谈：“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。今曲中有声音，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，他弦则不动。声律高下苟同，虽在他琴鼓之，应弦亦震，此谓之正声。”（用小纸人判断哪根弦发生共振）,（2）共鸣及其消除 南北朝时期刘敬叔异苑：“晋中朝有人蓄铜澡盆，晨夕恒鸣如人扣，乃问张华。华曰：此盆与洛钟宫商相应，宫中朝暮撞钟，故声应尔。可错（挫）令轻，则韵乖。鸣自止也。依其言，后不复鸣。”用锉刀锉掉一部分铜澡盘的重量，使其发音与宫殿里钟的发音不一致，即可消除二者的共鸣现象。, 声音共鸣是两个固有频率相同的物体之间通过声波而产生的受迫振动现象。古人没有振动频率的概念，不可能了解声音共振的物理机制，但古人已经知道音调与发音体的几何形状有关，已认识到律同则声同，声同则相应。据此，他们即可解释共鸣现象，指导有关实践。,编钟,3.古代乐器 新石器时代：陶埙（xn）和骨哨。 诗经记载：有29种之多，包括各种弹琴、吹奏、打击等乐器。其中有埙、钥、箫、管、苼、琴、瑟、磬、鼓、钟等。 战国曾侯乙墓：出土的有：编钟、磬、笙、排萧等。,4.音律知识 商代：已有五声音阶：宫、商、角、徵（zh）、羽（1、2、3、5、6）。后又增加了两个半音：变徵（近4）、变宫（7），成为七声音阶。 西周：已发展为十二律：黄钟、大吕、太簇(cu)、夹钟、姑洗、仲吕、蕤ru宾、林钟、夷则、南吕、无射（y）、应钟。 乐律的计算： 三分损益法：最早见于管子地员（公元前4世纪），是世界上最早的乐律计算方法。 具体操作是：将一空弦依次乘以2/3或4/3，即缩短1/3(损一)或加长1/3(益一)，分割成不同的长度，这就产