第一章-中国古代物理学(简).ppt

第一篇古代物理学-启明之光,第一章中国古代物理学萌芽,第二章西方古代物理学进展,山东师范大学物理与电子科学学院,第一章中国古代的物理学萌芽,第一节：物质本原思想1.阴阳学说2.五行思想3.元气说,第二节：物理学知识的积累一.力学二.热学三.光学四.电磁学五.声学六.天文学,山东师范大学物理与电子科学学院,概述：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。,中国古代物理学形成和发展的三个阶段：1.萌芽期：远古-夏、商、西周。只有出土文物和少量文字记载，如石器、陶器、青铜器、乐器以及甲骨文、金文等。2.积累形成期：春秋战国时期。这一时期物理学知识开始积累形成，代表作墨经考工记；已有大量的精美器物和文字记载。3.发展期：秦汉-隋唐、五代十国。在这一时期，物理学知识得到应用，如张衡地动仪、刻漏计时；宋元时期达到发展高峰，这一时期出现了人工磁化技术、指南针、赵友钦的小孔成像实验等。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。明清时期，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。,山东师范大学物理与电子科学学院,第一节：物质本原思想,1.阴阳学说世上万物均有阴阳二元素构成，由于阴阳占比及阴阳空间相对位置不同而构成宇宙间的万事万物。阴阳的相互作用，是自然界一切事物产生、发展、变化及消亡的根本原因。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。（阴阳的最初涵义是表示阳光的向背。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或事物抽象为阴和阳，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。）不同层面阴阳举例：生物层面的雌雄、原子层面的原子核与电子等。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。,山东师范大学物理与电子科学学院,周易以阴阳的范畴为基础，说明天地变化及各种现象：“易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦”。意思是：太极是宇宙的本原，太极（宇宙）生出阴阳（天地），阴阳相互作用生出四时（春、夏、秋、冬），再生出八卦：天、地、雷、风、水、火、山、泽。（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：,22,四象和阴阳的组合再生八卦：乾、坤、震、撰、坎、离、艮（gn）、兑。,23,山东师范大学物理与电子科学学院,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。,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。,山东师范大学物理与电子科学学院,故事：德国数学家莱布尼兹1679年提出“论二进位制”，1701年他将二进位制表寄给中国的法国传教士白晋，白晋立即看出二进位制与中国伏羲八卦的六爻有关，遂回信并附寄伏羲64卦图。1703年4月1日，莱布尼兹收到回信和图，4月2日又复信，并将论文送出发表，论文题目是：“二进位制计算的阐述”，副题是“关于只用0和1，兼论其用途和伏羲所用数字的意义”。,八卦与二进制：若以阴爻表示0，阳爻表示1，则坤卦即为000，乾卦即为111，实际相当于八进制：0-7。,山东师范大学物理与电子科学学院,玻尔与太极图：玻尔爵士勋章图案,.五行思想五行：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。“水曰润下，火曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。”尚书构成：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”（国语郑语）。相互关系：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生金；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，生出世间万物。,和西方比较：古希腊的四根说，古印度的四大说，无金。,山东师范大学物理与电子科学学院,3.元气说,（1）概述：元气说是在“道”和“太极”思想指导下，逐渐形成并发展成为中国古代自然观中重要的、并在后期占主流地位的物质本源思想。春秋战国时期，老子认为由道生出阴阳二气，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（庄子中记载：“人之生，气之聚也。聚则为生，散则为死。故万物一也。通天下一气耳。”）。战国末期的荀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，成型于两汉，经过唐、宋得到相当大的发展，明清达到高峰。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”。,山东师范大学物理与电子科学学院,（2）“元气说”的主要思想,气是充满整个宇宙客观存在的物质，是万物本原。王充论衡：“天地，含气之自然也”、“天地合气，万物自生”、“万物之生，皆禀元气”等论述。（王充（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。）宋代二程遗书卷五说：“万物之始，皆气化。”宋代朱熹朱子遗书说：“天地之间，一气而已。”明代王廷相的雅述说：“元气之上无物”王廷相王氏家藏集说：“天地未判之前，只有一气而已。一气中即有阴阳，二者离之不可得”。,山东师范大学物理与电子科学学院,气分阴阳，永远处于运动变化之中西周末年的伯阳父解释地震现象时说：“夫天地之气，不失其序。若过其序阳伏而不能出，阴迫而不能蒸，于是有地震。”（国语）物质不灭思想王夫之张子正蒙注太和：气“散而归于太虚，复其氤氲(yun)之本体，非消灭也”、“聚散变化，而气本体不为之损益”；“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，特希微而人不见者。”,气有聚散两态，太虚为气，气形转化张载（10201077，宋）正蒙乾称：“太虚者，气之体形聚为物，形溃反原”“气不能不聚而为万物，万物不能不散而为太虚”。王夫之（16191692，明末清初)张子正蒙注太和：“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。”。,山东师范大学物理与电子科学学院,（3）元气说的特点,元气学说注重事物间的相互联系和相互转化，符合自然界的真实变化。元气说是一种思辩理论，长期停留在推测、玄想阶段，没有实验、数学等科学方法的配合。元气说中的气的概念常常在具体的物质上的气和抽象的元气间漂移。,1644年，笛卡儿提出以太旋涡理论，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。元气说与场。,山东师范大学物理与电子科学学院,新元气论,第二节物理学知识的积累,一力学1.物理计量：时间计量、度量衡2.时间、空间、运动空间和时间运动与静止运动的相对性3.对力的认识4.力学知识的应用,山东师范大学物理与电子科学学院,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（1911）。“干支”是“天干”和“地支”的合称。天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。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、甲戊、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。（一夜五更）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，在竹或木制的箭上刻上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。（昼夜百刻）d.机械记时：东汉时期117年张衡发明浑天仪，用于测定天体位置，一天转一圈。后经唐宋发展，成为世界上最早的天文钟。,山东师范大学物理与电子科学学院,圭表,山东师范大学物理与电子科学学院,日晷,山东师范大学物理与电子科学学院,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中的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。,周礼夏宫记载：“挈壶氏：掌挈壶以令军井，皆以水火守之，以分昼夜。”隋制上说：“周礼挈壶氏，其法总以百刻，分以昼夜，冬至昼漏四十刻，夜漏六十刻；夏至昼漏六十刻，夜漏四十刻；春秋二分昼夜，各五十刻。”,时间秤,山东师范大学物理与电子科学学院,山东师范大学物理与电子科学学院,浑天仪,长度：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：汉书律历志：“量本起黄忠之龠，合龠为合，十合为升，十升为斗，十斗为斛”。一手所盛为“溢”,二手合盛为“掬”,“掬四谓之豆”。重量：汉书律历志：“一龠(yu)容千二百黍(sh)，重十二铢，两之为两，十六两为斤，三十斤为钧，四钧为石。”衡：秤重量器具，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。,山东师范大学物理与电子科学学院,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、钧、斤、两、铢，非十进制。,2.时间、空间和运动时间与空间尸子“上下四方曰宇，往古今来曰宙”。(战国时期魏国尸佼，公元前390-330)运动的相对性吕氏春秋“刻舟求剑”故事（秦国丞相吕不韦主编，前239年写成）隋书天文志：“乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游云以观，日月常动而云不移”。抱朴子塞难：“见游云西行，而谓月之东驰”。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”。（成书无考证，约公元9年前后）比伽利略（1564-1642）相对性原理早一千多年。,山东师范大学物理与电子科学学院,3对力的认识（1）力的概念墨径：“力，刑之所以奋也”，这里刑即形，指物；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，公元前2797年）。西方，17世纪初弗兰西斯培根提出：“知识就是力量”。（2）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。”,（3）杠杆原理墨径中对不等臂天平的论述：“衡，加重于其一旁，必捶。相衡，则本短标长，两加焉，重相若，则标必下，标得权也。”,山东师范大学物理与电子科学学院,（4）浮力：曹冲称象等。（5）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄127-200）。（6）大气压力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。”（7）惯性春秋时期的考工记中描述：“马力既竭，轴犹能一取焉”。,山东师范大学物理与电子科学学院,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（结构力学）的应用：如隋代李春建造的赵周桥，是我国古代留传至今最古老、跨度最大、弧度最浅的石拱桥，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。,山东师范大学物理与电子科学学院,横梁高宽比（材料力学）中国古代很早就认识到矩形木比圆木更坚固耐用，并且矩木的高宽比例要适当。国语：“不厚其栋，不能任重”，厚即加厚，栋指梁木；（司马迁最早提到国语的作者是左丘明，有争议）九章算术：矩木高宽比应为3.43：1，形高瘦，抗弯有余，强度不足（九章算术是汉唐之间出现的古书，作者不祥）营造法式：“凡梁之大小，各随其广分为三分，以二分为其厚”。这里“广”与“厚”是对平放地面而言。实际高宽比为3：2。(营造法式为北宋李诫(？-1110年)主持京城和皇宫建筑编写的）,西方：1702年，法国科学家帕朗特认为高宽比应为2：11807年，英国物理学家托马斯杨证实高宽比应为：3：1,山东师范大学物理与电子科学学院,水箱放水实验（流体力学）明代徐有贞（1407-1472）做了放水实验：两个完全相同的等容水箱A和B，盛满同质等高的水，一个水箱底部开一大孔S，另一水箱底部开数个小孔s，令数小孔面积之和与大孔面积相等。同时打开两水箱的孔，问哪个水箱的水先放完？明代方以智物理小识：“徐有贞张秋治水，或谓当浚一大沟，或谓多开支河。乃以一瓮窍方寸者一，又以一瓮方分者十，并实水发窍，窍十者先竭。”实际上，放水量Q与开孔面积S间存在如下关系式：A=kSt(2gt)当小孔直径小于1英寸时，系数k随孔径减小而增大，所以当两个水箱的孔面积相等时，开小孔的水桶先放完水。,山东师范大学物理与电子科学学院,“舟自横”现象（流体力学）唐代韦应物（737-790）诗滁(chu)州西涧：独怜幽草涧边生，上有黄鹂深处鸣。春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。三国演义第四十九回“七星坛诸葛祭风，三江口周瑜纵火”描写诸葛亮借得东风后，知周瑜不容，连夜赶回蜀属地夏口，子龙来接，而吴国大将徐盛奉命追杀，此时“赵云拈弓搭箭，立于船尾大叫曰：吾乃常山赵子龙也，奉命特来接军师，你如何来追赶？本待一箭射死你也，显得两家失了和气，教你知我手段。言讫，箭到处，射断徐盛船上蓬索，那蓬索落下水，其船便横。”原因：椭圆长轴与水流垂直时为稳定平衡态。,山东师范大学物理与电子科学学院,被中香炉,山东师范大学物理与电子科学学院,水排鼓风机（取自王祯农书）,山东师范大学物理与电子科学学院,中国古代科技水碓,山东师范大学物理与电子科学学院,二热学1.对热现象和热本质的认识温度、湿度极其测量“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。”-增大热应力,山东师范大学物理与电子科学学院,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。冰鉴：1977年出土于湖北随县曾侯乙墓中，由铜鉴、铜缶组合而成，缶套置于鉴内，外为鉴，内为缶。（2008北京奥运“击缶而歌”）松脂灯（孔明灯）：五代时期军事信号灯。走马灯：利用冷热空气对流带动纸轮旋转。北宋时期玩具灯。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。火器，烟花等。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”。,山东师范大学物理与电子科学学院,走马灯,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,山东师范大学物理与电子科学学院,1.光的直线传播与小孔成像墨径：景倒，在午有端与。景：光之人，照若射，下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景与上。首蔽上光，故成景与下。(午：交叉；端：小孔)。,赵韩非子外储说：“客有为周君画荚者，三年而成。君观之，与髹(xiu涂抹)荚同状。周君大怒。画荚者曰：筑十版之墙，凿八尺之牖(yo窗户)，而以日始出时加之其上而观。周君为之，望见其状，尽成龙蛇禽兽车马，万物之状毕具。周君大悦。”,梦溪笔谈：“若鸢（yun）飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗所束，则影与鸢相违，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。”（沈括：宋代，1031-1095）,山东师范大学物理与电子科学学院,改变孔的大小，比较成像情况；改变光源强度，作日月蚀模拟实验；改变像距；改变光源距离，观察小孔成像的变化；改变孔的大小和形状，做大孔成像实验。,小罅光景影象,山东师范大学物理与电子科学学院,赵友钦实验（宋末元初）：赵友钦实验在中国古代史上占有重要地位，其实验目的明确，设计合理，步骤清晰，结果可靠，是中国物理学史上的的一个首创（记载于赵友钦的革象新书）。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：,平面镜：“景，日之光反烛人，则景在日与人之间”,凸面镜：“鉴团，景一。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。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。合于中长直也。”“鉴洼”即凹面镜，“中”为焦点，“易”即倒置。,2.光的反射与镜面成像墨经中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸面镜的反射及成像情况。,山东师范大学物理与电子科学学院,镜术：利用平面镜成像制成“万花筒”样的“魔镜”：日月镜、四规镜等。“灯衢”(清代黄履庄造)：“做小屋一间，内悬灯数盏，人入其中，如至通街大市，人间稠杂，灯火连绵，一望数里。”“罗汉堂”(清代郑复光造)：从侧面小洞向里看“千门万户，百千罗汉”。凹凸面镜：殷武丁时期就出现了凹、凸面铜镜。透光镜：现上海博物馆珍藏有西汉时期的“透光镜”（青铜）。隋唐古镜记记载：“承日照之，则背上文字，墨入影内，纤毫无失”。,沈括：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”,山东师范大学物理与电子科学学院,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。“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”、“玛瑙鲤鱼盂”等。,山东师范大学物理与电子科学学院,海市蜃楼光折射,山东师范大学物理与电子科学学院,4.光的色散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”“背日喷乎水，成虹霓之状。”南宋蔡卞毛诗名物解“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。”南宋程大昌演繁露“凡雨初霁(ji)，或露之未唏，其余点缀于草木枝叶之末，欲坠不坠，则皆聚为圆点，光莹可喜。日光入之，五色俱足，闪烁不定，是乃日之光品著色与水，而非雨露有此五色也。”,四电磁学,1.对电的认识及应用2.对磁的认识及应用,山东师范大学物理与电子科学学院,1.对电的认识及应用摩擦起电：东汉王充论衡：“顿牟（玳瑁）掇芥，磁石引针”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(zu“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。”武当山天柱峰金顶三大奇观之一的“雷火练殿”。解释：淮南子记载：“阴阳相薄为雷，激扬为电”朱熹：“阴阳之气，闭结之极，忽然迸散出”（南宋，公元1130-1200）刘伯温（明代）“阴气团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电”避雷针的应用：17世纪传教士安文思（1609-1677）著中国十二大奇迹：“用琉璃瓦做成的屋顶如玻璃镜一样闪亮，屋角以动物头上角须的形式指向天空，巨兽的舌头指向天空，其腹内穿过金属条，金属条一端插入地里”,山东师范大学物理与电子科学学院,2.对磁的认识及应用磁性指南器：指南针，指南车，指南鱼，指南龟等；磁化地磁场磁化法：1044年出版的宋代曾公亮武经总要：“鱼法，以薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置碳火中烧之，侯通赤，以铁钤钤（qin印、章)鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之，用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也。”将铁片烧红的是使磁畴重新分布成为顺磁体，淬火使磁畴稳定。磁石磁化法：沈括梦溪笔谈：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东（地磁偏角），不全南也。,山东师范大学物理与电子科学学院,中国古代科技指南车模型,山东师范大学物理与电子科学学院,五声学,1.声音的产生（略）2.声音的传播（略）3.共振4.共鸣及其消除5.声音的反射6.古代乐器7.律学,山东师范大学物理与电子科学学院,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。夫改调一弦，于五音无当也，鼓之，二十五弦皆动。”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。”（共振实验鱼洗）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。”唐代韦绚(xun)刘宾客嘉话录：“有僧人因僧房内一磬无故自鸣，惊恐成疾。时太乐令曹绍夔(kui)使其挫，其声遂绝。”,山东师范大学物理与电子科学学院,3.声音的反射-我国古代四大回音建筑北京天坛：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），浦州府志记载：“寺有堵坡，合专砌之，于地击石有生，若吠蛤，盖空谷应响类矣。”即：当在地上击打石头时，可产生蛙鸣般的回声。被列为河东“清八景”之一。又称“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。石琴位于大佛阁右侧的一条上山石道中，从下半部的主洞口自下而上的第四级石阶，直到第十九级石阶，凡步履所触，会发出悠扬婉转，音色颇似古琴的声音。其中以两侧岩壁最高处的七级石阶发声最响。古人称为“七步弹琴”，并题“石蹬琴声”四个大字于主洞石壁之上。其机理是脚踏石阶产生强迫振动。,山东师范大学物理与电子科学学院,回音壁传声示意图,山东师范大学物理与电子科学学院,三音石和对话石回声示意图,山东师范大学物理与电子科学学院,莺莺塔回声示意图,山东师范大学物理与电子科学学院,4.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。战国曾侯乙墓：出土的有：编钟、磬、笙、排萧等。,山东师范大学物理与电子科学学院,磬,编钟,5.律学律学的内容包括产生乐音的规律、律制的规定、定律器的制定，还要旁及与历法和度量衡的关系。律学是一门综合声学、乐学和数学为一体的综合性学科。商代：已有五声音阶：宫、商、角、徵(zh)、羽（相当于现在的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、夹钟、姑洗、仲吕、蕤ru宾、林钟、夷则、南吕、无射（y）、应钟。在C调正声音阶下，十二律与七声的关系如下：,山东师范大学物理与电子科学学院,乐律的计算-三分损益法三分损益法：最早见于管子地员，诞生于公元前4世纪。是世界上最早的乐律计算方法“凡将起五音，凡首，先主（立）一而三之，四开一合九九，以是生黄钟小素之首，以成宫。三分而益之以一，为百为徵。不无有三分而去其乘；适足，以是生商；有三分而复于其所，以是成羽；有三分去其乘；适足，以是生角。”即以宫为基调，先