高中物理学史简洁版

1、物理学史绪论绪论一、物理学史的研究对象 物理学史就是物理学产生和发展的历史 研究对象：物理学的发展规律二、学习与研究物理学史的意义 1.了解科学发展历程 2.生动的理解理论与实践的关系 3.科学是全人类共同的财富 4.学习科学家发现自然规律的事例绪论绪论三、物理学史的分期 1.古代物理学时期（16世纪之前） 2.近代物理学时期（经典）（16-19世纪末叶） 3.现代物理学时期（19世纪末至今） 第一篇第一篇 古代物理学古代物理学 -启明之光启明之光第一章第一章 中国古代的物理学萌芽中国古代的物理学萌芽第二章第二章 西方古代物理学进展西方古代物理学进展第一章第一章 中国古代的物理学萌芽中国古代的

2、物理学萌芽第一节：物质本原思想第一节：物质本原思想 一元素与原子的观点一元素与原子的观点 1.阴阳学说阴阳学说 2.五行思想五行思想 （3.原子的观点）原子的观点） 二二 元气说元气说第二节：物理学知识的积累第二节：物理学知识的积累 一一.力学力学 二二.热学热学 三三.光学光学 四四.电磁学电磁学 五五.声学声学 六六.天文学天文学概况概况 在古代，无论是古希腊还是中国，都谈不上有在古代，无论是古希腊还是中国，都谈不上有“物理物理学学”。当时人们还不可能自觉地、系统地运用实验方法，。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，也不可能通过严

3、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。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，在中国，自夏、商、西周起自夏、商、西周起，随着手工技术的发展，随着手工技术的发展，物理知识开始积累。物理知识开始积累。春秋战国时期春秋战国时期科学技术蓬勃发展，中科学技术蓬勃发展，中国古代物理学开始形成国古代物理学开始形成 ；秦汉时期秦汉时期，形成一个发展高峰；，形成一个发展高峰；宋元时期宋元时期达到鼎盛。至此，在西方近代科学诞生之前，中达到鼎盛。至此，

4、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。国的科学技术在各个领域都居世界领先地位。明末至清初明末至清初以后以后，科学和科学技术的发展逐渐落后于西方，这一时期，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。西方物理知识开始向中国输入。一一. .元素与原子的观点元素与原子的观点 1. 1. 阴阳学说阴阳学说 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。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后来，又给它赋予了一定的意义，把自然界和社会上一

5、，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、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。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。躁动和宁静，以及天地、男女、昼夜、君臣、夫妻等。 阳代表阳代表积极、进取、刚强、上升、温热、明亮、雄性、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；太阳等阳

6、性和具有这些特征的事物； 阴代表阴代表消极、退让、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、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。月亮等阴性和具有这些特征的事物。第一节：物质本原思想第一节：物质本原思想 认为：认为：阴阳的对立统一运动，是自然界一切事物发生、发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。有规律。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。阴阳学说的阴阳学说的基本内容基本内容包括阴阳对立、阴阳互根、阴阳消包括阴阳对立、

7、阴阳互根、阴阳消长和阴阳转化四个方面。长和阴阳转化四个方面。 “阴阳有序、整体和谐阴阳有序、整体和谐”是世间的最佳状态，也是世间的最佳状态，也是事物稳定的基本保证。是事物稳定的基本保证。 周易周易以阴阳的范畴为基础，说明天地变化及各种现以阴阳的范畴为基础，说明天地变化及各种现象：象：“易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦易有太极，是生两仪；两仪生四象，四象生八卦”（易经易经系辞上系辞上）。意思是：宇宙的的本原是）。意思是：宇宙的的本原是太极太极（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四时（春、夏、秋、冬），再生出时（春、夏、秋

8、、冬），再生出八卦八卦（天、地、山、泽、（天、地、山、泽、水、火、风、雷）。水、火、风、雷）。 白纸白纸称为无极，画上一个称为无极，画上一个圆圈圆圈，称为无极生太极（宇宙），中间一条称为无极生太极（宇宙），中间一条曲线分成黑白两个部分，称为太极生曲线分成黑白两个部分，称为太极生两仪，中间的两仪，中间的曲线曲线表示了阴阳的相互表示了阴阳的相互运动和相互转化。黑白两个半球中各运动和相互转化。黑白两个半球中各有一个与之颜色相反的有一个与之颜色相反的小圆圈小圆圈，称为，称为阴阳子，表示阴中有阳，阳中有阴。阴阳子，表示阴中有阳，阳中有阴。 四象和阴阳的组合再生四象和阴阳的组合再生八卦八卦：乾、坤、震、撰

9、、坎、离、艮：乾、坤、震、撰、坎、离、艮（g gn n）、兑。）、兑。 八卦八卦则是其形式化和符号化：则是其形式化和符号化：为阴，为阴，为阳为阳，分，分别称作别称作阴爻（阴爻（y yo)o)和和阳爻阳爻，阴爻和阳爻的组合构成，阴爻和阳爻的组合构成四四象象：2223周易周易是以阴（阴爻）、阳（阳爻是以阴（阴爻）、阳（阳爻）为基本单位而）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。形成八卦，将八卦中之任意两卦叠合即形成六十四卦。每卦每卦有六爻，共组成有六爻，共组成384爻。八卦的

10、卦、爻、位之间，有复杂的关爻。八卦的卦、爻、位之间，有复杂的关系，系，64卦的卦象变化和爻数就更加复杂，它反映了事物之间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。错综复杂的相互关系。在易学中，事物的性质即由阴与阳所在易学中，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。占整体成份之多少及阴阳空间相对位置关系所决定。. .五行思想五行思想 五行五行：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。“水曰水曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。”（尚书尚书洪范洪范） 构成构成：世界万物皆

11、由上述五种元素构成。：世界万物皆由上述五种元素构成。“以土与金、木、以土与金、木、火、水杂，以成百物火、水杂，以成百物”（国语国语郑语郑语）。）。 相互关系相互关系：相生与相克：土生金、金生水、水生木、木生：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。火、火生金；土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。 发展：发展：五行说的起源早于五行说的起源早于“太极太极”和和“道道” ，在殷末已普遍流传；春秋战国时期，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，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

12、以后，五行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，生出男女阳，阴阳生出五行，五行相互作用，生出男女及世间万物。及世间万物。和西方比较：和西方比较：古希腊的四根说（无金），古印度的四大说古希腊的四根说（无金），古印度的四大说（地、水、火、风）。（地、水、火、风）。1. 1. 概述：概述：中国古代的哲人们期望着将世界万物本源归结为一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

13、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连续分布于整个空间的物质所构成的物质所构成，而不像，而不像“五行说五行说”是各种元素的组合。在是各种元素的组合。在“道道”和和“太极太极”的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中的思想指导下，逐渐形成并发展成为在中国古代自然观中重要的、占主流地位的国古代自然观中重要的、占主流地位的“元气说元气说”。 春秋战国时期，春秋战国时期，老子老子认为由最高范畴的道生出阴阳二气，认为由最高范畴的道生出阴阳二气，进而产生万物。进而产生万物。庄子庄子继承和发扬老子的学说，提出继承和发扬老子的学说，提出“通天下通天下一气一气”的思想。战国末期的的思想。战国末期的荀

14、（荀（x xn n）况）况也指出气是构成万也指出气是构成万物的基本元素。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、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、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，形成了唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了“元气自然论元气自然论”；由；由宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了“元气本体论元气本体论”。二二 元气说元气说2 2“元气说元气说”的主要思想的主要思想气是充满整个宇宙气是充满整个宇宙 客观存在的物

15、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。 王充（王充（27-27-约约9797）：）：东汉时期的唯物主义哲学家和进步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。主要著作有思想家，创立了以气为基础的元气自然论。主要著作有论论衡衡，共，共3030卷，卷，8585篇，涉及力学、声学、光学、热学、电磁篇，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。学等多方面的知识，是我国中古时期的一

16、部百科全书。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 张载（张载（1020102010771077，宋）：，宋）：“太虚者，气之体太虚者，气之体形聚形聚为物，形溃反原为物，形溃反原”正蒙正蒙 乾称乾称 王夫之王夫之（1619161916921692，明末清初，明末清初) )：“虚空者，气之量，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，气弥沦无崖而希微不形，则人见虚空而不见气。凡虚空者，气也。气也。聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无。”张子正蒙注张子正蒙注太和太和。气分阴阳，永远处于运动变化之中气

17、分阴阳，永远处于运动变化之中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：气：气“散而归于太虚，复其散而归于太虚，复其氤氲之本体，非消灭也。聚而为庶物之生，自氤氲之常性，氤氲之本体，非消灭也。聚而为庶物之生，自氤氲之常性，非幻成也非幻成也”“”“聚散变化，而气本体不为之损益聚散变化，而气本体不为之损益。”；“车薪车薪之火，一烈而尽，而为焰，为烟，为烬，木者仍归木，水者之火，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。仍归水，土者仍归土，特希微而人不见者。”；“一甑一甑（zengzeng）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归；若盖严密，

18、）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归；若盖严密，则郁而不散。则郁而不散。”3.3.元气说的局限、以太和场元气说的局限、以太和场 元气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、数学等科学方法的配合，长期停留在推测、玄想阶段，致使中国等科学方法的配合，长期停留在推测、玄想阶段，致使中国没有走上诞生近代科学的道路。没有走上诞生近代科学的道路。 中

19、国古代的气概念因为在理论上要泛化而更多脱离了自然中国古代的气概念因为在理论上要泛化而更多脱离了自然存在的一种物质形态的范畴，另一方面在抽象程度上又没能达存在的一种物质形态的范畴，另一方面在抽象程度上又没能达到哲学的高度。在具体运用中气的内涵也是可以在抽象的元气到哲学的高度。在具体运用中气的内涵也是可以在抽象的元气与具体的空气间漂移。与具体的空气间漂移。尽管也被中国古人用来解释自然现象，尽管也被中国古人用来解释自然现象，但在中国的文化中，气更多地成为了自然哲学层次的概念而不但在中国的文化中，气更多地成为了自然哲学层次的概念而不是物理学层次的概念是物理学层次的概念。第二节第二节 物理学知识的积累物

20、理学知识的积累一一 力学力学1.1.物理计量：物理计量：时间计量、度量衡时间计量、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一一 力力 学学1.1.物理计量物理计量时间计量时间计量 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）二月己巳日至清宣统年）二月己巳日至清宣统年（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、

21、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。 地支：地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戌、亥。子、丑、寅、卯、辰、巳、戊（午）、未、申、酉、戌、亥。 组成组成“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。共癸亥。共6060个组合，也称个组合，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。 c. c.百刻时制（漏壶记时制）百刻时制（漏壶记时制）： 采用采用日晷日晷或或漏壶漏壶将一昼

22、夜分为十时，一时分为十刻。将一昼夜分为十时，一时分为十刻。刻刻为漏壶为漏壶的基本记时单位，在竹或木制的箭上的基本记时单位，在竹或木制的箭上100100个等分刻度，其高度正好等于一个等分刻度，其高度正好等于一昼夜漏壶滴水的高度。昼夜漏壶滴水的高度。1 1刻等于现在的刻等于现在的14.414.4分钟。分钟。 d.d.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，用于测定天体位置，一天转一周。，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。后经唐宋发展，成为世界上最早的天文钟。星晷星晷月晷月晷圭表（公元前圭表（公元前7世纪）世纪）日晷日晷漏

23、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。我国最早的西汉青铜挈壶为泻水型漏壶，我国最早的西汉青铜挈壶为泻水型漏壶，只有一把挈壶，出水口在壶底侧。由于只有一把挈壶，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发展成多壶。右图为根据唐朝吕才历历象汇编历法典象汇编历法典9999卷刻漏图制作的四级卷刻漏图制作的四级漏壶。漏壶。浮漏：浮漏： 宋代沈括在多级漏壶的基础上发明宋代沈括在多级漏壶的基础上发明了浮漏，每昼夜误差小于了浮漏，每昼

24、夜误差小于2020秒。宋代燕秒。宋代燕肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，肃制作的莲花漏改进了刻箭的刻度方法，精度提高到精度提高到14.414.4秒；宋代赵友钦则将精秒；宋代赵友钦则将精度提高度提高6 6秒。秒。度量衡：度量衡：度度-长度长度 量量-容量容量 衡衡-重量重量 汉书汉书 律历志律历志详细记载：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：

25、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，布手知尺，舒肘知寻”即：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。长八尺，叫一寻。孙子算经孙子算经：“度之所起，起与忽。蚕吐丝为忽。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。十忽为一丝，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，十丈为引一为一分，十分为寸，十寸

26、为尺，十尺为丈，十丈为引”。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”重量：重量：古人将重量器具称之为古人将重量器具称之为衡衡，衡的形式包括：等臂天平、，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、杆秤。不等臂天平、杆秤。权权就是砝码或秤砣。就是砝码或秤砣。 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。量衡进行了统一，制发了一大批度量衡标准器，意义重大。2.2.时间、空间和运动时间、空间和运动时间与空间时间与空间尸子尸子“上下

27、四方曰宇，往古今来曰宙上下四方曰宇，往古今来曰宙”。运动的相对性运动的相对性吕氏春秋吕氏春秋：“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”，“仰仰游云以观，日月常动而云不移游云以观，日月常动而云不移” 。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”。春秋纬春秋纬 元命苞元命苞（汉代）：（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（y y o o）“地恒动不止，而人不知，比地恒动不止，而人不知，比如人在大舟中，闭牖（如人在大舟中，闭牖（yuyu）而坐，舟行而人不觉）而坐，舟

28、行而人不觉”。比比伽利略（伽利略（1564-16421564-1642）相对性原理）相对性原理早一千多年。早一千多年。3 3 对力的认识对力的认识（1 1）力的概念）力的概念 墨径墨径：“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。 王充王充论衡论衡效力篇效力篇：“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

29、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 墨径墨径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，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。重相若，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，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。”（4 4）浮力）浮力：曹冲称象等。曹冲称象等。（5 5）弹力）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄弓箭的

30、制作等（东汉郑玄127-200127-200）。）。（6 6）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。”（7 7）惯性）惯性：春秋战国时期的

31、春秋战国时期的考工记考工记中描述：中描述：“马力既马力既竭，轴犹能一取焉竭，轴犹能一取焉”4 4 力学知识应用力学知识应用 尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、水碓水碓（dudu 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年东汉南阳太守杜诗发明）、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

32、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：“塔初塔初成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：成，望之不正，而势倾西北。人怪而问之。皓曰：京师地京师地平无山，而多西北风，吹之不百年当正也。平无山，而多西北风，吹之不百年当

33、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。被中香炉被中香炉水排鼓风机水排鼓风机（取自（取自王祯农书王祯农书）四四 电磁学电磁学1.1.对电的认识对电的认识2.2.对磁的认识对磁的认识3.3.电与磁的应用电与磁的应用1.1.对电的认识对电的认识 摩擦起电：摩擦起电：* *东汉王充东汉王充论衡论衡：“顿牟掇芥，磁石引顿牟掇芥，磁石引针针他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。也。”顿牟指玳瑁（爬行动物，形状象龟，这里指其壳）。顿牟指玳瑁（爬行动物，形状象龟，这里指其壳）。（用元气解释静电现象）；（用元气解释静电现

34、象）；* *西晋张华西晋张华博物志博物志记载：记载：“今人梳头，脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有吒今人梳头，脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有吒声。声。”* *唐代唐代酉阳杂俎酉阳杂俎“猫猫黑者，暗中逆循其毛，即黑者，暗中逆循其毛，即著火星著火星”。 雷电现象：雷电现象：沈括沈括梦溪笔谈梦溪笔谈：“雷火自窗间出，赫然雷火自窗间出，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，就者

35、，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。刀室中熔为汁，而室亦俨然。”明代方以智：明代方以智：“雷火所及，雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。金石销熔，而漆器不坏。” 武当山天柱峰金顶三大奇观之一的武当山天柱峰金顶三大奇观之一的“雷火练殿雷火练殿”。1.1.对电的认识对电的认识 淮南子淮南子记载：记载：“阴阳相薄为雷，激扬为电。阴阳相薄为雷，激扬为电。”2.2.对磁的认识对磁的认识 磁性：磁性：吕氏春秋吕氏春秋：“慈石召铁，或引子也慈石召铁，或引子也”；鬼鬼谷子谷子：“慈石取针慈石取针”；高诱注释；高诱注释吕氏春秋吕氏春秋时指出：时指出：“石，石，铁之母也，以有慈

36、石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引铁之母也，以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也也”。 磁石吸引物质只限于铁磁石吸引物质只限于铁：淮南子淮南子：“若以慈石之能若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣连铁也，而求其引瓦，则难矣”，“及其于铜则不通及其于铜则不通”。 屏蔽：屏蔽：明末刘献廷明末刘献廷广阳杂记广阳杂记：“慈石吸铁，隔碍潜慈石吸铁，隔碍潜通。或问余曰：通。或问余曰：慈石吸铁，何物可以隔之？慈石吸铁，何物可以隔之？犹子阿儒曰：犹子阿儒曰：唯铁可以隔之耳唯铁可以隔之耳。其人去而复来，曰：。其人去而复来，曰：试之果然试之果然。”3.3.电与磁的应用电与磁的应用 避雷针：避雷针： 磁性

37、指南器：磁性指南器： 磁化磁化 地磁场磁化法地磁场磁化法： 10441044年出版的宋代年出版的宋代曾公亮曾公亮武经总要武经总要：“鱼法，以鱼法，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（之，侯通赤，以铁钤钤（qiqi n n 印、章印、章) )鱼首出火，以尾正鱼首出火，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。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

38、火使磁畴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。稳定。 磁石磁化法：磁石磁化法： 沈括沈括梦溪笔谈梦溪笔谈：“方家以磁石磨针锋，则能指方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东（地磁偏角），不全南也。南，然常微偏东（地磁偏角），不全南也。第一节第一节 古希腊物质本原思想古希腊物质本原思想第二节第二节 古希腊时期对宇宙的认识古希腊时期对宇宙的认识第三节第三节 古希腊的物理学知识古希腊的物理学知识第四节第四节 中世纪的物理学知识中世纪的物理学知识第五节第五节. . 亚里士多德的物理学亚里士多德的物理学 第二章第二章西方古代物理学西方古代物理学 1. 1.古希腊时期：前古希腊时期：前8

39、8世纪世纪-4-4世纪世纪 2.2.中世纪：中世纪：5 51515世纪世纪分期分期1.古希腊的三个时期古希腊的三个时期（公元前（公元前8世纪世纪-4世纪）世纪）城邦时期城邦时期（前前8 8世纪世纪前前4 4世纪世纪）：在地中海东岸有：在地中海东岸有1010余个余个不同城邦，这时的不同城邦，这时的雅典雅典为众城邦的盟主，也是科学文化发展为众城邦的盟主，也是科学文化发展的中心。出现了大批著名的哲学家和科学家：泰勒斯、毕达的中心。出现了大批著名的哲学家和科学家：泰勒斯、毕达哥拉斯、德谟克利特、苏格拉底、柏拉图和亚里士多德等。哥拉斯、德谟克利特、苏格拉底、柏拉图和亚里士多德等。罗马时期罗马时期（前前2

40、 2世纪世纪4 4世纪世纪）：）：希腊被罗马人征服希腊被罗马人征服, ,开始了开始了罗马时期。初期由于政治动荡，科学开始衰退，当社会稳定后，罗马时期。初期由于政治动荡，科学开始衰退，当社会稳定后，从公元从公元2 2世纪到世纪到4 4世纪，亚历山大里亚的科学再度中兴。这时科世纪，亚历山大里亚的科学再度中兴。这时科学家已经转为重视使用的氛围中，研究活动多与实际生活的需学家已经转为重视使用的氛围中，研究活动多与实际生活的需求相关。或者表现为对以往科学的注释上。求相关。或者表现为对以往科学的注释上。亚历山大时期亚历山大时期（前（前4 4世纪世纪前前2 2世纪）：以亚历山大为首的世纪）：以亚历山大为首的

41、马其顿人征服了全希腊，建立了地跨欧亚非大陆的亚历山大帝马其顿人征服了全希腊，建立了地跨欧亚非大陆的亚历山大帝国，在埃及建立了国，在埃及建立了“亚历山大城亚历山大城” ，在城内还建立了博物馆和，在城内还建立了博物馆和图书馆（谬斯学院），聚集了大批优秀的科学家。科学文化的图书馆（谬斯学院），聚集了大批优秀的科学家。科学文化的中心也自然的转为中心也自然的转为埃及的亚历山大城埃及的亚历山大城； 阿拉伯文化时代阿拉伯文化时代（8 81111世纪）：地处东西方贸易交世纪）：地处东西方贸易交流纽带的阿拉伯，成为沟通东西方文化的桥梁，同时完好流纽带的阿拉伯，成为沟通东西方文化的桥梁，同时完好的保存了许多古希腊

42、的学术典籍，对后来欧洲文艺复兴乃的保存了许多古希腊的学术典籍，对后来欧洲文艺复兴乃至近代科学产生重大影响。至近代科学产生重大影响。2.2.中世纪可以细分为三个时期中世纪可以细分为三个时期（5世纪世纪-15世纪）世纪）黑暗时代（黑暗时代（5 58 8世纪）：内部奴隶起义，外部日尔曼世纪）：内部奴隶起义，外部日尔曼部落入侵，西欧逐渐过度到封建领主土地所有制。同时基部落入侵，西欧逐渐过度到封建领主土地所有制。同时基督教成为罗马国教。消灭一切异教文化，对整个社会实行督教成为罗马国教。消灭一切异教文化，对整个社会实行严酷的思想统治和愚昧政策，违背宗教的见解受到惩罚。严酷的思想统治和愚昧政策，违背宗教的见

43、解受到惩罚。圣经的语句具有法律效力。古希腊学术终结。圣经的语句具有法律效力。古希腊学术终结。 经院哲学时代经院哲学时代（11111515世纪）：经院哲学是以理论形式世纪）：经院哲学是以理论形式装扮起来的为封建统治阶级服务的官方哲学。经院哲学所进装扮起来的为封建统治阶级服务的官方哲学。经院哲学所进行的一切论证均以圣经词句作为出发点和终极真理，根本无行的一切论证均以圣经词句作为出发点和终极真理，根本无视经验和实践，敌视对自然界进行科学研究。代表人物视经验和实践，敌视对自然界进行科学研究。代表人物托马托马斯斯 阿奎那阿奎那（1226122612741274）将亚里士多德的学说神话，使其成）将亚里士多

44、德的学说神话，使其成为不可侵犯的权威。反叛代表为不可侵犯的权威。反叛代表培根培根。第一节第一节 古希腊物质本原思想古希腊物质本原思想 一一 元素论元素论 二二 数的和谐思想数的和谐思想 三三 原子论原子论一一 元素论元素论1.1.城邦时期城邦时期（公元前（公元前8 8世纪世纪前前4 4世纪）世纪） 米利都学派创始人米利都学派创始人泰勒斯泰勒斯(公元公元前前624-前前547)认为万物本原认为万物本原是是水水； 其学生其学生阿那克西曼德阿那克西曼德(公元公元前前610-前前547)，认为世界的本原，认为世界的本原应是无任何固定性质的应是无任何固定性质的“无限者无限者”，即没有固定的界限、形，即没

45、有固定的界限、形式和性质的东西，由它生出土、水、气、火等。式和性质的东西，由它生出土、水、气、火等。 阿那克西曼德的学生阿那克西曼德的学生阿那克西米尼阿那克西米尼(公元公元前前585-前前528)，则，则将万物的本原看作是将万物的本原看作是“空气空气”； 赫拉克利特（赫拉克利特（公元公元前前540-前前475，一城邦邦主），一城邦邦主）认为是认为是“火火”； 恩培多克勒恩培多克勒(公元公元前前493-前前433）：西西里岛的一位王子，：西西里岛的一位王子，提出提出“四根说四根说”，即物质由，即物质由土、水、气、火土、水、气、火四种元素构成。四种元素构成。2.2.亚历山大时期亚历山大时期 亚里士

46、多德亚里士多德在总结前人研究的基础上，提出：地上万物由在总结前人研究的基础上，提出：地上万物由土、水、气、火土、水、气、火四种元素组成，月层以上的天体由四种元素组成，月层以上的天体由以太以太组成，组成，而而元素又由元素又由冷、热、干、湿冷、热、干、湿这四种这四种更基本更基本的基质构成的基质构成。二二 数的和谐思想数的和谐思想 创始人：毕达哥拉斯创始人：毕达哥拉斯（约前（约前584-584-前前497497）。认为世界是）。认为世界是一个超感性世界，是一个一个超感性世界，是一个“数数”的世界。的世界。数是万物本原，数是万物本原，有了一个一个的数，才有了几何上的点，有了点才有线、有了一个一个的数，

47、才有了几何上的点，有了点才有线、面和立体，有了立体才有土、水、气、火四种元素等面和立体，有了立体才有土、水、气、火四种元素等。 由于注重数的比例关系，由于注重数的比例关系，发现了数学上的毕达哥拉斯发现了数学上的毕达哥拉斯定理（勾股定理）与音乐上的五度相生律定理（勾股定理）与音乐上的五度相生律。认为世界上的。认为世界上的一切现象和规律都服从一切现象和规律都服从“数的和谐数的和谐”，这种，这种“数的和谐数的和谐”表现为数学上的简单性、对称性与和谐性。表现为数学上的简单性、对称性与和谐性。 毕达哥拉斯学派对数的尊崇形成了对数的神秘主义，毕达哥拉斯学派对数的尊崇形成了对数的神秘主义，但他们对但他们对“

48、数的和谐数的和谐”的追求，却形成了理性的数学传统。的追求，却形成了理性的数学传统。对后来自然科学的孕育、形成和发展产生了巨大作用。对后来自然科学的孕育、形成和发展产生了巨大作用。“数的和谐数的和谐”成为后来以至今天科学研究的一个重要指导成为后来以至今天科学研究的一个重要指导原则。由原则。由“数的和谐数的和谐”发展为发展为“宇宙的和谐宇宙的和谐”的观念成为的观念成为历代科学家的指导思想与科学方法。历代科学家的指导思想与科学方法。三三 原子论原子论 创始人：创始人：米利都学派的米利都学派的留基伯留基伯(公元前公元前500-前前440)和其学生和其学生德谟克利特德谟克利特( (公元前公元前460-4

49、60-前前370)370)。接受了毕达哥拉斯的超感性世。接受了毕达哥拉斯的超感性世界的认识，但不接受界的认识，但不接受“数数”的本原观点。他将微观的几何点的本原观点。他将微观的几何点同同“存在存在”结合起来，认为结合起来，认为“存在存在”是不可分的、不变的、是不可分的、不变的、球形的。并将球形的。并将“存在存在”取名为取名为“原子原子”。 100100年后雅典的年后雅典的伊壁鸠鲁伊壁鸠鲁（公元前公元前341-341-前前270270）发展了这一发展了这一学说：原子本身不仅有形式上的差别，还有大小和重量的不学说：原子本身不仅有形式上的差别，还有大小和重量的不同。只要不遇到任何阻抗，原子在虚空中以

50、同样的速度运动同。只要不遇到任何阻抗，原子在虚空中以同样的速度运动着。但是，由于原子内部的原因，原子在运动中会发生偏斜，着。但是，由于原子内部的原因，原子在运动中会发生偏斜，由于这种偏斜使原子产生涡旋运动。由于这种偏斜使原子产生涡旋运动。 罗马科学家罗马科学家卢克莱修卢克莱修（ 约公元前约公元前95-95-前前5555）也继承和传播也继承和传播了原子论。并用尘埃在阳光中的飞舞比喻原子的运动。了原子论。并用尘埃在阳光中的飞舞比喻原子的运动。 到到1717世纪，法国科学家伽桑狄世纪，法国科学家伽桑狄（1592-1655)1592-1655)重新发现和重新发现和传播了原子论。传播了原子论。他们的研究

51、与传播对道尔顿建立科学的原他们的研究与传播对道尔顿建立科学的原子论作了必要的准备和中介。子论作了必要的准备和中介。第二节第二节 古希腊时期对宇宙的认识古希腊时期对宇宙的认识1.1.毕达哥拉斯学派毕达哥拉斯学派 认为天体的形状是认为天体的形状是球形球形，天上应该有，天上应该有1010个天体，当中是个天体，当中是中心火团，中心火团，1010个天体围绕中心火团做同心圆周运动，恒星紧个天体围绕中心火团做同心圆周运动，恒星紧系在天的最高圆顶。系在天的最高圆顶。1010个天体到中心火团之间的距离同音阶个天体到中心火团之间的距离同音阶之间的音程具有同样的比例关系，以保证之间的音程具有同样的比例关系，以保证“

52、星球的和谐星球的和谐”，奏出奏出“天体的音乐天体的音乐”。天体必须作均匀的圆周运动的假设，一直控制天体必须作均匀的圆周运动的假设，一直控制着天文学的发展，直到开普勒为止。着天文学的发展，直到开普勒为止。2.2.柏拉图学派柏拉图学派 继承和发展了毕达哥拉斯学派对科学美的追求。继承和发展了毕达哥拉斯学派对科学美的追求。他认为，他认为，天体必须沿着完美的圆形轨道作均匀有序的运动，或者沿着天体必须沿着完美的圆形轨道作均匀有序的运动，或者沿着复合的圆周运动。其学生复合的圆周运动。其学生欧多克斯欧多克斯(Eudoxus,前前409-前前355)和和亚里亚里士多德士多德提出了同心球层模型：欧多克斯假设了提出

53、了同心球层模型：欧多克斯假设了26个同心球个同心球，亚里士多德发展到亚里士多德发展到56个个，地球为运动中心。，地球为运动中心。3.3.地心说的发展与完善地心说的发展与完善 同心球层模型要求天体永远和地球保持同一距离，但同心球层模型要求天体永远和地球保持同一距离，但行星亮度的变化和日食有时是全食、有时是环食的现象，说行星亮度的变化和日食有时是全食、有时是环食的现象，说明行星、太阳、月亮离地球的距离是不断变化的。明行星、太阳、月亮离地球的距离是不断变化的。 为了克服这一困难，为了克服这一困难，阿波罗尼阿波罗尼（Apollonius,约前约前247前前205）提出了提出了“本轮本轮均轮均轮”结构模

54、型：行星沿着本轮做圆周运动，结构模型：行星沿着本轮做圆周运动，本轮的中心又在以地球为中心的均轮上做圆周运动。本轮的中心又在以地球为中心的均轮上做圆周运动。之后的之后的希帕克斯希帕克斯(Hipparchus,前前161-前前126)又发展了又发展了偏偏心轮和本轮心轮和本轮均均轮体系轮体系。例：例： 从地球上看，金星总是在太阳从地球上看，金星总是在太阳方向的方向的2 2( (=48=48) )角度范围内，从角度范围内，从不远离太阳，并且有时亮有时暗一些。不远离太阳，并且有时亮有时暗一些。赫拉克利特根据这一事实，设想它们赫拉克利特根据这一事实，设想它们沿轨道绕日运转，并产生亮度的变化。沿轨道绕日运转

55、，并产生亮度的变化。 地心说体系最终由希腊晚期亚历山大城的数学家、天文地心说体系最终由希腊晚期亚历山大城的数学家、天文学家学家托勒密托勒密（Ptolemaeus,Ptolemaeus,约约9090168168）发展和完善：他用）发展和完善：他用8080个轮来解释天体的运动，与实测数据符合的较好。后来被宗个轮来解释天体的运动，与实测数据符合的较好。后来被宗教利用来宣传教义，流行了教利用来宣传教义，流行了14001400多年。多年。 问题：随着观察数据的增多和观察水平的逐渐提高，解问题：随着观察数据的增多和观察水平的逐渐提高，解释天体运动的圆还在增加，显然这和释天体运动的圆还在增加，显然这和“简单

56、美简单美”相矛盾。相矛盾。5.太阳中心说太阳中心说 阿里斯塔克阿里斯塔克（Aristarchus,约公元前约公元前310前前230）：）：他在所写的他在所写的太阳和月亮的大小与距离太阳和月亮的大小与距离(On the Sizes and Distances of the Sun and Moon)一书中提出：太阳是宇宙的中心，地球和一书中提出：太阳是宇宙的中心，地球和行星都围绕太阳运转，地球每年绕太阳转一周，又每天自转行星都围绕太阳运转，地球每年绕太阳转一周，又每天自转一周。因为恒星距离我们太远，其视差太小，我们看不出来，一周。因为恒星距离我们太远，其视差太小，我们看不出来，所以看起来恒星在远

57、处不动。由于这一思想远远超过了当时所以看起来恒星在远处不动。由于这一思想远远超过了当时的天文学和力学的知识水平，所以不为当时的人们所接受，的天文学和力学的知识水平，所以不为当时的人们所接受，并长期受到教会的压制。并长期受到教会的压制。第三节第三节 古希腊的物理学知识古希腊的物理学知识 古希腊的物理知识主要集中在古希腊的物理知识主要集中在力学力学和和光学光学两个方面。力两个方面。力学主要有亚里士多德的动力学思想和阿基米德的静力学。学主要有亚里士多德的动力学思想和阿基米德的静力学。一一 力学知识力学知识1.1.亚里士多德的力学研究亚里士多德的力学研究 关于空间：关于空间：他认为空间即意味着不动。并

58、提出了空间位他认为空间即意味着不动。并提出了空间位置的相对性，如置的相对性，如“同一位置可以是右也可以是左，可以是上同一位置可以是右也可以是左，可以是上, ,也可以是下。也可以是下。” 但他认为宇宙有限和天球以外是空虚的。但他认为宇宙有限和天球以外是空虚的。 关于时间：关于时间：他认为时间就是描述运动的数。他说他认为时间就是描述运动的数。他说“时间是时间是使运动成为可以记数的东西使运动成为可以记数的东西”“”“我们不仅用时间计量运动，也我们不仅用时间计量运动，也用运动计量时间，因为他们是相互确定的用运动计量时间，因为他们是相互确定的”。他认为时间不同。他认为时间不同于运动，运动有快有慢，而时间

59、的流失则是均匀的。于运动，运动有快有慢，而时间的流失则是均匀的。 关于运动：关于运动：他认为运动就是变化，并将自然界的运动分为他认为运动就是变化，并将自然界的运动分为自然运动和强迫运动。自然运动和强迫运动。 强迫运动强迫运动指借助外力进行的运动，撤去外力，运动停止。指借助外力进行的运动，撤去外力，运动停止。物体的运动速度与施加的外力成正比，与在介质中受到的阻力物体的运动速度与施加的外力成正比，与在介质中受到的阻力成反比。成反比。 对抛体运动的解释对抛体运动的解释: :自然界害怕虚空自然界害怕虚空, ,填补空虚推动物体填补空虚推动物体. . 对自由落体速度越来越快的解释对自由落体速度越来越快的解

60、释：物体越接近其天然位置：物体越接近其天然位置, ,其奔向倾向就越强；上方空气柱的重量越来越重等。其奔向倾向就越强；上方空气柱的重量越来越重等。 自然运动自然运动是是指由于物体在指由于物体在“内在目的内在目的”的支配下寻找的支配下寻找其其“天然位置天然位置”的运动，与物质所含元素有关，如重物的垂的运动，与物质所含元素有关，如重物的垂直下落和轻物竖直上升。含土元素的重物的天然位置在地心，直下落和轻物竖直上升。含土元素的重物的天然位置在地心，由火元素构成的轻物的天然位置在天空等。由火元素构成的轻物的天然位置在天空等。物体越重，下落物体越重，下落就越快；物体越轻，上升就越快。就越快；物体越轻，上升就