中国古代物理学史.ppt
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第一篇古代物理学,第一章中国古代物理学,第一节中国古代的自然观（掌握）第二节中国古代物理学知识的积累（知道）第三节中国古代物理学的特点（了解）,概况,中国古代对物理知识的认识历史悠久，内容丰富。
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。
一、元素与原子的观点,第一节中国古代的自然观,1.阴阳学说把自然界和社会上一切对立的现象抽象为阴阳，用来解释天文气象、四季变化、万物兴衰等自然现象及社会现象。
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。
问题1：
简述中国古代的“阴阳说”、“五行说”和“元气说”的主要观点。
阴阳学说认为：
自然界的任何事物都包括着阴和阳相互对立的两个方面，而对立的双方又是相互统一的。
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。
正如素问阴阳应象大论所说：
“阴阳者，天地之道也，万物之纲纪，变化之父母，生杀之本始”。
事物的阴阳属性，并不是绝对的，而是相对的。
这种相对性，一方面表现为在一定的条件下，阴和阳之间可以发生相互转化，即阴可以转化为阳，阳也可以转化为阴。
另一方面，体现于事物的无限可分性。
阴阳学说以阴阳的相互作用来解释一切事物变化的原因，而“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”易经系辞上。
意思是说：
宇宙的的本原是太极，由太极产生出两仪（即阴阳亦指天地），由阴阳的作用演化出四象（指时间上的春、夏、秋、冬和空间上的东、西、南、北），然后形成了作为原始之物的“八卦”（天、地、山、泽、水、火、风、雷），由八卦再演化出万事万物。
古人用太极图、八卦图形象地阐明了上述思想。
起源于殷周之际的周易对阴阳说作了充分的阐述，而且提出了作为原始之物的“八卦”和万物本原的“太极”。
白纸称为无极，画上一个圆圈，称为无极生太极（宇宙），中间一条曲线将圆圈分成黑白两个部分，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。
对立的阴阳两极又统一于宇宙之中。
故事：
著名物理学家尼尔斯玻尔曾提出了量子力学中著名的互补原理。
1937年他访问中国时看到中国古老的太极图，了解到中国的阴阳概念，深受震惊。
玻尔充分认识到古代东方智慧与现代西方科学之间深刻的协调性，便一直保持着对中国文化的兴趣。
当他被封为爵士需要设计族徽时，他选择了中国的太极图作为他的盾形纹章的主要图案，并刻上了“对立即互补”的铭文。
四象和阴阳的组合再生八卦：
乾、坤、震、巽、坎、离、艮、兑,为阴，为阳，分别称作阴爻和阳爻，阴爻和阳爻的组合构成四象：
八卦:
周易是以阴、阳为基本单位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。
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，实际相当于十进制：
0和7。
这种只用0和1表示所有数乃至信息的方法正是现代计算机的理论基础。
故事：
德国数学家莱布尼茨1679年提出“论二进位制”，1701年他将二进位制表寄给在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，莱布尼茨收到回信和图，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，兼论其用处和伏羲所用数字的意义”。
莱布尼茨对中国三千年前的古老文化惊叹钦佩不已，据说他曾要求加入中国国籍，并在德国法兰克福建立了一所中国学院。
除太极之外，同义的宇宙本原概念还有数种，其中以老子的“道”为源的思想是中国古代的最重要的哲学思想。
老子和后继者庄子提出了“道”的概念，认为“道”是宇宙万物的本原。
老子认为，道正是在虚实有无之间、恍恍惚惚之中形成了宇宙的形象，它无色、无声、无形，但浑然一体，包含了一切生命物质的原质，绵绵不绝地创生万物。
这个创生的过程是“道生一，一生二，二生三，三生万物”而其中的“天下万物生于有，有生于无”的哲学猜测与现代宇宙学关于宇宙存在起始点，有生于无的研究结果极为相似。
老子,庄子,2.五行说五行说认为世界万物由金、木、水、火、土五种要素构成，随着这五个要素的盛衰，而使得大自然产生变化，不但影响到人的命运，同时也使宇宙万物循环不已。
五行说的起源早于“太极”和“道”，春秋战国时期，五行说与阴阳说相结合，产生了阴阳五行说，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，即宇宙由太极而生，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。
3.原子的观点名家：
代表人物慧施（约前375前318）：
“至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。
”（庄子天下篇）。
儒家：
“语小，天下莫能破焉”（中庸）。
墨家：
“端，体之无厚而最前者也”，“非半弗著斤，则不动，说在端”（墨经经上）。
意思是端无厚，不可再分。
墨家观点的特征是：
对物质可进行分割，但分割到端就不能再分割下去。
类似现在的原子观点。
相反观点：
战国时期公孙龙提出：
“一尺之棰，日取其半，万世不竭”（庄子天下篇）。
二、元气说,中国古代的哲人们期望将世界万物本原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“五形说”是各种元素的组合，也不如原子论那样认为由不连续的、间断的原始物质所组成。
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”。
“气”的概念远在春秋战国时期就已经出现，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。
战国末期的荀况也指出气是构成万物的基本元素。
1.概述,2.“元气说”的主要思想：
（1）气是充满整个宇宙客观存在的物质，是万物本原东汉时期的王充在论衡中说：
“天地，含气之自然也。
”（论衡谈天），“万物之生，皆禀元气。
”论衡言毒。
王充（27-约97）：
东汉时期哲学家和思想家，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，是我国古代一部百科全书。
柳宗元在天对中说：
“庞昧革化，惟元气存。
”宋代二程遗书卷五说：
“万物之始，皆气化。
”明代王廷相的雅述上篇说：
“元气之上无物。
”,
（2）气有聚集与离散状态，太虚即气，气无生无灭,庄子知北游明确指出气之聚散与物之生灭的关系，文中说：
“人之生，气之聚也，聚则为生，散则为死”王充在论衡道虚中说：
“人之生，其犹冰也，水凝而为冰，气积而为人。
”“天地不生，故不死；阴阳不生，故不死”。
唐代刘禹锡在天论中说，所谓“无形”，并不是绝对的空无。
“空者，形之希微者也”。
王夫之（16191692，明末清初）：
“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。
宋代的张载在正蒙太和中说：
“太虚者，气之体形聚为物，形溃反原”，正蒙乾称：
“太虚不能无气，气不能不聚而为万物，万物不能不散而为太虚”。
张载（1020-1077）：
宋代唯物主义者，提出“元气本体论”和物质不灭思想，主要著作有正蒙，张载关于元气与万物变化规律的论述受到国际物理学界的重视，被称为量子场论的古代思想渊源。
（3）气分阴阳，永远处于运动变化之中,阴阳二气的相互作用，构成了天地万物存在与变化的多样性，天地万物变化的实质即气的运动变化。
王充在论衡自然中说“天地合气，万物自生”。
张载正蒙：
“气有阴阳，屈伸相感之无穷”。
王夫之张子正蒙注：
“感者，交相感。
阴感于阳而形乃成，阳感于阴而象乃著”。
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。
”（国语周语）就是说：
“天地之气”有一定的秩序。
若是失了秩序，阳气和阴气都不在它们应有的位置，不能有它们应有的运动，这就有地震。
（4）物质不灭思想张载在正蒙太和中说：
“聚亦吾体，散亦吾体。
”指出气聚而成为人之形体，固然是存在的；人死后气散入太空，但它依然是存在的。
元气只有聚散，没有生灭，其本身是永恒存在的。
王夫之在张子正蒙注太和中列举了燃烧、汽化和升华三种物质形态变化的实例，生动的论证了“生非创有，死非消灭”，“聚散变化，而气本体不为之损益。
”的物质不灭思想。
3.元气说的成就和局限元气说把物质性的气作为有形宇宙的终极本原，把天地万物联结成一个有机整体，反映了物质世界的统一性与矛盾性、物质连续性与不连续性的辩证统一，否认了绝对真空的存在。
它把矛盾看作运动变化和发展的原因，并且提出了物质不灭的物理思想。
元气说终究是一种思辩理论，气无法观测，缺乏证实，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，这个巨大的理论框架反而束缚了人们，致使中国没有走上诞生近代科学的道路。
李约瑟（1900-1995）认为：
“元气，像现代人心目中以太波或辐射线。
”,何祚庥先生则认为气“与其说是接近于以太，不如说更接近于现代科学所说的场”，“元气学说是现代量子场论的滥觞”。
4.评价,三、宇宙论,1.盖天说“盖天说”是我国古代最早的宇宙结构学说。
这一学说认为天是圆形的，像一把张开的大伞覆盖在地上；地是方形的，像一个棋盘，日月星辰则像爬虫一样过往天空，因此这一学说又被称为“天圆地方说”。
2.浑天说浑天说的代表人物是东汉的张衡，浑天说认为，天和地的关系就像鸡蛋中蛋白和蛋黄的关系一样，地被天包在当中。
浑天说中天的形状，不像盖天说所说的那样是半球形的，而是一个南北短东西长的椭圆球。
大地也是一个球，这个球浮在水上，回旋漂荡,后来又有人认为地球是浮于气上的。
3.宣夜说宣夜说认为宇宙是无限的，宇宙中充满着气体，所有天体都在气体中漂浮运动。
星辰日月的运动规律是由它们各自的特性所决定的，决没有坚硬的天球或是什么本轮、均轮来束缚它们，宣夜说打破了固体天球的观念，这在古代众多的宇宙学说中是非常难得的。
宣夜说创造了天体漂浮于气体中的理论，并且在它的进一步发展中认为连天体自身，包括遥远的恒星和银河都是由气体组成的。
这种十分令人惊异的思想，竟和现代天文学的许多结论相一致。
第二节中国古代物理学知识的积累,一、力学知识二、热学知识三、光学知识四、电磁学知识五、声学知识,一、力学知识的积累,
（1）时间计量干支纪法：
干支纪日在中国古代历法中占有重要地位，从春秋时鲁隐公三年（前722）至清宣统三年（1911），我国已有两千六百多年的干支纪日历史，是世界上最长的连续记日法。
“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、午、未、申、酉、戌、亥。
1.物理计量,表1-1六十甲子表,天干和地支相互组合成“六十干支”：
甲子、乙丑、癸酉、甲戊、乙亥癸亥。
共个组合，也称“六十甲子”，周而复始，不断循环。
表1-2十二时辰与24小时纪日法的对应关系,十二时辰记时法：
对一日之内时间的精确划分，古人采用十二时辰记时法，一日分12时辰，一时辰相当于现代的2小时。
测时仪器：
圭表：
由圭和表垂直构成。
利用太阳投影指示时间的仪器。
表为直立的杆子，圭为一平板，板上有刻度，由表基向北延伸。
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，一昼夜共100刻。
河南登封观星台的圭表,高40尺长128尺,日晷：
和圭表原理相似，是利用太阳投影的方向指示时间的仪器。
由晷盘和晷针组成，晷针安在晷盘中央，并垂直与晷盘。
赤道日晷通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。
铜制的指针叫做“晷针”，垂直地穿过圆盘中心，晷针又叫“表”，石制的圆盘叫做“晷面”，安放在石台上，呈南高北低，使晷面平行于赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。
在晷面的正反两面刻划出12个大格，每个大格代表两个小时。
当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。
于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻。
漏刻：
我国关于漏刻最早的文献记载是周礼夏官司马：
“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。
”漏壶有两种形式：
泻水型和受水型。
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。
下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。
莲花漏,机械记时：
东汉的张衡在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。
张衡（78-139）东汉时期伟大的天文学家，在数学、地理、绘画和文学等方面也表现出非凡的才能和广博的学识。
张衡共著有科学、哲学和文学著作三十二篇，其中天文著作有灵宪、灵宪图、浑天仪图等。
为了纪念张衡的功绩，人们将月球背面的一环形山命名为“张衡环形山”，将小行星1802命名为“张衡小行星”。
张衡谦虚谨慎，勤学不倦、勇于进取而不慕名利，在我国和世界自然科学史上有崇高的地位。
郭沫若对张衡的评价是：
“如此全面发展之人物，在世界史中亦所罕见。
”,张衡是浑天说的代表人物之一，他指出月球本身并不发光，月光是日光的反射，他还正确解释了月食的成因。
画出了我国第一张完备的星图，观测记录了两千五百颗恒星，创制了世界上第一架能比较准确地表演天象的漏水转浑天仪，第一架测试地震的仪器候风地动仪，还制造了指南车、自动记里鼓车、飞行数里的木鸟等等，因机械水平很高，被称为“木圣”。
（2）度量衡：
度-长度量-容量衡-重量,计量单位长度：
孔子家语：
“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻”。
容量：
一手所盛为“溢”,二手合盛为“掬”,“掬四谓之豆”。
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：
“度者，分、寸、尺、丈、引也，所以度长短也。
本起黄钟之长，以子谷秬黍中者，一黍之广，度之九十分，黄钟之长。
一为一分，十分为寸，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引”。
对于量和衡的基准也以黄钟而定。
量者，龠、合、升、斗、斛也，所以量多少也。
本起黄锺之龠，以子谷秬黍中者千有二百实为一龠，合龠为合，十合为升，十升为斗，十斗为斛，而五量嘉矣。
衡权者，铢、两、斤、钧、石也，所以称物轻重也。
本起黄锺之重，一龠容千二百黍，重十二铢，二十四铢为两，十六两为斤，三十斤为钧，四钧为石，而五权谨矣。
衡，平也。
权，重也。
”即律管容积为容量单位一龠。
汉书律历志：
记载了长度、容量、重量各单位及计算：
长度单位：
引、丈、尺、寸、分，十进制；容量单位：
斛、斗、升、合、龠，基本十进制；重量单位：
石、钧、斤、两、铢，非十进制。
计量器具：
长度量具：
最早商代的牙尺，等于现在的16.95cm；战国的铜尺，合现在的23.0cm；公元年，新莽时期的铜卡尺，长度14.22cm，分固定尺和活动尺两部分，相当于现在的游标卡尺。
远距离长度计量：
唐宋时的丈杆、测绳、步车，特别是记里鼓车利用车轮的转动，间接而自动的记录车行里数。
容量量具：
斛、斗、升、合、龠。
重量量具：
古人称之为衡，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。
商代牙尺,1954年在湖南长沙战国楚墓出土的我国最早的等臂天平和砝码，天平为木杆，杆端有两盘，还有以两为单位的九个砝码。
2.时间、空间和运动,
（1）时间与空间战国思想家魏国人尸佼（前390前330）在其著作尸子中写有：
“上下四方曰宇，往古今来曰宙”。
这里宇就是空间，宙就是时间。
庄子：
“有实而无乎处者，宇也；有长而无本剽者，宙也。
”即：
宇是实在的和无处不在的，宙有长短但无始终。
墨经：
“久，弥异时也；宇，弥异所也”。
即：
久，包括所有不同的时刻；宇，覆盖东西南北不同的方位和场所。
时空无限性庄子曰：
“天与地无穷”，张衡说：
“宇之表无极，宙之端无穷”,墨家：
“久，有穷，无穷”等。
（2）运动与静止墨经：
“动，域徙也”“止，以久也”。
“俱止动。
”指平动，“偏际徙”指转动。
（3）运动的相对性吕氏春秋：
“刻舟求剑”故事。
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”。
尚书纬考灵曜：
“地恒动不止而人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行而人不觉”。
3.对力的认识,
（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。
”,
（1）力的概念墨经：
“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”，“故博达疏通，儒生之力也；举重拔坚，壮士之力也”，“故夫垦草殖谷，农夫之力也；勇猛攻战，士卒之力也；构架斫削，工匠之力也；治书定薄，佐史之力也；论道议政，贤儒之力也”,（3）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。
”四个术语：
标（力臂）、本（重臂）、权（秤砣）、重（重物）。
西安半坡仰韶文化（距今50006000年前）遗址出土的汲水陶罐：
口小、腹大、底尖，两侧耳环稍低于罐的重心。
两耳系绳，空时倾斜，盛水将满时直立，水全满时自动倾覆，在高岸汲取河水时，罐可以在水中自动汲水而不需外力。
（4）重心与平衡淮南子说山训曾对重心与平衡的关系有：
“下轻上重，其覆必易。
”的记载。
荀子宥坐把它描写作“虚则欹，中则正，满则覆。
”所以会出现这种现象，是由于欹器的重心随盛水的多少而发生变化的缘故。
西周时期，聪明的工匠制造了一件盛水的“欹器”。
“欹”的意思是倾斜。
它可以随盛水的多少而发生倾斜变化。
不装水时，它成倾斜状态；装上一半水时，就中正直立；装满水时，它就自动翻倒，把所盛之水倒出。
据说，有一次孔子去周庙参观，见庙中有个欹器。
孔子问道：
“这是什么器物?
”守庙的人回答说：
“这是佑座器。
”孔子说：
“我听说这种东西灌满了水就翻过去，没有水就倾斜，灌一半的水正好能垂直正立，是这样的吗?
”守庙的人回答说：
“是的。
”孔子让子路取来水试了试，果然这样，于是长叹一声说：
“唉，哪有满了而不翻倒的呢?
”意思是告诫弟子，要谦虚，切戒自满。
清朝皇帝让人在紫禁城里摆设欹器，是借欹器“满则覆，中则正，虚则欹”的特点喻示“满招损，谦受益，戒盈持满”的道理，并以此警戒自己，以利于自己的统治。
（5）惯性：
春秋战国时期的考工记辀人中描述：
“劝登马力，马力既竭，辀犹能一取焉。
”,（6）浮力：
中国关于浮力原理的记述最早见于墨经经下：
“荆之大，其沈浅也，说在衡。
”“荆沈。
荆之衡也，则沈浅，非荆浅也。
若易五之一。
”,东汉王充对平衡问题作了极好的论述：
“圆物投之于地，东西南北无之不可，策杖叩动，才微辄停。
方物集地，一投而止，及其移徙，须人动举。
”（论衡状留篇）,曹冲称象的方法，正是浮力原理的具体运用。
在中国历史上，据记载，有比曹冲更早的类似故事。
东周燕昭王（？
前279）有一大猪，他命司衡官用杆秤称它的重量。
结果，折断十把杆秤，猪的重量还没有称出来。
他又命水官用浮舟量，才知道猪的重量。
（见玉函山房辑佚书卷七十一苻子）,除了用舟称物之外，用舟起重也是中国人的发明。
宋代的僧怀丙曾利用浮力打捞铁牛。
据说，山西蒲州的黄河上有一座浮桥，桥缆用铁牛固定在两岸，1064年的洪水将铁牛冲入河中。
怀丙用两只装满土的船与铁牛连起来，而后将土除去，使得铁牛浮出水面。
（7）弹力：
由于弹性材料的长期使用，人们开始注意到材料形变的规律。
考工记弓人中有“量其力，有三钧”的说法。
东汉的郑玄（127-200）对此进行了注释，他写道：
“假令弓力胜三石，引之中三尺，弛其弦，以绳缓擐之，每加物一石，则张一尺。
”,（8）大气压力南北朝成书的关尹子：
“瓶存二窍，以水实之，倒泻；闭一则水不下，盖（气）不升则不降。
”唐代王冰素问：
“虚管溉满，捻正悬之，水固不泄，为无升气而不能降也；空瓶小口，顿溉不入，为气不出而不能入也。
”,
（1）水转筒车：
一种以水流作动力，取水灌田的工具。
其原理为：
在水流很急的岸旁打下两个硬桩，制一大轮，将大轮的轴搁在桩叉上。
大轮上半部高出堤岸，下半部浸在水里，可自由转动。
大轮轮辐外受水板上斜系有一个个竹筒，岸旁凑近轮上水筒的位置，设有水槽。
当大轮受水板受急流冲激，轮子转动，水筒中灌满水，转过轮顶时，筒口向下倾斜，水恰好倒入水槽，并沿水槽流向田间。
此种筒车日夜不停车水浇地，不用人畜之力，功效高，约产生于隋唐时代。
唐诗人刘禹锡有机汲记加以描述。
4.简单机械和力学知识应用,
（2）水转连磨：
中国古代由水轮驱动的粮食加工机械。
据魏书记载，最早为晋人杜预所创制。
其原动轮为一具大型水轮，由水力驱动运转。
水轮的长轴上联结3个齿轮，每个齿轮联动3个石磨。
因有9台石磨同时工作，其效率很高。
水转连磨模型,（3）水碓：
出现于西汉末年，它是利用水力舂米的机械。
水碓的动力机械是一个大的立式水轮，轮上装有若干板叶，转轴上装有一些彼此错开的拨板，拨板是用来拨动碓杆的。
每个碓用柱子架起一根木杆，杆的一端装一块圆锥形石头。
下面的石臼里放上准备加工的稻谷。
流水冲击水轮使它转动，轴上的拨板拨动碓杆的梢，使碓头一起一落地进行舂米。
利用水碓，可以日夜加工粮食。
（4）水排鼓风机：
东汉建武七年（公元31年），南阳太守杜诗为解决冶铁耗费人力过大问题，发明了一种鼓风机械水排。
即以水为动力，通过滚动机械，使皮制鼓风囊连续开合，将空气送入冶铁炉，一改中国冶炼鼓风装置靠人力和畜力为动力的状况，大大提高了劳动效率，被后人称为“杜诗水排”，是世界上最早的水力鼓风机，比欧洲早了1200年。
（5）被中香炉：
一个铜制的容器，里头放入火炭，置于被中，就成了中国古代用于冬天取暖、薰香的被中香炉。
不论香炉在被子里怎么翻滚，香炉四周的环形支架都能保证香炉呈水平放置，丝毫不用担心火炭会倾覆。
（6）指南车：
指南车，又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种机械装置。
它与指南针利用地磁效应不同，它是利用齿轮传动系统，根据车轮的转动，由车上木人指示方向。
出发前，先设定方向，行进中不论车子转向何方，木人的手始终指向南方，“车虽回运而手常指南”。
（7）记里鼓车：
古代能自报行车里数的车。
又称大章车。
出现于东汉以后。
车每行一里，车上木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次。
其工作原理是，利用车轮带动大小不等的若干齿轮，当车轮走满一里时，其中一个齿轮恰转一圈，拨动木人去打鼓。
（8）水运浑象仪：
（水运仪象台）北宋时代把浑仪、浑象和报时装置结合在一起的大型天文仪器，是苏颂、韩公廉等人在开封设计制造的，它是中国古代的卓越创造。
其中的擒纵器是钟表的关键部件。
因此，英国科学家李约瑟等人认为水运仪象台“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。
（9）候风地动仪,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。
赵州桥最大的科学贡献，则在于它的“敞肩拱”的创造。
在大拱的两肩，砌了四个并列的小孔，既增大流水通道，节省石料，减轻桥身重量，又利于小拱对大拱的被动压力，增强了桥身的稳定性。
这就有力地保证了安济桥在1400多年的历史中，经受住无数次洪水冲击，8次大地震摇撼，以及车辆
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