卓顶精文中国古代物理学贡献课题研究.docx
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卓顶精文中国古代物理学贡献课题研究
榆中县恩玲中学课题研究论文高一十五班第五组
专业：
物理
学生姓名：
杨文浩、马晓智、丁梓雪等
指导教师：
任德鑫
完成时间：
2019年6月6日
中国古代物理学贡献
古代中国的物理学贡献
学校：
榆中县恩玲中学
课题组：
高一（15）班第5组
组长：
杨文浩
成员：
丁梓雪、石丽琼、马子超、马晓智、王伟鑫、王亚婓、岳慧媛、裴小红、吴霞、张清清、罗飞、杨凯丽、陈隆、金仁忠、强德珍
指导老师：
任德鑫
研究时间：
20XX年3月——20XX年6月
摘要：
物理，古人云“事物的道理”，为历代大儒名宦所重。
古代中国人不仅记述了许多物理现象，发现了一些物理规律或定理，尚有饱含物理知识的诗词歌赋传世。
本文展现了中国古代科学在物理学方面的概貌。
中国古代物理学可与西方同一时期相比的有力学与光学两个分支；在电磁学和热学方面，中国取得了远胜于西方的成就；在声学，特别是在乐律方面更是成绩卓著。
关键词：
中国、古代、物理学、贡献
正文：
在古代，物理则与日常生活息息相关。
依据生产技术和社会形态以及科学著作诞生年代，选择具有代表性的跟物理学有关的记载，介绍中国古代物理学发展概况.
1、远古到西周（公元前770年以前）
人类从会用火到石器时代.又从石器时代过渡到青铜时代，西周时代手工业特别发达，出现了“百工匠”；如造车轮的“轮匠”，造车轴的“轴匠”，造箭的“矢匠”等。
在这些手工技术中有丰富的物理学知识，但人们没有认识。
2、奴隶社会向封建社会过渡期（公元前770年—前221年）
此时期对物理学知识有了系统研究和论述，主要著作有:
《墨经》和《考工记》等.对力、热、光等都有论述。
2.1力学方面
《墨经》最早对力下了定义：
“力荆之所以奋也”.意思是力是使物体运动状态改变的原因.《墨经》第114.116条对时间和空间最早作出了正确定义:
“宇或徒，说在长宇久”；“行修以久，说在先后。
”意思是说物体位置改变是空间随着时间自近而远的持续增长。
“墨经”还最早论述了“杠杆原理”和“浮体平衡原理”。
《论衡.状留篇》中的:
“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾。
"“任重，其进取疾速，难矣。
”意即在一定外力条件下，较重的物体运动较慢，其开始运动和加快运动也难。
《论衡》中:
“古之多力者、身能负荷千钧。
手能决角伸钧，使之自举，不能离地”。
最早提出系统的内力不能使物体运动的结论。
2.2热学方面
《考工记》中：
“凡铸金之状，金（铜）与锡；黑蚀之气竭，黄白次之;黄白气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之.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。
《论衡》中:
“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。
《论稀.寒温篇》中的论述:
“夫近水则寒，近火则温，远则渐微。
何则?
气之所加，远近有差也”。
是世界上最早对热传导的论述。
2.3磁学方面
春秋末期（约公元前5世纪）《管子·地数篇》有：
“山上有慈石，其下有铜金"。
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。
2.4光学方面
《论衡·率性篇》中:
“取火于天，五月丙午日中之时，消炼五石（五石可能指石英石）。
铸以为器，磨砺生光，仰以向日，则火来至。
”《淮南万毕术》载道:
削冰为圆，举以向日，以艾承其影，则火生”。
以上说明用透镜聚光取火，即叫“阳隧”。
《淮南万毕术》中的“取大镜高悬，盛水盆于其下，则见四邻矣”记述了我国最早创制的开管式潜望镜。
《墨经》著作中有八条对几何光学的专门论述，这八条主要论述了:
光的直进性和小孔成像，平面镜反射及成像，球面镜成像。
小孔成像
2.5声学方面
我国古代很早就对共振现象有记述，公元前3世纪—4世纪的《庄子》一书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：
在城墙根下每隔几米，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，确定敌人挖掘的位置和方向。
3、从秦、汉到隋唐五代（公元前221年—公元960年）
这个时期制造了许多大型复杂机械：
西汉初的指南车和记里鼓车；张衡（78年—139年）的浑天仪和地动仪:
毕岚的“翻车”（即龙骨水车）和名为“渴乌”的虹吸管；（公元2世纪）唐僧一行梁令珑的水运浑仪。
（公元725年）此时期主要科学代表著有：
东汉王充（27年—约79年）所著的《论衡》，东汉（25年—220）年的《淮南万毕术》。
3.1力学方面
《论衡.状留篇》中的：
“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾。
”“任重，其进取疾速，难矣。
”意即在一定外力条件下，较重的物体运动较慢，其开始运动和加快运动也难。
《论衡》中:
“古之多力者、身能负荷千钧.手能决角伸钧，使之自举，不能离地。
”最早提出系统的内力不能使物体运动的结论。
是世界上第一架测验地震的仪器。
中国东汉时期天文学家张衡于汉顺帝阳嘉元年（132）制成，候风地动仪用精铜制成，直径2.7米，其外形像一个大型酒樽。
地动仪里面有精巧的结构，主要为中间的都柱（相当于一种倒立型的震摆）和它周围的八道（装置在摆的周围的8组机械装置）。
在樽的外面相应地设置8条口含小铜珠的龙，每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上。
如果发生较强的地震，都柱因受到震动而失去平衡，这样就会触动八道中的一道，使相应的龙口张开，小铜珠即落入蟾蜍口中，由此便可知道地震发生的时间和方向。
据史料记载，候风地动仪曾成功地记录了138年发生在甘肃的一次强烈地震，从而证明了它的准确性和可靠性。
候风地动仪
公元初年，王莽变法改制，制作了一种铜卡尺。
它长14．22厘米，分固定尺和活动尺两部分。
尺的正面刻有寸、分等刻度。
从原理、性能、用途看，这个游标卡尺同现代的游标卡尺十分相似，但它比西方科学家制成的游标卡尺早1700多年。
铜卡尺
公元4世纪前成书的《西京杂记》记载了长安工匠丁缓发明的被中香炉。
当将香炉中的檀香木块点燃后，可以把香炉随便放进被子里，不仅不会烧坏被子，连香炉灰也不会撒出来。
奥妙在于炉内有一种叫“常平架”的装置，它由内外两个金属环组成，两环用转轴联结，外环又通过另一转轴与外架联结。
这种常平架装置在近代航海磁罗经、电罗经上有广泛应用。
欧洲直到16世纪才出现常平架装置，比中国晚了1600多年。
3.2感学方面
《淮南万毕术》道：
“磁石柜茶”。
说明了人们已经认识了磁石（磁极）之间存在着相互推斥力作用。
《论衡·是应篇》道：
“司南之构，投之于地，其抵指南。
”人们制造了指南针（句状司南）。
东汉时期思想家王充写的《论衡》书中“司南之杓，投之于地，其柢指南”的记载，考证并复原勺形的指南器具。
磁石的南极（S极）磨成长柄，放在青铜制成的光滑如镜的底盘上，再铸上方向性的刻纹。
这个磁勺在底盘上停止转动时，勺柄指的方向就是正南，勺口指的方向就是正北，这就是传统上认为的世界上最早的磁性指南仪器，叫做司南。
其中，“司”就是“指”的意思。
3.3热学方面
《论衡》中：
“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。
《论稀·寒温篇》中的论述：
“夫近水则寒，近火则温，远则渐微。
何则?
气之所加，远近有差也。
”是世界上最早对热传导的论述。
3.4声学方面
《论衡·变虚篇》中:
“令人操行变气远近，宜与鱼等;气应而变，宜与水均。
”意思是人的行动（包括说话）使其周围的“气”发生振动，并能向外传播，如同鱼使水振动的水波一样向外传播。
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：
洛阳某和尚的房里挂有一个磬，经常自鸣发声，和尚因此惊忧成疾。
一天朋友曹绍夔来访，发现磬的自鸣是由寺院的钟声引起的，就用锉把磬锉磨了几下，果然，钟再响时磬不再自鸣了。
3.5电学方面
《论衡》中的“顿牟掇芥慈石级缄”。
（顿牟；墟泊；芥；=种很轻草木；械；针；缀；吸引）；说明人们已经对电、磁有了相当深刻的认识。
3.6时空观的先进性
在欧洲，人们对时间和空间的认识是割裂的，孤立的，直到20世纪初，相对论才把空间和时间科学地统一起来。
但在中国古代，远在先秦时期，不少哲人就把空间和时间联系起来考虑。
战国时期成书的《管子·宙合》篇，把时间称为“宙”，空间称为“合”，其中说，“天地，万物之橐，宙合又橐天地”，意思是说，万物都包涵在天地之内，而天地又包涵在时空的“宙合”之中。
墨家对时空的认识又有了新发展，他们把空间称为“宇”，包括东南西北、四面八方的各种不同场所和方位，把时间称为久，“宇久”就是现代的宇宙。
4、宋、元时期（960年—1369年）
这个时期创制了大型机械和大型生产工具.撰写出五本科学著作：
北宋沈括（1031年—1095年）著的《梦溪笔谈》；北宋曾公亮（999年—1078年）著的《武经总要》；北宋李诫（1035—1110年）著的《营造法式》；北宋苏颂（1020年—1101年）、韩公廉（生卒年代不详）著的《新仪象法要》；元代赵友钦（1279年—1368年）著的《革象新书》，我国四大发明中的三大发明火药、指南针和活字印刷术也是这个时期产生的。
4.1力学方面
《营造法式》一书，全书36卷，其中图样6卷，系统地总结了历代建筑经验，有丰富的材料力学和建筑力学知识。
《新仪象法要》一书中，记载了苏颂和韩公廉在1092年创制一架大型水运仪象台，即天文钟，这台机器应用了很多力学知识。
《营造法式》书照
4.2磁学方面
《梦溪笔谈》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有两极；《梦溪笔谈》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。
”记述的磁偏角，比西方发现地磁偏角早了四百多年。
《梦溪笔谈》中还介绍了指南针四种安装法：
水浮法；指甲法；碗唇法；悬丝法。
4.3光学方面
《梦溪笔谈》记述的：
“阳艘向日照之.则光聚向内，离镜一二寸，光聚为一点，大如麻寂，着物则火发。
”“阳健面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。
”这是说手指在镜面与焦点之间处成正立像.在焦点处无像，在焦点以外成倒立像，说明当时对凸透镜聚光及球面镜成像已进行相当成功的研究。
宋末元初赵友钦用上千只炽光作为光源进行小孔成像的大型光学实验，证明了光源大小、强度与小孔的大小、距离以及像的大小、亮度三者之间的关系.说明了当时物理学研究已经进人实验科学时代。
4.4声学方面
《梦溪笔谈》中：
“欲知其应者，先调其弦，先调其弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，它弦即不动。
”这是沈括以纸游码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。
5、明、清时期（1368年—1911年）
由于时代中叶以后，维护封建伦理的官方教育后来发展为“八股”的科举取士制，严重阻碍科学技术发展，是我国科学发展的落后时期.但是个别的有关物理学方面也有独创发现：
明代朱载育（1536年—约1614年）发明的十二平均律，用以公比攀Z的等比级数平均分配音律，成为近代平均音阶的鼻祖；明末宋应星（1587-?
）的《天工开物》在《论气·气声》是集发声、传播、接收为一体的一部系统的声学大著。
（参考文献：
《西京杂记》《墨经》《后汉书张衡列传》《考工记》《梦溪笔谈》《论衡》《韩非子》《易经》《淮南万毕术》《营造法式》）
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