【初中物理】中国古代趣味物理实验3

【初中物理】中国古代趣味物理实验3
7 刻鱼测雨
汉代有一个奇特的物理实验，仪器是用玉石雕刻的鱼。

这种鱼可能为椭圆形、中空，
髟耆尾皆具。

实验目的是以鱼的鸣吼来预测天气。

原文见《西京杂记》：“昆明池刻玉石
为鱼。

每至雷雨常鸣吼，髟耆尾皆动。

汉世祭之祈雨，往往有验。

”这个实验巧妙地运用
了共振效应，效果相当不错。

使那些不知原理的人。

对石鱼产生敬仰，并顶礼膜拜。

我们确切，风暴时，强风横过海面可以产生次声波，次声波和风暴尖叫的声波一起向
四面八方传播，声波很难被空气和大海“喝”掉，唯有频率很低的次声波在传播过程中能
量损失快、传播距离远。

加之次声波比风浪速度快许多倍，它能够沦为风暴到来的警报。

但次声人耳无法辨别，如果能够生产一种仪器，将次声变成可以闻声，那么这一装置就沦
为一种风暴报警器。

石鱼就是这样一种装置：它张口，腹空，当次声波不断对它施予周期
性外力时，石鱼并作受迫振动。

若声波的策动力频率与石鱼的固有频率成倍数关系，石鱼
产生非线性共振，收到声波。

其中，高频部分为可以闻声。

此时，石鱼“髟耆尾该颤抖”，其声学效应整体表现为大声“鹤瞪”。

在中国古代，利用共振效应预测天气、地震、兵乱的例子不胜枚举。

如：“石鼓，冀
县有天鼓山，山有石如鼓，河鼓星摇动，则石鼓鸣，鸣则秦土有殃”;“陕州黄河有钟，
大水小水常自浮出，每昧朔阴雨之日辄鸣，声响悲亮，行客闻之莫不怆然”;“康熙戊申
六月十七日戌刻，山东、江南、浙江诸省，同时地大震……又天鼓鸣，钟鼓自呜”;“汉
武帝时，未央宫前殿钟无故自鸣，三日三夜不止。

诏问太史，待诏王朔，朔言恐有兵气。

”
可知，“刻鱼测雨”实验存有其稳固的理论基础，这些理论就是在不断观测、分析中
总结出的。

我国汉代就存有如此美妙的实验，这的确就是炎黄子孙应该自豪的事情。

8 固体传声
“封盖竹筒两枚，觑其两端，各以一面用皮纸冒著之，胶封甚遏。

两筒纸面并肩，取
长数丈细线沿着之，并使两人各谓一筒，一人属于口于此筒之空面，一人属于耳于彼筒之
空面，相类数丈，属于口者随意言语，属于耳者听之了了，他人不闻也。

”
这是一个证明固体也能传声的实验。

此实验在现行
初中物理
课本也能找到。

实验中的装置，叫“传声筒”，今称“土电话”。

很明显，当有人对
着细线一端的竹筒(发话筒)讲话时，空气发生振动，它推动皮纸与细线振动。

此时，细线
另一端的皮纸也跟着振动，这样皮纸又带动竹筒(受话筒)内空气振动，把声音传给受话的
一方。

这里，话筒起着“共鸣”箱的作用。

在中国古代，常常有人通过挖掘地道的方法向
城内发起进攻，为了判辨敌方是否采用这一手段，就得使人侦察。

《墨经》云：“令陶者
为罂，空四十斗以上，固(顺)之以薄革各革，置井中，使聪耳伏罂而听之，审知穴之所在，凿穴迎之。

”
仔细分析，上述“传声筒”与《墨经》中的“听到瓮”相近。

可以指出，“罂”相等
于“听到话筒”，敌人的地道相等于“播发话筒”，而相连接地道与罂里的泥土相等于“线”。

不仅如此，“听到翁”装置与当今有线电话也相近，如果把“听到翁”装置看成
就是电话的始祖，应就是可以并使人拒绝接受的。

9 铜镜透字
古代存有一种镜子，用铜铸成，不仅能照人容貌，而且当光束箭至镜面时，铸成在镜
子背面的铭文图案，还可以“皱”过镜子百花现在屋壁上，非常确切。

这种镜子叫做“透
光镜”，现已做为模拟实验仪器将它搬上讲台。

透光镜始于西汉。

它与编钟、鱼洗一起，
被称作中国古代青铜三宝。

用透光镜进行实验演示，最早的文字记载见于隋唐的《古镜记》，因文字较长，不作
叙述。

现摘北宋沈括的实验记录如下：
“世存有隔热鉴，鉴腰存有铭文，凡二十字，字极和古，莫读。

以鉴承日光，则腰文
及二十字皆透屋壁上，了了分野。

”
铜镜何以透光?沈括说：“人有原其理，以为铸时薄处先冷，唯背文上差厚，后冷而
铜缩多。

文虽在背，而鉴面隐然有迹，所以于光中现。

”这种解释合符科学道理。

显然，
透光镜铸成后，镜面会有肉眼不易觉察的与镜背铭文相对应的微小起伏，这种微小起伏是
在铸造加工中形成的。

铸镜时，镜背的花纹凹凸处凝固收缩，产生铸造应力，加之镜面在
研磨时产生压应力，造成弹性形变。

当镜面研磨到一定的程度时，这些因素共同作用，使
镜面产生与镜背铭文相应的曲率。

光束照在镜面，镜的微小起伏经光程放大，便显示出其“透光”效应了。

关于透光镜的文字记载还有许多，如宋代的《癸卒杂识》、《云烟过眼录》、元代的《间居录》、清代的《铜仙传》、《镜镜言令痴》、《前尘梦影录》、《渊
鉴类函》等等均有涉及。