中国古代物理学

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b.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９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。另外还有唐朝镂牙尺（0.3m)、鎏金 雕花铜尺、木尺、黄钟玉尺等。 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（yuè）。 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。1954年 在湖南长沙战国楚墓出土了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。
“理”），缺乏数学的定量引用和系统实验的基础，
因此经典力学理论只能等待西方传入。
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三. 中国古代的热学知识
我国古代的热学知识大部分是生活和生产经验的总结。至 今所知的古籍中对热的研究记载较少，还有待于进一步发掘。
1.火的利用
※我国170万年前的元谋人已开始用火； ※6000多年前的半坡人已经用火烧制陶器； ※古人取火的三种方法：
第一章
中国古代物理学
一. 中国古代的物质观 二. 中国古代的力学知识 三. 中国古代的热学知识 四. 中国古代的光学知识
五. 中国古代的电磁学知识
六. 中国古代的声学知识 七. 中国古代物理学的特点
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思考题:
1. 中国古代有哪些突出的物理学成就?有哪些 重要的物理学家? 2. 沈括有哪些科学贡献?
（8）惯性：春秋战国时期的《考工记》中描述：“马力既
竭，轴犹能一取焉”
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4 力学知识应用
※尖劈、辘轳、滑轮、水转筒车、水转连磨、水碓（duì
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。
评价：
李约瑟认为：“元气，像现代人心目中以太波或辐射线。” (Joscph Needham: Science and Civilisation in China [J].Cam bridge press , Vol. Ⅱ, 1962. 472） 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（lan shang:事物的起源) ”。 （杨仲耆，申先甲：物理学思想 史，湖南教育出版社）
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②度量衡：度---长度 量---容量
衡---重量 a.计量单位：《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（hú)、斗、升、合、龠（yuè），十进制。 重量单位：石、钧、斤、两、铢，非十进制。 长度：《孔子家语》记载：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻” 《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：一手所盛为“溢”,二手合盛为“掬”,“掬四谓之豆” 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。
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一. 中国古代的物质观
关 于 物质 的 构 成 ， 中 国 古代 有 多 种说 法 ， 如 “ 五 行 说 ”，“八卦说”，“元气说”以及墨家提出的“原子论”。 “五行说” 这一学说始于夏朝，流行于商朝，到了西周发展 为“五行元素说”。它不仅具有朴素的元素概念，并具有物质 相互转化的观念。 春秋时代，五行相生相克的学说 这种关系深刻地揭示了组成世界 的五种基本物质元素在相互转化 的复杂变换过程中，生成和消失 的速率是受控的，在量上是互补 的，因而元素的种类和总量不增 不减，物质守恒。
①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
宣统年（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（xù)、亥。
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６０个组合，也称“六十甲 子”，周而复始，不断循环。
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公元前316年，蜀守李冰修建都江堰，“正面取水，侧面排 沙”，其飞沙堰工程巧妙地利用了弯道环流，说明当时测河水 流量、了解泥沙规律等水力学知识及水利工程已有相当的水平， 成都平原二千多年来始终受益。
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被中香炉是中国古代盛香料熏被褥的球形小炉。 它的球形外壳和位于中心的半球形炉体之间有 两层或三层同心圆环。炉体、内环ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ外环和外 壳内壁的支承轴线依次互相垂直。炉体由于重 力作用，不论球如何滚转，炉口总是保持水平 状态。
3. 中国古代物理学发展的特点是什么?
4. 简述近代物理学未能在中国诞生的原因。
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对中国古代物理学的认识：
1. 对物理现象有比较深刻的认识并得以应用； 2. 对自然现象的认识达到极高度抽象的理论层次；
3. 对其认识受限于所能掌握的史料之丰富程度。
随时间的推移、研究的进步、新发现的 出现，人们对中国古代物理知识的认识难免 还会发生变化。
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“阴阳八卦”说 这一学说起源于殷周之际，实际上也是一种 原始的元素论。它从人们生活经常接触的自然界中选取了八种 东西作为说明世界上其他多种东西的根源。 所谓八卦，即用八种符号来表 示八种自然现象，而这八卦是由阳 爻（音挑yao）用“”表示和阴 爻用“ - -” 表示，阳爻和阴爻排列 为八卦，再由八卦排列为６４卦。 八卦分别是乾、坤、震、巽（xun）、 坎、离、艮、兑等，它们分别表示 天、地、雷、风、水、火、山、泽。 世界就是在阴阳两种对抗物质势力 运动推动下孳生着。发展着。这是 一种十分朴素的万物生成的唯物主 义观念。
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总的来说，我国古代力学知识与古代精湛的工
艺技术往往密不可分，但各时期对技术知识的整理
汇集、研究提高、保存流传都未受到重视，致使技
术特别是科技理论不能代替人力形成明显的生产力，
科举八股把教育与知识分子的注意力引到文字游戏 或仕途官场上。一方面是大量生产知识与技术积累 而又散失，缺乏系统整理，一方面是经验性的定性 的力学概念始终带有思辨色彩（如“气”、“道”、
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（4）.重心与平衡
西安半坡仰韶文化（距今5000～6000年前）遗址出 土的吸水陶罐：口小、腹大、底尖，两侧耳环稍低于罐 的重心。 西周及历代的欹（qī倾斜）器：又称宥（yòu,宽 容）坐之器，形状同上。 作用有二： ①容器：《荀子•宥坐》记载孔子观鲁桓公庙时所说 “吾闻宥坐之器者，虚则欹，中则正，满则覆”。 ②劝告之器：告戒人们行为和思想不可过或不及。 王充《论衡》：圆物投之于地，是随遇平衡；方物 及地，是稳定平衡；而山中处危峭之大石则是不稳定平衡。
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测时仪器：
a.圭表—由圭和表垂 直构成。利用太阳投 影指示时间的仪器。
日晷：
月晷
星晷
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b.漏壶：
漏壶有两种形式：泻水型和受水型。 《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。”
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c.机械记时：东汉时期张衡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。
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玻尔族徽
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“元气说” ：
①气是充满整个宇宙 客观存在的物质，是万物本原。 王充在《论衡》中说：“天地，含气之自然也。”《论 衡• 谈天》，“天地合气，万物自生”《论衡• 自然》。 ②气有聚散两态，太虚为气，气形转化 《黄帝内经•素问》：“地气上为云，天气下为雨” ； 《左传•昭公元年》：“气有六，阴、阳、风、雨、晦、明” ③气分阴阳，永远处于运动变化之中 阴阳二气的相互作用、相互感应，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。张载 《正蒙》：“气有阴阳，屈伸相感之无穷”。 ④物质不灭思想 王夫之《张子正蒙注•太和》： “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。”；
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3 对力的认识
（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”，“举重拔坚，壮士之力 也”，“故 夫垦草殖谷，农夫之力也„”（东汉）。 ※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。”
b.十二时辰记时法：子时：23～1时，丑时：1～3时，„,
亥时：21～23时。
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表1-1 十二时辰与24小时纪日法的对应关系
子时 丑时 23～1时 辰时 1～3时 巳时 7～9时 申时 15～17时 9～11时 酉时 17～19时
寅时
卯时
3～5时 午时 11～13时 戊时 19～21时
5～7时 未时 13～15时 亥时 21～23时
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二.中国古代的力学知识
力学知识起源于古代人对自然现象的观察和生产 劳动中的实践经验，并逐步发展为生产技术和初步的 自然哲理，这在东西方古代都是如此。
1.物理计量：①时间计量、②度量衡 2.时间、空间、运动：
①空间和时间 ②运动与静止 ③运动的相对性
3.对力的认识： 4.力学知识的应用
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物理计量
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2.时间、空间和运动
①时间与空间
空间为宇，时间为宙。
战国时魏国的尸佼《尸子》 “四方上下曰宇，往古今来曰宙。”
宋代朱熹：
“四方上下曰宇，往古今来曰宙。无一物似宇样大， 四方去无极，上下去无极，是多少大？无一物似宙样长，
亘古亘今，往来不穷。”
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②运动与静止
《墨经》：“动，域徙也”“止，以久也”。这里‘以’ 停止的意思。“边际徙者，户枢免瑟”指转动；
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元气说的局限、以太和场
元气学说注重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 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 没有走上诞生近代科学的道路。 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。
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”（晋代束皙xī 262-301）。 《抱朴子•塞难》：“见游云西行，而谓月之东驰”（晋代葛 洪283-343） 《春秋纬•元命苞》（汉代）：“天左旋，地右动”. 《春秋纬•考灵曜（yào）》“地恒动不止，而人不知，比如 人在大舟中，闭牖（yǒu）而坐，舟行而人不觉”。比伽利 略（1564-1642）相对性原理早一千多年。
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（5）浮力：曹冲称象等。 （6）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄127-200）。 （7）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。”