物理学思想史和方法论_物理学史

1、会计学1物理学思想史和方法论物理学思想史和方法论_物理学史物理学史第二节：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 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，使之成为完整的知识体系。但这一阶段仍是物

2、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。和发展的先导和渊源。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，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

3、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。 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、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

4、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（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四时（质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四时（春、夏、秋、冬），再生出春、夏、秋、冬），再生出八卦八卦（天、地、山、泽、水（天、地、山、泽、水、火

5、、风、雷）。、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、坎、离、艮：乾、坤、震、撰、坎、离、艮（g gn n）、兑。）、

6、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，

7、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

8、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，五，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，形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。宋代以后，五行作成了五行相生相克的关系。宋代以后，五行作为由太极到

9、万物的中间环节，被容纳于宇宙生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，太极生出阴阳成体系之中。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，生出男女及，阴阳生出五行，五行相互作用，生出男女及世间万物。世间万物。和西方比较：和西方比较：古希腊的四根说，古印度的四大说，无金。古希腊的四根说，古印度的四大说，无金。气是充满整个宇宙气是充满整个宇宙 客观存在的物质，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。

10、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

11、”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，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。者，气也。聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之聚则显，显则人谓之有；散则隐，隐则人谓之无无。”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，

12、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，）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。” 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

13、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

14、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。星晷星晷月晷月晷圭表圭表日晷日晷漏漏壶壶： 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。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。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，由于挈壶里水

15、位不同时出水速度不同，后来又发展出受水型。并逐渐由最初的后来又发展出受水型。并逐渐由最初的两壶发展成多壶。右图为根据唐朝吕才两壶发展成多壶。右图为根据唐朝吕才历象汇编历法典历象汇编历法典9999卷刻漏图制作的卷刻漏图制作的四级漏壶。四级漏壶。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；宋代赵友钦则将秒；宋代赵友钦则将精度提高精度提高6 6秒。秒。长度：长度：孔子家语孔子家语记载：记载

16、：“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：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。开长八尺，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。忽。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，十寸为尺，十尺为丈，十丈为引”

17、。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。（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

18、，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。”启启 明明 之之 光光: : 一一. . 中中 国国 古古 代代 的的 物物 理理 学学 萌萌 芽芽中国古代科技中国古代科技水碓水碓 赵友钦实验赵友钦实验（宋末元初）：（宋末元初）：赵友钦实验在中国古代史赵友钦实验在中国古代史上占有重要地位，其实验目的明确，

19、设计合理，步骤清晰上占有重要地位，其实验目的明确，设计合理，步骤清晰，结果可靠，是中国物理学史上的的一个首创。，结果可靠，是中国物理学史上的的一个首创。 梦溪笔谈梦溪笔谈：“若鸢（若鸢（yuyu n n）飞空中，其影随鸢而移）飞空中，其影随鸢而移；或中；或中 间为窗所间为窗所 束则影与鸢相违，鸢东则影西，鸢西则束则影与鸢相违，鸢东则影西，鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂。影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂。”改变孔的大小，比较改变孔的大小，比较成像情况；成像情况；改变光源强度，作日改变光源强度，作日月蚀模拟实验；月蚀模拟实验；改变像距；改变像距；改变光源距离

20、，观察改变光源距离，观察小孔成像的变化；小孔成像的变化；改变孔的大小和形状改变孔的大小和形状，做大孔成像实验。，做大孔成像实验。小罅光景影象小罅光景影象凸面镜：凸面镜：“鉴团，景一。鉴团，景一。鉴者近，则所鉴大，景亦大；其鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小，而必正。远，所鉴小，景亦小，而必正。” 即鉴团只成一缩小的正立即鉴团只成一缩小的正立的像（虚）。的像（虚）。凹面镜：凹面镜：“鉴洼，景，一小而易，一大而正，说在中之外、鉴洼，景，一小而易，一大而正，说在中之外、内。内。 中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则中之内，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，而必正

21、，起于中缘正而长其直也。中之外所鉴小，景亦小，而必正，起于中缘正而长其直也。中之外，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小，鉴者近中，则所鉴大，景亦大；远中，则所鉴小，景亦小而必易。合于中长直也。而必易。合于中长直也。”“”“鉴洼鉴洼”即凹面镜，即凹面镜，“中中”为焦为焦点，点，“易易”即倒置。即倒置。2.2.光的反射与镜面成像光的反射与镜面成像 墨经墨经中中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸面镜的反射情况。面镜的反射情况。沈括：沈括：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。过此遂

22、倒。” “小鉴不能全观人面，故令微凸，收人面小鉴不能全观人面，故令微凸，收人面令小，则鉴虽小而能全纳人面。仍覆量鉴之小大增损高下令小，则鉴虽小而能全纳人面。仍覆量鉴之小大增损高下，常令人面与鉴大小相若。，常令人面与鉴大小相若。”鸡子石英证含光图：鸡子石英证含光图： 著名道士张果修炼内丹的著作著名道士张果修炼内丹的著作修真历验钞图修真历验钞图：讲到从白石英看到：讲到从白石英看到：“映日则光玉也映日则光玉也，五色玄英，五色玄英”。白。白石英为无色透明晶体，属六角晶系。用白石英作的三棱镜石英为无色透明晶体，属六角晶系。用白石英作的三棱镜对日光产生了色散。对日光产生了色散。 明末方以智明末方以智物理小

23、识物理小识 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，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

24、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

25、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。”中国古代科技中国古代科技 指南车模型指南车模型 启启 明明 之之 光光: : 一一. . 中中 国国 古古 代代 的的 物物 理理 学学 萌萌 芽芽4.4.古代乐器古代乐器 新石器时代：新石器时代：陶埙（陶埙（x x n n）和骨哨。）和骨哨。 诗经诗经记载：记载：有有2929种之种之多，包括各种

26、弹琴、吹奏、多，包括各种弹琴、吹奏、打击等乐器。打击等乐器。 战国曾侯乙墓：战国曾侯乙墓：出土的有出土的有：编钟、磬、笙、排萧等。：编钟、磬、笙、排萧等。5.5.律学律学 商代商代：已有五声音阶：宫、商、角、徵（：已有五声音阶：宫、商、角、徵（zhzh）、羽（）、羽（1 1、2 2、3 3、5 5、6 6）。后又增加了两个半音：变徵（近）。后又增加了两个半音：变徵（近4 4）、变宫（）、变宫（7 7），成为七声音阶。，成为七声音阶。 西周：西周：已发展为十二律：黄钟、大吕、太簇、夹钟、姑洗、已发展为十二律：黄钟、大吕、太簇、夹钟、姑洗、仲吕、蕤仲吕、蕤ruru宾、林钟、夷则、南吕、无射（宾、林

27、钟、夷则、南吕、无射（y y）、应钟。）、应钟。乐律的计算：乐律的计算： 三分损益法：三分损益法：最早见于最早见于管子管子地员地员（公元前公元前4世纪），世纪），是世界上最早的乐律计算方法。是世界上最早的乐律计算方法。 具体操作是：将一空弦依次乘以具体操作是：将一空弦依次乘以2/3或或4/3，即缩短，即缩短1/3(损一损一)或加长或加长1/3(益一益一)，分割成不同的长度，这就产生出不同频率，分割成不同的长度，这就产生出不同频率的乐音。具体的推算是：设黄种宫音的弦长为的乐音。具体的推算是：设黄种宫音的弦长为34=81，徵音的，徵音的弦长为弦长为814/3=108，商音的弦长为，商音的弦长为10

28、82/3=72，羽音的弦长，羽音的弦长为为724/3=96，角音的弦长为，角音的弦长为962/3=64，依次类推。，依次类推。(清史清史稿稿乐志二乐志二)十二平均律：十二平均律： 发明者：朱载育（发明者：朱载育（1536-16101536-1610？）朱元璋的九世孙，成于？）朱元璋的九世孙，成于15811581年左右，在年左右，在律学新说律学新说和和律吕精义律吕精义有记载。和十有记载。和十二律的产生已相距二律的产生已相距20002000余年。是一种相临律间音程差数相等余年。是一种相临律间音程差数相等的律制。的律制。方法：方法：以公比以公比 的等比级数分配音律，也就是在八的等比级数分配音律，也就

29、是在八度音之间，分成十二个等音程的半音，两相临音律间的频率度音之间，分成十二个等音程的半音，两相临音律间的频率比都是比都是 ，这样可以使十二律自，这样可以使十二律自“黄钟为始，应钟为钟，黄钟为始，应钟为钟，终而复始，循环无穷。终而复始，循环无穷。”122122 具体做法：具体做法： 当把当把2 2开到开到1212次方得到频率的倍律次方得到频率的倍律1.0594631.059463后，再把后，再把1.0594631.059463自乘自乘1212次，就得到十二律的平均倍数，具体数字是次，就得到十二律的平均倍数，具体数字是（单位为尺单位为尺）：黄钟（正律）为）：黄钟（正律）为1.0000001.00

30、0000，应钟（倍律）为，应钟（倍律）为1.0594631.059463，无射（倍律）为，无射（倍律）为1.1224621.122462，大吕（倍律）为大吕（倍律）为 1.8877481.887748，黄钟（倍律）为，黄钟（倍律）为2.0000002.000000。上面所列数字表示振。上面所列数字表示振动体（弦）长度。动体（弦）长度。朱载育还制定了一套标准律管（朱载育还制定了一套标准律管（3636根，含三个八根，含三个八度），铜材。制作律管时，朱载育发现律管长度加度），铜材。制作律管时，朱载育发现律管长度加倍或减半且管径相同时，律管发出的音有差别，为倍或减半且管径相同时，律管发出的音有差别，为

31、此，他根据实验和借助数学找出管口校正的方法和此，他根据实验和借助数学找出管口校正的方法和数据。他用缩小管径来校正，因此他的律管为异径数据。他用缩小管径来校正，因此他的律管为异径律管。律管。盖天说：盖天说：起源于殷周时期。起源于殷周时期。周周 ：“天圆如张盖，天圆如张盖，地方如棋局地方如棋局”，后发展为，后发展为“天似盖笠，地法覆天似盖笠，地法覆 ”浑天说浑天说：代表人物是东汉代表人物是东汉张衡张衡( (公元公元7878年年-139-139年年) )，生于，生于河南南阳石桥镇，公元河南南阳石桥镇，公元111111年担任太史令，主持天象观测、编年担任太史令，主持天象观测、编订历法，发明了浑天仪、候

32、风地动仪。张衡在订历法，发明了浑天仪、候风地动仪。张衡在浑天仪图注浑天仪图注中写到：中写到：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄。浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄。”认认为大地是球形的、运动的，地球是宇宙的中心。用一个天壳和为大地是球形的、运动的，地球是宇宙的中心。用一个天壳和附天而行的日月五星来解释天文现象。和西方同一时期的附天而行的日月五星来解释天文现象。和西方同一时期的“地地心说心说”相似。张衡强调相似。张衡强调: :“宇之表无极，宙之端无穷宇之表无极，宙之端无穷”。国际天。国际天文学组织用他的名字命名了一颗小行星和月球上的一座环行山文学组织用他的名字命名了一颗小行星和月球上的一座

33、环行山。宣夜说：宣夜说：晋书晋书天文志天文志记载：记载：“宣夜之书亡，惟汉秘宣夜之书亡，惟汉秘书郎书郎 萌记先师相传云：天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼萌记先师相传云：天了无质，仰而瞻之，高远无极，眼 精绝，故苍苍然也。精绝，故苍苍然也。日月众星，自然浮生虚空之中，其行其日月众星，自然浮生虚空之中，其行其止，皆须气焉。止，皆须气焉。”启启 明明 之之 光光: : 一一. . 中中 国国 古古 代代 的的 物物 理理 学学 萌萌 芽芽六六. .天文天文学学启启 明明 之之 光光: : 一一. . 中中 国国 古古 代代 的的 物物 理理 学学 萌萌 芽芽水力浑象与地动仪水力浑象与地动仪第一节第一

34、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 8世纪世纪-4-4世纪世纪 2.2.中世纪：中世纪：5 51515世纪世纪分期分期罗马时期罗马时期（前前2 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

35、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求相关。或者表现为对以往科学的注释上。需求相关。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

36、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

37、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

38、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。 到到1717世纪，法国科学家伽桑狄世纪，法国科学家伽桑狄（1592-1

39、655)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。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

40、具有同样的比例关系，以保证“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，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。其学生着复合的圆周运动。其学生欧多克斯欧多克斯(Eudoxus,前前409-前前355)和和亚亚里士多德里士多德提出了同心

41、球层模型：欧多克斯假设了提出了同心球层模型：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。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。赫拉克利特根据这一事实，设想它们沿轨道绕日运转，并产生亮度的变们沿轨道绕日运转

42、，并产生亮度的变化。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“

43、简单美简单美”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

44、远处不动。由于这一思想远远超过了当，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，并长期受到教会的压制。，并长期受到教会的压制。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

45、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。 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。物体的运动速度与施加的外力

46、成正比，与在介质中受到的阻力成反比。力成反比。 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

47、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，下物体越重，下落就越快；物体越轻，上升就越快。落就越快；物体越轻，上升就越快。 意义：意义：亚里士多德能够摆脱神的意志，并能形成一套自亚里士多德能够摆脱神的意志，并能形成一套自圆其说的体系，在当时是有非常重要意义的。在科学史上，圆其说的体系，在当时是有非常重要意义的。在科学史上，他是一个重要的开拓者，尽管其许多观点是错误的，但其历他是一个重要的开拓者，尽管其许多观点是错误的，但其历史作用不可否定。史作用不可否定。启启 明明 之之 光光: : 二二. .

48、古古 希希 腊腊 时时 期期 的的 物物 理理 进进 展展故事故事1)1)铜镜烧船铜镜烧船: :在保卫在保卫叙拉古叙拉古免受罗马海军攻击的战斗中，阿基免受罗马海军攻击的战斗中，阿基米德利用杠杆技术制造了远、近距离的投石机攻击敌舰，米德利用杠杆技术制造了远、近距离的投石机攻击敌舰，并用滑轮组把敌舰的船头拉倒。据说阿基米德让妇女用铜并用滑轮组把敌舰的船头拉倒。据说阿基米德让妇女用铜镜组成一面聚光镜烧战船上的帆，浸了油的绳与桅杆和帆镜组成一面聚光镜烧战船上的帆，浸了油的绳与桅杆和帆都烧起来了。都烧起来了。17471747年，法国科学家布韦为了验证这一情况，用年，法国科学家布韦为了验证这一情况，用36

49、0360面面镜子，拼成一个大凹镜，烧灼了镜子，拼成一个大凹镜，烧灼了7070米外的木堆。米外的木堆。2)2)豪言：豪言：传阿基米德在叙拉古的王宫曾以这样的豪言评价杠传阿基米德在叙拉古的王宫曾以这样的豪言评价杠杆的作用杆的作用: :“给我一个支点，我可以撬动地球给我一个支点，我可以撬动地球”。3)3)鉴定王冠：鉴定王冠：传阿基米德在洗澡时发现了鉴定王冠的纯金成传阿基米德在洗澡时发现了鉴定王冠的纯金成分的方法，并在国王和大臣面前进行了表演。分的方法，并在国王和大臣面前进行了表演。意义：意义：阿基米德的力学研究方法具有阿基米德的力学研究方法具有“一般一般”的意义。阿基的意义。阿基米德在提出了著名的浮

50、力定律和杠杆原理的过程中所采用的米德在提出了著名的浮力定律和杠杆原理的过程中所采用的公理化方法公理化方法-将实验和数学推理结合起来将实验和数学推理结合起来，成为近代甚至现，成为近代甚至现代物理学研究的重要方法之一。代物理学研究的重要方法之一。二二 光学知识光学知识希隆希隆（Heron,Heron,前前150150前前100100）：）：用光程最短原理论证了光的反用光程最短原理论证了光的反射定律。射定律。 光反射时通过的路程光反射时通过的路程SMSSMS比比任何其他的路程任何其他的路程SMSMS S都短。这都短。这个原则后来为个原则后来为费马费马(Fermat)(Fermat)所所发展。发展。应

51、用：应用： 阿里斯塔克阿里斯塔克：测量日地距离和月地距离之比；：测量日地距离和月地距离之比； 埃拉多塞埃拉多塞（约前（约前270270前前196196）测量地球周长等。）测量地球周长等。日日月月地地 由于当时观测条件的限制，在阿里由于当时观测条件的限制，在阿里斯塔克的计算中，数据误差很大，但其研斯塔克的计算中，数据误差很大，但其研究方法是正确的，惊人的。究方法是正确的，惊人的。2.2.埃拉多塞埃拉多塞( (公元前公元前270-270-公元前公元前196)196)：用三尺长的竹竿测地球周长：用三尺长的竹竿测地球周长埃及的尼罗河旁有两个城市埃及的尼罗河旁有两个城市赛恩赛恩和和亚历山大亚历山大。在塞

52、恩。在塞恩有一口很深的井，夏至那天，阳光会照到井底，而阳光同时有一口很深的井，夏至那天，阳光会照到井底，而阳光同时在亚历山大对竹竿将有一个投影，我们可测出在亚历山大对竹竿将有一个投影，我们可测出角，根据几角，根据几何关系可知，何关系可知，AOS=，OS=0A为地球半径，则：为地球半径，则：启启 明明 之之 光光: : 二二. . 古古 希希 腊腊 时时 期期 的的 物物 理理 进进 展展RLASR2 计算得：计算得：L39000千米千米 现在测量数据约为现在测量数据约为40000千米千米AS井井一一 阿拉伯人的物理成就阿拉伯人的物理成就 1.1.阿勒阿勒哈增哈增（9651038）著有著有光学全

53、书光学全书：研究了眼：研究了眼睛的结构，如睛的结构，如“网膜网膜”、“角膜角膜”、“玻璃状体玻璃状体”、“前前房液房液”等术语均出自于他。认为视觉是光线从物体发出进等术语均出自于他。认为视觉是光线从物体发出进入人眼所致；认为光的入射线、反射线和法线都在一个平入人眼所致；认为光的入射线、反射线和法线都在一个平面内；研究了球面镜、抛物镜成像问题；正确解释了太阳面内；研究了球面镜、抛物镜成像问题；正确解释了太阳、月亮在地平线附近看起来较大的原因、月亮在地平线附近看起来较大的原因。 2.2.阿勒阿勒哈兹尼哈兹尼（1212世纪人）世纪人）著有著有智慧秤的故事智慧秤的故事，可以，可以测量空气中和水中物体的

54、重量测量空气中和水中物体的重量, ,从而编出比重表；发现了水从而编出比重表；发现了水的比重随温度的不同而不同；发现空气有重量，因而阿基的比重随温度的不同而不同；发现空气有重量，因而阿基米德定律在空气中也适用；指出大气的密度与高度有关；米德定律在空气中也适用；指出大气的密度与高度有关；提出物质的量与重量不同，两者成正比关系；最早提出速提出物质的量与重量不同，两者成正比关系；最早提出速度的概念：用路程与时间之比表示速度。度的概念：用路程与时间之比表示速度。二二 欧洲人的研究工作欧洲人的研究工作 阿拉伯在阿拉伯在8-98-9世纪开始大量翻译希腊的经典著作。从世纪开始大量翻译希腊的经典著作。从1010

55、世纪中叶开始，欧洲一些学者，世纪中叶开始，欧洲一些学者，将阿拉伯文的书翻译成拉丁将阿拉伯文的书翻译成拉丁文文。到。到1212世纪，翻译活动形成了更高的浪潮。这种翻译活动世纪，翻译活动形成了更高的浪潮。这种翻译活动为后来的文艺复兴和科学革命准备了学术上的重要条件。为后来的文艺复兴和科学革命准备了学术上的重要条件。 另一重要事件是另一重要事件是大学的建立大学的建立。12-1312-13世纪，在欧洲建立世纪，在欧洲建立了牛津大学了牛津大学(1168)(1168)、剑桥大学、剑桥大学(1209)(1209)、巴黎大学、巴黎大学(1253)(1253)和波和波伦亚大学；后来人们仿照这三所大学又建立了一些

56、大学，同伦亚大学；后来人们仿照这三所大学又建立了一些大学，同时在大学内又相继成立了一大批专门的学院，这些学院对中时在大学内又相继成立了一大批专门的学院，这些学院对中世纪晚期学术发展发挥了重要作用。世纪晚期学术发展发挥了重要作用。罗吉尔罗吉尔培根培根（约（约1214-12941214-1294） 英国人，是英国人，是1313世纪杰出的科学家。大胆同迷信、反动世纪杰出的科学家。大胆同迷信、反动教会作斗争，是近代自然科学的先驱。他提倡：教会作斗争，是近代自然科学的先驱。他提倡：倡导实验方法研究自然倡导实验方法研究自然 他是当时唯一旗帜鲜明地主张科学实验的人。通过实验他是当时唯一旗帜鲜明地主张科学实验

57、的人。通过实验培根发现了火药的成分；发明了暗室；用光线在雨滴中的折培根发现了火药的成分；发明了暗室；用光线在雨滴中的折射解释了虹的成因；提出用平凸透镜制成望远镜的设想；研射解释了虹的成因；提出用平凸透镜制成望远镜的设想；研究过蒸汽的作用，并预言可以造出不用人力浆的航船，不用究过蒸汽的作用，并预言可以造出不用人力浆的航船，不用马拉的自动行驶的车，以及能在天上飞行的装置等。马拉的自动行驶的车，以及能在天上飞行的装置等。重视对数学的研究重视对数学的研究 实验方法和数学方法相结合是近代物理学产生的重要支实验方法和数学方法相结合是近代物理学产生的重要支柱。这种方法在西方始于阿基米德，经培根提到原则的高度

58、柱。这种方法在西方始于阿基米德，经培根提到原则的高度，预示着近代科学即将诞生。，预示着近代科学即将诞生。 培根的思想远远超过了他的时代，并写了很多著作。由培根的思想远远超过了他的时代，并写了很多著作。由于培根的科学思想为当时的教会所不容，在教会的严格监视于培根的科学思想为当时的教会所不容，在教会的严格监视下，培根在巴黎寺院里生活了下，培根在巴黎寺院里生活了1010年，后来又被关进监狱年，后来又被关进监狱1414年年之久，出狱后两年便与世长辞。他的主要著作之久，出狱后两年便与世长辞。他的主要著作大著作大著作、小著作小著作、第三著作第三著作等也没有流传，只有其中一小部等也没有流传，只有其中一小部分

59、以手抄本的形式保留下来。分以手抄本的形式保留下来。第五节：亚里士多德的物理学第五节：亚里士多德的物理学1.1.亚里士多德（亚里士多德（希腊，约公元前希腊，约公元前384-384-公元前公元前322322）: : 出生于希腊北部的一个城邦，出生于希腊北部的一个城邦，1818岁进入柏拉图学园岁进入柏拉图学园 ，并在此学习和工作了并在此学习和工作了2020年之久。柏拉图死后，亚里士多德年之久。柏拉图死后，亚里士多德离开了学园，不久到了马其顿，任宫廷教师，约在公元前离开了学园，不久到了马其顿，任宫廷教师，约在公元前342342年，他成为王子亚力山大的私人教师。公元前年，他成为王子亚力山大的私人教师。公

60、元前335335年，年，又回到雅典，创办了吕克昂学园。亚里士多德的研究很广又回到雅典，创办了吕克昂学园。亚里士多德的研究很广泛，建立了一个庞大的理论体系，被称为泛，建立了一个庞大的理论体系，被称为“学术理论帝国学术理论帝国”。他系统研究了逻辑学、政治学、论理学、文学、天文。他系统研究了逻辑学、政治学、论理学、文学、天文学、物理学、生物学等，著述甚丰，据说上千卷，包括学、物理学、生物学等，著述甚丰，据说上千卷，包括形而上学形而上学、物理学物理学、论理学论理学、工具篇工具篇等。等。被称为古希腊思想史上的被称为古希腊思想史上的“百科全书百科全书”。在科学领域里起在科学领域里起着奠基性的作用。着奠基性