zx1物理学史中国古代物理学

物理学史物理学院

张雪

第一篇

古代物理学

第一章

中国古代物理学第二章

西方古代物理学

第一篇

古代物理学

第一章

中国古代物理学第二章

西方古代物理学一、物质本原思想二.物理学知识的积累

在古代，无论是古希腊还是中国，都谈不上有“物理学”。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，使之成为完整的知识体系。但这一阶段仍是物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。

在中国，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。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。明末至清初以后，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。第一节：物质本原思想一、老子的核心思想：“道”关于鬼神（自然神与祖先神）或天主宰万物的思想在《老子》中已不复存在，而具有哲学意涵的“道”则是老子思想的核心概念。第一节：物质本原思想道可道，非常道；名可名，非常名。（可以用言词表达的道，就不是永恒的“道”；可以说得出来的名，就不是永恒的“名”。）第一节：物质本原思想“无”与“有”在《老子》中究竟是在阐述“本体论”还是“宇宙生成论”？第一节：物质本原思想道：宇宙的发生论（有和无）天下万物生于有，有生于无。（四十章）第一节：物质本原思想道：宇宙的发生论道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，冲气以为和。（四十二章）第一节：物质本原思想道一：宇宙原始的混沌状态二：阴、阳二气三：阴、阳合气万物第一节：物质本原思想毕达哥拉斯学派：毕达哥拉斯(前580—前500年)是古代希腊著名的哲学家、数学家，创立了一个政治、学术和宗教三位一体的学派，即“毕达哥拉斯学派”。他们把数学和哲学结合起来，提出“数字是万物本原”的核心命题。第一节：物质本原思想二、儒家的宇宙生成论《易经·系辞传上》：“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”第一节：物质本原思想太极（有）两仪四象八卦第一节：物质本原思想第一节：物质本原思想

阴阳学说

阴阳是中国古代哲学的一对范畴。阴阳的最初涵义是表示阳光的向背，向日为阳，背日为阴。

后来，又给它赋予了一定的意义，把自然界和社会上一切对立的现象抽象为阴阳，用阴阳概念来解释自然界两种对立和相互消长的物质势力，用来解释天文气象、四季变化、万物兴衰等自然现象。

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。

认为：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。阴阳的对立和消长是宇宙的基本规律。阴阳学说的基本内容包括阴阳对立、阴阳互根、阴阳消长和阴阳转化四个方面。

“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。第一节：物质本原思想

《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：宇宙的的本原是‘太极’（物质的原始状态），太极生出天地（阴阳），天地生出四时（春、夏、秋、冬），再生出‘八卦’（天、地、山、泽、水、火、风、雷）。

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。

《周易》是以阴（阴爻－－）、阳（阳爻—）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八卦，将八卦中之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。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。第一节：物质本原思想八卦是构成《周易》卦画的基本符号，八卦是由—（阳爻）与--（阴爻）两个符号连叠三层构成:☰乾，☷坤，☳震，☶艮，☲离，☵坎，☱兑，☴巽。第一节：物质本原思想八卦两两重叠而成六十四卦。六十四卦每一卦都由六爻构成，前人将三爻的八卦叫做经卦，六爻的六十四卦叫作别卦或重卦。第一节：物质本原思想传统观点认为，《周易》的六十四卦形成于殷末周初，六十四卦出自文王之手，而卦、爻辞是周公所作。现代学者一般认为卦、爻辞的作者较难确定，文王、周公所作无法得到证明，卦、爻辞当作于西周初年（有人认为作于西周末年）。第一节：物质本原思想《周易》卜筮方法（蓍草→铜钱）《易·系辞传》：“大衍之数五十，其用四十有九。分而为二以象两，挂一以象三，揲之以四以象四时，归奇于扐以象闰，五岁再闰，故再扐而后挂。”第一节：物质本原思想《易传》对传统易学的创造性改造1、以“阴阳不测之谓神”的新概念，改造了《周易》中自然神与祖先神的“神”之根本性质。“一阴一阳之谓道，继之者善也，成之者性也。”“一阴一阳的运行变化称之为道，人从天道变化中得到了善，人性使天道赋予人的这种善得到完成和显现。”2、用“天一地二，天三地四”等十个自然数，奇数为阳，偶数为阴的天地阴阳之数取代了崇拜蓍草有灵的“大衍之数”。改蓍草通灵、通鬼神的性质，而成为以天地阴阳之数的变化求证万物变化之理。《易传》对传统易学的创造性改造大衍之数五十。其用四十有九，分而为二以象两，挂一以象三，揲之以四以象四时，归奇于扐以象闰，五岁再闰，故再闰而后卦。天一地二，天三地四，天五地六，天七地八，天九地十。天数五，地数五，五位相得而各有合。天数二十有五，地数三十，凡天地之数五十有五，此所以成变化而行鬼神也。乾之策三百一十有六，坤之策百四十有四，凡三百六十，当期之日，二篇之策，万有一千五百二十，当万物之数也。是故四营而成易，十有八变而成卦。八卦而小成，引而伸之，触类而长之，天下事能毕矣。显道神德行，是故可与酬酢，可与祐神矣。3、六十四卦本为自然神或祖先神答占筮者的种种答案，但因《易经》改造了“神”之概念与数之性质、所以六十四卦随着也变成了用天地阴阳之数组成的探讨天地人三才之道的六十四个模式。（陈恩林）《易传》对传统易学的创造性改造三.五行思想

五行：金、木、水、火、土五种基本物质或元素。“水曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土爰稼穑。”（《尚书·洪范》）

构成：世界万物皆由上述五种元素构成。“以土与金、木、火、水杂，以成百物”（《国语·郑语》）。

第一节：物质本原思想

相互关系：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。五行依一定的相生次序而相生；又依一定的相克次序而相征服。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。第一节：物质本原思想第一节：物质本原思想

发展：五行说的起源早于“太极”和“道”

，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。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。和西方比较：古希腊的四根说，古印度的四大说，无金。四、

元气说1.概述：中国古代的哲人们期望着将世界万物本源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。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”。

春秋战国时期，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（xún）况也指出气是构成万物的基本元素。

元气说在春秋战国时期出现，在汉代逐渐成熟，经过唐、宋得到相当大的发展，明末清初达到高峰。由汉代的王充、唐代的柳宗元和刘禹锡为代表，形成了“元气自然论”；由宋代张载和明末清初的王夫之为代表形成了“元气本体论”。第一节：物质本原思想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。

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》。

王充（27-约97）：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《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，是我国中古时期的一部百科全书。第一节：物质本原思想2．“元气说”的主要思想②气有聚散两态，太虚为气，气形转化

张载（1020～1077，宋）：“太虚者，气之体…形聚为物，形溃反原”《正蒙•

乾称》

王夫之（1619～1692，明末清初)：“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》。第一节：物质本原思想③气分阴阳，永远处于运动变化之中④物质不灭思想

王夫之《张子正蒙注•太和》：气“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，非幻成也”“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。”；“一甑（zeng）之炊，湿热之气，蓬蓬勃勃，必有所归；若盖严密，则郁而不散。”第一节：物质本原思想3.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。

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。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是物理学层次的概念。第一节：物质本原思想五、本体论（Ontology）与形而上学本体论是关于存在及其本质的抽象学说。古希腊的本体论研究，主要是探究世界的本原或基质。其中米利都学派首先提出世界本原问题，开创了本体论的研究。亚里士多德把实体（本体）作为哲学研究的主要对象，认为本体论是关于存在及其本质的学问，是高于其它一切科学的第一哲学（形而上学）。第一节：物质本原思想至近代，法国哲学家笛卡尔首先把研究本体论的哲学叫做“形而上学本体论”，德国哲学家莱布尼茨则建立一套包括本体论、宇宙论、理性心理学和理性神学在内形而上学体系。康德主张通过纯粹理性的批判，建立一种可能的形而上学本体论。第一节：物质本原思想康德的本体论在古代哲学中，纯粹理性的探讨者在构成感性世界的感性存在体或现象之外，就已经设想出可以构成心智世界的理智存在体（本体）。由于他们把现象等同于假象，所以，只有理智存在体才有实在性。第一节：物质本原思想本体论是关于“being”（“是”或“存在”）的学问，是以探寻“tobeastobe”（是之所以成其为是）为其宗旨的，世界的本原或终极原因、追寻本原和终极原因的方法与世界的辩证本性，皆寓于ontology的论证之中。换言之，本体论所探讨的对象集中在产生万物的东西，指万物的起始。第一节：物质本原思想JosephNeedham1900-1995ScienceandCivilizationinChina《中国科学技术史》“李约瑟难题”

（Needham’sQuestion）第一节：物质本原思想－思考《中国科学技术史》全书共七卷（原版分为二十分册出版），李约瑟第一次以令人信服的史料和证据，全面而又系统地阐明了四千年来中国科学技术的发展历史，展示了中国在古代和中世纪科技方面的成就及其对世界文明所做的贡献。第一卷，主要评介中国文献、地理、历史、交通、中西科技交流，包括全书规划等；第二卷，评介影响中国主流文化的四大家，即儒、道、墨、法，中国科学基本思想，伪科学和怀疑论传统，中西方的社会法则与自然法则；第三卷，研究中国数学、天文学、气象学、地理学、地图学、地质学、地震学、矿物学；第四卷，研究中国的物理学、机械工程、土木工程、水利技术；第五卷，研究中国的早期化学、炼金、制药所用器具和理论根据、内丹、造纸、印刷、采矿、冶金、陶瓷、火药、火器、盐业；第六卷，研究中国的植物学、动物学、生物技术如营养、发酵、农业、医药、医疗、解剖、胚胎、针炙、麻醉；第七卷，中国的社会与经济。1、解高次方程的霍纳法是法国数学家霍纳于1819年建立的，但是宋代数学家秦九韶在1247年提出的方法实际上与霍纳法一致，却早于霍纳572年。2、当西方人争论谁在1615年左右最先发现太阳黑子时，中国早在公元前18年以来便系统记录了太阳黑子，比欧洲早了1500年。公元前1400年至公元1600年间，中国有90项超新星记录，其中1054超新星是近代射电天文学家感兴趣的蟹状星云的残迹，而西方过去对此闻所未闻。中国早在公元前1361年就有日食记录……3、近代科学革命的关键仪器就是时钟，而其灵魂是擒纵装置，过去认为是十四世纪欧洲人的发明。中国在723年僧一行已制出这种装置，1090年苏颂在开封研制的水运仪象台构造中便有机械钟。这种中国时钟由英国人坎布里奇复原后，每小时误差仅在20秒以内。4、当西方人对磁极性一无所知时，中国人已在关心磁偏角及磁感应性了。在英国人尼坎姆于1190年在欧洲首次提到磁极性和磁感应之前，沈括已于1080年对磁针作了描述并指出磁偏角。5、西方人在十三世纪以前还不知道硝石为何物，而中国早在850年的《真元妙道要略》就记载以硝石、硫黄和木炭制成火药混合物，1044年的《武经总要》更给出最早的军用火药配方。6、1380年前，欧洲人还无法制造出一小块铸铁，而中国早在公元前四世纪已在工业规模上生产铸铁了，到一世纪中国人已是铸铁大师，欧洲人相比之下落后了1500年。他还根据考古资料，将中国古代的冶炼炉与后来西方的冶炼炉作了对比，得出结论，中国古代在钢铁冶炼方面长期处于领先的地位。7、在植物学方面，明代1406年刊行的《救荒本草》列举可供救荒食用的野生植物414种，对其生态特征、地理分布和处理方法都作了说明，并附有精美的植物插图。欧洲直到十八世纪布雷安特才开始注意到野生植物的食用价值，比中国晚400年。8、中世纪中国从人尿中提制性激素，是一项最大的生物化学成就。西方认为尿为污秽之物，直到1927年阿什海姆和宗德克才从尿中获得性激素。在中国，叶梦得（1077-1148）在《云水录》中已描述了从尿液中提制性激素的方法。9、近代医学科学中最伟大、最有益于人类的一个学科——免疫学，产生于人类为预防天花而进行的种痘实践中。葛洪于300年最早记载了这种疾病，在1000年已经发明天花预防接种，1500年中医已公开著书介绍这种疗法。这时欧洲人对此一无所知，许多患者因此失去生命。10、中国至迟在公元前200年的汉初，就有了有效的胸带挽具，公元六世纪有了更进步的颈圈挽具。这两种有效的挽具直到公元1000年欧洲才开始出现。西方过去用颈肚带挽具，拉力来自颈部，极易使牲畜窒息。李约瑟难题为什么在公元前一世纪到公元十六世纪之间，古代中国人在科学和技术方面的发达程度远远超过同时期的欧洲？为什么近代科学没有产生在中国，而是在十七世纪的西方，特别是文艺复兴之后的欧洲？为什么中国传统科学一直处于原始的经验主义阶段，而没能自发地出现近代科学及随之而来的工业革命？李约瑟难题李约瑟在其编著的《中国科学技术史》中正式提出了著名的“李约瑟难题:“如果我的中国朋友们在智力上和我完全一样，那为什么像伽利略、斯蒂文、牛顿这样的伟大人物都是欧洲人而不是中国人或印度人呢？为什么近代科学和科学革命只产生在欧洲呢？⋯⋯为什么直到中世纪中国还比欧洲先进，后来却会让欧洲人领先了呢？怎么会产生这样的转变呢？”李约瑟难题中国世界文明古国之一，在科学技术上曾有灿烂辉煌的成就。除了举世瞩目的四大发明外，领先于世界的科学发明和发现还有100种之多，美国学者罗伯特·坦普尔在著名的《中国，文明的国度》一书中曾写道：“如果诺贝尔奖在中国的古代已经设立，各项奖金的得主，就会毫无争议地全都属于中国人。”然而，从17世纪中叶之后，中国的科学技术却如同江河日下，跌入窘境。据有关资料研究，从公元6世纪到17世纪初，在世界重大科技成果中，中国所占的比例一直在54%以上，而到了19世纪，剧烈滑坡到0.4%。其他领域的数据也能得出类似的结论，即中国地发展速度在18世纪晚期开始明显落后于西方世界。54%0.4%すぎたげんぱく杉田玄白（1733—1817）杉田玄白が刑死者の解剖に立ち会った場所でもあります杉田玄白与《狂医之言》杉田玄白提倡兰医过程中所遇到的巨大阻力，反映了中医学在当时日本医药界所占据的重要地位……当有人问及“兰医”是否一定可信时，他的回答不但是肯定的，而且还讲得十分具体。人们不仅可以从中想象出他当年手持荷兰医书，将书上图谱与解剖的尸体两相核对时不断点头的情景……《处州府志》中的一则故事，聊堪解颐：明成化年间，处州景宁有一孝子名吴翱，母患重疾，虽四方讨药而无效。一日，翱早出而晚归，颜面惨白，手持寸余肝肉交与诸弟，曰：闻言人肝可疗母疾，遂往神庙祈祷，后剖腹取肝。请呈食之，母疾庶几可救，云云。据考证，取肝疗亲的事例，宋代见诸史籍者不下十余人。元、明两代亦为数不少。肝脏是人和脊椎动物所特有的消化腺，具有合成与贮存养料、分泌胆汁、解毒、防御等多种功能。人一旦没有了肝脏，即等于宣布了人的死亡。在古代没有先进的医疗设施、解剖学基础知识的条件下而欲剖腹取肝，则必死无疑。然而，史书中所记载的割肝疗亲孝子，却绝大多数都安然无恙，这就不能不让人怀疑这些记载的真实性了。杉田玄白与《狂医之言》“支那之书者有方无法也，非无法，所以为法者不明也。其法也，人人阿所好设说作论，立以为法也。故十书十说未一定焉，譬如隔铜器察热，或云炭火，或云柴火，或云热汤，或云热饭，不辨汤与火，唯知其热，而论之焉耳。”全书略论日本西洋医学之文化特质与医学争议，点明日本西洋医界之文化及社会传承，侧写与殖民地西洋医学发展之关系。作者盼望以此书呈现幕末侍医门风在明治医学现代化中的演化，并展现日本现代医学发展中的文化与传统特质。李约瑟难题的解答政治、经济角度的解答1、封建社会不断强化的中央集权统治对科技的束缚愈来愈严重；2、连年的战争和社会动乱使得古代中国不能保持科学发展的连续性。使很多的科学技术浪费，失传。3、缺乏专利与股份4、缺乏交流与交通李约瑟难题的解答思想，文化，哲学角度的解答1、缺乏古希腊科学哲学思想中国古代没有完善的形式逻辑思想，很难产生严密的理论武器。“希腊哲学家发明形式逻辑体系以及发现通过系统的实验可以找出因果关系。我们可以知道古代中国是不具备“形式逻辑体系和通过科学实验发现因果关系”这两个基础的，所以在古代中国没有产生近现代科学，所以我国古代的一切技术只能归结为经验技术，而非科学技术。李约瑟难题的解答2、缺乏解放普通劳动者的发明思想中国古代文明的特征主要是技术发明。大多数的发明创造并非是古代政府的有目的的创造，很难形成一个产业，一个大方向，大多数的发明来自于普通民众，很零散，无法集中利用，统一规划，发明力量无法有力发挥。李约瑟难题的解答3、东西方思维方式的差异逻辑思想是整个文明与科学的极其重要的理论基础。（1）东方思维方式通常不注意思维工具或手段的理性研究和系统锻造，而是注重工具的直接使用。西方思维则不同，他们固然注意术的研究，注意思维手段及其他手段运用的研究，更注重工具的系统的锻造。李约瑟难题的解答（2）东方思维方式在思维活动中往往表现出较强的功利主义，很少进行枯燥的纯理论研究。其功利主义太强，并和特定的政治伦理观点结合太紧密。而西方思维方式则相反。（3）东方思维方式中，更多地注意经验的简单总结和事物表面相似点的类比，而忽视了演绎和因果关系的探求、西方思维方式同样与之相反。二者显示了不同思维水平的深度和高度。李约瑟难题的解答（4）东方思维方式由于长期受封建专制统治的控制，往往注重于对占统治地位的思想的诠释，而缺乏理性的创新精神。西方思维方式表现出较多的冲破框框的创新精神，他们较少有以权威为当然依据的思维定势，而较多有对权威的怀疑和挑战精神。或许正是由于这一差别，使得西方的新科学层出不穷，而东方总是在西方的后面模仿学习。李约瑟难题的解答4、科学本身所需的角度（1）纯科学真空和连续性破坏（两因论）。（2）中国古代文明的特征主要是工匠文明。中国古代的技术基本上都是经验技术，属于工匠文明，并且形成了强大的惯性，成为了一个无法逾越的文化形态。没有系统理论和基础学科支撑的民间发明很难发展成为近现代科学。李约瑟难题的解答（3）科技结构自身缺陷制约着中国科技的发展。中国古代科技过分强调实用性，很少理论探讨，没有严密的逻辑体系，科技的传播和发展是封闭的，（4）经验技术相对于科学技术的严重不足。科学和技术是两个内涵完全不同的概念，不能混为一谈。由于科学与思维方式密切相关，因而它具有鲜明的文化特色，而技术则不然；以经验为基础李约瑟难题的解答的经验技术与以科学为基础的科学技术在许多方面都存在着重大差异。近代科学的诞生是必然的到了19世纪，由于与科学结合在一起的西方技术在整个世界显示出了强大威力，因此它迫使我们中国人最终抛弃了我们传统的科学，而全盘接受了西方的科学。那么为什么近代技术设有诞生在中国，而且一向先进的中国技术为什么又突然落后了呢？技术有两个来源：经验和科学。西方的近代技术是以实证知识的科学作为基础的，它们之间的结合是由它们各自的本质所决定的。是一种必然趋势。近代中国既然没有出现实证知识的科学，当然也就不会出现以它为基础的技术——科学技术。由于近代以来西方的科学技术是一种前生技术、多生技术、知识技术和突变技术，因而其发展速度明星呈加速趋势，这样一来，它在很短的时间里超过中国缓慢发展的传统经验技术。第二节

物理学知识的积累

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。在我国古代，手工工艺技术成果远比经验性的理论总结突出得多，这是中国古代对力学研究的主要特点。从时间来看，大体可分为春秋战国、两汉、宋明三个高潮。第二节

物理学知识的积累一

力学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.力学知识的应用一

力

学1.物理计量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、午、未、申、酉、戌、亥。（注：十二地支对应十二生肖——子：鼠；丑：牛；寅：虎；卯：兔；辰：龙；巳：蛇；午：马；未：羊；申：猴；酉：鸡；戌：狗；亥：猪。）

组成“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。

把天干：甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸。依次定义为数字4甲5乙6丙7丁8戊9己0庚1辛2壬3癸把地支：子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥。也依次定义为数字4子5丑6寅7卯8辰9巳10午11未0申1酉2戌3亥天干就不用计算了，年份末位数字即是对应的天干。比如2010年，年份末位数字是0可得出天干是“庚”1911年，年份末位数字是1可得出天干是“辛”再来说一下地支，年份除以12看余数就行了。比如2101/12余数是6,可得地支是“寅”，1911/12余数是3可得地支是“亥”这样就可以轻松算出1911年是农历辛亥年，而2010年是农历庚寅年一

力

学1.物理计量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、午、未、申、酉、戌、亥。

组成“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。

b.十二时辰记时法：

子时：23～1时，丑时：1～3时，…,亥时：21～23时。c.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。‘刻’为漏壶的基本记时单位，在竹或木制的箭上100个等分刻度，其高度正好等于一昼夜漏壶滴水的高度。1刻等于现在的14.4分钟。d.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。星晷月晷圭表日晷漏壶：

漏壶有两种形式：泻水型（沉漏）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。右图为根据唐朝吕才《历象汇编历法典》99卷刻漏图制作的四级漏壶。玉壶浮漏：

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。宋天圣八年(1030)燕肃(生卒不详)发明“莲花漏”，精度大为提高。其法是使漏壶水面总保持漫溢高度，从而使水压稳定而流速不变。沈括承袭这一成果，于熙宁七年(1074)在司天监制成玉壶浮漏（图3），还写了一篇呈皇帝的《浮漏议》，这是现存关于刻漏的最详尽的也是最高水平的文献，全文完整地收存在《宋史·天文志》中。

②度量衡：度---长度

量---容量

衡---重量《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[zhū]，非十进制。长度：《孔子家语》记载：“布指知寸，布手知尺，舒肘知寻”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，两臂伸开长八尺，叫一寻。《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”。②度量衡：度---长度

量---容量

衡---重量《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[zhū]，非十进制。容量：一手所盛为“溢”,二手合盛为“掬”,“掬四谓之豆”

（《小尔雅·广量》）《左传·昭公三年》说“四升为豆”，这两种说法是相通的，就是说掬也就是升。升的本义是“登”、“进”的意思，两手所盛是基本的容量数，然后从这个数登进，按四进有豆、区、釜，按十进有斗、斛。所以升（亦即掬）是容量的基本单位。后来《汉书·律历志》对容量单位作了系统的整理，命名为龠、合、升、斗、斛五量，一合等于二龠，合以上都是十进（宋以后一斛为五斗）。升是容量的基本单位，斗和斛则为实用单位。至于《说苑·辨物》云“十龠为一合”，说法有所不同，可资参考。附带提一下石，石本来是重量单位，为一百二十斤，但自秦汉开始，石也作为容量单位，与斛相等。关于容量的小单位，《孙子算经》卷上说：“六粟为一圭，十圭为抄，十抄为撮，十撮为勺，十勺为合。”这样，六粟为一圭（一说，十粟为一圭），其余圭、抄、撮、勺以及合、升、斗、斛八个单位，都是十进。这种计算方法，自汉代以后一直都在采用。②度量衡：度---长度

量---容量

衡---重量《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[zhū]，非十进制。重量：古人将重量器具称之为‘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。

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。2.时间、空间和运动①时间与空间《尸子》“上下四方曰宇，往古今来曰宙”。②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”

。《抱朴子•塞难》：“见游云西行，而谓月之东驰”。《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。3对力的认识（1）力的概念

※《墨径》：“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”。（3）杠杆原理

《墨径》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。”（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。”（4）浮力：曹冲称象等。（5）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄127-200）。（6）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。

（4）浮力：曹冲称象等。（5）弹力：弓箭的制作等（东汉郑玄127-200）。（6）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。”（7）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”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。

春秋战国时期（公元前770～前221年）

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。

传为齐人著的《考工记》，是记录我国古代农具、兵器、乐器、炊具、酒具、水利、建筑等古代手工艺规范的专著。其中惯性现象的记述“马力既竭，輈（zhōu，指车辕）犹能一取焉”，车轮大小与拉力的关系（轮太低，马总是像上坡一样费劲），箭羽影响箭飞行速度的关系（“后弱则翔，中强则扬，羽丰则迟”），以及堤坝设计的经验尺寸等，都反映了我国当时的生产技术水平和经验知识水平。与《考工记》几乎同时的《墨经》，则进一步得出一些初步的力学哲理（如“奋”“衡”“本”“标”“重”“权”等），给力下了比较科学的定义：“力，刑（形）之所以奋也。”可惜这一形成科学的抽象思维进程在后世没有顺利继续下去。这一时期是以记录与积累生产经验为主，也形成了初步哲理。

两汉到五代时期（前206～960）

简单机械逐渐发展为精巧的或大型的联合机械，如张衡的水运浑天仪、候风地动仪，西汉未巧工丁缓（公元1世纪）的“被中香炉”是世界上已知最早的常平支架，祖冲之（429～500年）的水磨等等。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、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。被中香炉水排鼓风机（取自《王祯农书》）启

明

之

光:一.中

国

古

代

的

物

理

学

萌

芽中国古代科技——水碓赵周桥公元1056年建造的辽代山西应县木塔

宋元明时期（960～1644）

苏颂（1020～1101）和韩公廉1092年建成了我国古代最大型的先进天文钟楼“水运仪象台”，其结构详细载于苏颂《新仪象法要》中，它涉及天文、力学、机械制造，其中有相当于钟表擒纵器的“天衡”，是保证等时性的杠杆装置。元代郭守敬（1231～1316）在天文仪器制造的种类（简仪、仰仪、定时仪、日月食仪等十几种）、结构和精度方面达到很高水平。水运仪象台

河北石家庄隆兴寺的转轮藏建于北宋，人在台上绕轴走动时轮藏会缓慢地反向转动，这实际上是动量矩原理的应用。

河北石家庄隆兴寺的转轮藏建于北宋，人在台上绕轴走动时轮藏会缓慢地反向转动，这实际上是动量矩原理的应用。

宋应星（1587～1644（？））的《天工开物》是明代农业和手工业生产技术的百科全书，在卷十五《佳兵篇》中记述了测试弓弦弹力大小的方法：“凡试弓力，以足踏弦就地，秤钩搭挂弓腰，弦满之时，推移秤锤所压，则知多少”，方法十分巧妙。该书在我国失传300年，于1926年才由日本找回翻印本。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”），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。二

热学1.对热现象和热本质的认识

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。

火的利用和控制，使人类第一次支配了自然力，使人类文明大大前进了一步，同时，它也是古人对热现象认识的开端。我国山西省芮城西侯度旧石器的遗址，说明大约180万年前人类已经开始使用火。二

热学1.对热现象和热本质的认识①温度、湿度及其测量

约在公元前2000年，我国已有气温反常的记载，在两周初期，人们开始掌握降温术和高温术。据《周礼》记载，当时已设专人司贮冰事，冬季凿冰加以贮藏，到春、夏季用来降温。我国冶炼业的发展较早，高温技术也很早被人们掌握。江苏省曾出土春秋晚期的一块铁，经科学分析，它是一块生铁，生铁的冶炼温度比熟铁高，需达摄氏千度以上。生铁的出土，说明在那时的高温技术已达到一定水平。二

热学1.对热现象和热本质的认识①温度、湿度及其测量※“火候”：在烧制陶器和冶炼金属的过程中，通过对“火候”的观察，来定性的判断温度的高低。《考工记》记载了青铜冶炼时火色与温度的关系：“凡铸金之状，金与锡。黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也。”即当“炉火纯青”时，炉温达到1200度

左右，杂质挥发，铜锡融合，可以用来浇铸了。火色实际为物质原子的发射光谱及其强度的表现。※湿度：《淮南子》：“琴弦缓，天且雨”“风雨之变，可以音律知之”，即现在毛发湿度计的原理.②热胀冷缩与热应力

热胀冷缩；增大热应力：在公元前250年都江堰水利工程中的应用记载：“大滩江中，其崖崭（chan）峻不可凿，乃积薪烧之。”这种增大热应力开凿巨石的记载很多。

热胀冷缩是重要的热现象之一，在我国古代对它已有所研究和利用。汉代《淮南万毕术》记述了这样一个现象：把盛水铜瓮加热，直到水沸腾时密闭其口，急沉入井中，铜瓮发出雷鸣般响声。这现象可能是发热物体在急速冷却时发生了内破裂，破裂声由井内传出，这是一个典型的热胀冷缩现象。元代陶宗仪曾亲自作热胀冷缩实验，他把带孔的物体加热以后，使另一个物体进入孔洞，从而这两个物体如“辘轳旋转，无分毫缝罅（xia）”。他明确指出，这是前一物体“煮之胖胀”的缘故。③热的本性

五行说：热（火）是构成物质的一种元素；

元气说：热这种物质的本原仍是气。

对热的本性，东汉王充还曾从理论上加以探讨，在他的著作《论衡·寒温篇》中写道：“夫近水则寒，近火则温，远之渐微，何则？气之所加，远近有差也。”他把“气”作为物体之间进行“温”“寒”传递的物质承担者，还指出距离变远，“气”的作用渐小。这里已涉及热传递的理论问题，但它只是思辩性的，是我国“元气说”的一种应用。对水的物态变化，在我国古代也早有认识，例如对雨和雪形成的探讨，认为是由于“积水上腾”而造成。《论衡》中对此有明确的表述：“云雾，雨之微也，夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪。雨露冰凝者，皆由地发，不从天降也。”此文说明露、霜、雨、雪是因为不同的温度由水冻凝而成，它们都是水由地面蒸发而产生的。汉代以后的古籍中，对雨、露、雪、霜成因的讨论更多，说明当时对物态变化的知识有了新的认识。汉代董仲舒从“气”的观念出发，解释雨、露、雪、霜成因的道理是：水受日光照射，蒸发成水汽，再在不同条件下形成雨、霰、雪等。从现在看来，这些分析也基本上是正确的。2热能利用与热功高温技术：殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成效。殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、秦始皇陵的大型铜马车等。春秋末期制造的白口铁和中碳钢剑，表明当时的冶炼已达到1300℃的高温。

松脂灯（孔明灯）：

走马灯：利用冷热空气对流带动纸轮旋转。

关于走马灯我国古代有较多记载，有的古籍把它称作“马骑灯”、“影灯”。宋代《武林旧事》在记述各种元宵彩灯时写道：“若沙戏影灯、马骑人物、旋转如飞……”，这表明当时已利用了冷热空气的对流制造出各种各样的走马灯。2热能利用与热功高温技术：殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成效。殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、秦始皇陵的大型铜马车等。春秋末期制造的白口铁和中碳钢剑，表明当时的冶炼已达到1300℃的高温。

松脂灯（孔明灯）：

走马灯：利用冷热空气对流带动纸轮旋转。

热气球：14世纪初，元朝仁宗登基时在元大都（北京）升起世界上第一个热气球。

据《淮南子》记载：“取鸡子，去其汁，然（燃）艾火纳空卵中，疾风因举之飞”。这是关于“热气球”的最早设想，也是空气受热上升的具体应用。五代时期，据说还利用这一原理制成信号灯，所谓“孔明灯”也是应用了这一道理。2热能利用与热功高温技术：殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、秦始皇陵的大型铜马车等。春秋末期制造的白口铁和中碳钢剑，表明当时的冶炼已达到1300℃的高温。

松脂灯（孔明灯）：

走马灯：利用冷热空气对流带动纸轮旋转。

热气球：14世纪初，元朝仁宗登基时在元大都（北京）升起世界上第一个热气球。

省油灯：

我国古代，在生产和生活实践中，创制了利用热的各种器具。如宋代曾发明一种“省油灯”，在“灯盏一端作小窍，注清冷水于其中”，据说这种灯能“省油几半”。现在分析，文中所说加入冷水，目的是降低温度，避免油被灯火加热后急速蒸发，其中包含了对油的汽化和温度的关系的认识。2热能利用与热功高温技术：殷商时期在高温冶炼铸造技术方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代的四羊尊、战国的铜尊盘、秦始皇陵的大型铜马车等。春秋末期制造的白口铁和中碳钢剑，表明当时的冶炼已达到1300℃的高温。

松脂灯（孔明灯）：

走马灯：利用冷热空气对流带动纸轮旋转。

热气球：14世纪初，元朝仁宗登基时在元大都（北京）升起世界上第一个热气球。

省油灯：

火药：四大发明之一。火器，烟花等。

火箭：宋代的管形火器“突火枪”。元代的铜炮；明代的多种多发火箭。万虎：明代官员，是“第一个企图利用火箭飞行的人。他用47只最大的火箭绑在椅子背后，手拿两个大风筝，想借助火箭的推力和风筝上升的力量飞向空中。1970年国际天文学会为了纪念他，把月球背面的一个环行山命名为“万虎环行山”。

在我国古代，很早就出现了对热动力的认识和利用，唐代出现了烟火玩物，“烟火起轮，走绒流星”。宋代制成了用火药的火箭、火球、火蒺藜。明代制成了“火龙出水”的火箭，这些都是利用燃烧时向后喷射产生反作用力使火箭前进的道理，属热动力的应用，它是近代火箭的始祖，被世界所公认。殷代文物司母戊鼎商代的四羊尊走马灯三

光学

我国古代对光的认识是和生产、生活实践紧密相连的。它起源于火的获得和光源的利用，以光学器具的

发明、制造及应用为前提条件。根据籍记载，我国古代对光的认识大多集中在光的直线传播、光的反射、大气光学、成像理论等多个方面。

三

光学1.光的直线传播与小孔成像2.光的反射与镜面成像3.光的折射与透镜4.光的色散1.光的直线传播与小孔成像

《墨经》：景倒，在午有端与。景：光之人，照若射，下者之人也高，

高者之人也下。足蔽下光，故成景与

上。首蔽上光，故成景与下。(午：交叉；

端：小孔)。

赵友钦实验（宋末元初）：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，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。

《梦溪笔谈》：“若鸢（yuān）飞空中，其影随鸢而移；或中

间为窗所

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。”赵友钦实验：实验中他固定几个条件，改变一个条件来观察成像情况。实验分五步进行：①改变孔的大小，比较成像情况；②改变光源强度，作日月蚀模拟实验；③改变像距；④改变光源距离，观察小孔成像的变化；⑤改变孔的大小和形状，做大孔成像实验。2.光的反射与镜面成像

我国古代由于金属冶炼技术的发展，铜镜在公元前2000年夏初的齐家文化时期已经出现。后

来随着技术的发展，古镜制作技术逐渐提高，应用范围逐扩大，种类也逐渐增多，出现了各

种平面镜、凹面镜和凸面镜，甚至还制造出被国外称为魔镜的“透光镜”。

宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中对“透光镜”的原理进行了分析：“世有透光鉴，鉴背有铭文，凡二十字，字极古，莫能读。以鉴承日光，则背文（纹）及二十字，皆透在屋壁上，了了分明。人有原其理，以谓铸时薄处先冷，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。予观之，理诚如是。”

平面镜：“景，日之光反烛人，则景在日与人之间”凸面镜：“鉴团，景一。…鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小，而必正。”

即鉴团只成一缩小的正立的像（虚）。凹面镜：“鉴洼，景，一小而易，一大而正，说在中之外、内。……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，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，景亦小而必易。合于中长直也。”“鉴洼”即凹面镜，“中”为焦点，“易”即倒置。2.光的反射与镜面成像《墨经》中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸面镜的反射情况。镜术：利用平面镜成像制成“万花筒”样的“魔镜”：日月镜、四规镜等。

“灯衢（qú）”(清代黄履庄造)：“做小屋一间，内悬灯数盏，人入其中，如至通街大市，人间稠杂，灯火连绵，一望数里。”

“罗汉堂”(清代郑复光造)：从侧面小洞向里看“千门万户，百千罗汉”。

凹凸面镜：殷武丁时期就出现了凹、凸面铜镜。

透光镜：现上海博物馆珍藏有西汉时期的“透光镜”（青铜）。

隋唐《古镜记》记载：“承日照之，则背上文字，墨入影内，纤毫无失”。沈括：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”

“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，常令人面与鉴大小相若。”3.光的折射与透镜

※冰透镜：西汉《淮南万毕术》记载：”削冰令圆，举向以日，以艾承其影，则火生。“

※鲫鱼杯：宋代《春渚（zhŭ）纪闻》：“有一鲫，长寸许，游泳可爱。水倒出，鱼不复见。复酌水酒中，须臾一鱼泛然而起。”

※

“蝴蝶杯”、“兰花杯”等。4.光的色散雨后成虹和造虹实验：

唐初孔颖达《礼记注疏》“日照雨滴则虹生”

唐代张志和《玄真子》“雨色映日而为虹”“背日喷乎水，成虹霓之状。”

南宋蔡卞《毛诗名物解》：“云薄漏日，日照雨滴则虹生。今以水喷日，自侧视之，则晕为虹霓…。故今雨气成虹，朝阳射之则在西，夕阳射之则在东。”鸡子石英证含光图：

著名道士张果修炼内丹的著作《修真历验钞图》：讲到从白石英看到：“映日则光玉也…，五色玄英”。白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。

明末方以智《物理小识》四

电磁学1.对电的认识2.对磁的认识3.电与磁的应用

王充在《论衡·雷虚篇》中写道：“云雨至则雷电击”，明确地提出云与雷电之间的关系。在其后的古代典籍中，关于雷电及其灾害的记述十分丰富，其中尤以明代张居正（1525～1582）关于球形闪电的记载最为精彩，他在细致入微的观察的基础上，详细地记述了闪电火球大小、形状、颜色、出现的时间等，留下了可靠而宝贵的文字资料。(一)对电的认识

我国古代对电的认识，是从雷电及摩擦起电现象开始的。早在3000多年前的殷商时期，甲骨文中就有了“雷”及“电”的形声字。西周初期，在青铜器上就已经出现加雨字偏旁的“電”字。

在细致观察的同时，人们也在探讨雷电的成因。《淮南子·坠形训》认为，“阴阳相薄为雷，激扬为电”，即雷电是阴阳两气对立的产物。王充也持类似看法。明代刘基（1311～1375）说得更为明确：“雷者，天气之郁而激发也。阳气困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电”。

尖端放电也是一种常见的电现象。古代兵器多为长矛、剑、戟（jǐ），常常可导致尖端放电发生，因这一现象多有记述。如《汉书·西域记》中就有“元始中（公元3年）……矛端生火”，晋代《搜神记》中也有相同记述：“戟锋皆有火光，遥望如悬烛”。避雷针是尖端放电的具体应用，我国古代采用各种措施防雷。古塔的尖顶多涂金属膜或鎏金，高大建筑物的瓦饰制成动物形状且冲天装设，都起到了避雷作用。如武当山主峰峰顶矗立着一座金殿，至今已有500多年历史，虽高耸于峰巅却从没有受过雷击。金殿是一座全铜建筑，顶部设计十分精巧。除脊饰之外，曲率均不太大，这样的脊饰就起到了避雷针作用。我国古人还通过仔细观察，准确地记述了雷电对不同物质的作用。《南齐书》中有对雷击的详细记述：“雷震会稽山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异也”。即强大的放电电流通过佛面的金属膜，金属被融化。而窗户为木制，仍保持原样。沈括在《梦溪笔谈》中对类似现象叙述更为详尽：“内侍李舜举家，曾为暴雷所震。其堂之西室，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。墙壁窗纸皆黔。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢（刚），就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火当先焚草木，然后流金石。今乃金石皆铄，而草木无一毁者，非人情所测也。”

在我国，摩擦起电现象的记述颇丰，其常用材料早期多为琥珀及玳瑁。早在西汉，《春秋纬》中就载有“瑇瑁（玳瑁）吸衤若（细小物体）”。《论衡》中也有“顿牟掇芥”，这里的顿牟也是指玳瑁。三国时的虞翻，少年时曾听说“琥珀不取腐芥”。腐芥因含水分，已成为导体，所以不被带电琥珀吸引。

西晋张华（232～300）记述了梳子与丝绸摩擦起电引起的放电及发声现象：“今人梳头，脱著衣时，有随梳、解结有光者，亦有咤声”。唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑猫皮起电：“猫黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。摩擦起电也有具体应用。据宋代的张邦基《墨庄漫录》记载：孔雀毛扎成的翠羽帚可以吸引龙脑（可制香料的有机化合物碎屑）．“皇宫中每幸诸阁，掷龙脑以辟（避）秽。过则以翠羽扫之，皆聚，无有遗者”。关于摩擦起电的记载还很多。

近代电学正是在对雷电及摩擦起电的大量记载和认识的基础上发展起来的，我国古代学者对电的研究，大大地丰富了人们对电的认识。

(二)对磁的认识

我国古代典籍中也记载了一些磁石吸铁和同性相斥的应用事例。例如《史记·封禅书》说汉武帝命方士栾大用磁石做成的棋子“自相触击”；而《椎南万毕术》（西汉刘安）还有“取鸡血与针磨捣之，以和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上则相拒不休”的详细记载。南北朝（512～518年）的《水经注》（郦道元）和另一本《三辅黄图》都有秦始皇用磁石建造阿房宫北阙门，“有隐甲怀刃入门”者就会被查出的记载。（1）

磁石的吸铁性及其应用

我国是对磁现象认识最早的国家之一，公元前4世纪左右成书的《管子》中就有“上有慈石者，其下有铜金”的记载，这是关于磁的最早记载。类似的记载，在其后的《吕氏春秋》中也可以找到：“慈石召铁，或引之也”。在东汉以前的古籍中，一直将磁写作慈。相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。《晋书·马隆传》记载：相传3世纪时智勇双全的马隆在一次战役中，命士兵将大批磁石堆垒在一条狭窄的小路上。身穿铁甲的敌军个个都被磁石吸住，而马隆的兵将身穿犀甲，行动如常。敌军以为马隆的兵是神兵，故而大败。

古代，还常常将磁石用于医疗。《史记》中有用“五石散”内服治病的记载，磁石就是五石之一。晋代有用磁石吸出体内铁针的病案。到了宋代，有人把磁石放在耳内，口含铁块，因而治愈耳聋。

磁石只能吸铁，而不能吸金、银、铜等其他金属，也早为我国古人所知。《淮南子》中有“慈石能吸铁，及其于铜则不通矣”，“慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”。

（2）

磁石的指向性及其应用在我国很早就发现了磁石的指向性，并制出了指向仪器

司南。《鬼谷子》中有“郑子取玉，必载司南，为其不惑也”的记载。稍后的《韩非子》中有“故先王立司南，以端朝夕”的记载。东汉王充在《论衡》中记有“司南之杓（勺子），投之于地（中央光滑的地盘），其柢（勺的长柄）指南”。不言而喻，司南的指向性较差。北宋时曾公亮与丁度（990～1053）编撰的《武经总要》（1044年）在前集卷十五记载了指南鱼的使用及其制作方法，极为清晰地论述了热退磁现象的应用。当烧至通赤时，温度超过居里点，磁畴瓦解，这时成为顺磁体。再用水冷却，磁畴又重新恢复。这时鱼尾正对子位（北方），在地磁场作用下，磁畴排列具有方向性，因而被磁化。从司南到指南鱼，无疑是一个重大进步，但在使用上仍多有不便。我国古籍中关于指南针的最早记载，始见于沈括的《梦溪笔谈》。该书介绍了指南针的四种用法：水法，用指南针穿过灯芯草而浮于水面；指法，将指南针搁在指甲上；碗法，将指南针放在碗沿；丝悬法，将独股蚕丝用蜡粘于针腰处，在无风处悬挂。磁针的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南针的出现，沈括最先发现了磁偏现象，“常微偏东，不全南也”。

南宋时，陈元靓在《事林广记》中记述了将指南龟支在钉尖上。由水浮改为支撑，对于指南仪器这是在结构上的一次较大改进，为将指南针用于航海提供了方便条件。

指南针用于航海的记录，最早见于宋代朱彧的《萍洲可谈》：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针”。以后，关于指南针的记载极丰。到了明代，遂有郑和下西洋，远洋航行到非洲东海岸之壮举。西方“关于指南针航海的记载，是在1207年英国纳肯（A.Neckam，1157～1217）的《论器具》中。

（3）

其他与磁有关的自然现象

极光源于宇宙中的高能荷电粒子，它们在地磁场作用下折向南北极地区，与高空中的气体分子、原子碰撞，使分子、原子激发而发光。我国自公元前2000年到公元1751年，有关极光的记载达474次。在公元1～10世纪的180余次记载中，有确切日期的达140次之多。在西方最早记载极光的，当推亚里士多德，他称极光为“天上的裂缝”。“极光”这一名称，始于法国哲学家伽桑迪。

太阳黑子也是一种磁现象。在欧洲人还一直认为太阳是完美无缺的天体时，我国先人早已发现了太阳黑子。自公元前165年～1643年（明崇祯十六年）史书中观测黑子的记录为127次。这些古代观测资料为今人研究太阳活动提供了极为珍贵、翔实可靠的资料。

遗憾的是，中国古代关于磁的认识尽管极为丰富，但关于磁现象的本质及解释，往往又是含糊的，缺乏深入细致的研究。就连被称作“中国科学史上的坐标”的沈括，对磁现象也认为，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我国历史上，一直未能产生可与英国吉尔伯特《论磁》比美的著作。

（三）.电与磁的应用

①避雷针：②磁性指南器：③磁化

地磁场磁化法：1044年出版的宋代曾公亮《武经总要》：“鱼法，以薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置碳火中烧之，侯通赤，以铁钤钤（qián印、章)鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之，用时置水碗于无风处，平放鱼在水面令浮，其首常南向午也。”将铁片烧红的是使磁畴重新分布成为顺磁体，淬火使磁畴稳定。

磁石磁化法：

沈括《梦溪笔谈》：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东（地磁偏角），不全南也。中国古代科技——指南车模型

启

明

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光:一.中

国

古

代

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物

理

学

萌

芽五

声学1.声音的产生（略）2.声音的传播（略）3.共振4.共鸣及其消除5.声音的反射6.古代乐器7.律学1.共振

《庄子•徐无鬼》：“为之调瑟，废于一堂，废于一室。鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣。夫改调一弦，于五音无当也，鼓之，二十五弦皆动。”

《梦溪笔谈》：“琴瑟弦皆有应声，宫弦则应少宫，商弦则应少商，其余皆