第一章 中国古代物理学(简)
物理学史--中国古代物理学
玻尔族徽
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, 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. 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 在我国古代, 论总结突出得多, 论总结突出得多,这是中国古代对力学研究的主要特 从时间来看,大体可分为春秋战国,两汉, 点.从时间来看,大体可分为春秋战国,两汉,宋明 三个高潮. 三个高潮.
(1)春秋战国时期(公元前770～前221年) 春秋战国时期(公元前770～ 221年 770
公元前316年 蜀守李冰修建都江堰, 正面取水, 公元前316年, 蜀守李冰修建都江堰, " 正面取水,侧面排 316 其飞沙堰工程巧妙地利用了弯道环流, 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, 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. 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, 传为齐人著的《考工记》,是记录我国古代农具,兵器,乐 炊具,酒具,水利,建筑等古代手工艺规范的专著. 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, zhōu, 指车辕) 惯性现象的记述 " 马力既竭 , 輈 ( zhōu , 指车辕 ) 犹能一取 车轮大小与拉力的关系(轮太低, 焉 " , 车轮大小与拉力的关系( 轮太低, 马总是像上坡一样费 箭羽影响箭飞行速度的关系( 后弱则翔,中强则扬, 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, 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. 时的生产技术水平和经验知识水平.
中国古代物理学
中国古代物理学许多固体材料在外力作用下会产生形状变化；当外力撤销时，它又恢复其原来形状。
这在物理学上称为弹性变形。
竹片、弓干、金属弹簧等等，都具有弹性变形的性能。
中国是毛竹的故乡。
竹片所具有的弹性和弹性变形在历代曾被广泛应用。
射鸟的弹弓、弓弩的干体，弹棉、碎石、甚至织机上的弹弓，都以竹片制成。
20多年以前，曾长期认为中国古代无金属弹簧，弹簧是西方文明的产物。
近几十年的考古发掘表明，中国人早在春秋战国时期就制造了金属弹簧。
在湖北随县曾侯乙墓中、在襄阳和当阳两地的春秋末到战国中期的墓葬中，都出土了以金属丝绕成的螺旋弹簧，有的迄今尚有弹性。
在河北新乐、山西原平等地出土的战国墓中，还发现了金丝盘簧。
遗憾的是，它们在汉代之后没有得到进一步发展。
中国特有的锁簧和折叠式金属簧(又称“绷子”)得到普遍应用和发展。
金属的弹性和弹性变形是随冶炼技术的发展而提高的。
古代中国人在铸造弹性刀剑上曾创造了世界之最。
宋代沈括曾记述过与他同时代的人所珍藏的几把宝剑，它们不仅削铁如泥，而且“用力屈之如钩，纵之铿然有声、复直如弦”。
其中一剑“可以屈置盒中，纵之复直”(《梦溪笔谈·异事》)。
如此屈伸自如的宝剑，犹如今日以弹簧钢制成的卷尺。
其实，类似的宝剑一直可以追溯到三国时期，那时，魏文帝曹丕的“灵宝”剑能“舒屈无方”。
其后，西晋刘琨在其诗中描述百炼钢的弹性变形，说“何意百炼钢，化为绕指柔”(《文选》卷二五)。
宋以后，类似刀剑仍在不断制造，且成为中国传统的冶炼工艺之一。
凡此种种，都是古代中国人应用金属的弹性及弹性变形的例证。
至于利用弹性变形的弓箭，中国更有悠久的历史。
距今30000年左右的旧石器文化遗址中出土的石镞，就是使用弓箭的证明。
西周后期，弓的弹性变形被载入诗歌之中。
《诗·小雅·角弓》写道：“骍骍〔xin辛〕角弓，翩其反矣。
”大意是：装调好的角弓，总是以反其作用力的方向弹回。
古代人不仅知道弹性变形，而且“弹力”一词也使用甚早。
物理学史——中国古代电磁学知识
1. 中国古代的电学知识
2.雷电和摩擦起电来自3. 2. 中国古代对磁的认识
4.
磁体、磁性及应用、司南、指
南针
(一) 中国古代的电学知识
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”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。
方 以 智 《物理小识》：“雷火所及，金石销熔，而漆器不坏 。”
（2）雷电成因 《淮南子·坠形训》：“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《论衡·雷虚篇》：“雷者,太阳之激气也”。“试以
一斗水灌冶铸之火，气激■裂，若雷之音矣。或近之，必灼 人体。天地为炉大矣，阳气为火猛矣，云雨为水多矣，分争 激射，安得不迅？中伤人身，安得不死？。” 明代刘基（1311～1375）：“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”。
者，此名延年砂；四面只吸铁八两者，号曰绪采石；四面 只吸铁五两以来者，号曰磁石。” 陶弘景《名医别录》：磁石“今南方亦有好者，能悬吸针， 作虚连三、四为佳。”世界上关于磁力测量最早的文字记载。 宋代苏颂《本草图经》:磁石“能吸铁虚连十数针，或一、二 斤刀器回转不落者，尤真。”
（3） 磁石只能吸铁 《淮南子》 ： “慈石能吸铁，及其于铜则不通矣”，“
武当山主峰金殿
最为奇特的地方就是它本身是良导体，每逢电闪雷鸣的时候，光球在金殿 四周滚动，但霹雳却击不到金殿，金殿经受多次雷击后，不仅豪无损伤， 无痕无迹，反而其上的烟尘锈垢被烧去，雨水一洗，辉煌如初。这一奇观 被称为“雷火炼殿”。金殿造了已经有六七百年了，但还是完好如初，仍 然光彩夺目。 【原因：其实这是一种自然现象。金殿本身就是一座庞大的 导电体，雷雨前夕，带电荷的积雨云向金殿移动，当达到一定距离时，云 层与金殿的电位差增大，使空气电离，金殿上的电荷与云中的电荷间频频 闪击，火球滚动，于是产生了“雷火炼殿”奇观。
中国古代物理学-重心与平衡
中国古代物理学-重心与平衡展开全文要使物体平稳地置于桌面上，就要考虑它的重心与平衡的问题。
从物理学观点看，通过该物体的重心与桌面垂直的线(或面)要维持在该物体的支持面内，否则，该物体就很容易倒下。
在日常生活中涉及重心与平衡的例子随手可拾。
商代的酒器斝〔jia甲〕有三足，其重心总是落在三足点形成的等边三角形内。
西汉中山靖王的朱雀铜灯，体现了工匠关于重心的巧妙构思。
东汉铜奔马，三足腾空、一足落地。
(图2-8)因其重心刚好落在一支撑足上，即使支撑面很小，表面看来容易倾倒，事实上仍是稳定平衡的。
在杂技表演中，走绳者总是手握长杠或手持雨伞；单臂撑者，其两腿总要弯过自己的头顶。
这些道具或造型，不仅在于美与险的结合，使人惊心动魄，更重要的是表演者必须采取的安全措施：保持自己的重心与平衡。
图2-8 体现重心与平衡原理的古代器物(1)商代的斝； (2)西汉朱雀铜灯； (3)东汉铜奔马；大概在西周时期，聪明的工匠制造了一件“欹〔qi其〕器”。
“欹”即倾斜。
它可以随盛水的多少而发生倾斜变化。
不装水时，它成倾斜状态；装上一半水时，就中正直立；装满水时，它就自动翻倒，将其所盛水倒出。
《荀子·宥坐》将它描写为“虚则欹、中则正、满则覆”。
之所以会出现这种现象，是由于欹器的重心随盛水的多少而发生变化的缘故。
有一天，孔子在鲁庙中见到这种欹器，立即让其弟子们作注水实验。
然后，他谆谆告诫弟子：要谦虚，切戒自满。
汉代以后，不断地有人制造各种欹器，充分体现中国人已熟练掌握了重心与平衡原理。
隋唐时期，或许由于饮酒之风盛行，人们制作了一种劝人喝酒的玩具、经匠心雕刻的木头人，称为“酒胡子”(图2-9)。
将它置于瓷盘中，“臲卼〔niewu聂误〕不定”、“俯仰旋转”、“缓急由人”。
(《唐摭言·海叙不遇》)也有用纸制作的，“糊纸作醉汉状，虚其中而实其底，虽按捺而旋转不倒也。
”(《陔〔gai该〕余丛考》卷三三)现在称这些玩具为不倒翁。
中国古代物理学的发展
中国古代物理学的发展中国有着悠久的历史和灿烂的文化，为世界文明做出了不可或缺的贡献。
科学技术是人类文明的重要组成部分,是推动文明发展的重要动力。
中国古代文明这颗参天大树的枝头缀满了奇花异果，为世界文明增添了盎然生机。
中国古人为科学技术的发展做了汗牛充栋的工作，他们的智慧凝聚在物化了的、丰富多姿的科技活动之中，使中国的科学技术和文化赋予了博大精深的内涵；而中国古代物理学则是中国古代文明的重要组成部分.中国古代物理学经历了三个发展阶段：从萌芽远古到春秋战国时期，到秦汉到明末的普遍进展；再到明末到清末，传统物理学逐渐走向衰落、西方近代物理学的传入。
物理学是与生活和生产技术密切相关的；旧石器时代人们打制的石质尖状器或刮削器，表明他们可能领悟到物体的硬度、强度以及锋刃与尖劈的作用.弓箭的发明与应用为后来对弹性材料的理论认识奠定了雄厚的基础.新石器时代制造的各种带有木柄的生活和生产用具，表明杠杆早已在实践中被使用了.原始社会时期，钻木取火的技术成为后来热学理论的依据。
在河池旁面水寻影、梳妆打扮，又促进了后来各种镜的发展及其成像知识的诞生。
令人惊讶的是,公元前6000年，河南舞阳贾湖村人创制了具有六声或七声音阶的骨笛。
它表明中国古代的音乐文化远早于古巴比伦文化。
声学知识的起点之高、在贾湖骨笛出土之前是任何人也想象不到的。
夏、商、西周时期，各种工具与机械的制造，使人们积累了大量的物理经验。
殷商时期，人们已经制造了镜面微凸的青铜镜。
晚商与西周时期，编磐、编钟大发展.公元前10世纪,钟工和乐师通过调音而创制了双音钟，即一个钟壳能发出二个基音。
这是人类声学技术的非凡成就.反映了西周典章制度的《周礼·典同》记下了十二种钟的形状及其与音量、音质的定性关系，这是有关壳体振动知识的第一次经验性总结。
十二律音调体系亦可能完成于商、周之际。
以《考工记》和《墨经》为代表，标志春秋战国时期中国物理学的萌芽.除了《考工记》和《墨经》之外，《国语·周语》、《管子·地员》、《韩非子》等等也是先秦时期与物理学较为相关的著作。
中国古代物理学-刻舟求剑
中国古代物理学-刻舟求剑船、河岸与水三者之间谁在运动？天与地、月与云谁在运动？这是古代人最关心的运动学问题。
这里同时涉及参考坐标与相对运动两方面的问题。
船、河岸与水三者谁在运动的问题，几乎同时困扰了古代东西方的哲人。
亚里士多德曾经提出，停泊于河中的船实际上处于运动之中，因为不断有新水流与该船接触。
“不能同时踏进同一条河”的命题就是由此而来的。
古代中国人以自己的思考方式回答这些问题。
晋代天文学家束皙〔xi西〕说：乘舟以涉水，水去而船不徙矣。
(《隋书·天文志》) 这个立论方式恰恰与亚里士多德相反。
束皙认为，这动着的船实际上是不运动的。
如果过江时保持船与河岸的垂直状态，船与河床的相对位置就不改变。
将参考坐标取在过江线或河床上，这时就得出“水去而船不徙”的结论(图2-10)。
另一种看法是，任船与水同速漂流，将参考坐标取在整个水流上，船对于水也不发生位置移动。
图2-10 船过江示意图船C从A点过江，它总是在两岸的AA'线上，而水流B却随时在改变它与AA'线的相对位置。
从物理学看，决定空间位置或运动与否必须有一个参考系。
否则，就会“西家谓之东家，东家谓之西家，虽皋〔gao高〕陶〔古音yao腰〕之理，也不能定其处”(《淮南子·齐物训》)，连古圣皋陶都不能断其是非。
不清楚参考坐标的人，就像“刻舟求剑”一样胡涂。
刻舟求剑的故事原出于战国末期吕不韦(？-公元前235年)主持编纂的《吕氏春秋》，至今读起来还脍炙人口。
它所包含的物理意义是极其深刻的。
该故事说：有一个楚国人乘船过江，他身上的佩剑突然掉落江中。
他立即在船舱板上作一记号，对其船友说：“这是我的剑掉落的地方。
”到了河岸，船停了，他就在画记号的地方下水取剑。
“舟已行也，而剑不行。
求剑若此，不亦惑乎？”(《吕氏春秋·慎大览·贵因篇》)如此求剑，不是犯胡涂吗？从故事编纂者的口气来看，他是知道如何才能找到掉落江中的剑。
物理学史课件
一、西方古代科学概述
• • • • • 巴比伦和埃及古文明时期的科学 苏格拉底以前的古希腊自然哲学 雅典的自然哲学 亚历山大里亚时期的古代科学 罗马和古代科学的衰退
二、古希腊罗马时代的物理学
• 早期希腊时代（公元前八世纪——前四 世纪）的自然哲学 • 希腊化时期（公元前四世纪——前一世 纪）的自然哲学 • 罗马时期（公元前一世纪——公元四世 纪）的自然哲学
2
开普勒对哥白尼学说的发展
• 把行星运动的详细情况更精确地 记录下来的第一位天文学家，要 算是哥本哈根的第谷· 布拉埃。 • 他并没有采取哥白尼的全部体系， 而认为太阳围绕地球运行，而行 星则围绕太阳运行。 • 他经过几次迁徙，终于定居在布 拉格，并得着约翰 · 刻卜勒参加 他的工作，后来就把他的极其珍 贵的资料遗留给刻卜勒。 Tycho Brahe，1546－1601
第二篇
• • • • •
经典物理学
经典物理学产生的背景 经典力学的建立与发展 经典热学的建立与发展 经典电磁学的建立与发展 经典光学的建立与发展
第四章 经典物理学产生的背景
• 近代科学产生的社会条件
• 宇宙观和天文学革命 • 近代科学研究方法的形成
一、近代科学产生的社会条件
• 资本主义生产的发展 • 资产阶级思想解放运动 • 科学社团的成立和发展
三、中世纪的物理科学思想
• 西方中世纪科学发展概况
• 阿拉伯学派及其对物理学发展的贡献
• 中世纪大学及亚里士多德思想的影响 • 罗吉尔· 培根对物理学的贡献
第三章 文艺复兴及其对物 理学发展的影响
• 文艺复兴运动 • 达• 芬奇的科学研究 • 弗兰西斯• 培根的贡献 • 吉尔伯特的物理学成就
文艺复兴运动
中国古代物理学
中国古代物理学中国古代物理学严格地说，在古代世界中是没有近代意义的物理学的，但这并不是说物理学不是历史发展的产物。
在漫长的20多个世纪中，中国古代物理学在世界上一直处于领先的地位，只是到了明、清，由于欧洲近代物理学的兴起，它才显得落后了，可以称之为衰落时期。
从“五四”新文化运动开始，中国物理学汇合于世界物理学，呈现出不同于古代物理学的新面目。
一．发展概况先秦时期的伟大哲学家墨翟(约公元前468-前376)及其墨家学派(公元前4世纪-公元前3世纪)在他们的论着《墨经》中记述了大量的物理知识，这是春秋战国时期物理学成就最大的学派，《墨经》的主要成就在力学与光学方面。
它探讨了力的定义，叙述了惯性运动，研究了杠杆、滑轮、轮轴、斜面等装置省力的原因，以及浮力与平衡原理，指出了光的直线传播及反射规律以及小孔、平面镜、凹凸面镜的成像情况；观察了温度与火色的关系。
同时期的《考工记》是应用力学、声学方面的书，记载了滚动摩擦、斜面运动、惯性现象、抛物轨道、水的浮力、材料强度以及钟、鼓、磬的发音、频率、音色、响度及乐器形状的关系。
这时期的《管子·地数篇》、《鬼谷子》、《吕氏春秋》等书中还记载了天然磁石的吸铁现象以及最早的指南针“司南”。
汉代王充(27～约97)的《论衡》是中国中古时期的百科全书。
在力学方面指出外力能改变物体的运动状态，改变运动速度。
而内力不能改变物体的运动，还讨论了相对运动，在声学方面研究了声的发生、传播与衰减，并用水波做比喻。
在热学方面研究了热的平衡、传导及物态变化。
在光学方面阐述了光的强度、光的直线传播及球面聚焦现象。
在电磁学方面记录了摩擦起电及磁指南器。
在唐代，《玄真子》中记叙了人造虹的简单实验：“背日喷水”。
唐人将风力分为八个等级。
了解到共鸣的道理并应用于音乐中，并指出了雷与电的关系。
宋代沈括(1031-1095)的《梦溪笔谈》具有很高的科学价值，被称为“中国科学史上的坐标”，其主要成就是在声学、光学、磁学方面。