物理学史——中国古代电磁学知识
第一章 中国古代物理学(光学、电磁学(1)
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。”
示三 意音 图石
和 对 话 石 回 声
莺莺塔回声示意图
6.古代乐器
新石器时代：陶埙（xūn） 和骨哨。
《诗经》记载：有29种之 多，包括各种弹琴、吹奏、 打击等乐器。
战国曾侯乙墓：出土的有： 编钟、磬、笙、排萧等。
编钟
6.律学
律学的内容包括产生乐音的规律、律制的规定、定律器的制 定，还要旁及 与历法和度量衡的关系。律学是一门综合声 学、乐学和数学为一体的综合性学科。
平面镜：“景，日之光反烛人，则景在日与人之间”
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。
天然磁石指南针：南宋《事林广记》指南鱼的 制作方法：“以木刻鱼子，如拇指大，开腹一窍， 陷好磁石一块，却以蜡填满，…令没放水中，自 然指南，以手拨之，又复如此。”
指南龟的制作方法：“以木刻龟子一个，一 如前法制作造，但于尾边敲针入去，…龟腹下微 陷一穴，安钉子上，拨转常指北，须是针尾后”
物理学史——中国古代电磁学知识
4、 磁体的应用
（1）战时用
《晋书· 马隆传》：“夹道累磁石，贼负铁镗，行不得前，隆
卒悉被犀甲，无所溜碍” （2）建筑用 汉代《三辅黄图》：“作阿房宫前殿，东西五十步，南北五 十丈，上可坐万人，下建五丈旗。以本蘭为梁，以磁石为门，
怀刃者止之。”
（3）制陶 用磁石吸取釉水中的铁屑，烧出的瓷器洁白细腻。
明末清初刘献廷《广阳杂记》：“磁石吸铁，隔碍潜通。或问
余曰：磁石吸铁，何物可以蔽之？犹子阿孺曰：唯铁可以隔之 耳。其人去而复来曰：试之果然。余曰：此何必试，自然之理
也。”我国最早对磁屏蔽的记载。
3、 人造磁体
（1） “斗棋”：
《淮南万毕术》:“慈石提棋” 。原注释说：“取鸡 （血），磨针铁，以相和慈石，置棋头，局上自相投也。” “慈石拒棋” 。 （2）摩擦带磁：
沈括《梦溪笔谈》：“以磁石磨针锋，则锐处常指南，亦
有指北者，恐石性亦不同”。用磁石有规律地摩擦针或其它铁 制物体，使物体带磁
（3）指南鱼： 西晋时代出现。
北宋曾公亮《武经总要》：“鱼法，以薄铁叶剪裁，长两
寸，阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤 钤鱼首出火，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。”
古代屋脊上的避雷装置
法国旅行家卡勃里欧别· 戴马甘兰1688年所 著的《中国新事》一书中记有：中国屋脊 两头，都有一个仰起的龙头，龙口吐出曲 折的金属舌头，伸向天空，舌根连结一根 细的铁丝，直通地下。这种奇妙的装置， 在发生雷电的时刻就大显神通，若雷电击 中了屋宇，电流就会从龙舌沿线睛行至地 底，避免雷电击毁建筑物。这说明，中国 古代建筑上的避雷装置，在大批量和结构 上已和现代避雷针基本相似。
中物史-6电磁
唐代张守节《史记正义》引《淮南子》： “高诱注《淮南子》云：取鸡血与针磨捣之以 和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上，即相拒 不止也。” 宋代李昉《太平御览》引《万毕术》： “取鸡血，磨针铁，以相和磁石碁头，置局上， 自相投也。”（卷七三六）“取鸡血，作针磨 铁，捣之以和磁石，日涂碁头，曝干之，置局 上，即相拒不休。”（卷九八八）
《史记· 日者列传》：“分策定卦，旋式正棋，然后 言天地之利害，事之成败”。 《史记》索隐：“栻之形上圆象天，下方法地。用 之则转天纲，加地之辰。” 《汉书· 艺文志》兵阴阳类小序：“阴阳者，顺时而 发，推刑德，随斗击，因五胜，假鬼神而助者也。” 张家山汉简《盖庐》：“维斗为击，转动更始。” 《淮南子· 天文训》：斗杓“不可迎也，而可背也”。 《汉书· 王莽传》：“天文郎按栻于前，日时加某， 莽旋席随斗柄而坐曰：天生德于予，汉兵其如予 何。”
பைடு நூலகம்
《鬼谷子· 谋篇》（成书于3世纪）： “郑人之取玉也，必载司南之车，为其不惑也。” 《宋书· 礼志》“指南车”条称： “《鬼谷子》云，郑人取玉，必载司南，为其不惑 也。” 《文选》收晋· 左思《吴都赋》描写吴王出行： “俞 骑骋路，指南司方。出车槛槛，被练锵锵。吴王乃 巾玉辂，轺骕驦。” 《文选》唐· 刘良注：“指南，指南车也。” 《文选》唐· 吕向注：“指南，车名，上有木人，常 指其南方，故曰‘司方’。” 潘吉星：“必载司南之车”的“之”是“于”字， 即把磁性指南器放在车上。不妥
中国古代电磁学知识
——古人对电磁现象的认识
对电磁现象的初步认识 指南针的发明和应用 对地磁偏角的认识
1、电磁学发展的历史回顾
1、电磁学发展的历史回顾早在公元前770年的春秋时代，中国人就发现了天然磁石，在东汉时代中国人发明了指南针，公元前120年前西汉刘安等编篆的《淮南子》中描述了“阴阳相薄为雷，激扬为电”。
北宋时期陈微显描述了磁屏蔽现象，并有磁石治疗耳病的记载。
17世纪(牛顿年代)法国旅行家卡⋅戴马甘兰游离中国后对中国的避雷针进行了描述“中国屋宇顶上龙头中有伸出的金属龙舌，舌根有细铁丝直通地下，使房屋不受雷电的破坏作用”。
虽然中国人发明较早，却无人去深入总结。
在我们的教科书里全是洋名，不见华名，因为中国古人注重发现，但不大注重理论总结与宣传。
1800年伏打给英国皇家学会会长班克斯写信介绍了电池的原理和构造。
使之成为至今众所周知的伏打电池。
1820年初奥斯芯发现电流的磁效应，并进行了深入研究和总结，而且首先传到德国和法国，在电磁学领域里，无人不晓奥斯芯这个大名。
1820年10月毕奥和萨伐尔发表了关于载流长直导线的磁场的实验结果，经过数学家拉普拉斯的帮助，总结出电流元在空间某点处产生的磁感应强度的规律d d 0I r 2μI l 4πr=⨯B e e ，称之为毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律，简称毕-萨定律。
1824年12月安培发现两传导电流之间的相互作用，并从毕-萨定律出发，描述了磁场环路公式0L L d I μ⋅=∑⎰B l ，称之为安培环路定律。
1832年法拉第发现磁铁与导体之间的感应，并认为是在导体中产生了感生电动势d d U =-l t∂Φ∂⎰。
法拉第还在静电测量方面和电镀领域作出了显著贡献。
1834年楞茨却认为是在导体中产生了感生电流I 。
由于感生电动势U ∆与感生电流I 体现在欧姆定律sdU Idl σ=-方程的两端，哪一个是因? 哪是一个果？这正如当时哲学界所争论的鸡蛋与小鸡的因果关系一样，谁也说不清楚。
1840年法拉第做了静电感应实验，麻绳系着一电量为Q 的带电体，并放入金属桶内，结果发现，金属桶外壁的电量也为Q ，然后，他用多个较大的金属桶套在外层，测量结果是：最外层桶的带电量仍为Q ，这是著名的桶实验。
高三物理学史《电磁学的发展历史》课件(共52张PPT)
现象正式定名为电磁感应。
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法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一闭合电路的磁 通变化率成正比。
感应电动势用 表示，即 （负号反映感应电动势的方向 与磁通量变化的关系）
这就是法拉第电磁感应定律。
直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。此 外伏打电池也促进了电镀的发展，电镀是1839年由西 门子等人发明的。
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3.2 电磁学的建立
电磁感应现象的发现，对科学技术的发展意义重大。
它揭示了电与磁相互联系和转变的又一重要性质，推 动了电磁学理论的的发展。
在应用方面，为大规模地利用电能开辟了广阔的道路
记载了电学方面的研究。
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盖利克和起电机
盖利克 起电机
最早的静电起电机出现在17世纪，O.von.盖利克 利用摇柄使一个硫磺球（后改用玻璃球）迅速旋转 ，用人手（或皮革）与之摩擦起电。
到19世纪，这种摩擦起电机为感应起电机所取代。
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18世纪电的研究——电流趣闻
斯蒂芬·格雷 （Stephen Gray）
闪电可以使罗盘的磁针旋转
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奥斯特实验
在1820年4月发现电流的磁效应：当电流 通过导线时，引起导线近旁的磁针偏转。
丹麦物理学家奥斯特 (Hans Christian Oersted，
1777—1851)
通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场。 25
同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用的实验》 为题发表了他的发现。
安培研究电流相互 作用的仪器 28
即两个电流元之间的作用力跟它们之间距离的平方成反比 ，这就是著名的安培定律。
物理学史--中国古代物理学
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。但 我们可以通过早期人类的遗迹中看到人类为了生存，在获 取生活和生产资料的过程中，在与大自然的各种斗争中， 不断认识自然，改造自然，从而孕育和形成了早期的物理 知识和物理思想。 中国古代物理思想的特点： 1.发源于当时生产工艺的实践过程中
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、亥。
容量
中国古代有很多与容量有关的词语，如升斗小民 陶渊明不为五斗米折腰，五斗米是多少？
容量单位：斛（hú )、斗、升、合、龠（yuè ），十进制。
秦：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升，1升（194 毫升） 汉：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升（342/192毫升） = 10合，1合 = 2龠, 1龠 = 5撮, 1撮 = 4圭 三国两晋：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升（202毫升） = 10合 南北朝：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升 = 10合 隋：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升(594/198毫升) = 10合 唐：1斛 = 10斗, 1斗 = 10升, 1升 (594毫升) = 10合 宋：1石 = 2斛，1斛 = 5斗, 1斗 = 10升 1升(664毫升)= 10合 元：1石 = 2斛，1斛 = 5斗, 1斗 = 10升 1升 （949毫升）= 10合 明：1石 = 2斛，1斛 = 5斗, 1斗 = 10升 1升（1074毫升） = 10合 清：1石 = 2斛，1斛 = 5斗, 1斗 = 10升 1升 （1036毫升）= 10合
第三讲 中国古代电磁学的成就
作者： 戴连福
出版物刊名： 物理教师
页码： 43-46页
主题词： 摩擦生电 石召 西汉末年 春秋纬 大气电 《论衡》 世界经济 考异 静电吸引 地磁偏角
摘要： 在电学方面,中国古代对摩擦生电、大气电光方面的记载是很多的,在电学发展史上曾处于世界先进地位;在磁学方面,中国古代在磁石召铁、指南的研究和应用方面,不仅处于世界领先地位,且对促进东西方文化的交流和世界经济的发展都具有不可磨灭的功绩。
一、古代关于电的知识 1、静电的发现和研究西汉末年(约公元20年前后)《春秋纬·考异邮》中就有载“瑇(玳)瑁吸(衤若)”的记载,意思是说,经过摩擦的玳瑁能够吸引微小的物体。
到东汉时期(公元25—220年),王充(公元27—29年)在《论衡》中进一步阐述了这个现象:“顿牟(即玳瑁)掇芥,磁石引针,皆以其真,不假他类,他类肖似,不。
电磁学发展史
电磁学的发展历程如下：1. 公元前600年，早在公元前585年，希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体，以及天然磁矿石吸引铁等现象。
2. 公元前770至公元前221年的春秋战国时期，我国便有“山上有慈石(即磁石)者，其下有铜金”，“慈石召铁，或引之也”等慈石吸铁的记载；3. 西汉刘安主持撰写的《淮南子》中有“若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”及“夫燧之取火于日，慈石之引铁，蟹之败漆，葵之向日，虽有明智，弗能然也。
故耳目之察，不足以分物理”。
说明西汉时人们就已经发现磁铁虽能吸引铁，但是无法吸引瓦的现象。
当时的人们虽观测到“取火于日”、“慈石之引铁”、“葵之向日”等现象，但尚无法理解其原理，因此有“虽有明智，弗能然也”。
4. 东汉著名学者王充（公元27-97年）在《论衡·乱龙》一书中有“顿牟掇芥，磁石引针，皆以其真是，不假他类。
”顿牟即琥珀（也有玳瑁的甲壳之说）；芥指芥菜子，统喻干草、纸等的微小屑末。
掇芥”的意思是吸引芥子之类的轻小物体。
5. 西晋张华《博物志》中记载“今人梳头、脱著衣时，有随梳、解结有光者，亦有咤声。
”6. 16世纪的吉尔伯特是英国著名的医生，曾是英皇伊丽莎白一世的御医。
他不但医术高明，在物理学方面也成绩斐然。
他发表了《论磁》比较系统的阐述了其在电与磁方面的研究成果。
在其著作中记录了大量有关的磁现象，如磁石的吸引和推斥；烧热的磁铁磁性消失等。
他认为地球本身就是一个巨大的磁体，并用大磁石模拟地球做过著名的“小地球”试验。
他发现除琥珀以外，还有十几种物体，玻璃、硫磺、树脂、水晶等经过摩擦，也可以吸引轻小物体。
吉尔伯特第一次使用了“电(electric)”这个词，英语的“电”来自于希腊文“琥珀(ƞλεκτορν)”。
7. 17世纪，德国马德堡市市长、物理学家格里凯制造出一种摩擦起电器，使用步摩擦可以连续转动的硫磺球，从而可以得到大量电荷。
后来，不断有人制造出各种静电起电器。
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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。
3、 人造磁体
（1） “斗棋”： 《 淮南万毕术》:“慈石提棋” 。原注释说：“取鸡（血），
磨针铁，以相和慈石，置棋头，局上自相投也。” “慈石拒棋” 。
于磁石吸铁的记载。 汉代高诱注：“石，铁之母也。以有慈性，故能引其子。石之
不慈者，亦不能引也。” 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。
2、 对磁性的认识
（1） 磁体极性： 汉朝的奕大“斗棋”
（2）磁性强弱： （公元5世纪）《雷公炮灸论》：（磁石）“四面吸铁一斤
为真。”辨别真假琥珀的方法 宋代张邦基《墨庄漫录》：“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”。孔雀毛吸 引龙脑（可制香料的有机化合物碎屑）．
（2）电致发光（这里指摩擦起电伴随的放电现象）
西晋张华（232～300）《博物志》：“今人梳头，脱著衣 时，有随梳、解结有光者，亦有咤(zha)声”。世界最早记 述了梳子与丝绸摩擦起电引起的放电及发声现象。
古代屋脊上的避雷装置
法国旅行家卡勃里欧别·戴马甘兰1688年所 著的《中国新事》一书中记有：中国屋脊 两头，都有一个仰起的龙头，龙口吐出曲 折的金属舌头，伸向天空，舌根连结一根 细的铁丝，直通地下。这种奇妙的装置， 在发生雷电的时刻就大显神通，若雷电击 中了屋宇，电流就会从龙舌沿线睛行至地 底，避免雷电击毁建筑物。这说明，中国 古代建筑上的避雷装置，在大批量和结构 上已和现代避雷针基本相似。
慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”。不能吸金、银、铜 等其他金属，也早为我国古人所知。 （4） 隔碍相通 张君房《云笈七签》：“磁石吸铁,间隔潜应” （5） 磁屏蔽 明 末 清初刘献廷《广阳杂记》：“磁石吸铁，隔碍潜通。或问 余曰：磁石吸铁，何物可以蔽之？犹子阿孺曰：唯铁可以隔之 耳。其人去而复来曰：试之果然。余曰：此何必试，自然之理 也。”我国最早对磁屏蔽的记载。
唐代段成式《酉阳杂俎》： “猫……黑者，暗中逆循其毛 ，即着火星。”
明代都邛(qiong)《三余赘笔》：“吴绫为裳，暗室中力持曳 ，以手摩之良久，火星直出。”
(二) 中国古代对磁的认识
1、 对磁体的认识
前秦（公元前4世纪）《管子》：“上有慈石者，其下有铜 金”，这是关于磁的最早记载。
《鬼谷子》： “若慈石之取针”。 《吕氏春秋·精通》：“慈石召铁，或引之也。” 这 是 最 早 关
甲骨文“雷”
金文（周）“电”
1、雷电知识 （1）雷电现象 王充《论衡·雷虚篇》：“云雨至则雷电击”，明确地提出
云与雷电之间的关系。 《南齐书·五行志》： “永明八年（490年）四月六日，
雷震会嵇山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而 窗户不异也。（佛面刷有金粉）”
沈 括 《梦溪笔谈》 ： “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 储诸器。其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器不曾焦灼。有 一宝刀，极坚刚，就刀石中熔为汁，而室亦俨然。人必谓， 火当先焚草木，然后流金石，今乃金石铄而草木无一毁者， 非人情所测也。” “导体”和“绝缘体”在雷电作用下的区 别。
（2）尖端放电 《汉书·西域记》：“元始中（公元3年）……矛端生火” 晋代《搜神记》：“戟锋皆有火光，遥望如悬烛”。 避雷针是尖端放电的具体应用：
唐代王睿《炙毂(gu)子》：汉代高大建筑物的瓦饰制成动 物形状且冲天装设 古塔的尖顶多涂金属膜或鎏金，成为导体，在直达地下的 塔心中藏一根金属“龙窟”，起到了避雷作用。“雷公柱”
2、 静电现象 （1）摩擦起电 《春秋纬》：“瑇瑁（玳瑁）吸偌（细小物体）”。 《论衡》 ： “顿牟掇芥 duō gài”，这里的顿牟也是指玳
瑁。 《三国志》： “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。 南北朝陶弘景的《名医别录》：“琥珀，惟以手心摩热拾芥