《物理學(xué)史簡編》

物理學(xué)史簡編

王書運編

山東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院

目錄

緒論--------------------------------------------------3

第一章中國古代物理學(xué)成就-----------------------------8

第二章西方古代物理學(xué)成就-----------------------------27

第三章力學(xué)發(fā)展---------------------------------------35

第四章熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)的發(fā)展-----------------------52

第五章光學(xué)的發(fā)展-------------------------------------68

第六章電磁學(xué)的發(fā)展-----------------------------------87

第七章世紀之交的物理學(xué)-------------------------------102

第八章相對論的發(fā)展-----------------------------------112

第九章量子理論的建立與發(fā)展---------------------------128

第十章原子及核物理-----------------------------------151

第十一章物理學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀和展望163

緒論

物理學(xué)是研究物質(zhì)運動的最普遍形式的規(guī)律以及物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)。

物理學(xué)史是研究物理學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律的科學(xué)。

一.物理學(xué)史的分期

1.古代物理學(xué)時期--科學(xué)的萌芽期

時間：從遠古到16世紀中葉。

特點：主要是對自然現(xiàn)象的觀察和記載。這一時期，自然科學(xué)與哲學(xué)融合在一起，對自

然現(xiàn)象的解釋往往是哲理性的。

文化中心：古希臘和古代中國是。

2.經(jīng)典物理學(xué)時期：

時間：從16世紀中葉到19世紀末。15世紀末，資本主義開始萌芽，社會生產(chǎn)力得到

發(fā)展，有力地推動了科學(xué)的進程。16世紀中葉，哥白尼提出“日心說”。17世紀晚期，牛頓

建立了經(jīng)典力學(xué)體系，標(biāo)志著近代物理學(xué)的誕生。之后，經(jīng)典熱力學(xué)、電磁學(xué)相繼建立。到

19世紀末，形成了比較完整的經(jīng)典物理學(xué)體系。

標(biāo)志：牛頓力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)的建立。

3.現(xiàn)代物理學(xué)時期：

時間：從19世紀末到現(xiàn)在是現(xiàn)代物理學(xué)時期。19世紀末一系列實驗新事實的發(fā)現(xiàn)，使

經(jīng)典物理學(xué)理論出現(xiàn)了不可克服的危機，從而導(dǎo)致了物理學(xué)革命；

標(biāo)志：相對論、量子力學(xué)的相繼建立，標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)的誕生。

20世紀50年代以后，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一個相當(dāng)龐大的學(xué)科群，包括高能物理（粒

子物理）、原子核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理、計算物理和理論物理等主體學(xué)科以及

難以計數(shù)的分支學(xué)科。物理學(xué)與各學(xué)科之間相互交叉、相互滲透形成了眾多很有發(fā)展前途的

交叉科學(xué)。

三個階段

古代經(jīng)典現(xiàn)代

時期前6.7世紀一1600年16世紀一19世紀末19世紀末一20世紀50年代

地域中國、古希臘、阿拉歐洲歐美及亞州

伯

代表亞里士多，《墨經(jīng)》，牛頓，伽利略、法拉弟，麥愛因斯坦、普朗克、波爾

人物阿基米德克斯偉爾。

基本測量技術(shù)日心說，萬有引力定律牛頓相對論與量子論及其派生

冶煉技術(shù)三定律，能量轉(zhuǎn)換與守恒，出來的各分支理論，如核物

I:要

杠桿原理，浮力定律熱力學(xué)定律，電磁場理論，理，凝聚態(tài)物理，非線性等

成就

指南針發(fā)明波動光學(xué)，及由這些理論引以及由此而產(chǎn)生的大量高

各種鏡的成像出的大量新技術(shù)?？萍?，激光，超導(dǎo)、航天等

1、開始以“自然”、1、時間、空間的絕對性。1、進入微觀和高速領(lǐng)域。

“物質(zhì)”作為研究對2、因果決定論：宇宙的規(guī)2,研究范圍廣、發(fā)展速度

象。律是給定的，運動定律加上快與其他各學(xué)科互相滲透。

主要

2、處于對現(xiàn)象的直觀初始條件，既可確定未來，3、哲學(xué)思想的指導(dǎo)作用明

特點

描述；經(jīng)驗的歸納性也可確定過去。顯。開始警惕科技的負面影

總結(jié)和思辯性的假設(shè)3、根據(jù)經(jīng)驗和邏輯可以假響。

猜測階段。設(shè)一個客觀存在。

人文原始，自然，直觀，嚴密、厚重、穩(wěn)定與和諧簡練、開放、多樣性

特征粗曠

兩次飛躍

理性的勝利走進現(xiàn)代

時間15、16世紀到17世紀上半葉19世紀末到20世紀初

1、生產(chǎn)力發(fā)展的需要：造船、紡1、物理學(xué)自身發(fā)展帶來的新現(xiàn)象新

織、采礦、航海、軍工、冶煉等方課題、新質(zhì)疑。

原因面的發(fā)展，提出了大量科技問題。2、激烈的競爭迫切需要生產(chǎn)力進一

2、文藝復(fù)興運動引發(fā)的思想大解步的發(fā)展。

放。

1、教會勢力的禁錮與鎮(zhèn)壓。1、新理論的反常規(guī)色彩濃重，而經(jīng)

阻力2、中世紀傳統(tǒng)觀念的束縛。典觀念給人們的印象深刻。

2、錯誤的哲學(xué)觀的影響。

1、哥白尼的日心說1、原子結(jié)構(gòu)的揭密：電子（1897）X

標(biāo)志2、牛頓的《自然哲學(xué)及其數(shù)學(xué)原光（1895）,放射性（1896）三大發(fā)現(xiàn)。

理》2、相對論和量子論的問世。

1、從直觀物質(zhì)世紀到理性地深入1、建立新的時空觀、質(zhì)能觀、宇宙

的分析總結(jié)物質(zhì)世界的各種規(guī)律。觀。

意義

2、直接導(dǎo)致人類社會進入機械時2、從更深的層面把握大量高新技

代和電器時代。術(shù)，使人類物質(zhì)文明提高到新階段。

代表人物哥白尼、牛頓、伽俐略愛因斯坦、普朗克、玻爾、盧瑟福

二物理學(xué)的研究方法

1.古代：

主要依靠不充分的直觀觀察、思辯性猜測、形式邏輯的演繹和簡單的推理，直覺地、籠

統(tǒng)地去把握物理現(xiàn)象的一般特性。

2.近代：

①觀察方法從自然觀察為主發(fā)展為以儀器觀察為主；

②強調(diào)系統(tǒng)的有目的的實驗；使物理學(xué)作為一門實驗科學(xué)的特點顯現(xiàn)出來；

③科學(xué)實驗和數(shù)學(xué)方法的結(jié)合，使精確的、定量的物理學(xué)研究有了很快發(fā)展；

④分析、歸納和演繹等邏輯方法的發(fā)展，促進了經(jīng)驗材料的整理和理論建構(gòu)；

⑤到19世紀末統(tǒng)計方法的應(yīng)用使由大量分子偶然事件組成的體系的宏觀規(guī)律得以研

究。

3.現(xiàn)代：

①大型、精密儀器的創(chuàng)制、分析技術(shù)的發(fā)展和計算機的發(fā)明應(yīng)用，使物理實驗在精密、

快速和自動化方面都達到新水平；

②物理理論的公理化、數(shù)學(xué)化特征日益突出，現(xiàn)代物理成為數(shù)學(xué)物理學(xué)：

③由于物理學(xué)研究領(lǐng)域越來越遠離人們的感性經(jīng)驗,創(chuàng)造性思維在創(chuàng)建新理論中的作用

更加突出；如科學(xué)想象、理想實驗、大膽猜測，以及類比、直覺和靈感等非邏輯性方法；

④追求簡單、對稱、和諧與數(shù)學(xué)美。

三物理學(xué)基本觀念的變更

當(dāng)不斷增加的感性經(jīng)驗知識尚可為原有的觀念所容納和理解時.，科學(xué)的發(fā)展表現(xiàn)為漸進

的積累；而當(dāng)新的科學(xué)事實無法為原有的理論框架所包容時，就會發(fā)生科學(xué)革命，提出新的

基本觀念。如：

※古代物理觀與經(jīng)典物理觀：

地心說一日心說；亞里士多德的運動觀與伽利落的運動觀；

※經(jīng)典時空與相對時空：

牛頓的絕對時空觀:物質(zhì)實在具有不變質(zhì)量的粒子和粒子體系;力只引起運動狀態(tài)的變化;

物體間只存在中心力作用；與媒質(zhì)無關(guān)的即時作用；物質(zhì)的運動狀態(tài)只由初始條件唯一確定

的因果觀；平直空間等。

愛因斯坦的相對時空觀：奧思特電流磁效應(yīng)一非中心力；法拉第電磁感應(yīng)f力產(chǎn)生于空間

狀態(tài)的變化；媒遞作用；質(zhì)量與能量有關(guān)E=mc2；時空具有非歐兒里德性質(zhì)，引力只是“時

空”彎曲的表現(xiàn)。

※經(jīng)典理論與量子論：

經(jīng)典物理學(xué)的連續(xù)性原理一微觀現(xiàn)象不連續(xù)性的量子化概念；

波和粒子的矛盾一波粒二相性概念；

精確測量原理f測不準(zhǔn)關(guān)系；

機械決定性原理一采用有幾率意義的波函數(shù)作為運動狀態(tài)的描述

四.學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的

L加深對概念和理論的理解，啟迪科學(xué)新思想的萌發(fā)和產(chǎn)生

隨著人類社會的發(fā)展，物理學(xué)研究的內(nèi)容和范圍也不斷擴大和深化。在古代，物理學(xué)只

是自然哲學(xué)的一部分，16世紀以后才從哲學(xué)中分離出來。以后又逐步建立了力學(xué)、熱學(xué)、

電磁學(xué)、光學(xué)、相對論、量子力學(xué)、粒子物理等分支學(xué)科。

物理學(xué)史正是要研究物理學(xué)各個基本概念、基本理論的醞釀、產(chǎn)生和發(fā)展過程。通過物

理學(xué)史的學(xué)習(xí)，一-方面能加深對這些概念和理論的理解，另一方面可以從中受到啟迪，有助

于科學(xué)新思想的萌芽和產(chǎn)生。

2.物理學(xué)史可以使我們認識到“科學(xué)是最高意義上的革命力量”

物理學(xué)史是科學(xué)發(fā)展史，而科學(xué)是人類發(fā)展的核心部分。每次物理學(xué)上的重大突破，都

會對人類社會發(fā)展產(chǎn)生重大影響，產(chǎn)生震撼人心的沖擊和重大技術(shù)革命。特別是近代以來,

歷次物理學(xué)重大進展通過技術(shù)革命為中心轉(zhuǎn)化為直接生產(chǎn)力，從而推動了社會經(jīng)濟的發(fā)展，

并最終引發(fā)社會革命，推動人類社會從農(nóng)業(yè)社會到工業(yè)社會，從蒸汽時代進入電力時代、電

子和原子能時代以至現(xiàn)今的信息時代。

另一方面，科學(xué)技術(shù)的進步也帶來了一些當(dāng)初料想不到的負面效應(yīng)，如環(huán)境污染、生態(tài)

失衡、自然資源過度消耗等。最典型的就是原子能的利用：原子能發(fā)電和原子彈。

3.物理學(xué)史可以培養(yǎng)我們的科學(xué)思維，掌握科學(xué)研究的方法，加深對科學(xué)研究

的認識，可以活躍思想，開闊眼界，使我們的知識立體化。

拉普拉斯：“認識一位天才的研究方法，對于科學(xué)的進步，并不比發(fā)現(xiàn)本身更少用處，

科學(xué)的研究方法經(jīng)常是極富興趣的部分

在物理學(xué)的長期發(fā)展中創(chuàng)立了許多很成功的、成熟的方法。

物理學(xué)研究中建立了許多理想模型、思想過程、理想實驗，這些近似抽象方法促成了許

多定律的發(fā)現(xiàn)。

另外還有觀察和實驗，分析和綜合，歸納和演繹，類比和聯(lián)想，猜測和試探，邏輯推理

方法，佯謬和反證方法，數(shù)學(xué)和定量方法，科學(xué)移植方法，科學(xué)假設(shè)方法，概率統(tǒng)計方法等。

愛因斯坦：“科學(xué)結(jié)論幾乎總是以完成的形式出現(xiàn)在讀者面前。讀者體會不到探索和發(fā)現(xiàn)的

喜悅，感覺不到思想形成的生動過程，也很難達到清楚地理解全部情況」

華羅庚：“對書本的某些原理、定律、公式，我們在學(xué)習(xí)的時候，不僅應(yīng)該記住它的結(jié)

論，懂得它的道理，而且還應(yīng)該設(shè)想一下，人家是怎樣想出來的，經(jīng)過多少曲折，攻破多少

難關(guān)，才得出這個結(jié)論?！倍锢韺W(xué)史將會把科學(xué)家在探索過程中的智慧之光帶給同學(xué)們，

力圖做到“授之以漁”。

4.可以使我們認識到思想觀念轉(zhuǎn)變的重要性

物理學(xué)理論的歷史發(fā)展，最集中、最本質(zhì)的表現(xiàn)在物理學(xué)基本觀念和相應(yīng)的物理世界圖

景上的演變上。這種演變又鮮明的反映在物理學(xué)思想的根本變革。近年來，物理學(xué)的基本觀

念經(jīng)歷了牛頓力學(xué)的“絕對時空+超距中心作用+機械決定論”，到經(jīng)典電磁場理論的“非中

心力+媒遞作用觀+場”，到相對論的“相對時空+質(zhì)能關(guān)系+等效原理+時空彎曲”到量子力

學(xué)的“量子態(tài)+不確定性+幾率決定性”的深刻變革等。

物理學(xué)中復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和定義等，都不過是基本觀念的表達形式和演繹工具，基本觀

念才是先導(dǎo)的、本質(zhì)的東西。所以，每當(dāng)學(xué)習(xí)一個新理論，必須改變自己的思想觀念和思維

方法。

物理學(xué)的發(fā)展總是以物理觀念、物理思想的突破為先導(dǎo)和基底的。正是伽利落否定了亞

里士多德的自然運動和強迫運動的思想，得出慣性定律，才把力學(xué)的研究引上正確的途徑。

馬赫對牛頓絕對時空觀的批判，深刻地影響了愛因斯坦，終于邁出了創(chuàng)立狹義相對論的

步伐。

5.物理學(xué)史可以培養(yǎng)同學(xué)們的愛國主義精神

正確認識中國古代文明，在當(dāng)時的歷史時期和歷史條件下，中國和希臘成為東方和西方

兩個古代文明中心，我們要為我國的古代文明而驕傲。

由于我國長期的封建統(tǒng)治以及后來清王朝的閉關(guān)自守，使我國的科學(xué)技術(shù)及各方面逐漸

落后于西方，所以我們又要看到我們現(xiàn)在的差距。只有努力，才能早日趕上和超過西方文明，

建設(shè)我們強大的祖國。

6.通過學(xué)習(xí)科學(xué)家的精神，培養(yǎng)同學(xué)們追求真理、獻身科學(xué)的崇高思想境界

對科學(xué)研究要有一個正確認識?？茖W(xué)的道路是不平坦的,科學(xué)家成功之路是艱險的，要準(zhǔn)

備付出比常人更多的精力和代價，必須有熱愛科學(xué)、獻身科學(xué)的精神，要善于繼承又勇于創(chuàng)新,

才有可能取得成功。

牛頓怎樣站在巨人的肩上、愛因斯坦十年的追光思考、居里一家的艱難困苦、盧瑟福長

期研究阿爾發(fā)射線以及量子理論早期發(fā)展所經(jīng)歷的曲折和磨難。從伽利略、牛頓到法拉第、

愛因斯坦，從外國科學(xué)家到中國科學(xué)家，他們的奮斗歷程，他們的創(chuàng)造過程.物理學(xué)發(fā)展史中

每一次飛躍,經(jīng)過了多少準(zhǔn)備,又遇到那些矛盾。

總之，通過對物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，可以進一步培養(yǎng)我們的①人文素質(zhì)，②科學(xué)素質(zhì)，③創(chuàng)

新素質(zhì)，④思想素質(zhì)，

開爾文晚年在回憶其科學(xué)生涯時說：“我過去五十年里所極力追求的的科學(xué)進展可以用

'失敗’這個詞來描述……當(dāng)然在失敗中必然有些悲傷，但在科學(xué)的追求中，本身包含必要

的努力，帶來很多愉快的斗爭，這就使科學(xué)家避免了苦悶，而且或許還會使他在日常生活工

作中相當(dāng)快樂?！?/p>

愛因斯坦：“人只有獻身于社會，才能找出那實際上是短暫而有風(fēng)險的生命的意義?！?/p>

五.學(xué)習(xí)方法

1.善于分析：

物理學(xué)經(jīng)歷了一個漫長發(fā)展的歷史過程，我們在學(xué)習(xí)研究中，應(yīng)該好好想一?想，為什

么一些科學(xué)家能夠有所發(fā)現(xiàn)，而另一些人卻與成功失之交臂？其社會背景是什么？……我

們應(yīng)充分利用歷史寶庫提供給我們的資料，從中吸取營養(yǎng)。

2.注意聯(lián)系

1）物理學(xué)與生產(chǎn)和科學(xué)實驗的聯(lián)系

物理學(xué)是以實驗為本的科學(xué)，實驗是人類有目的地變革自然的過程中認識自然的一種

手段，是人類發(fā)揮高度智慧的一種特殊的實踐活動。

物理理論是在生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，實驗可以檢驗物理科學(xué)理論

的正確與否，而實驗的開展也離不開物理理論和思想的指導(dǎo)。

通過物理學(xué)史的學(xué)習(xí)，可以充分認識實驗在物理學(xué)發(fā)展中的作用，端正對實驗的認識。

2）物理學(xué)與數(shù)學(xué)的聯(lián)系

數(shù)學(xué)是物理學(xué)家的思維工具，物理規(guī)律只有通過數(shù)學(xué)的形式才能完美地表達。沒有對

數(shù)，就難于建立開普勒三定律；沒有微積分，牛頓得不出萬有引力定律；沒有統(tǒng)計學(xué)，無法

發(fā)展分子運動論；沒有黎曼張量，愛因斯坦的廣義相對論就不能完善.總之，物理學(xué)的發(fā)展

離不開數(shù)學(xué)，而數(shù)學(xué)的發(fā)展也和物理學(xué)密切相關(guān)。畢達哥拉斯曾說“萬物皆數(shù)”，而物理被

譽為“萬物之理”，數(shù)理是人類智力訓(xùn)練和科學(xué)發(fā)展的一個重要組成。

3）物理學(xué)與技術(shù)的關(guān)系

物理學(xué)的發(fā)展與技術(shù)密切相關(guān)，如果沒有真空技術(shù)、低溫技術(shù)和電子技術(shù)，就不會有

現(xiàn)代物理學(xué)。同樣許多技術(shù)的革新和發(fā)展，需要物理學(xué)家的合作。既不要鄙視技術(shù)工作，也

不要低估物理學(xué)的作用。如：激光技術(shù)、晶體管技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、同位素技術(shù)、紅外技術(shù)、

生物工程技術(shù)等等。

4）物理學(xué)與其他自然科學(xué)的關(guān)系

物理學(xué)與天文學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)也有密切關(guān)系。牛頓力學(xué)的直接基

礎(chǔ)是天文學(xué)中的開普勒三定律；原子論起源于化學(xué)；而近代化學(xué)的基礎(chǔ)則是量子理論。

現(xiàn)在產(chǎn)生的許多邊沿科學(xué)最能說明這種關(guān)系：生物物理、激光化學(xué)、天體物理、地球物

理等等。

5）物理學(xué)與社會發(fā)展的關(guān)系

物質(zhì)技術(shù)的發(fā)展：物質(zhì)是基礎(chǔ)，沒有經(jīng)濟基礎(chǔ)做保障，就沒有技術(shù)的發(fā)展和進步，許多

實驗工作就無法開展。

意識形態(tài)的進步：觀念的變化，思想解放永遠是科學(xué)突破的先決條件。

思考題：

1.物理學(xué)是如何分期的？主要分布于哪些地域？各時期的研究特點是什么？主要成就有

哪些？有哪些代表人物？

2.簡述學(xué)習(xí)物理學(xué)史的目的和方法。

第一章.中國古代物理學(xué)

概況

在古代，無論是古希臘還是中國，都談不上有“物理學(xué)”。當(dāng)時人們還不可能自覺地、系

統(tǒng)地運用實驗方法，也不可能通過嚴密的邏輯推理和數(shù)學(xué)形式進行科學(xué)的概括，使之成為完

整的知識體系。但這階段仍是物理學(xué)形成和發(fā)展的先導(dǎo)和淵源。是物理學(xué)發(fā)展的孕育和萌

芽時期。

在中國，自夏、商、西周起，隨著手工技術(shù)的發(fā)展，物理知識開始積累。春秋戰(zhàn)國時期

科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展，中國古代物理學(xué)開始形成：秦漢時期，形成一個發(fā)展高峰；宋元時期

達到鼎盛。至此，在西方近代科學(xué)誕生之前，中國的科學(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域都居世界領(lǐng)先地位。

明末至清初以后，科學(xué)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展逐漸落后于西方，這一時期，西方物理知識開始向

中國輸入。

第一節(jié)：物質(zhì)本原思想

一.元素與原子的觀點

1.陰陽學(xué)說

陰陽是中國古代哲學(xué)的一對范疇。陰陽的最初涵義是表示陽光的向背，向日為陽，背日

為陰。

后來，又給它賦予了一定的意義，把自然界和社會上一切對立的現(xiàn)象抽象為陰陽，用陰

陽這個概念來解釋自然界兩種對立利相互消長的物質(zhì)勢力，用來解釋天文氣象、四季變化、

萬物興衰等自然現(xiàn)象。

如氣候的寒暖，方位的上下、左右、內(nèi)外，運動狀態(tài)的躁動和寧靜，以及天地、男女、

晝夜、君臣、夫妻等。

陽代表積極、進取、剛強、上升、溫?zé)?、明亮、雄性、太陽等陽性和具有這些特征的事

物；

陰代表消極、退讓、柔弱、下降、寒冷、晦暗、雌性、月亮等陰性和具有這些特征的

事物。

以天地而言，天氣輕清為陽，地氣重濁為陰：以水火而言，水性寒而潤下屬陰，火性

熱而炎上屬陽。

認為：陰陽的對立統(tǒng)一運動，是自然界一切事物發(fā)生、發(fā)展、變化及消亡的根本原因。

是自然界一切事物運動變化的固有規(guī)律。陰陽的對立和消長是宇宙的基本規(guī)律。

《素問?陰陽應(yīng)象大論》：“陰陽者，天地之道也，萬物之綱紀，變化之父母，生殺之本

始。

陰和陽，既可以表示相互對立的事物，又可用來分析一個事物內(nèi)部所存在著的相互對立

的兩個方面。

事物的陰陽屬性，并不是絕對的，而是相對的。這種相對性，一方面表現(xiàn)為在一定的條

件下，陰和陽之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，即陰可以轉(zhuǎn)化為陽，陽也可以轉(zhuǎn)化為陰。另一方面，

體現(xiàn)于事物的無限可分性。

陰陽學(xué)說的基本內(nèi)容包括陰陽對立、陰陽互根、陰陽消長和陰陽轉(zhuǎn)化四個方面。

在中醫(yī)學(xué)理論體系中，處處體現(xiàn)著陰陽學(xué)說的思想。陰陽學(xué)說被用以說明人體的組織結(jié)

構(gòu)、生理功能及病理變化，并用于指導(dǎo)疾病的診斷和治療。

“陰陽有序、整體和諧”是世間的最佳狀態(tài)，也是事物穩(wěn)定的基本保證。

太極圖

白紙稱為無極，畫上一個圓圈，稱為無極生太極（宇宙），中

間一條曲線分成黑白兩個部分，稱為太極生兩儀，中間的曲線表

示了陰陽的相互運動和相互轉(zhuǎn)化。黑白兩個半球中各有一個與之

顏色相反的小圓圈，稱為陰陽子，表示陰中有陽，陽中有陰。

《周易》

《周易》以陰陽的范疇為基礎(chǔ)，說明天地變化及各種現(xiàn)象：“易

有太極，是生兩儀；兩儀生四象，四象生八卦“（易經(jīng)?系辭上》）。意思是：宇宙的的本原

是‘太極’（物質(zhì)的原始狀態(tài)），太極生出天地，天地生出四時（春、夏、秋、冬），再生出‘八

圭卜’（天、地、山、澤、水、火、風(fēng)、雷）。

八卦

八卦則是其形式化和符號化：一一為陰，——為陽，分別稱作‘陰爻（y6。）'和‘陽爻'，

通過陰爻和陽爻的組合構(gòu)成八卦。：乾、坤、震、撰、坎、離、艮（gen）,兌。

陰——陽——組合生成四象：

太陰少陽少陰太陽

四象和陰陽相互作用生成八卦:

天地雷風(fēng)水火山澤

《周易》是以陰（陰爻一一）、陽（陽爻一）為基本單位而形成的一種對事物的理論性

把握。陰與陽二單位的不同組合形成八卦，將八卦中之任意兩卦疊合即形成六十四卦。每卦

有六爻，共組成384爻。八卦的卦、爻、位之間，有復(fù)雜的關(guān)系，64卦的卦象變化和爻數(shù)

就更加復(fù)雜，它反映了事物之間錯綜復(fù)雜的相互關(guān)系。在易學(xué)中，事物的性質(zhì)即由陰與陽所

占整體成份之多少及陰陽空間相對位置關(guān)系所決定。

《老子》說：“萬物負陰而抱陽”。

周代人伯陽父將地震成因歸于“陽伏而不能出，陰迫而不能蒸?！?/p>

八卦圖和太極圖：

乾

八卦與二進制：

若以陰爻一一表示0,陽爻——表示1,則坤卦三三即為000,乾卦三即為111,實際相

當(dāng)于八進制：0---7。

故事

德國數(shù)學(xué)家萊布尼茲1679年提出“論二進位制”，1701年他將二進位制表寄給中國的

法國傳教士白晉，白晉立即看出二進位制與中國伏羲八卦的六爻有關(guān)，遂回信并附寄伏羲

64卦圖。1703年4月1日，萊布尼茲收到到回信和圖，4月2日又復(fù)信，并將論文送出發(fā)

表，論文題目是：“二進位制計算的闡述”，副題是“關(guān)于只用。和1,兼論其用途和伏羲所

用數(shù)字的意義

2.五行思想

五行：金、木、水、火、土五種基本物質(zhì)或元素?！八谎咨?，木曰曲直，金曰從革,

土爰稼卷”（《解?潮》）

構(gòu)成：世界萬物皆由上述五種元素構(gòu)成?！耙酝僚c金、木、火、水雜，以成百物”（煙

語?鄭語》）。

相互關(guān)系：相生與相克：土生金、金生水、水生木、木生火、火生土；土克水、水克火、

火克金、金克木、木克土。木

發(fā)展：五行說的起源比“太極”、“道”等提出還早，在殷末

就已經(jīng)普遍流傳；春秋戰(zhàn)國時期，五行說與陰陽說相結(jié)合，形成（\\

了陰陽五行說，五行的概念開始外延，形成了五行相生相克、生/\7一\x\

克制化的關(guān)系。宋代以后，科學(xué)家們把五行作為由太極到萬物的I八J

中間環(huán)節(jié)，五行被容納于宇宙生成體系之中。宇宙由無極（太極）

而生，由太極生出陰陽，由陰陽生出五行，由五行的相互作用，

生出男女及世間萬物。

（和西方比較：古希臘的四根說，古印度的四大說，無金。）

3.原子的觀點

名家：代表人物慧施（約前375~前318）：“至大無外，謂之大一；至小無內(nèi)，謂之小

-?”（《莊子?鄭》）。

儒家：“語小，天下莫能破焉”（《［庸》）。

墨家：“端，體之無厚而最前者也”，“非半弗暑萬，則不動，說在端”（《墨經(jīng)?經(jīng)債）。

意思是‘端'無厚，不可再分。墨家觀點的特征是：對物質(zhì)可進行分割，但分割到'端'就不能

再分割下去。類似現(xiàn)在的原子觀點。

相反觀點：戰(zhàn)國時期公孫龍?zhí)岢觯骸耙怀咧?，日取其半，萬世不竭”（禮子?天E）。

（和西方相比：古希臘原子論：原子是不能再分割的最小單位。）

二元氣說

中國古代的哲人們期望著將世界萬物本源歸結(jié)為一種統(tǒng)一的物質(zhì)，認為世界應(yīng)該是由一

種連續(xù)分布于整個空間的物質(zhì)所構(gòu)成，而不像“五形說”是各種元素的組合。在“道”和“太

極”的思想指導(dǎo)下，逐漸形成并發(fā)展成為在中國古代自然觀中重要的、占主流地位的“元氣

說。

1.元氣說

中國古代的哲人們期望著將世界萬物本源歸結(jié)為一種統(tǒng)?的物質(zhì)，認為世界應(yīng)該是由

一種連續(xù)分布于整個空間的物質(zhì)所構(gòu)成，而不像“五形說”是各種元素的組合。在“道”和

“太極”的思想指導(dǎo)下，逐漸形成并發(fā)展成為在中國古代自然觀中重要的、占主流地位的“元

氣說”。

春秋戰(zhàn)國時期，老子認為由最高范疇的道生出陰陽二氣，進而產(chǎn)生萬物。莊子繼承和

發(fā)揚老子的學(xué)說，提出“通天下一氣”的思想。戰(zhàn)國末期的荀（xiln）況也指出氣是構(gòu)成萬

物的基本元素。

“通天下一氣”思想與精氣說：

《莊子女I北游》中記載:“人之生，氣之聚也。聚則為生，散則為死?！嗜f物一也。……

通天下一氣耳?！?/p>

《管子?內(nèi)業(yè)》記載“凡物之精，比則為生。下生五谷，上列為星；流于天地之間，謂

之鬼神；臧于心中，謂之圣人。杲（gao,明亮）乎如登于天，杳（yao陰暗，隱沒）乎如

入于淵，淖（nao泥沼，柔和）乎如在大海，卒乎如在于配（qi不長草木的山）”。

荀（xun）子（約前298~前238）《荀子?王制》：“水火有氣而無生，草木有生而無知，

禽獸有知而無義，人有氣有生有知有義，故謂天下貴也”

元氣說在春秋戰(zhàn)國時期出現(xiàn)，在漢代逐漸成熟，經(jīng)過唐、宋得到相當(dāng)大的發(fā)展，明末清

初達到高峰。由漢代的王充、唐代的柳宗元和劉禹錫為代表，形成了“元氣自然論”；由宋

代張載和明末清初的王夫之為代表形成了“元氣本體論”。

2.“元氣說”的主要思想：

①氣是充滿整個宇宙客觀存在的物質(zhì)，是萬物本原

王充在《論衡》中說：“天地，含氣之自然也《論衡?談天》，“天地合氣，萬物自生”

《論衡?自然。

《論衡?言毒》說：“萬物之生，皆稟元氣?！?/p>

宋代《二程遺書》卷五說：“萬物之始，皆氣化

宋代朱熹《朱子遺書》說：“天地之間，一氣而已?！?/p>

明代王廷相的《雅述》上篇說：“元氣之上無物……”

王廷相《王氏家藏集》卷二十七說：“天地未判之前，只有一氣而已。一氣中即有陰

陽，……二者離之不可得

王充（27--約97）：東漢時期的唯物主義哲學(xué)家和進步思想家，創(chuàng)立了以氣為基礎(chǔ)的元氣自然論。主

要著作有《論衡》，共30卷，85篇，涉及力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等多方面的知識，是我國中古

時期的一部百科全書。

②氣有聚散兩態(tài)，太虛為氣，氣形轉(zhuǎn)化

“地氣上為云，天氣下為雨”《黃帝內(nèi)經(jīng)?素問》；

“氣有六，陰、陽、風(fēng)、雨、晦、明”《左傳?昭公元年》；

張載《正蒙?太和》：“太虛者，氣之體…形聚為物，形潰反原”《正蒙?乾稱》；“氣不

能不聚而為萬物，萬物不能不散而為太虛”“氣之聚散于太虛，猶冰凝釋于水，知太虛即氣”。

王夫之（1619~1692,明末清初）：“虛空者，氣之量，氣彌淪無崖而希微不形，則人見虛

空而不見氣。凡虛空者，氣也。聚則顯，顯則人謂之有；散則隱，隱則人謂之無?！薄稄堊诱?/p>

蒙注?太和》。

張載（1020~1077,宋）簡介：宋代唯物主義者，提出“元氣本體論”和物質(zhì)不滅思想，主要著作有

《正蒙》；

王夫之簡介：明末清初人，學(xué)術(shù)著作較多，有《周易外傳》，《張子正蒙注等》。

③氣分陰陽，永遠處于運動變化之中

陰陽二氣的相互作用、相互感應(yīng)，構(gòu)成了天地萬物存在與變化的多樣性，天地萬物變化

的實質(zhì)即氣的運動變化。張載《正蒙》：“氣有陰陽，屈伸相感之無窮王夫之《張子正蒙

注》：“感者，交相感。陰感于陽而形乃成，陽感于陰而象乃著:西周末年的伯陽父解釋地

震現(xiàn)象時說：“天天地之氣，不失其序。若過其序……陽伏而不能出，陰迫而不能蒸，于是

有地震。”（《國語?周語》）

④物質(zhì)不滅思想

王夫之《張子正蒙注?太和》：氣“散而歸于太虛，復(fù)其氤氯之本體，非消滅也。聚而為

庶物之生，自氤氯之常性，非幻成也”“聚散變化，而氣本體不為之損益?！保弧败囆街?，一

烈而盡，而為焰，為煙，為燼，木者仍歸木，水者仍歸水，土者仍歸土，特希微而人不見者

“一甑（zeng）之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸；若蓋嚴密，則郁而不散。”

3.元氣說的局限、以太和場

元氣學(xué)說注重物質(zhì)連續(xù)不連續(xù)的相互統(tǒng)一，強調(diào)事物間的相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化。符合

自然界的真實變化，與自然本性更接近。但元氣說終究是一種思辯理論，沒有實驗、數(shù)學(xué)等

科學(xué)方法的配合，長期停留在推測、玄想階段，致使中國沒有走上誕生近代科學(xué)的道路。

中國古代的氣概念因為在理論上要泛化而更多脫離了自然存在的?種物質(zhì)形態(tài)的范疇，

另一方面在抽象程度上又沒能達到哲學(xué)的高度。在具體運用中氣的內(nèi)涵也是可以在抽象的元

氣與具體的空氣間漂移。盡管也被中國古人用來解釋自然現(xiàn)象，但在中國的文化中，氣更多

地成為了自然哲學(xué)層次的概念而不是物理學(xué)層次的概念。

1644年，笛卡兒提出以太旋渦理論，以解釋原子間的虛空問題和超距作用。后經(jīng)美國

傳教士丁匙良的考證，他認為，笛卡兒的以太論可能來源于張載的元氣論。

19世紀末，在場論的發(fā)展中，以太思想又有所體現(xiàn)，如在量子場論中采用了類似氣形

轉(zhuǎn)化的觀點，即把光子看作是電磁場的表現(xiàn)形式，且每一種粒子對應(yīng)一種量子場，以場的激

發(fā)和退激表示為粒子的產(chǎn)生于消失。這種看法實際上于元氣的聚散狀態(tài)的不同表現(xiàn)的觀點基

本上一致。

4.評價

李約瑟認為：“元氣，像現(xiàn)代人心目中以太波或輻射線。”

（JosephNeedham:ScienceandCivilisationinChina[J].Cambridgepress,Vbl,II,1962.472）

何祚麻先生則認為氣”與其說是接近于以太，不如說更接近于現(xiàn)代科學(xué)所說的場”，“元

氣學(xué)說……是現(xiàn)代量子場論的濫觴”。（楊仲耆，申先甲：物理學(xué)思想史，湖南教育出版社）

第二節(jié)物理學(xué)知識的積累

一力學(xué)

1.物理計量

①時間計量

a.干支紀法：春秋時魯隱公三年（前722）二月己巳日至清宣統(tǒng)年（1911）。“干支”是

“天干”和“地支”的合稱。

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（xti）、亥。

天干和地支相互組合成“六十干支”：甲子、乙丑、…癸酉、甲戊、乙亥…癸亥。共60

個組合，也稱“六十甲子”，周而復(fù)始，不斷循環(huán)。

b.十二時展記時法：子時：23?1時，丑時：1?3時，…,亥時：21?23時。

表1-1十二時辰與24小時紀日法的對應(yīng)關(guān)系

子時23?1時辰時7?9時申時15?17時

丑時1?3時巳時9?11時酉時17?19時

寅時3?5時午時11?13時戊時19~21時

卯時5-7時未時13?15時亥時21?23時

c.百刻時制（漏出記時制）：采用日號或漏壺將??晝夜分為十時，一時分為十刻?！?

為漏壺的基本記時單位，在竹或木制的箭上100個等分刻度，其高度正好等于一晝夜漏壺

滴水的高度。1刻等于現(xiàn)在的14.4分鐘。

d.測時化毒：

圭表一由圭和表垂直構(gòu)成。利用太陽投影指示時間的儀器。表為直立的桿子，圭為一平

板，板上有刻度，由表向北延伸。

日辱：和圭表原理相似，由唇盤和唇針組成，唇針安在唇盤中央，并垂直與懸盤。

月辱星號

漏刻：《周禮?夏宮》記載：“挈(qie)壺氏：掌挈壺以令軍井,皆以水火守之，以分

晝夜?！薄端逯啤飞险f：“《周禮》挈壺氏，其法總以百刻，分以晝夜，冬至?xí)兟┧氖?，?/p>

漏六十刻，夏至?xí)兟┝?，夜漏四十刻；春秋二分晝夜，各五十刻?！?/p>

漏壺有兩種形式：瀉水型和受水型。我國最早的西漢青銅挈壺為瀉水型漏壺，只有一把

挈壺，出水口在壺底側(cè)。由于挈壺里水位不同時出水速度不同，后來又發(fā)展出受水型。并逐

漸由最初的兩壺發(fā)展成多壺。下圖為根據(jù)唐朝呂才《歷象匯編歷法典》99卷刻漏圖制作的

四級漏壺.

浮漏：宋代沈括在多級漏壺的基礎(chǔ)上發(fā)明了浮漏，每晝夜誤差小于20秒。宋代燕肅制

作的蓮花漏改進了刻箭的刻度方法，精度提高到14.4秒；宋代趙友欽則將精度提高6秒。

用于測定天體位置，一天轉(zhuǎn)一周。后經(jīng)唐

宋發(fā)展，成為世界上最早的天文鐘。

②度量衡

度---長度量---容量衡---重量

長度：《孔子家語》記載：“布指知寸，布手知尺，舒肘知尋”即：從中指的指端到第一橫紋

叫一寸，拇指和中指一扎為一尺，兩臂伸開長八尺，叫一尋。《孫子算經(jīng)》：“度之所起，起

與忽。蠶吐絲為忽。十忽為一絲，十絲為一毫，十毫為一厘，十厘為一分

《漢書?律歷志》記載：“度本起黃鐘之長?！攀贮S鐘之長，一為一分，十分為寸，

十寸為尺，十尺為丈，十丈為引”。

袞量：一手所盛為“溢”，二手合盛為“掬”，“掬四謂之豆”

公元211年，秦始皇統(tǒng)一中國后，在商鞅變法的基礎(chǔ)上對度量衡進行了統(tǒng)一，制發(fā)了一

大批度量衡標(biāo)準(zhǔn)器，意義重大。

a.計量單位：《漢書?律歷志》詳細記載：

長度單位：弓I、丈、尺、寸、分，十進制；

容量單位：斛（hU）、斗、升、合、命（yue）,十進制。

重量單位：石、鈞、斤、兩、銖，非十進制。

b.計量器具：

長度量具：最早商代的牙尺，等于現(xiàn)在的16.95cm；戰(zhàn)國的銅尺，合現(xiàn)在的23.0cm；公

元9年，新莽時期的銅卡尺，長度14.22cm,分固定尺和活動尺兩部分，相當(dāng)于現(xiàn)在的游標(biāo)

卡尺。另外還有唐朝鏤牙尺（0.3m）、鎏金雕花銅尺、木尺、黃鐘玉尺等。

遠距離長度計量：唐宋時的丈桿、測繩、步車，特別是記里鼓車利用車輪的轉(zhuǎn)動，間

接而自動的記錄車行里數(shù)。

容量量具：斛、斗、升、合、畬（yue）o

重量量具：古人稱之為‘衡'，衡的形式包括：等臂天平、不等臂天平、桿梓。權(quán)就是

祛碼或秤花。1954年在湖南長沙戰(zhàn)國楚墓出土了我國最早的等臂天平和祛碼，天平為木桿，

桿端有兩盤，還有以兩為單位的九各祛碼。

2.時間、空間和運動

①時間與空間

《尸子》“上下四方曰宇，往古今來曰宙"。魏國尸佼（前390?330）。這里宇就是空

間，宙就是時間。

《莊子》中記載：“有實而無乎處者，宇也；有長而無本剽者，宙也?！奔矗河钍菍嵲?/p>

的和無處不在的，宙有長短但無始終。

《墨徑》：“久，彌異時也；宇，彌異所也”，彌-遍及的意思.在《經(jīng)說》中對“久、宇”

進行了解釋：“久，合古今旦幕；宇，蒙東西南北”。

時空無限性：莊子曰：“天與地?zé)o窮”，張衡說：“宇之表無極，宙之端無窮'’等；墨家：

“久，有窮，無窮”等。

②運動與靜止

《墨徑》：“動，域徙也"''止，以久也:這里'以'停止的意思。“邊際徙者，戶樞免瑟”

指轉(zhuǎn)動；

③運動的相對性

《呂氏春秋》：“刻舟求劍”故事；

《隋書?天文志》：“乘船以涉水，水去船不徙也”，“仰游云以觀，日月常動而云不移”（晉

代束皙xi262-301）o

《抱樸子?塞難》：“見游云西行，而謂月之東馳”（晉代葛洪283-343）

《春秋緯?元命苞》（漢代）：“天左旋，地右動”.

《春秋緯?考靈曜（yd。）》地恒動不止，而人不知，比如人在大舟中，閉牖（y6u）而坐，

舟行而人不覺”。比伽利略（1564-1642）相對性原理早一千多年。

3對力的認識

（1）力的概念

《墨徑》：“力，刑之所以奮也“，這里刑即形，指物，奮即飛，動的意思。

王充《論衡?效力篇》：“人有知學(xué)，則有力矣。文吏以理事為力，而儒生以學(xué)問為力”，

“舉重拔堅，壯士之力也”，“故夫墾草殖谷，農(nóng)夫之力也…”（東漢）

西方，17世紀初，弗蘭西斯?培根，提出：“知識就是力量”。

（2）外力與內(nèi)力

王充《論衡》：“古之多力者，身能負荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉不能離地。”

（3）杠桿原理

《墨徑》中對不等臂天平的論述：“衡，加重于其一旁，必捶，權(quán)、重相若也。相衡，

則本短標(biāo)長。兩加焉，重相若，則標(biāo)必下，標(biāo)得權(quán)也。”

（4）.重心與平衡

西安半坡仰韶文化（距今5000~6000年前）遺址出土的吸水陶罐：口小、腹大、底尖，

兩側(cè)耳環(huán)稍低于罐的重心。

西周及歷代的欹（qi傾斜）器：又稱宥（”u,寬容）坐之器，形狀同上。

作用有二：

①容器：《荀子?宥坐》記載孔子觀魯桓公廟時所說“吾聞宥坐之器者，虛則欹，中則正,

滿則覆”。

②勸告之器：告戒人們行為和思想不可過或不及。

王充《論衡》：圓物投之于地，是隨遇平衡；方物及地，是穩(wěn)定平衡；而山中處危峭之

大石則是不穩(wěn)定平衡。

（5）浮力：曹沖稱象等。

（6）彈力：弓箭的制作等（東漢鄭玄127-200）?

（7）大氣壓力

西漢時期已利用虹吸管一渴烏，東漢時己廣泛用于灌溉，唐朝已有隔山取水的大型引水

工程。

《關(guān)尹子》：“瓶存二竅，以水實之，倒瀉；閉一則水不下，蓋（氣）不升則水不降?！?/p>

唐代王冰《素問》：“虛管灌滿，捻上懸之，水固不瀉，…；空瓶小口，頓灌不入，為氣

不出而不能入也。”

（8）慣性：春秋戰(zhàn)國時期的《考工記》中描述：“馬力既竭，軸猶能一取焉”。

4力學(xué)知識應(yīng)用

尖劈、轆箱、滑輪、水轉(zhuǎn)筒車、水轉(zhuǎn)連磨、水碓（dui舂米用具）、水排鼓風(fēng)機（公元

31年東漢南陽太守杜詩發(fā)明）、被中香爐、記里鼓車、水運渾象儀等。

水轉(zhuǎn)連磨被中香爐

古代建筑學(xué)上力學(xué)的應(yīng)用：如隋代李春建造的趙周橋，是我國古代留傳至今最古老、跨

度最大、弧度最淺的石拱橋，距今已1300年；

公元1056年建造的遼代山西應(yīng)縣木塔，是世界上現(xiàn)存的最高的古代木構(gòu)建筑，高67.31

米，經(jīng)受近一個世紀的風(fēng)雪襲擊，12次六級以上地震，至今安然屹立。

宋代建筑師喻皓曾在開封建“開寶寺塔”斜塔：“塔初成，望之不正，而勢傾西北。人怪

而問之。皓曰：‘京師地平無山，而多西北風(fēng)，吹之不百年當(dāng)正也?！薄稓w田錄》。

明代的北京故宮群等等。

二熱學(xué)

1.火的利用

※我國170萬年前的元謀人已開始用火；

X6000多年前的半坡人已經(jīng)用火燒制陶器；

※古人取火的三種方法：

①摩擦、打擊：鉆木取火、火鐮和火石取火等；

②用銅制的凹面鏡：即陽燧取火；

③用硫磺摩擦取火：和19世紀歐洲發(fā)明的火柴（洋火）相似。

2.對熱現(xiàn)象和熱本質(zhì)的認識

①溫度、濕度極其測量

以感覺分級：冰、寒、涼、溫、熱。掌握了冰點和人或動物體溫這兩個較恒定的溫度標(biāo)

準(zhǔn)?！痘茨献印罚骸岸闷恐兄煜轮??！?/p>

“火候”：在燒制陶器和冶煉金屬的過程中，通過對“火候”的觀察，來定性的判斷溫度的

高低?！犊脊び洝酚涊d了青銅冶煉時火色與溫度的關(guān)系：“凡鑄金之狀，金與錫。黑濁之氣竭,

黃白次之；黃白之氣竭，青白次之；青白之氣竭，青氣次之，然后可鑄也?！奔串?dāng)"爐火純青”

時，爐溫達到1200℃左右，雜質(zhì)揮發(fā)，銅錫融合，可以用來澆鑄了?；鹕珜嶋H為物質(zhì)原子

的發(fā)射光譜及其強度的表現(xiàn)。

濕度：《淮南子》：“琴弦緩，天且雨”“風(fēng)雨之變，可以音律知之”，即現(xiàn)在毛發(fā)濕度計的

原理.

②熱的傳播

冰鑒：溫酒器具殷周時期即有用青銅器制造的溫酒器具，井用“冰室”冷臧食物：隨縣曾

侯乙墓出土的戰(zhàn)國時期的“冰鑒”，外面是一個大方鑒，里面是方尊缶。即內(nèi)容器盛酒，外容

器盛熱水或冰。

伊陽古瓶：保溫器具，南宋洪邁《夷堅甲志》：“張虞卿者…得古瓶于土中，置書室養(yǎng)花。

方冬極寒，一夕忘去水，意為冰裂，明日視之，凡他物有水者皆凍，獨此瓶不然。異之，試

之以湯，終日不冷?！Ш鬄樽砥陀|碎，視其中，夾底厚二寸?！?/p>

溫度與距離得關(guān)系：王充：“夫近水則寒，近火則溫，遠之漸微。何則？氣之所加遠近

有差也?！?/p>

③熱脹冷縮與熱應(yīng)力

熱脹冷縮；增大熱應(yīng)力：在公元前250年都江堰水利工程中的應(yīng)用記載：“大灘江中，

其崖嶄峻不可鑿，乃積薪燒之?！边@種增大熱應(yīng)力開鑿巨石的記載很多。

④物態(tài)的變化

漢代董仲舒在《雨雹對》到蒸發(fā)、液化、凝固三態(tài)的變化。對水的三態(tài)冰、水、和汽的

認識就更早；

王充在《論衡》中記載了對雨、露、霜、雪等的認識：云雨不是天上固有的，而是從地

面上蒸發(fā)上去的，雨露霜雪雖形式不同，但都是由水冷凝而成，只是形成溫度不同。

北魏時期《齊民要術(shù)》中有“放火作熨”，即深秋傍晚在田地里燒柴草，使煙氣彌漫，防

止霜凍?，F(xiàn)在仍為農(nóng)村沿用。

⑤熱的本性

五行說：熱（火）是構(gòu)成物質(zhì)的一種元素；

元氣說：熱這種物質(zhì)的本原仍是氣。

3熱能利用與熱功

碳：4000年前已有用碳的記載：

煤和石油：公元前2世紀已開始用煤，《山海經(jīng)》《水經(jīng)注》中都有記載，煤被成為石涅、

石墨、石碳等；石油的記載最早見于《漢書?地理志》，被稱為治（wei）水。

高溫技術(shù)：殷商時期在高溫冶煉鑄造技術(shù)方面就已卓有成效：殷代文物司母戊鼎、商代

的四羊尊、戰(zhàn)國的銅尊盤、秦始皇陵的大型銅馬車等。春秋末期制造的白口鐵和中碳鋼劍，

表明當(dāng)時的冶煉已達到1300C的高溫。

松脂燈：利用熱氣上升的原理，用于軍事信號；

熱氣球：14世紀初元朝仁宗登基時在元大都（北京）升起世界上第一個熱氣球。

走馬燈：利用冷熱空氣對流帶動紙輪旋轉(zhuǎn)。

4火藥與火箭的發(fā)明

火藥：四大發(fā)明之一。

火藥玩具：火器，煙花等。

火箭：宋代的管形火器“突火槍”。

元代的銅炮：

明代的多種多發(fā)火箭：火弩流星箭（同時發(fā)射10股）：

一窩蜂箭（32只箭）；百虎齊奔箭（100只）；飛空震天雷、神火

飛鴉（雛形飛彈）及火龍出水（二級火箭）等。

萬虎：明代官員，是“第一個企圖利用火箭飛行的人。他用47

只最大的火箭綁在椅子背后，手拿兩個大風(fēng)箏，想借助火箭的推

力和風(fēng)箏上升的力量飛向空中。1970年國際天文學(xué)會為了紀念他，

把月球背面的一個環(huán)行山命名為“萬虎環(huán)行山

明《武備志》記載:“水戰(zhàn)，可離水三、四尺燃火，即飛出水面二、

三里去遠，如火龍出于江面，筒藥將完，腹內(nèi)火箭飛出，人船俱

焚?！卑l(fā)展了二級火箭裝置。

三光學(xué)

（一）光源與光的本性

1.光源：

①太陽和月亮：甲骨文中用“明”字表示。

②火：甲骨文中“光”就是一個人舉著一把火；

③燈：西漢的鐳金長信宮燈：

④磷光：俗稱“鬼火”

⑤螢火：“囊螢”讀書的故事；沈括稱其為“聚螢?zāi)摇睙艋\，“有火之用，無火之熱”；明

清時期將其用于水下誘捕魚。

⑥熒光物質(zhì)：用含有熒光物質(zhì)的顏料作畫。宋代《湘山野錄》記載一幅畫牛的畫，白天看,

牛在欄外吃草，晚上牛則臥在欄內(nèi)；

2.光的本性

中國古代認為氣是宇宙萬物之原，光為火，火為五行之一，五行是氣的產(chǎn)物，因此光的

本質(zhì)是氣。

光行極限說：光的傳播有一定范圍，《周髀（bl）算經(jīng)》中有“日照四旁各十六萬七千

里。

光的傳播有一定速度，需要一定時間等。

（二）幾何光學(xué)知識

1.光的直線傳播與小孔成像

《墨徑》：景倒，在午有端與。景：光之人，照若射，下者之人也高，高者之人也下。

足蔽下光，故成景與上。首蔽上光，故成景與下?！埃ㄎ纾航徊?；端：小孔）。

《夢溪筆談》：”若鶯（yuan）飛空中，其影隨鶯而移；或中間為窗所束則影與鶯相違,

鶯東則影西，鶯西則影東。又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束，亦皆倒垂?！?/p>

趙友欽實驗（宋末元初）：趙友欽實驗在中國古代史上占有重要地位，其實驗?zāi)康拿鞔_,

設(shè)計合理，步驟清晰，結(jié)果可靠，是中國物理學(xué)史上的的

一個首創(chuàng)。

趙友欽實驗：實驗中他固定幾個條件，改變一個條件

來觀察成像情況。實驗分五步進行：①改變孔的大小，比

較成像情況；

②改變光源強度，作日月蝕模擬實驗；

③改變像距；

④改變光源距離，觀察小孔成像的變化：

18nC!友軟實施裝管

⑤改變孔的大小和形狀，做大孔成像實驗。

2.光的反射與鏡面成像

《墨經(jīng)》中論述了光的反射.，包括平面鏡、凹面鏡、凸面鏡的反射情況。

平面鏡：“景，日之光反燭人，則景在日與人之間”

凹面鏡：“鑒洼，景一小而易，一大而正，說在中之外、內(nèi)?！兄畠?nèi)，鑒者近中，則

所鑒大，景亦大；遠中，則所鑒小，景亦小，而必正，起于中緣正而長其直也。中之外，鑒

者近中，則所鑒大，景亦大；遠中，則所鑒小，景亦小而必易。合于中長直也“鑒洼”即

凹面鏡，“中"為焦點，''易"即倒置。

凸面鏡：“鑒團，景一?！b者近，則所鑒大，景亦大；其遠，所鑒小，景亦小，而必

正”即鑒團只成一縮小的正立的像（虛）。

沈括：“陽燧面洼，以一指迫而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒?！薄靶¤b不能全觀

人面，故令微凸，收人面令小,，則鑒雖小而能全納人面。仍覆量鑒之小大增損高下，常令

人面與鑒大小相若」

鏡術(shù)：利用平面鏡成像制成“萬花筒”樣的“魔鏡”：日月鏡、四規(guī)鏡等。

清代黃履莊曾造“燈衢（qU道路”'：“做小屋一間，內(nèi)懸燈數(shù)盞，人入其中，如至通街

大市，人間稠雜，燈火連綿，?望數(shù)里?！?/p>

清代鄭復(fù)光造“羅漢堂”：從側(cè)面小洞向里看“千門萬戶，百千羅漢”。

凹凸面鏡：殷武丁時期就出現(xiàn)了凹、凸面銅鏡。

透光鏡：現(xiàn)上海博物館珍藏有西漢時期的“透光鏡”（青銅）。隋唐《古鏡記》記載:

“承日照之，則背上文字，墨入影內(nèi)，纖毫無失”。

3.光的折射與透鏡

冰透鏡：西漢《淮南萬畢術(shù)》記載：”削冰令

圓，舉向以日，以艾承其影，則火生?！?/p>

鯽魚杯：宋代《春渚（zhu）紀聞》：“有一鯽,

長寸許，游泳可愛。水倒出，魚不復(fù)見。復(fù)酌水

酒中，須臾一魚泛然而起“蝴蝶杯”、“蘭花杯”等。

4.光的色散

雨后成虹和造虹實驗：

唐初孔穎達《禮記注疏》“日照雨滴則虹生”；

唐代張志和《玄真子》“雨色映日而為虹”“背日噴乎水，成虹霓之狀?！?/p>

南宋蔡卞《毛詩名物解》：“云薄漏日，日照雨滴則虹生。今以水噴日，自側(cè)視之，則

暈為虹霓…。故今雨氣成虹，朝陽射之則在西，夕陽射之則在東?！?/p>

雞子石英證含光圖：

著名道士張果修煉內(nèi)丹的著作《修真歷驗鈔圖》：講到從白石英看到：“映日則光玉也…，

五色玄英白石英為無色透明晶體，屬六角晶系。用白石英作的三棱鏡對日光產(chǎn)生了色散。

明末方以智《物理小識》：“光肥影瘦”，即光線可沿曲線傳播。

四電磁學(xué)知識

1.對電的認識

摩擦起電：*東漢王充《論衡》：“頓牟掇芥，磁石引針…他類肖似，不能掇取者，何也？

氣性異殊，不能相感動也?！鳖D牟指玳瑁（爬行動物，形狀象龜，這里指其殼）。（用元氣解

釋靜電現(xiàn)象）；*西晉張華《博物志》記