中國古代的物理知識
中國古代的物理知識
中國古代的許多著作都涉及到了物理知識。小編在這里整理了相關知識，快來學習學習吧!
中國古代的物理知識
《墨經(jīng)》
《墨經(jīng)》是墨家學派的著作，也是他們進行私學教育的教材。《墨經(jīng)》中有關物理知識的內(nèi)容，主要是在力學和光學方面。
力學方面
《墨經(jīng)》中對時間和空間概念分別作了正確的定義。如“久，彌異時也”?！坝?，彌異所也”。就是說，時間是不同時候的通稱。空間是包括各個方面的一切地點。并區(qū)分了時間和時刻的概念，如“始，當時也。”“時，或有久，或無久。始，當無久?！本褪钦f，時間可分為“持續(xù)(有久)的”和“非持續(xù)(無久)的”，即瞬時的兩種。“開始”則屬于“無久”的瞬時的那一種。墨家又把機械運動定義為“動，或(域)徒也”。意思是說，運動乃是物體空間位置的變動。
《墨經(jīng)》中對力的概念提出了初步的論述?！傲Γ?形)之所以奮也。”即是說，力是使物體開始運動或加快運動的原因?！赌?jīng)》中還進一步把重量與力聯(lián)系了起來，“力，重之謂。下與(舉)，重，奮也”。顯然它指出了物體的重量也是一種力。并說明物體下落或向上舉時，都有力的作用。墨家以桔槔和秤的工作原理為例，總結了杠桿的工作原理，提出了“本(重臂)”、“標(力臂)”、“權”、“重”等概念，論述了等臂杠桿和不等臂杠桿的平衡條件，并指出“挈，長重者下，輕短者上?！奔锤軛U的平衡，不但取決于兩物的重量，還與“本”、“標”的長短有關。可見墨家已知道了可以用兩種方法來調(diào)節(jié)杠桿的平衡，并已進行了杠桿原理的探討。
墨家還敘述了斜面上的物體失去平衡的道理，以及利用斜面來提升重物的方法。他們曾設計了一種裝著滑輪的前低后高的斜面車，稱為“車梯”，用來載重物沿斜面不斷升高，以節(jié)省人力。
光學方面
《墨經(jīng)》從早就被人們認識的光的直線傳播原理出發(fā)，首先提出了影與光、物之間的關系。如“景不徙，說在改為?！本褪钦f影是不動的，為什么有時看到影在移動呢?這是由于光源(或物體)移動而使影改變位置的緣故。接著對本影和半影及影子的大小跟光源、物體的關系等等作了論述，如“景二，說在重。”“景之大小，說在迆正、遠近?！边@兩句分別是說，兩種陰影區(qū)之所以形成，是由于兩個光源的光線照射到同一物體上，在物體后面產(chǎn)生的兩個陰影區(qū)互相重疊的結果。同一物體之影所以會有時大有時小，是由于光線照射于該物體有時斜、有時正，以及光源離物體有時遠、有時近的緣故。又如“景倒，在午有端，與景長，說在端”，指出了小孔成像之所以倒立，是由于光線在小孔處交叉，至于像的長短，則與小孔的位置有關。并進一步說“光之人照若射。下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景于上;首蔽上光，故成景于下。在遠近有端與于光，故景庫內(nèi)也。”具體解釋了小孔成像的原因。
《墨經(jīng)》還介紹了平面鏡成像，敘述了凹面鏡、凸面鏡成像的規(guī)律，如“低，景一小而易，一大而正，說在中之內(nèi)外?！奔窗济骁R可以生成一個倒立縮小的實像，或一個正立放大的虛像，原因是由于人在球面中心和焦點之外還是之內(nèi)。又如“團，景一。”即物體不管離凸面鏡的距離遠近如何，凸面鏡只可以生成一個正立縮小的虛像。可見，墨家私學不僅相當系統(tǒng)地研究和傳授了幾何光學方面的知識，得出了精辟的見解和結論，而且在研究和傳授中已運用了觀察、分析和科學實驗的方法。
此外，墨翟曾在地下設甕，利用共鳴現(xiàn)象，探查敵方挖洞攻城的計謀。到宋代曾公亮，在他的《武經(jīng)總要》中，把這種方法稱為“甕聽”，這是聲學效應在軍事中的應用。
《考工記》
《考工記》是春秋戰(zhàn)國時期齊國人的一部科技著作。它是我國古代一部手工技術規(guī)范的匯集。全書所論包括了當時手工業(yè)的主要工種，并在論述各種手工技術的同 時，還闡述了其科學道理。經(jīng)分析可以看到在描述每一項手工技術的文字中都包含了一定的物理知識，其中主要是力學和熱學方面。
力學方面。
《考工記·輪人篇》在論述車輪制造時，以受力、運動和不同接觸地面的影響等因素出發(fā)，在講到輪子的形狀與運動快慢之間的關系時說：“凡察車之道……不微至，無以為速也”?！拔⒅痢笔侵篙喓偷孛娴慕佑|面積少。就是說，車輪與地面接觸少，就容易轉(zhuǎn)得快。那么，怎樣才能達到“微至”呢?它接著指出：“欲其微至也，無所取之，取之圜(圓)?！奔匆M量把輪子做成理想圓。這是在實踐中對滾動物體的滾動速度與滾動物體的接觸面積大小有關的經(jīng)驗總結，是符合近代摩擦理論的。在論述如何檢驗輪子各部分是否做得均勻時，它說：“楺輻必齊，平沈(沉)必均?！薄八员x(視)其平沈之均也?！边@里水之，即浸入水中，如果“平沈”即浮沉相同，則輪子各部分必定是均勻的，就符合制作輪子的要求了。這是浮力原理在制造輪子中的應用。在論述到輪子大小對拉力(牛或馬)的影響時，它說：輪太矮，馬就老在上坡一樣。從現(xiàn)在力學知識看，當輪太低時，轅與地面成一角度，馬除了要克服運動阻力外，要承受部分重力，因此馬總象上坡一樣費勁。這是實踐中對斜面受力的一種極好的分析。
《考工記》還分析了與彈道有關的技術。它在《矢人篇》中說：“水之以辯其陰陽，以設其比，夾其比以設其羽，參分其羽，以設其刃，則雖有疾風，亦弗之能憚矣?！边@就是說，為了要使箭在飛行中保持穩(wěn)定，采取了把箭上的羽毛按一定比例對稱地安排，然后加上箭頭，則在飛行中就不怕風的影響了。接著又說：“前弱則俛(俯)，后弱則翔(仰)，中弱則紆(紆絗旋轉(zhuǎn)之意)，中強則揚?！薄坝鹭S則遲，羽殺則。”這說明了箭桿如果前輕后重，或前重后輕，都會影響飛行的高度;中間輕重配置不當，會影響飛行的穩(wěn)定性;羽毛太多，則飛行速度慢。而羽毛太少，則箭容易落向旁側，射不到目的物。
《考工記》最早作出了關于物體慣性的論述。在《辀人篇》中說：“勸登馬力，馬力既竭，辀尤能一取焉”。意思是說，馬拉車的時候，馬已停止用力了，但車還能前進一段路程，這里指出了物體的一種基本屬性慣性，這也是世界上對慣性現(xiàn)象的最早論述。
熱學方面
《考工記》中論述的熱學知識，是很有實際意義的。它說：“凡鑄金之狀，金(銅)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。”指出了冶煉金屬時加熱后先呈暗紅色，溫度漸高，依次是呈橙色、黃色、白色、最后是青色。這是因為金屬里含有碳、鈉一類的雜質(zhì)，不同物質(zhì)有不同的汽化點，所以可以根據(jù)汽化物質(zhì)的顏色作為判斷火候或溫度高低的標準，最后達到“爐火純青”，就可以澆鑄了。這個從實踐中總結出來的區(qū)別冶煉金屬程度的實際知識，傳至今日，仍為冶煉工人所利用。
《論衡》
《論衡》是東漢王充所著，內(nèi)容十分豐富，其所述的物理知識，也較之《墨經(jīng)》有十分明顯的充實和發(fā)展。
力學方面
王充在對物體的運動進行了仔細觀察的基礎上，在《論衡》中指出了人的視覺，在觀察物體的運動快慢時會造成錯覺的原因和如何量度物體運動的快慢。他在《論衡》中說：“天行已疾，人去高遠，視之若遲。蓋望遠物者，動若不動，行若不行;何以驗之?乘船江海之中，順風而驅(qū)，近岸則行疾，遠岸則行遲，船行一實也，或疾或遲，遠近之視使之然也。”說明是由于觀察者離運動物體遠近不同，因而感到它的快慢也就不同了的道理。這也說明王充已知道了視角差對于觀察物體運動快慢的影響。在關于運動的快慢上，又說“日晝行千里，夜行千里，麒麟晝?nèi)找嘈星Ю?，然則日行舒疾與麒麟之步相類似也?！币馑际翘柡枉梓朐谌臻g運動的快慢相比是一樣的，說明已有了現(xiàn)代物理學中“速率”概念之萌芽。
關于力和運動的關系，說：“是故車行于陸，船行于溝，其滿而重者行遲，空而輕者行疾，”“任重，其進取疾速，難矣。”又說“古之多力者，身能負荷千鈞。乎能決角伸鉤，使之自舉。不能離地?！憋@然已不僅知道在外力的作用下，若外力大小一定，則物體越重，要它開始運動，或使之運動狀態(tài)發(fā)生變化就越難。這顯然是現(xiàn)在稱之為牛頓第二運動定律的萌芽，而且還認識到內(nèi)力不能改變物體運動狀態(tài)這一事實。
聲學方面
在《論衡》中有：“生人所以言語呼吁者，氣括口喉之中，動搖其舌，張歙其口，故能成言。譬猶吹蕭笙，蕭笙折破，氣越不括，手無所弄，則不音。夫簫之管猶人之口吞也，手弄其孔猶人之動吞也?！庇终f：“令人操行變氣遠近，宜與魚等，氣應而變，宜與水均?！笨梢娝颜J識到人發(fā)聲是使空氣振動而產(chǎn)生的，并將聲音在空氣中的傳播用可見的水波的傳播來作了比喻。這種比喻，在今天的物理教學中，在講光的干涉和衍射時，不是仍然在運用嗎?在這里，還應特別予以注意的是王充實際上已指出了振動的傳播要通過媒質(zhì)。
熱學方面
《論衡》中有“夫近水則寒，近火則溫，遠之漸微，何則?氣之所加，遠近有差也?！薄霸旗F，雨之征也，夏則為露，冬則為霜，溫則為雨，寒則為雪，雨露冰凝者，皆由地發(fā)，不從天降也?！边@些論述可以說明，王充不僅用“氣”來解釋熱現(xiàn)象，指出熱傳遞與距離遠近的關系，而且對自然界中雨、露、霜、雪的成因也進行了研究，指出了它們都是地面上的水蒸發(fā)所致，所以實質(zhì)上他已進入了物態(tài)與溫度之間的關系的研究?？梢?，王充對熱現(xiàn)象的觀察和分析是十分細致深入的，這種運用觀察、分析的方法對現(xiàn)在的物理教學和科學研究，都有指導意義。
電磁方面
關于摩擦起電的現(xiàn)象，西周末年已有“玳瑁吸褡”的記載。(玳瑁是一種跟龜極相似的海生爬行動物，產(chǎn)于中國沿海地區(qū)，它的甲殼黃褐色，光滑、有黑斑，是一種絕緣體，故摩擦能生電)。在《論衡》中，對這現(xiàn)象作了進一步的解釋：“頓牟拾芥，磁石引針，皆以其真，不假他類，他類肖似，不能掇取者，何也?氣性異殊，不能相感動也。”這里頓牟即玳瑁，王充用氣性相同，也就是性質(zhì)相同來解釋上述相互吸引的現(xiàn)象，和氣性不同，即性質(zhì)不同來解釋別類物體不能“感動”的原因。
對于“雷電”現(xiàn)象：“夫雷之發(fā)動，一氣一聲也?！奔床贿^是一種氣和一種聲而已。那么，為什么會有聲呢?他以“人傷于寒，寒氣入腹，腹中素溫，溫寒分爭，激氣雷鳴?！睘橛?，認為是不同的氣相互激發(fā)出來的?？梢?，王充認識到雷電也是物質(zhì)的，也是自然界的一種變化現(xiàn)象。
運用力學原理的創(chuàng)造發(fā)明渾天儀與地動儀
漏水運轉(zhuǎn)渾天儀和候風地動儀，是東漢張衡(公元78—139年)根據(jù)物理的力學原理先后制成的。它們分別在天象和地震觀察上發(fā)揮了作用。漏水運轉(zhuǎn)渾天儀是一臺自動測示天象的儀器，它以一空心銅球表示天球，天球畫有星座和黃道、赤道，緊附在天球外的有地平環(huán)和子午環(huán)等，天球可以支架在子午環(huán)上繞天軸轉(zhuǎn)動。另外把計量時間的漏壺與渾象聯(lián)系起來，即利用漏壺的等時性，以漏壺漏出的水為原動力，再通過渾象內(nèi)部裝置的齒輪等使傳動和控制設備，以使渾象每日均勻地繞天軸旋一周從而達到自動地、近似正確地演示天象的目的。候風地動儀以精鋼制成，形似酒尊，里面均勻排列八根“都柱”上粗下細的立柱。由于都柱重心高，當?shù)孛嬉挥姓饎樱蜆O容易向震動方向倒下。尊外相應地設置八條口含小銅球的龍，每個龍頭下面都有一只蟾蜍，昂首張口。當某一都柱倒下時，就帶動了連接的龍，使龍口張開，所含的銅球落下到其下面的蟾蜍口中。因此觀察落下的銅球的方位，就可判斷地震發(fā)生的方向。
《夢溪筆談》
《夢溪筆談》是北宋中期的政治家和科學家沈括(1031—1195)所著，這是中國科學史上一部重要的著作，英國科技史家李約瑟把它稱為“中國科技史上的座標”。
《夢溪筆談》這一舉世聞名的科學巨著，內(nèi)容涉及領域十分廣闊。在物理知識方面，主要是生動地記述了磁學、光學和聲學知識。
磁學方面
早在春秋戰(zhàn)國時期，我國發(fā)現(xiàn)磁石具有吸鐵和指南的性質(zhì)。到北宋的沈括，他對指南針的使用作了多種試驗。例如，他作了把指南針設法放在水面上(水浮法)，碗邊上(碗唇法)，手指甲上和把指南針懸掛起來等試驗，并且進行比較，指出了它們各自的特點，這可以說是世界上關于指南針的最早實驗記錄。同時其實驗方法也十分巧妙。例如，他是如何把指南針懸掛起來進行實驗的呢?“其法取新紆中獨繭絲，以芥子許蠟綴于針腰，無風處懸之，則針常指南”。這種指南針的實驗方法在今天看來，仍不失為是值得仿效的較好方法。
更可欽佩的是，《夢溪筆談》上還指出了“方家以磁石磨針鋒，則能指南，然常微偏東，不全南也?！闭f明沈括在實驗中已發(fā)現(xiàn)了磁偏角。西方一般認為哥倫布在1492年遠渡大西洋時首先觀測到磁偏角，實際上沈括的發(fā)現(xiàn)要比哥倫布早400多年。
光學方面
在《夢溪筆談》中，有許多光學方面的觀察和實驗的記錄及其分析。如對日蝕、月蝕的成因作了理論總結，并第一次用類比演示實驗來驗證月亮圓缺的科學道理。其中說：“如一彈丸，以粉涂其半，側視之，則粉處如鉤，對視之，則正圓。”在該書中還除了通俗地講凹面鏡成像和針孔成像的道理，對光的直線傳播、光的折射現(xiàn)象和虹的形成進行了研究和解釋以外，還曾認真地作過凹面鏡成像的實驗，得到了較《墨經(jīng)》前進一步的結果。如：“陽燧面洼，以一指迫而照之則正，漸遠則無所見，過此遂倒。”這里所謂“過此”的“此”，指凹面鏡的焦點和中心之間的這段距離，沈括又稱之為“礙”。這就明確地指出了物在凹面鏡焦點之內(nèi)時得正像，在焦點和中心之間看不到像，而在中心之外時得倒像。
《夢溪筆談》中還對我國的一種古銅鏡透光鏡的透光原理，也作了精辟的解釋。透光鏡可能在西漢時代已能制作，最早記載于隋唐之際王度的《古鏡記》中，該書說透光鏡“承日照之，則背上文、畫、墨入影內(nèi)，纖毫無失”。對于這種現(xiàn)象歷來引起人們的注意，沈括對它的制造工藝和原理作了探討，他說：“此為鑄時薄處先冷，唯背文差厚，后冷而銅縮多，文雖在背，而鏡面隱然有跡，所以于光中現(xiàn)?！边@個解釋表明，由于鏡背圖案花紋，致使整個鏡子厚薄不勻，因此在鑄造時厚薄不同，冷卻有先后，后冷而銅縮多，造成鏡面也有和背面圖案相同的微小的凹凸花紋，在它反射光線時就顯現(xiàn)出來了。一句話，就是鏡面的銘文是由于銅的收縮有差別所造成的。
據(jù)近來的中外研究，冷卻法和磨刮法均可得到透光鏡的效果，但從制鏡的技術上看，較一致的看法，是認為利用磨刮的方法而成的。
聲學方面
《夢溪筆談》中闡述的聲學知識，包括關于樂律，古樂鐘的發(fā)聲，古琴的制作和傳聲、共鳴等等，并記載了一個作者精心設計的共振實驗。由于弦振動比較微弱，不易觀察，他剪了一些紙人放在弦上來做試驗。他寫道：“琴瑟皆有應聲：宮弦則應少宮，商弦則應少商，其余皆隔四相應。今曲中有聲者，須依此用之。欲知此應者，先調(diào)弦令和聲，乃剪紙人加弦上，鼓其應弦，則紙人躍，他弦即不動?！边@比英國人諾布爾和皮戈特使用類似的方法來演示共振現(xiàn)象要早約6個世紀。還值得指出的是，沈括的這個用簡單的儀器來證明弦線的基音與泛音共振關系的實驗，形象十分生動，若用于教學，更會引起學生學習物理的興趣。
沈括除了上述把聲學知識廣泛應用于樂器的調(diào)、制以外，他還用來科學地解釋生活中與此有關的種.種現(xiàn)象，例如他在《夢溪筆談》中記載了他在行軍時應用的聲學知識。他寫道：“古法以牛皮為天服(即箭袋)，臥則為枕，取其中虛，附地振之，數(shù)里內(nèi)有人馬聲，則皆聞之，蓋虛能納聲也。”沈括的這種注重知識的實際應用，對于我們今天進行物理教育，也是值得借鑒的。
《草象新書》
《草象新書》是我國古代突出的實驗物理學家趙友欽(1279—1368)所著。他在書中對光學現(xiàn)象作了比較深入的研究和詳細的描述，并用實驗進行小孔成像的研究，指出了小孔成像的規(guī)律。
從實驗知道，光通過小孔時，不論孔的形狀如何，屏上得到的光斑總是發(fā)光物的像。當孔相當大時，則屏上得到的光斑形狀隨孔的形狀而定，孔方則方，孔圓則圓。他對這個現(xiàn)象的解釋是“罅小則不足容日月之體，是以隨日、月之形而圓，及其缺則皆缺。”“罅大而可容日、月之體也?！闭f明了小孔成像與孔的大小有關。
為了證明這個結論，趙友欽設計了一個完備的實驗(趙友欽實驗圖見插頁圖7)。他把一個二層樓房作為實驗室，在樓下的兩間房子的地面上各挖一個直徑約1.33米(四尺)的圓井，右邊井深約1.33米(四尺)，左邊井深約2.66米(八尺)，在左邊井里放一只約1.33米(四尺)高的桌子，在左井桌上和右井井底各放一塊密插1000多支蠟燭的圓板，作為光源，把它們看作太陽或月亮。在樓板上各有一小方孔，左邊的孔寬約3.3厘米(一寸)，右邊的孔寬約1.65厘米(半寸)。他的這些設計都是有道理的。例如他用相鄰兩個房間而樓板開孔不同，就是為了對比;他把作為光源的蠟燭放在井內(nèi)，就可以使燭焰比較穩(wěn)定;井開得相當大，就可以放得下1000多支燭;樓板上孔是較小的方形，可以看到出現(xiàn)的像是圓形，證明像的形狀與小孔的形狀無關，只是孔較大的較明亮，孔較小的較暗淡。但光源的形狀如果改變，像的形狀也要改變，例如，熄滅一半蠟燭，光源變?yōu)橐话雸A形時，像也缺了一半，燭盤缺左半，像缺右半;燭盤缺右半，像缺左半，證明小孔成的像是倒像。如果撤去左井內(nèi)小桌，把燭盤放在井底，也就是增大了光源與小孔的距離(物距)，則天花板上的像就縮小，而亮度卻增加了。這種實驗設計可以說是考慮得很周密的。
經(jīng)過一系列的周密的觀察實驗以后，趙友欽指出：“凡景近竅者狹，景遠竅者廣;燭遠竅者景亦狹，燭近竅者景亦廣。景廣則淡，景狹則濃。燭雖近而光衰者，景亦淡，燭雖遠而光盛者，景亦濃。由是察之，燭也，光也，竅也，景也，四者消長勝負，皆所當論者也。”趙友欽的這種正確科學論斷，西方直到16世紀末才由開普勒得出，比我國晚了300年。
這里也應指出的是，趙友欽在進行上述小孔成像的研究中，采用的那種實驗步驟，即只改變孔的大小;只改變光源的形狀;只改變像距;只改變物距;只改變孔在物、像間的位置，即同時改變像距和物距等等，都是確定一個因素作為研究對象，而將其他因素控制不變的實驗方法，至今仍為物理教學廣泛采用。
聲學效應在樂律上的運用十二平均律
近代樂器上用的新律制十二平均律，是明代樂律理論家朱載堉(公元1536—1610)提出和創(chuàng)造的。在我國，早在周初，就有了在一個音階中確定的十二個律，并在十二律中選取五個或七個音組成一個音階的樂制。大約在春秋戰(zhàn)國時期，我國開始使用定律調(diào)音的三分損益法，來確定管或弦的長短和發(fā)音高低之間的關系(見《管子·地員篇》)。這種方法就是從一個被認定為基音的弦(或管)的長度出發(fā)，把它三等分，再去掉一份(“損一”)或加上一份(“益一”)，以此來確定另一個音的長度。在數(shù)學上，就是把發(fā)音的弦長乘以2/3或4/3，以此類推下去，直到在弦(或管)上得出比基音約高一倍或低一倍的音，就完成了一個音階的計算。應用這種三分損益后完成一個音階中各律的計算以后，比基音高(或低)8度的音只能的高(或低)一倍，而不能剛好一倍，這樣就不能真正組成一個完整的8度，為了消除這個差數(shù)，達到對音樂藝術更高的要求，自漢代以來，不少音律樂家提出過許多修正的方法，但都不能得到簡單、合理而又精確的結果。朱栽堉于1584年以公比的等比級數(shù)分配音律，使一個音階中任何兩個相鄰音律之間的公比都是，或音程為100音分，從而徹底消除了三分損益法出現(xiàn)的差數(shù)。朱栽堉的這種科學地運用聲學效應的革命性變革，極有利于曲調(diào)的創(chuàng)作和樂器的制作，具有很高的科學性和實用價值。
十二平均律的提出，在我國物理學的研究和音樂教學中，具有特別重要的意義，這就是從物理現(xiàn)象的定性討論進入定量的數(shù)學計算，這在我國古代物理學的研究中是一項創(chuàng)舉，而且與西歐比較起來，也早于法國約50年。因此，當這項發(fā)明由傳教士傳入歐洲時，引起了整個世界的轟動，并得到了德國物理學家亥姆霍茲的高度評價。
《正蒙》和《正蒙注》
我國古代在尋求物質(zhì)組成的規(guī)律時，也曾反映了樸素的物質(zhì)不連續(xù)性和物質(zhì)最小單位不可分割的思想。例如《墨經(jīng)》中說：“端，體之無厚而最前者 也”，“端，無間也”。即認為“端”是物的起始，把物體分割到“無厚”，便達到處于最前(即分割到最后)的質(zhì)點。端是最基本的東西，最基本的東西是無間隙的。這可以說是原子論的萌芽。但是這種“原子論”的觀點，后來沒有得到多少發(fā)展。與此類似的是早在古希臘時代，西方就認為原子是物質(zhì)結構的基本粒子。這種 觀點經(jīng)過了好幾個發(fā)展階段，到19世紀初，英國道爾頓建立了化學原子論，成功地解釋了物質(zhì)的各種變化，因而確定了原子論的地位。
但是，我國古代哲學家，一直沒有放棄元氣的觀點，直到現(xiàn)代，西方物理學家認為中國的元氣學說、提出了物質(zhì)組成連續(xù)性的觀點是極為寶貴的，這里對其中比較有代表性的張載、王夫之建立的“元氣本體論”作一簡要的介紹。
宋代張載(1020—1077)在中國古代元氣自然論的基礎上，提出了“元氣本體論”，他認為宇宙萬物的本源是物質(zhì)性的“氣”，并進而引入了“聚”和“散”的概念，以說明客觀世界不同物質(zhì)形態(tài)的存在和它們的運動變化。張載在這方面最重要的著作是《正蒙》。在該書中他提出了“太虛即氣”的觀點。他說：“太虛無形，氣之本體。其聚其散，變化之客形爾?！本褪钦f，元氣的聚合分散，都是暫時現(xiàn)象(客形)，而不是永久不變的。一切自然現(xiàn)象，變化無窮，都 可以用氣來解釋。所以“有無、隱顯、神化、性命、通一無二?！彼鞔_地指出了所有自然現(xiàn)象是物質(zhì)的運動變化。并舉例說：“氣之聚散于太虛，猶冰之凝釋于 水?！闭f明“知太虛即氣，則無‘無’”的道理。意思是說，如果知道了太虛即氣，則氣到處都存在，沒有所謂“無”了。當然更不會有“無中生有”的唯心觀點了。他又說：“動必有機，既謂之機，則動非自外也。”更一步指出了事物變化的原因在于事物的內(nèi)部。
張載在闡述事物的運動變化時，又引進了事物對立統(tǒng)一的觀念。他說：“兩不立，則一不可見，一不可見，則兩之用息?！边@是因為任何一物總是有虛實、動靜、聚散和清濁等相反的特性，從而造成了“循環(huán)迭至，聚散相蕩，升降相求，絪溫相楺，蓋相兼相制，欲一之而不能。”(《正蒙·參兩》)由此可見，張載已認識到自然界中總存在正、反兩個方面，一切自然變化，無非是正反兩方面相互斗爭、運動變化的結果。這里顯然包含了物質(zhì)轉(zhuǎn)化思想的萌芽。
明代王夫之(1619—1692)又把張載的“元氣本體論”的思想作了進一步的發(fā)展。他在《張子正蒙記》中指出：“虛空者氣之量，氣彌論無涯而 希微不形，則人見空虛而不見氣。凡虛空皆氣也。聚則顯，顯則人謂之有，散則隱，隱則人謂之無。”其中凡“虛空皆氣”與張載所說“太虛即氣”是一樣的意思。
王夫之還從“元氣本體論”出發(fā)，提出物轉(zhuǎn)變而不滅的思想。在《正蒙注》中“散亦吾體，聚亦吾體?！币馑季褪菤庵挥芯凵?，沒有生滅，元氣是永恒的。他舉了三個明顯的實例加以闡述：一個是“車薪”之火，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，特細微而人不見爾。”二是“一甑之炊，濕熱之氣，蓬蓬勃勃，必有所歸;若蓋嚴密，則郁而不散。”三是“汞見火則飛，不知何往，而究歸于地”。這就是說汞燃燒后，蒸汽散發(fā)，終究要落 到地上，不會消失。這些例子充分說明了“形”是可生可滅的，但“形”的生滅不過是“形”與“氣”的相互轉(zhuǎn)化而已。由此不難看出，王夫之已確立了自然界物質(zhì)不可創(chuàng)造、不可消滅的守恒思想了。上述例子，在今天的物理教學中，仍有可用之處。
在中國古代“元氣論”的發(fā)展過程中，應予特別指出的是：它從一開始就堅持了物質(zhì)的統(tǒng)一性，并按從一般到個別的模式，去考察各種具體的規(guī)律和作用。這種從總體、辨證、綜合和動態(tài)的觀點，統(tǒng)一去觀察世界的認識路線，在當前科學發(fā)展中具有新的意義;“元氣論”中的“元氣”，要聚而成“形”，而“形”這種不連續(xù)的物質(zhì)，要散而為“氣”。這種元氣聚散、氣形相互轉(zhuǎn)換的思想，不僅較之古希臘的“原子論”所揭露和描繪的自然界的客觀變化要豐富、深刻得多，而且其涉及到的連續(xù)和不連續(xù)的對立統(tǒng)一的物質(zhì)觀，也將在很大程度上影響今后物理學的研究。
高中力學物理學史與物理學思想方法
一、力學：
1.1638年，意大利物理學家伽利略在《兩種新科學的對話》中用科學推理論證重物體不會比輕物體下落得快;他研究自由落體運動程序如下：
提出假說：自由落體運動是一種對時間均勻變化的最簡單的變速運動;
數(shù)學推理：由初速度為零、末速度為v的勻變速運動平均速度和得出;再應用從上式中消去v，導出即。
實驗驗證：由于自由落體下落的時間太短，直接驗證有困難，伽利略用銅球在阻力很小的斜面上滾下，上百次實驗表明：;換用不同質(zhì)量的小球沿同一斜面運動，位移與時間平方的比值不變，說明不同質(zhì)量的小球沿同一斜面做勻變速直線運動的情況相同;不斷增大斜面傾角，重復上述實驗，得出該比值隨斜面傾角的增大而增大，說明小球做勻變速運動的加速度隨斜面傾角的增大而變大。
合理外推：把結論外推到斜面傾角為90°的情況，小球的運動成為自由落體，伽利略認為這時小球仍保持勻變速運動的性質(zhì)。(用外推法得出的結論不一定都正確，還需經(jīng)過實驗驗證)
伽利略對自由落體的研究，開創(chuàng)了研究自然規(guī)律的一種科學方法。
2、1654年，德國的馬德堡市做了一個轟動一時的實驗——馬德堡半球?qū)嶒?
3、1687年，英國科學家牛頓在《自然哲學的數(shù)學原理》著作中提出了三條運動定律(即牛頓三大運動定律)。
4、17世紀，伽利略通過構思的理想實驗指出：在水平面上運動的物體若沒有摩擦，將保持這個速度一直運動下去;得出結論：力是改變物體運動的原因，推翻了亞里士多德的觀點：力是維持物體運動的原因。
同時代的法國物理學家笛卡兒進一步指出：如果沒有其它原因，運動物體將繼續(xù)以同速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。
5、英國物理學家胡克對物理學的貢獻：胡克定律;經(jīng)典題目：胡克認為只有在一定的條件下，彈簧的彈力才與彈簧的形變量成正比(對)
6、1638年，伽利略在《兩種新科學的對話》一書中，運用觀察-假設-數(shù)學推理的方法，詳細研究了拋體運動。
17世紀，伽利略通過理想實驗法指出：在水平面上運動的物體若沒有摩擦，將保持這個速度一直運動下去;同時代的法國物理學家笛卡兒進一步指出：如果沒有其它
原因，運動物體將繼續(xù)以同速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。
7、人們根據(jù)日常的觀察和經(jīng)驗，提出“地心說”，古希臘科學家托勒密是代表;而波蘭天文學家哥白尼提出了“日心說”，大膽反駁地心說。
8、17世紀，德國天文學家開普勒提出開普勒三定律;牛頓于1687年正式發(fā)表萬有引力定律;1798年英國物理學家卡文迪許利用扭秤裝置比較準確地測出了引力常量(體現(xiàn)放大和轉(zhuǎn)換的思想);
9、1846年，英國劍橋大學學生亞當斯和法國天文學家勒維烈(勒維耶)應用萬有引力定律，計算并觀測到海王星，1930年，美國天文學家湯苞用同樣的計算方法發(fā)現(xiàn)冥王星。
10、我國宋朝發(fā)明的火箭是現(xiàn)代火箭的鼻祖，與現(xiàn)代火箭原理相同;但現(xiàn)代火箭結構復雜，其所能達到的最大速度主要取決于噴氣速度和質(zhì)量比(火箭開始飛行的質(zhì)量與燃料燃盡時的質(zhì)量比);俄國科學家齊奧爾科夫斯基被稱為近代火箭之父，他首先提出了多級火箭和慣性導航的概念。多級火箭一般都是三級火箭，我國已成為掌握載人航天技術的第三個國家。
11、1957年10月，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星;
1961年4月，世界第一艘載人宇宙飛船“東方1號”帶著尤里加加林第一次踏入太空。
12、20世紀初建立的量子力學和愛因斯坦提出的狹義相對論表明經(jīng)典力學不適用于微觀粒子和高速運動物體。
13.17世紀荷蘭物理學家惠更斯確定了單擺的周期公式。周期是2s的單擺叫秒擺。
14.奧地利物理學家多普勒(1803-1853)首先發(fā)現(xiàn)由于波源和觀察者之間有相對運動，使觀察者感到頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象——多普勒效應。(相互接近，f增大;相互遠離，f減少)
選修部分：(選修3-1、3-2、3-3、3-4、3-5)
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