诗词中的物理现象和物理知识运用.docx
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诗词中的物理现象和物理知识运用 关于物理知识,我国古代的很多诗词中都有所涉及,今天我们为大家总结一下关于诗词中的物理现象和物理知识,从另一个侧面也有助于我们学科的交叉学习,用物理知识来解释诗词 去年今日此门中,人面桃花相映红。 人面不知何处去,桃花依旧笑春风。 这首诗是一首颇具浪漫、传奇色彩的七言绝句,诗名为《题都城南庄》,是唐朝诗人崔护所作。 关于这首诗的故事,《本事诗》和《唐诗纪事》对此都有所记载。《本事诗》中记载云:博陵崔护,姿质甚美,而孤洁寡和。举进士不第,清明日,独游都城南,得居人庄,一亩之宫,而花木丛萃,寂若无人。扣门久之,有女子自门隙窥之,问曰:“谁耶?”以姓字对,曰:“寻春独行,酒渴求饮。”女子以杯水至,开门,设床命坐。独倚小桃斜柯伫立,而意属殊厚,妖姿媚态,绰有余妍。崔以言挑之,不对,目注者久之。崔辞去,送至门,如不胜情而入;崔亦眷盼而归。嗣后绝不复至。及来岁清明日,忽思之,情不可抑,径往寻之。门墙如故,而以锁扃之,因题诗于左扉。 诗人抓住了“寻春遇艳”整个过程中最动人的一幕,少女的面颊被桃花映得粉红,格外动人。“人面桃花相映红”,写出了艳若桃花的“人面”,衬出了少女光彩照人的面容,也表现出双方脉脉含情的场景。“人面桃花相映红”的传神描写,也使人感到“人面不知何处去”,美好事物已经失去了的怅惘,生出许多感慨。 在“人面桃花相映红”这句诗中,桃花“夭夭其艳,灼灼其华”的原因,用物理光学知识来解释,是因为桃花反射了红光。太阳光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的,在有光线照射的情况下,眼睛能看到的任何物体都是这物体的反射光进入视觉所形成的。我们看到在同一种光线条件下,同一样景物具有各种不同的颜色,是因为物体的表面对色光具有不同的吸收光与反射光的能力。反射光不同,眼睛就会看到不同的色彩。物体只反射红色波长的光,而吸收了其他波长的光,那么这物体就是红色的。依此类推,各种物体的色彩现象就是这样显现出来的。桃花的表面将红光反射出来,送到我们的眼帘,我们便感觉到桃花是红的,桃花本身是不会发出红光的。 万紫千红总是春 胜日寻芳泗水滨,无边光景一时新。 等闲识得东风面,万紫千红总是春。 这首《春日》诗,是南宋哲学家、思想家、教育家朱熹在游春踏青时所作。诗中,“胜日”是指天气晴朗的好日子;“泗水”是山东省的一条河,是当年孔子教授弟子的地方;“等闲”是寻常、随便的意思。春回大地,万象更新,和煦的东风催来百花盛开;粉红、淡白、明黄、碧绿、雪青、绛紫,绚丽多彩,争奇斗艳,给春天又带来了勃勃生机,诗人游春赏春的兴奋心情尽在诗中,胜于言表。有学者分析说,朱熹写的这首游春诗,实际上是一首说理诗,因为宋室南渡,山东泗水已在金人掌握之中,朱熹未曾北上,如何能在此游春。这里的“泗水”乃暗指孔门,“寻芳”即指求“圣人之道”,他是一位理学家,希望其道能行之久远。 我们读诗时,体会到的是诗中的艺术感染力,特别是“万紫千红总是春”这一句,把春天写活了,不愧为赞美春天的绝妙佳句。 “万紫千红”亦作“千红万紫”“万红千紫”,古诗文中用它来形容百花烂漫的句子有很多。如:宋朝辛弃疾《水龙吟》词:“人间得意,千红万紫,转头春尽。”《英烈传》二回:“春初花放,万红千紫斗芳菲。” 在前面,初步介绍了唐朝诗人崔护的诗句“人面桃花相映红”中有关“桃花为什么这样红”的光学知识。花儿颜色的形成,有物理、化学、生物等方方面面的因素。这里,从物理的角度谈一谈花儿为什么有各种颜色。 花和叶的细胞液里含有由葡萄糖变成的花青素。万紫千红,绚丽多彩,都是花青素在不同的酸碱反应中所显示出来的。太阳光经过三棱镜或水滴的折射,会分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。酸性的花青素会吸收除红色外的其它色光,而把红色的光波反射出来,传到我们的眼睛,我们看到的便是鲜艳的红花;中性的花青素反射紫色的光波,碱性的花青素反射蓝色的光波;碱性较强,则成为蓝黑色;白花不含色素,但细胞组织会将各种光波全部反射出来,我们看到的便是白花。 不同的光具有不同的波长,红光波长长,紫光波长短。光的波长越长,增热效应也越大。花的组织,尤其是花瓣,一般都比较柔嫩,红光和黄光的增热效应比较大,花瓣正好能把阳光中的红光和黄光反射出去,不容易被灼伤,起了自我保护作用,所以在花儿中,红花和黄花比较多。蓝花一般都生长在树林下、草丛间,反射短光波,吸收微弱的含增热效应大的长光波,这对它的生长是有利的。而黑色的花能将各种光波全部吸收,容易受到热量伤害,经过长期的自然淘汰,黑色花的品种便少之又少了,因此就显得特别珍贵。 日出江花红胜火 江南好,风景旧曾谙。日出江花红胜火,春来江水绿如蓝。能不忆江南。 唐代大诗人白居易(772-846),字乐天,号香山居士,于长庆二年(822),出任杭州刺史。开成三年(838)67岁时,写下了三首《忆江南》词。上面这首是其中之一。这个词牌原名《望江南》《梦江南》等,白居易题为《忆江南》,突出一个“忆”字,抒发了他对江南的怀恋之情。 词中的“江花”指江边的花,不是指江中的浪花;“蓝”是指一种叶子青绿,可制染料的蓝草。《说文》中记载:“蓝,染青草也。” 蓝色,古人叫青。青草的“青”,青天的“青”,就是蓝色的意思。如“青出于蓝而胜于蓝”这个成语中的“蓝”就是染料,它的意思是说,青色从染料中出来,而它的颜色却胜过染料本色,不是说青色胜过蓝色。词中的“绿如蓝”,也不是说绿色如同蓝色一样。 这首词色调鲜丽,感情真挚,诗人借助比喻,渲染了江南春天多彩的景色。看!红日升起,在阳光的映照下,江边明艳的鲜花比火还要红;春江水清波碧,水色绿得好象染料一样。湖光山色如此绚丽,怎能叫人不怀念江南? “日出江花红胜火,春来江水绿如蓝。”这是一句经典名句,形象生动,意境优美,它不仅描写了大自然中的美丽风光,还包含着许多科学道理。 物理知识告诉我们,太阳光是电磁波,波长在380纳米--780纳米之间的电磁波又叫可见光,由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成。清晨日出的时候,日光是斜射到地面上的,穿过的大气层比较厚,大气层中弥漫着许多细小的微粒,不同颜色的光穿过空气的时候,散射的情况不同。在可见光中,波长比较短的光,如蓝光、紫光大多被空气微粒散射掉;波长最长的是红光,不容易被散射。因此,红光比其他色光透射得更远,我们在早晨看到的太阳是红彤彤的。当旭日从地平线上冉冉升起,红艳艳的阳光洒满了江岸,辉映着岸边的景物,便呈现出一幅“江花红胜火”的景色。 正因为红光的波长最长,橙色和黄色光的波长次之,射到水面上时,它们不受水的阻碍,容易透过江水。而蓝色和绿色光的波长比较短,在水中只能透入很浅的地方,遇到水的阻碍时,会强烈地散射和反射,在人的眼睛里就呈现出“江水绿如蓝”的景象。 唐朝诗人张籍在他的《春别曲》中,也有一句诗“长江春水绿堪染,莲叶出水大如钱”,把春水的绿比喻成好像染过一样,即是同样的道理。 海上明月共潮生 春江潮水连海平,海上明月共潮生。 滟滟随波千万里,何处春江无月明。 这是唐朝诗人张若虚写的长诗《春江花月夜》中的四句。中宗神龙(705~707)年间,他与贺知章、张旭、包融并称“吴中四士”,以文词俊秀驰名于京。这首《春江花月夜》是一篇脍炙人口的名作,千百年来流传,被闻一多先生誉为“诗中的诗,顶峰上的顶峰”。诗篇的题目就令人心驰神往,春江、春花、春月、春夜,这几种事物集中体现了自然与人生最动人的美景,构成了奇妙的艺术境界,描绘出一幅春江月夜的美丽画面。 “春江潮水连海平,海上明月共潮生”。江潮浩瀚无涯,气势宏伟;明月随潮共生,景象壮观。这两句诗在艺术上是千古绝唱,在科学上也说明了海潮与月亮之间存在着密切的关系。 “月有盈亏圆缺”,海有涨潮落潮,大海中的海水每天都按时涨落起伏变化。古时,人们把白天的涨落称为“潮”,夜间的涨落叫做“汐”,合起来叫做“潮汐”。潮汐现象使海面有规律的起伏着。 我国古代科学家经过长期观测,已经发现了海洋的潮汐现象与月亮的盈亏圆缺之间有着密切的关系。唐朝的窦叔蒙是我国古代著名的潮汐学家,所撰的《海涛志》是史籍所载最早的潮汐学专著,他为我国海洋潮汐学的发展做出了贡献。专著中论述了海洋潮汐涨落的循环规律,对一个朔望月里潮汐与月亮的对应变化作了具体描述,指出海洋潮汐的规律是随着月亮运行的轨道变化而变化的:在一个朔望月(农历月)中,有两次大潮时间,分别发生在朔和望(阴历的初一和十五),有两次小潮时间,分别发生在上、下弦(阴历的初七、初八和二十二、二十三)。朔望时潮汐最大,从朔望后的第三天开始减小。潮汐的变化周而复始。 物理学家牛顿通过对行星运动规律的研究,于1687年发表了万有引力定律,人们才明白了潮汐现象是海水受太阳、月亮的引力作用而形成的道理。 根据万有引力定律,任何两个物体之间都是相互吸引的;引力的大小,与两个物体的质量乘积成正比,而与它们距离的平方成反比。两个物体的质量越大,彼此的引力就越大;两个物体间距离越远,则彼此的引力越小。地球绕太阳一周的时间是一年,月亮绕地球一周为一个月。地球与月亮之间,彼此都有吸引力。它们处于不停的转动中,又会产生与引力方向相反的离心力,而且两个力的大小相等,因此处于平衡状态。可是,地球表面每个质点受月亮的引力大小并不一样,有的地方,引力大于离心力;有的地方小于离心力,它们的两个力之间的差值,就是产生潮汐现象的引潮力。地球上各地的引潮力随地、月之间的距离远近而变化,加上地球本身也在不停的自转,距离随时在变化。所以,各地在不同的时间,潮汐涨落的大小是不同的。 吟诵着优美诗句,学学物理知识,更有利于提高学习语文和物理的兴趣。 坐看牵牛织女星 银烛秋光冷画屏,轻罗小扇扑流萤。 天阶夜色凉如水,坐看牵牛织女星。 这是唐朝大诗人杜牧著名的《秋夕》诗,描写秋夕之夜,寒意袭人,满怀心事的宫女坐在台阶上,轻摇团扇,仰望着天河中牛郎织女星的情景。 农历七月初七,俗称“七夕节”,也称“乞巧节”或“女儿节”,是中国传统节日中最具浪漫色彩的一个节日。民间传说,织女是天帝的女儿,美丽聪明、心灵手巧。她私自下凡与牛郎相爱,生育了一对儿女,男耕女织,生活非常美满。王母娘娘知道后大怒,强行把他们隔离在天河两边,两人只能面对面哭泣。忠贞的爱情感动了喜鹊,千万只喜鹊飞来,搭成彩色桥,让牛郎织女走上鹊桥相会。王母娘娘无可奈何,只好允许织女在每年的农历七月初七与牛郎和儿女相会一次。 这个美丽动人的神话故事,和孟姜女、梁山伯与祝英台、白蛇传一起,成为我国千古流传的四大民间爱情传说,引起古今多少诗人的咏叹。除了杜牧的《秋夕》诗外,脍炙人口、传诵不衰的绝唱,应是北宋词家秦观的这首词《鹊桥仙》了: 纤云弄巧,飞星传恨,银汉迢迢暗渡。金风玉露一相逢,便胜却人间无数。 柔情似水,佳期如梦。忍顾鹊桥归路。两情若是久长时,又岂在朝朝暮暮。 词中有抒情,有议论,融汇情、景、理,悲哀中有欢乐,欢乐中有悲哀,悲欢离合,起伏跌宕。明人沈际飞评论说:“(世人咏)七夕,往往以双星会少离多为恨,而此词独谓情长不在朝暮,化朽腐为神奇!” 传说在七夕的夜晚,人们抬头可以看到牛郎织女在银河相会,在瓜果架下可以偷听到两人在天上相会时的脉脉情话。如今,对对情人也会在七夕这天晚上,怀着美好的愿望,仰望星空,祈祷爱情忠贞不渝。“七夕节”也逐步演变为中国具有民族特色的情人节。也有学者称,将“七夕节”称为“中国情人节”不妥,应称为“中国爱情节”。 那么,牛郎织女星在哪里呢?它们能够相会吗? 在晴朗的夏秋夜空,可以看见一条白茫茫的银河横贯南北,它是由无数密集的小星星构成的。隔河两边,各有一颗闪亮的星星,遥遥相对。织女星是其中最亮的一颗,呈青白色,位于银河西北边。下方有四颗较暗的星星,组成一个平行四边形,就是神话传说中织女的织布机。另一颗亮星呈微黄色,位于织女星的南偏东,即银河的东南边,为牛郎星,也叫牵牛星。两边各有一颗小星与牛郎星的距离相等,叫挑担星(阿拉伯人把这三颗星叫做天平星),神话传说是牛郎挑着的一对儿女。 天文学知识告诉我们,牛郎星、织女星和太阳一样,都是发光发热的恒星。牛郎星的光辉是太阳的10倍多,织女星的光辉是太阳的50倍。天文学上表示距离的单位是光年,即光在真空中一年走过的距离。光的速度是每秒30万千米,一光年大约是9.5万亿千米。经测定,牛郎星距离地球16光年,织女星距离地球26光年,可知,牛郎星的光射到地球上要16年,织女星的光射到地球上要26年,而太阳光从太阳射到地球上才只需8分18秒。两星之间的距离有16光年,电波传输的速度与光速相同,假设牛郎给织女打个手机,织女也要等到16年后才能听到牛郎的声音。因此牛郎织女永远没有相遇的机会,每年的“七夕相会”,也是根本不可能发生的。 正如汉代《古诗十九首之一》所云: 迢迢牵牛星,皎皎河汉女。 纤纤擢素手,札札弄机杼。 终日不成章,泣涕零如雨。 河汉清且浅,相去复几许? 盈盈一水间,脉脉不得语。 野渡无人舟自横 独怜幽草涧边生,上有黄鹂深树鸣。 春潮带雨晚来急,野渡无人舟自横。 这首优美的山水诗名篇《滁州西涧》,是唐代诗人韦应物(737—约792)在德宗建中二年(781)出任滁州(今安徽滁州市)刺史期间所作,西涧在滁州城西郊野。诗中描写了诗人春游西涧赏景和晚上下雨时在野外渡口的所见。虽然树上有黄莺在鸣叫,但诗人还是独爱自甘寂寞的涧边幽草,表现了一种恬淡的胸襟。后两句又如一幅图画耐人寻味,郊野的渡口拴着无人的小船,在晚潮和春雨形成的湍急小河中,横在水里,随波荡漾。 这里有一个有趣的问题,野渡无人时,为什么会“舟自横”呢? 200年后,曾任宋朝宰相的寇准在19岁(980)进士及第,在初知巴东县(今湖北巴东县西北)登高楼眺望时,也作了一首五言律诗《春日登楼怀归》。诗中也描绘了“渡口舟横”的景色: 高楼聊引望,杳杳一川平。 野水无人渡,孤舟尽日横。 荒村生断霭,古寺语流莺。 旧业遥清渭,沉思忽自惊。 我国古代文学名著《三国演义》的第四十九回“七星坛诸葛祭风,三江口周瑜纵火”,对这一现象也有一段颇精彩的描述。孔明“借”得东风后,周瑜急唤帐前护军校尉丁奉、徐盛二将各带一百人,分水陆两路追杀孔明。遥望前船不远……徐盛见前船无篷,只顾赶去。看看至近,赵云拈弓搭箭……箭到处,射断徐盛船上篷索。那篷堕落下水,其船便横。赵云却教自己船上拽起满帆,乘顺风而去,其船如飞,追之不及。这段话描写了一条在湍急的河流中,帆落下后,失去风力推动而不能行驶的小船只好横在河面上这一自然现象。 为什么在河中荡漾的小船总是横在河面上呢?因为小船要处于一个平衡的位置,这是一个流体运动中物体的稳定性问题。 先看一般物体在静力作用下平衡的力学原理。例如,直立在桌子上的一根细杆,处于不稳定的平衡位置,当它受到些微扰动后,重力形成的力矩将使它偏离平衡位置;而细杆悬挂时平衡是稳定的,当它受到扰动后,重力形成的力矩会使之恢复平衡位置。对运动流体中物体平衡稳定性的精确分析,计算其产生的合力和合力矩比较复杂。经过许多力学家的持续努力,直到19世纪末、20世纪初才得到解决。 我国力学家用近代流体力学来精确分析韦应物等人所观察到的现象,将小船简化成一个细长椭圆柱体,研究理想不可压缩流体绕椭圆柱体的二维流动问题,计算出流体对椭圆柱体的作用力和力矩,找到了其稳定的相对平衡位置。 为检验分析是否正确,力学家又在天津大学的流体力学实验室回流式水槽中进行了实验。实验模型是一只椭圆柱体小木船,长轴10厘米,短轴5厘米,高2.5厘米。实验中的水流速度采用激光测速仪(LDV)测速,流动显示采用氢气泡法显示,实验过程用摄像机进行记录。开启水泵使水流动,可以看到小木船横在水面上,这时椭圆柱体的长轴与水流方向垂直;用外力改变小木船与水流方向的夹角,然后撤去外力,小木船又重新横在水面上;用外力使小木船与水流方向平行,撤去外力后,小木船在这个位置上出现短暂平衡后,又横在水面上。改变水流的速度,重复以上实验,都可以说明长轴与水流方向平行是不稳定的平衡位置,长轴与水流方向相垂直时是稳定的平衡位置。 关于小船平衡稳定性的分析,对航行中的小船也是适用的。一个不善于划船的生手,总是难以使小船笔直航行,船往往会在水里打转转 举杯邀明月,对影成三人——这里“明月”是因为月球反射阳光,三“人”中其中的一“人”是由于光的直线传播形成的。 月落乌啼霜满天,江枫渔火对愁眠,姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船。——从物理学角度看,包含的物理知识有参照物,光的直线传播,发声体在振动,声音靠介质传播 庐山以秀美的风景闻名于世,唐代诗人李白在《望庐山瀑布》一诗中写道“日照香炉生紫烟,遥看瀑布挂前川,飞流直下三千尺,疑是银河落九天”——从物理学的角度来看,形成“烟”的过程是吸热过程,“烟”是液化形成的,“飞流直下”的水的动能在增加。“飞流直下”的水的重力势能在减小。 黑云压城城欲摧,山雨欲来风满楼——夏季,由于地面受太阳光的强辐射,地面的湿热空气急剧膨胀,空气由于密度变小而迅速上升,形成很强的湿热气流。上升气流到达低温的高空,就迅速变成饱和汽,形成黑黝黝的乌云。气流的急剧流动又形成大风,故暴雨之前往往“风满楼”。飓风驱动云层急剧运动,云层中的强电场使空气电离发生火花放电,隆隆的雷声,闪闪的电光,大有“城欲摧”之势。 唐朝诗人李益有一首诗叫《喜见外弟又言别》,其中描写道:“十年离乱后,长大一相逢,问姓惊初见,称名忆旧容 ——从“问姓”中想起初见的“旧容”,可见声音中有一种特征让诗人唤起了十年前的记忆,这种特征是音色 人面桃花相映红——这句诗中,用光学知识解释桃花桃花吸收除红光以外的色光而只反射红光。 在历代诗人们赞美桂林山水的诗篇中写有“群峰倒影山浮水,无山无水不入神”的著名诗句——诗中写的“倒影”是由于光的反射现象形成的。清澈见底的漓江看起来比实际浅,是由于光的折射现象形成的。 来源:石国磊专业博客 2014年中考理化试卷 ——古诗中的物理知识 在日常生活中我们经常会接触到一些民谚、俗语、古诗这些民谚、俗语、古诗蕴含着丰富的物理知识,我们平时如果注意分析、了解一些,就可以在实际生活中深化知识,活化知识,这对培养我们分析问题、解决问题的能力是大有帮助的。 下面按类列举如下: 一、 力学 1、水平不流,人平不言。 连通器的原理。 2、软也是水,硬也是水。 因为水具有流动性,所以水是软的。又因为分子之间存在着斥力难以压缩,所以水是硬的。 3、绳锯木断,水滴石穿。 因为细绳与木块,水与石头接触时受力面积极小,产生的压强极大,所以绳可以把木块锯断,水可以把石头滴透。 4、墙角数枝梅,凌寒独自开。遥知不是雪,为有暗香来。 物体内的分子都在永不停息的作无规则的运动。这是气体分子的扩散现象。 5、苹果离树,不会落在远处。 因为重力方向是竖直向下的,所以苹果离树,不会落在远处。 6、爬得高,跌得重。 因为被举高的物体都具有重力势能,并且举得越高,重力势能越大,所以爬得高,跌得重。 7、船到江心抛锚迟,悬崖勒马早已晚。 一切物体都有惯性,即保持原有运动状态不变的性质。所以说船到江心很难停下。 8、小小竹排江中游,巍巍青山两岸走。 物体运动的相对性,物体是运动还是静止取决于所选的参照物。 9、小小称砣压千斤。 根据杠杆平衡原理,如果动力臂是阻力臂的几分之一,则动力就是阻力的几倍。如果秤砣的力臂很大,那么“一两拨千斤”是完全可能的。 10、人心齐,泰山移。 如果各个分力的方向一致,则合力的大小等于各个分力的大小之和。 11、麻绳提豆腐──提不起来。 在压力一定时,如果受力面积小,则压强就大。 12、坐地日行八万里。由于地球的半径为6370千米,地球每转一圈,其表面上的物体“走”的路程约为40003.6千米,约8万里。这是毛泽东吟出的诗词,它还科学的揭示了运动和静止关系──运动是绝对的,静止总是相对参照物而言的。 13、如坐针毡。由压强公式可知,当压力一定时,如果受力面积越小,则压强越大。人坐在这样的毡子上就会感觉极不舒服。 14、人往高处走,水往低处流。 水往低处流是自然界中的一条客观规律,原因是水受重力影响由高处流向低处。重力方向竖直向下。 15、鸡蛋碰石头──自不量力。 鸡蛋碰石头,虽然力的大小相同,但每个物体所能承受的压强一定,超过这个限度,物体就可能被损坏。鸡蛋能承受的压强小,所以鸡蛋将破裂。 二、热学 16、缸穿裙,大雨淋。缸为什么穿裙子呢?因为空气中水蒸气遇冷液化形成小水滴附着缸的外表面上。同时也暗示着降温,即将有大雨到来。 17、花气袭人知骤暖,鹊声穿树喜新晴。 因为温度越高,分子的热运动越激烈。所以当花朵分泌的芳香分子扩散运动加快时,便预示着温度升高,天气变暖。 18、真金不怕火来炼,真理不怕争辩。 从金的熔点来看,虽不是最高的,但也有1068℃而一般火焰的温度为800℃左右,由于火焰的温度小于金的熔点,所以金不能熔化。 19、月晕而风、础润而雨。大风来临时,高空中气温迅速下降,水蒸气凝结成小水滴,这些小水滴相当于许多三棱镜,月光通过这些“三棱镜”发生色散,形成彩色的月晕,故有“月晕而风”之说。“础润”即地面反潮,大雨来临之前,空气湿度较大,地面温度较低,靠近地面的水汽遇冷凝聚为小水珠,另外,地面含有的盐分容易吸附潮湿的水汽故地面反潮预示大雨将至。 20、开水不响响水不开。 水沸腾之前,由于对流,水内气泡一边上升,一边上下振动,大部分气泡在水内压力下破裂,其破裂声和振动声又与容器产生共鸣,所以声音很大。水沸腾后,上下等温,气泡体积增大,在浮力作用下一直升到水面才破裂开来,因而响声比较小。 21、瑞雪兆丰年。 由于雪是热的不良导体,当它覆盖在农作物上时,以很好的防止热传导和空气对流,因此能起到保温作用。 22、釜底抽薪。 液体沸腾有两个条件,一是达到沸点,二是继续吸热。如果“抽薪”以后吸收不到热量,便能制止液体沸腾。 23、水火不相容。物质燃烧,必须达到着火点,由于水的比热大,水与火接触可大量吸收热量,使着火物温度降低,同时汽化后的水蒸气包围在燃烧的物体外面,使得物体不可能和空气接触,而没有了空气,燃烧就不能进行。 24、霜前冷,雪后寒。在深秋的夜晚,地面附近的空气温度骤然变冷,温度低于0℃以下,空气中的水蒸气凝华成小冰晶,附着在地面上形成霜,所以有“霜前冷”的感觉。雪熔化时要需吸收热量,使空气的温度降低,所以我们有“雪后寒”的感觉。 25、纸里包不住火。纸达到燃点就会燃烧。 26、扇子有凉风,宜夏不宜冬。夏天扇扇子时,加快了空气的流动,使人体表面的汗液蒸发加快,由于蒸发吸热,所以人感到凉快。 27、早穿皮袄午穿纱,怀抱火炉吃西瓜。 砂石比水具有较小的比热容。 三、电磁学 28、千里眼顺风耳。人们利用电磁波传送声音和图像信号,使古代神话中的“千里眼顺风耳”变为现实。并且人类的视野已远远超过了“千里”。 四、光学 29、玉不琢不成器。玉石没有研磨之前,其表面凸凹不平,光线发生漫反射,玉石研磨以后,其表面平滑,光线发生镜面反射。 30、捞不到的是水中月,摘不到是镜中花。因为物体在水和镜中成的像是虚像,所以说在水中捞不到月亮,在镜中摘不到花。 31、池水映明月潭清疑水浅。平静的池水是平面镜成像,由于光的折射所以池水看起来变浅。 32、一叶遮目不见泰山。光在同一种均匀的介质中是沿直线传播的。 33、猪八戒照镜子──里外不是人。 根据平面镜成像的规律,平面镜所成的像与物体大小相等,物像对称,因此猪八戒看到的像和自己一模一样,仍然是个猪像,自然就“里外不是人了”。 34、坐井观天所见甚少。由于光是沿直线传播的,由几何作图知识可知,青蛙的视野将很小。 35、一滴水可见太阳,一件事可见精神。一滴水相当于一个凸透镜,根据凸透镜成像的规律,透过一滴水可以有太阳的像,小中见大。 36、海市蜃楼。光经过密度不均匀的空气产生折射。 37、人面桃花相映红。桃花反射红光。 五、声学 38、大的地震声音沉,小的地震声音尖。这是由于大地震的振动频率小,所以音调低,感觉声音沉,小地震的振动频率高,所以音调高,感觉声音尖。 39、余音绕梁,三日不绝。 声音遇到物体会反射回来即回声。 40、长啸一声,山鸣谷应。人在崇山峻岭中长啸一声,声音通过多次反射,可以形成洪亮的回音,经久不息,似乎山在狂呼,谷在回音。 41、未见其人先闻其声。不同的人音色是不同的。 六、物质结构 42、墙内开花墙外香。由于分子在不停的做无规则的运动,墙内的花香就会扩散到墙外。 43、有麝(shè)自然香,何须迎风扬。 因为分子是不停的做无规则运动的。 44、破镜不能重圆。当分子间的距离较大时,分子间的引力很小,几乎为零,所以破镜很难重圆。 文学与自然科学并非毫不相干,古代文学中就含有不少物理学及其他自然科学方面的知识。比如,谈到如何学习物理,早在杜甫(712——770)就已经告诉了我们学习方法。有诗——《曲江二首》之一为证: “一片花飞减却春,风飘万点正愁人。且看欲尽花经眼,莫厌伤多酒入唇。 江上小堂巢翡翠,花边高冢卧麒麟。 细推物理须行乐,何须浮名伴此身。”注① “细推物理须行乐何须浮名伴此身。” “物理”,宇宙万物的道理。仔细推敲宇宙万物的道理,应当及时行乐,何必让那虚浮的声名绊住此身,而不得自由呢?杜甫这两句话,现在应用仍很正确。 “细”就是要仔细观察,“推“就是要推理,所以这两个字,一个是实验,一个是理论,每一个字的份量都很重,杜甫是诗人,怎么对“物理”有如此深刻的理解呢?杜甫当时还是工部侍郎,实际上相当于现在的计委副主任,大家称他杜工部。可见在中国古代文化中,科学与文学艺术是密切相关的。虽然今天的“物理”科学意义已不同了,但学习物理、体会自然的意境犹同。 1、动力学 唐代诗人韦应物(737——约792)的山水诗七绝名篇《滁州西涧》: “独怜幽草涧边生,上有黄鹂深树鸣。 春潮带雨晚来急,野渡无人舟自横。” 后一句的意思是郊野渡口拴着的一条无人驾驶的小船在晚潮加之春雨形成的小河湍急的流动中横在河里随波荡漾。这里形象又真实地描绘了在河中荡漾的小船因要处于一个稳定的平衡位置它总要横在河中。 二百年后担任过宋代宰相的寇准(961一1023)也作了一首五言律诗《春日登楼怀归》: 高楼聊引望,杳杳一川平,野水无人渡,孤舟尽日横,荒村生断霭,古寺语流莺,旧业遥清谓,沉思忽自惊。 清人何文焕曾评论“野水无人渡,孤舟尽日横”此联,说寇准登楼看见相仿景色时,很自然地受到《滁州西涧》诗的触发,便随手点化了韦句,而意境却比韦诗来得更加丰厚。 为什么在河中荡漾的船总是要横在河里呢?这里有一个流体力学问题、一般物体在静力作用下的平衡问题。直到19世纪末、20世纪初利用复变函数才知船底椭圆长轴与来流垂直时为稳定的平衡位置。所以唐代诗人韦应物对船体稳定性现象的观察,比起西方精确描述的出现要早一千一百多年。 牛顿“苹果落地”的故事广泛流传。姑且不必在乎这个故事的真伪,但是,苹果落地的确可以引发一个常人的思考,但从“苹果”推广到月球,认为苹果落地和月亮的阴晴圆缺遵循同一个科学定则则是前无古人的大师所为。不论是在牛顿之前,还是牛顿之后,是东方还是西方文学和艺术家从不掩饰对月亮的热爱。我国北宋大词人辛弃疾(1140——1207)曾有一首别具一格的吟月名词: “可怜今夕月,向何处、去悠悠,是别有人间,那边才见,光影东头,是天外,空汗漫,但长风浩浩送中秋,飞镜无根谁系,嫦娥不嫁谁留,谓经海底问无由,恍惚使人愁。怕万里长鲸,纵横触破,玉殿琼楼。虾蟆故堪浴水,问云何玉兔解沉浮,若道都齐无恙,云何渐渐如钩” 笔者在此只想借用王国维先生在《人间词话》中对该词的点评“词人想像,直悟月轮绕地之理,与科学家密合,可谓神悟”400年以后的牛顿告诉你,飞镜无根“引力”系嫦娥不嫁“速度”留。700年以后的爱因斯坦告诉你飞镜“本”无根嫦娥“空”自留。 2、光学现象 唐代“诗仙”李白的《望庐山瀑布》:日照香炉生紫烟,遥看瀑布挂前川。飞流直下三千尺,疑是银河落九天。 瑞利散射定律指出散射光的强度与入射光波长的四次方成反比。七色阳光中的紫色光波长最短。因此,当日光穿过大气层照射到庐山香炉峰上时,紫光最容易被空气散射,而庐山地区植被丰富,空气洁净,散射的效果更好,放眼望去,香炉峰上仿佛紫气成烟,一片片紫色的烟雾缭绕着山峰。李白虽不能用现代物理知识解释,但他的观察和描绘是很准确的。 唐代诗人王之焕(688-742)的《登鹳雀楼》:“白日依山尽黄河人海流。欲穷千里目,更上一层楼。” 诗人登上鹳雀楼,眺望远山,悟出了 “登高才能望远”的深刻道理。一般人认为,站得高看得远是因为站得高可以躲过障碍物的遮挡。其实这样的理解是不完全正确的,在广袤无垠的平坦大地上,即使没有障碍物,人的视野也会被限定在一定范围内,这是因为地球是一个球体。人们在海边看远处开来的帆船,首先看到的是船的桅杆,然后才熊看到船体就是这个道理。“孤帆远影碧空尽唯见长江天际流”也是这个现象的真实写照。人站得越高,视线与地球的切点就越远,看得也就越远。 3、声现象 唐代诗人虞世南(558一638)的五绝名篇《蝉》:垂绥饮清露,流响出疏桐,居高声自远,非是藉秋风。 “居高声自远非是藉秋风。”意思是说蝉声之所以能致远,并非是借助秋风之力,而是因为它站在高高的树枝上。在这形象而真实的描绘里蕴涵着诸多的声学原理。 首先,“居高”能“声自远”。根据声波的物理性质,当它在传播过程中遇到尺度比它的波长大得多的障碍物时很容易被反射,当遇到线度小于其波长的障碍物时,就会朝各个方向散射,当遇到一些松软多孔的物质时,声能就很容易被这些物质表面的气孔所吸收。由于近地的障碍物(建筑物,灌木丛,草皮,土壤等等)较多,因此,声波近地传播就很容易被反射、散射和吸收。而蝉是“居高”而鸣,高处空旷,障碍物少,蝉声在传播过程中被反射、散射和吸收得很少,自然也就能传得很远了。 其次,声音的传播与 “秋风”的作用。声波在介质中传播的速度大小和介质所处的状态(温度密度等)有关。与风同向的声速等于风速加上静止空气中的声速。由于高处风的速度大,近地的风因受地面许多障碍物的阻碍,风速要小。所以,声波在高处传播的速度比在低处传播的速度也要大些,不同时刻声波的波面在高处的间距要比在低处的间距大些。结果,声音的传播方向便向下弯曲发生声音的折射现象。因此,风的存在在蝉声传播的过程中只是起了改变声音传播方向的作用<由于声速(一般为340m/s)比风速(一般小于10m/s)要大得多,所以,风在改变传播速度方面的作用是很小的>对声音传播的远近并没有多大的影响。 4、热学现象 唐代大诗人白居易的《大林寺桃花》:“人间四月芳菲尽山寺桃花始盛开。长恨春归无觅处,不知转人此中来。”桃花在阳春三月(指农历,下同)开放,四月桃花早已谢尽。为什么庐山香炉峰峰顶的大林寺的桃花在四月才刚刚盛开呢?今天我们不难从科学的角度予以解释。由热力学第一定律知,高空的气温要比地面低。这是因为地面附近的空气受到太阳的热辐射,受热膨胀成为暖空气而要上升。越往上,气压越低,就越膨胀。对外做功,自身内能变小,所以温度便会下降。这样,由于空气不断变冷,山上就变成了“寒宫”。干燥的空气每上升l00m,温度会下降1℃。而如果空气潮湿,由于温度下降液化时就会散发热量使空气变暖,这时每上升l00m,温度只会下降0. 6-0. 71℃。 5、宇宙与人文 屈原的名作《天问》部分段落的白话版:这浩茫的宇宙有没有一个开头,那时浑浑沌沌,天地未分,可凭什么来研究?官隆的天盖高达九层,多么雄伟壮丽,太阳和月亮高悬不坠,何以能照耀千秋?大地为什么倾陷东南?共工(神名)为什么怒触不周(山名)?江河滚滚东去,大海却老喝不够?哪里能冬暖夏凉?何处长灵芝长寿?是非颠倒,龙蛇混杂,谁主张君权神授? 啊!我日夜追求真理的阳光,渔夫却笑我何不随波逐流! 画家高更在19世纪用视觉语言发问:“我们从何处来?我们是什么?我们往何处去?” 现代科学家霍金在《时间简史》的开篇处就问到我们对宇宙了解多少?我们又是怎样才知道的?宇宙从何而来?又将向何处去?宇宙有开端吗?如果有的话在这开端之前发生了什么?时空的本质是什么?宇宙会有终结吗?等等。 屈原、高更与霍金分属不同的时代,不同的民族,从事不同的职业,但他们的宇宙意识是相通的,他们的科学与艺术之魂跨越民族,超越时空,连接末来。 屈原不仅在《天问》中提出问题,而且解决问题。他写道: “九天之际,安放安属?隅隅多有,谁知其数?东西南北,其修孰多?南北顺椭,其衍几何?” 自问自答。在前四句中,屈原用诗的语言,考虑到对称性论证了天地都是圆的。因为假如地是平的,那么天和地的交界一定充满了边和角。这些边和角是属于天还是属于地呢?所以地是平的结论不合理。于是只有这样重要的结论:天像蛋壳,地像蛋黄,两者都可转。所以中国从古代开始,天体的运行轨道就有黄道、赤道两个道。屈原接着推测,地的形状可能偏离完美的球形,可能是椭球形。在后四句中,屈原问:赤道圆周比通过南北两极的圆周,哪个更长?南北顺椭圆的长度到底多长?但是屈原不可能回答这个问题,因为那时还没有科学,更没有科学测量。但这应是人类最早成功运用对称性来解释宇宙的例子。 6、赋中的物理 秦汉时期,贾谊的《鹏鸟图》中有一段精彩的描述:“万物变化兮,固无休息。斡流而远兮,或推而还。形气转续兮,变化而还。穆无穷兮,胡可甚言!……且夫天地为盆炉兮,造化为工阴阳为炭兮,万物为铜。合散消息兮,安有常则?千变万化兮,未始有极。” 这段辞赋的大意是说,万物变化,根本无有停息,运转连续,变迁脱化。上述万物变化之理,深微无穷,不能言尽。天地是一个大熔炉啊,造化就是那冶铸的工匠,阴阳所以转化万物,故喻为炭。聚合离散,生生灭灭,哪里有一定的法则,千变万化未尝有终极之点,即在贾谊看来,由于“气”永无休止地聚和散,产生了一切有“形”之物其中聚与散又取决于阴阳的相生相胜、相反相成和互相转化。整个自然界犹如一个以造化为工匠,阴阳为“炭”铸化物为“铜”的大熔炉。 而现代物理学则表明,场是一种连续体它在空间中无处不在。但它又表现为具有不连续结构的“颗粒状”粒子,如电磁场就是以光子(粒子)的形式表现的“自由场”,电磁相互作用是通过交换光子来实现的。这两种显然对立的概念又是以动态的方式统一的,并且永不停息地相互转化着。如一个质子、一个反质子和一个介子,它们自发地从真空中产生又重新消失在真空中。真空决非空无一物,相反地,它含有无数的粒子,它们不停地产生着和湮灭着。 千年之前的诗人在写诗时也许并不知道这些物理原理,但诗句所概括的科学事实不断为后来的科学发展所证实。如今,当我们仔细品位这优美的诗句时,又怎能不为这诗句的语言美和科学美的完整结合而叹服呢?庄子说,判天地之美,析万物之理,判美、析理两者不可分,两者结合,才能有新的理、新的美。诗、词、赋与物理学有着千丝万缕的联系。它们同源共生,其源、其根都在实践之中,两者都是承认与尊重客观实际,提炼与抽取客观实际的本质,探索与揭示客观实际规律的。两者彼此密切相关,又相互明显区别,即“和而不同”。 对古诗词赋中丰沛的物理知识,笔者有意进行了收集和整理,发现古人的物理知识仅限于力、声、热、光而绝少涉及电和磁的内容,并且多为描述现象,极少对本质的探究,这和当时的生产- 配套讲稿:
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