古代物理学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第一篇古代物理学第1页第一章第一章 中国古代物理学中国古代物理学中国古代物理思想探索(中国古代物理思想探索(1.11.1)我国古代物理思想主要成就(我国古代物理思想主要成就(1.21.2)第二章第二章 西方古代及中世纪物理学西方古代及中世纪物理学古希腊自然哲学(古希腊自然哲学(2.12.1)古希腊物理学(古希腊物理学(2.22.2)西方中世纪简况(西方中世纪简况(2.32.3)第2页第一章中国古代物理学第3页 从整个中国古代科学技术发展来看,应用技术走从整个中国古代科学技术发展来看,应用技术走在前面(如指南针、造纸、印刷术、火药、丝绸、瓷器、在前面(如指南针、造纸、印刷术、火药、丝绸、瓷器、农
2、业、中医药等)而基础科学理论相对来说发展迟缓;农业、中医药等)而基础科学理论相对来说发展迟缓;其中天文、数学、化学又比物理强。其中天文、数学、化学又比物理强。在我国古代物理学成就中,比较突出有:物理思在我国古代物理学成就中,比较突出有:物理思想比较活跃(尤其是春秋战国时代)。力、声、磁、光想比较活跃(尤其是春秋战国时代)。力、声、磁、光等方面有较多成就。从研究方法上看:等方面有较多成就。从研究方法上看:1.1.基于生产技术中经验和日常生活中观察而作基于生产技术中经验和日常生活中观察而作定性描述较多。定性描述较多。2.2.有目标地进行试验或结合数学上推证和计算有目标地进行试验或结合数学上推证和计
3、算来思索则比较少。来思索则比较少。第4页社会上没有尊重科学技术(包含试验)风气,所以这些自发分散成就被埋没或散失。从时间分期来看有三个科技高潮:1.春秋战国(公元前春秋战国(公元前8-3世纪)世纪)2.两汉(公元前两汉(公元前2世纪世纪-公元后公元后2世纪)世纪)3.宋明(宋明(10-17世纪)世纪)我们要正确对待这份宝贵遗产,既不妄自尊大,也不妄自菲薄,一定要实事求是探索。为何我国科学技术13世纪以前处于其它国家望尘莫及领先地位,而近代科学却不是从中国开始发生?这是国际科学世界当前极感兴趣一个研究课题。第5页第一节 中国古代物理思想探索第6页 原始人类用神话和宗教来解释大自然威力,伴随生产力
4、发展(从石器时代,青铜时代到铁器时代),人们在制造和利用工具征服自然方面,逐步积累了不少对物质世界运动直觉经验。当思想家圣哲把群众实践经验与自己直觉观察做出条理性或哲理性解释、并逐步摆脱神观念时,科学就开始萌芽了。1.这种早期自然哲理与人间祸福交织在一起组成了人们对自然与社会总体认识。2.这些自然哲理影响着后代对自然认识和斗争,成为物理学概念最早起源。萌芽特点萌芽特点第7页一一.中国中国古代自然哲学中物质观古代自然哲学中物质观元气论原子论阴阳说五行说第8页 原子说和元气说对物质最终组成是否连续问题给出不一样观点.尤其是元气说,是我国古代一份独特宝贵遗产.阴阳说阴阳说五行说五行说我国古代人民对物
5、质本原认识:我国古代人民对物质本原认识:世界是由什么物质(几个元素)组成及怎样按阴阳消长而运动改变问题。第9页五行说五行说 古代人们把生活中常见几个物质状态或运动形式古代人们把生活中常见几个物质状态或运动形式做出初步归纳分类,这是物性学概念最初萌芽。所以,把做出初步归纳分类,这是物性学概念最初萌芽。所以,把万物归于几个基本元素这类朴素观点,古代各国都是相同。万物归于几个基本元素这类朴素观点,古代各国都是相同。中国五行说产生时代较早(殷末周初,约公元前中国五行说产生时代较早(殷末周初,约公元前1010世纪前世纪前)。国语国语周语记载:周幽王九年周语记载:周幽王九年(773B.C.)(773B.C
6、.)太史伯太史伯见郑桓公曰见郑桓公曰:“:“以它平它谓之和,故能丰长而物生之,若以它平它谓之和,故能丰长而物生之,若以以 同裨同,尽乃弃矣!故先王以土与金、木、水、火杂,同裨同,尽乃弃矣!故先王以土与金、木、水、火杂,以成百物。以成百物。”在五行中还有没有更根本东西?在我国提出这一问在五行中还有没有更根本东西?在我国提出这一问题首推管仲,他认为题首推管仲,他认为“水者,地之血气也水者,地之血气也基于天地,基于天地,可藏于万物。可藏于万物。人,水也,万物之本原也人,水也,万物之本原也”这是认为这是认为水为万物之本。水为万物之本。第10页原子论原子论(中国发展较少,立论不多)(中国发展较少,立论不
7、多)i.墨翟墨翟(468382.B.C)墨经墨经,逻辑严密,注意试验,包含数学、物理逻辑逻辑严密,注意试验,包含数学、物理逻辑等内容,是我国最早比较完整科学文件。等内容,是我国最早比较完整科学文件。ii.以惠施为代表名家以惠施为代表名家 惠施惠施(370318.B.C),战国中期名家。战国中期名家。古代对古代对“原子原子”叫法有叫法有“端端”“毫毫”“微微”“几几”“邻虚邻虚”等。等。“邻邻 虚虚”有近于零意思。概念十分准确,有近于零意思。概念十分准确,但缺乏试验基础,我国原子论一直停留在比较原始阶但缺乏试验基础,我国原子论一直停留在比较原始阶段。段。元气论元气论 元气论元气论是我国古代自然哲
8、学史上占主导地位物质运动是我国古代自然哲学史上占主导地位物质运动观观。包含从易经。包含从易经“太极太极”到老子道德经到老子道德经“道道”和以荀子为代表和以荀子为代表“气气”等。等。第12页 他整理自己思想,反思宇宙运动本质,著有老子分他整理自己思想,反思宇宙运动本质,著有老子分为道经德经为道经德经8181条,条,著书五千言。著书五千言。老子老子 关键是关键是“道道”。“道道”无所不包,无所不在。他自然哲学部分最少无所不包,无所不在。他自然哲学部分最少 应说含有一些原始唯物主义成份应说含有一些原始唯物主义成份 。尹文、宋钘及以后发展尹文、宋钘及以后发展 老子弟子尹文、宋钘将老子弟子尹文、宋钘将“
9、道道”发展为发展为“气气”。论点举例:。论点举例:a)a)荀子荀子:“水火有气而无生,草木有生而无知,禽兽有知而水火有气而无生,草木有生而无知,禽兽有知而无义,人有气有生有知且有义,故最为天下知也。这里明无义,人有气有生有知且有义,故最为天下知也。这里明确提出无机物中确提出无机物中“气气”,生物中,生物中“生生”,”,动物动物“知知”社会社会“义义”等几个层次,水火、植物、动物、社会、等几个层次,水火、植物、动物、社会、都是气不都是气不一样发展一样发展 阶段形式表现阶段形式表现.。“道生一,一生二,二生三,三生万物,道生一,一生二,二生三,三生万物,万物负阴抱阳,万物负阴抱阳,冲气认为和冲气认
10、为和”i i 老子老子:又名李耳,字聃,楚国苦县(今河南贵德又名李耳,字聃,楚国苦县(今河南贵德)人人第13页b)b)王充王充王充王充(东汉,公元东汉,公元东汉,公元东汉,公元27-9727-97年年年年)“天地,含气之自然也。天地,含气之自然也。天地,含气之自然也。天地,含气之自然也。”他反对他反对他反对他反对“天造万物天造万物天造万物天造万物”之说:之说:之说:之说:“如谓天地为之,为之宜用手,天地如谓天地为之,为之宜用手,天地如谓天地为之,为之宜用手,天地如谓天地为之,为之宜用手,天地安得用千千万万手,并为万万千千之物乎!安得用千千万万手,并为万万千千之物乎!安得用千千万万手,并为万万千
11、千之物乎!安得用千千万万手,并为万万千千之物乎!气本质气本质 气是宇宙万物根源。气是宇宙万物根源。气改变运动规律是阴阳分合,气改变运动规律是阴阳分合,“精精”“形形”不变。不变。中国自然哲学中中国自然哲学中“气气”,大致可归纳为是一个充,大致可归纳为是一个充满于天、地、人、万物内外、有生命力(即自运动性)满于天、地、人、万物内外、有生命力(即自运动性)、连续不绝、改变无穷物质根源、连续不绝、改变无穷物质根源,它比西方它比西方“以太以太”,“能量能量”、“流体流体”、“波波”、“场场”都要广泛,都要广泛,或是以上几个概念总和或是以上几个概念总和。第14页 王夫之重视实践,曾深入手工作坊考王夫之重
12、视实践,曾深入手工作坊考王夫之重视实践,曾深入手工作坊考王夫之重视实践,曾深入手工作坊考查制墨烧汞过程,得出查制墨烧汞过程,得出查制墨烧汞过程,得出查制墨烧汞过程,得出“生非创有,死非生非创有,死非生非创有,死非生非创有,死非毁灭毁灭毁灭毁灭”主要结论。主要结论。主要结论。主要结论。唯一比较系统阐述是由唯一比较系统阐述是由“气气”导出守恒原理导出守恒原理 对对元气论元气论初步评价初步评价a)元气论从我国公元前十世纪开始形成,流传两千多年,它元气论从我国公元前十世纪开始形成,流传两千多年,它包含了天与地、阴与阳、无机与有机、物质与能量、有形包含了天与地、阴与阳、无机与有机、物质与能量、有形与无形
13、、连续与断续、微观与宏观、局部与整体统一。与无形、连续与断续、微观与宏观、局部与整体统一。b)“元气论元气论”完全不一样于西欧近代科学发展模式。它坚完全不一样于西欧近代科学发展模式。它坚持:持:物质统一性物质统一性每一事物矛盾性每一事物矛盾性基元物质(元气)基元物质(元气)连续性分布与运动。连续性分布与运动。守恒原理等根本规律。守恒原理等根本规律。守恒原理守恒原理第15页c)元气论元气论在应用上尤其是在生物物理方面有不少实际研究价值。如:人体“内气”与“外气”问题,生物场仪器探测,“外气”信息传递与人体特异功效等。d)元气论元气论作为自然哲学派别在开辟认识自然道路上有一定作用,但其发展迟缓,长
14、久停留在定型观察、推测、玄想阶段,缺乏科学记述、试验、数学处理方法配合,在相当程度上还未完全脱离方家道士之类宗教玄学影响。第16页二二 中国古代自然哲学中国古代自然哲学时空观和运动观时空观和运动观第17页1.关于时空与宇宙概念:关于时空与宇宙概念:战国时尸佼战国时尸佼(390330B.C尸子尸子成书于汉代)成书于汉代)说说:“四方四方上下曰宇,往古今来曰上下曰宇,往古今来曰宙宙”。“宇宙宇宙”包含了包含了空间和时间统一性与无空间和时间统一性与无限性。限性。墨经:墨经:“宇,弥异宇,弥异所也所也”。经说:经说:“宇、蒙东宇、蒙东西南北西南北”。“久(宙),久(宙),弥异时也弥异时也”,“久,合久
15、,合古今旦莫(暮)古今旦莫(暮)”。2.运动中时空相关性运动中时空相关性 墨经:墨经:“动,域徙也动,域徙也”(地点变动);(地点变动);“俱止,动俱止,动”(物体上各(物体上各处作一样运动);处作一样运动);“偏,际徙偏,际徙”(边缘移动,(边缘移动,转动)。转动)。“宇域徙,说在长宇久宇域徙,说在长宇久”(空间位置变动空间位置变动,发生在一定发生在一定间隔空间和时间内)。间隔空间和时间内)。这是从直观观察中看到时空这是从直观观察中看到时空统一,看到时空与运动统一,看到时空与运动紧密联络。紧密联络。第18页3.3.时空(宇宙)无限观点时空(宇宙)无限观点时空(宇宙)无限观点时空(宇宙)无限观
16、点 张衡灵宪:张衡灵宪:张衡灵宪:张衡灵宪:“宙之端宙之端宙之端宙之端无穷无穷无穷无穷”王充:王充:王充:王充:“天去人高远,其天去人高远,其天去人高远,其天去人高远,其气沧茫无故末气沧茫无故末气沧茫无故末气沧茫无故末”柳宗元:柳宗元:柳宗元:柳宗元:“无中无旁,乌无中无旁,乌无中无旁,乌无中无旁,乌际乎天则?际乎天则?际乎天则?际乎天则?”南宋邓牧:南宋邓牧:南宋邓牧:南宋邓牧:“天地大也,天地大也,天地大也,天地大也,其在虚空不过一栗耳!其在虚空不过一栗耳!其在虚空不过一栗耳!其在虚空不过一栗耳!”谓谓谓谓天地之外无复天地,岂通论天地之外无复天地,岂通论天地之外无复天地,岂通论天地之外无复
17、天地,岂通论耶?耶?耶?耶?”元琅琊记:元琅琊记:元琅琊记:元琅琊记:“天地亦天地亦天地亦天地亦物也,天地之外更有天地物也,天地之外更有天地物也,天地之外更有天地物也,天地之外更有天地”。4 4.惠施对直觉时空观非惠施对直觉时空观非惠施对直觉时空观非惠施对直觉时空观非难。难。难。难。建立科学时空观,必建立科学时空观,必建立科学时空观,必建立科学时空观,必须勇于怀疑通常建立须勇于怀疑通常建立须勇于怀疑通常建立须勇于怀疑通常建立在知觉经验上时空观在知觉经验上时空观在知觉经验上时空观在知觉经验上时空观与运动观,惠施非难与运动观,惠施非难与运动观,惠施非难与运动观,惠施非难应该是使这一认识深应该是使这
18、一认识深应该是使这一认识深应该是使这一认识深化起点,闪烁着我国化起点,闪烁着我国化起点,闪烁着我国化起点,闪烁着我国古代人民智慧光芒,古代人民智慧光芒,古代人民智慧光芒,古代人民智慧光芒,其其其其“历物十事历物十事历物十事历物十事”和和和和“二十一辩二十一辩二十一辩二十一辩”除前述两除前述两除前述两除前述两条和个别条之外,能条和个别条之外,能条和个别条之外,能条和个别条之外,能够按性质作以下排列:够按性质作以下排列:够按性质作以下排列:够按性质作以下排列:第19页 (a a a a)“无厚不可积也,其大千里无厚不可积也,其大千里无厚不可积也,其大千里无厚不可积也,其大千里”(”(”(”(二维平
19、面二维平面二维平面二维平面););););(b b b b)“天与地卑,山与泽平天与地卑,山与泽平天与地卑,山与泽平天与地卑,山与泽平”(从宇空看地球)(从宇空看地球)(从宇空看地球)(从宇空看地球)l l(c c)“距不方,规不可认为圆距不方,规不可认为圆”(”(无理想线条无理想线条)(d d)“南方无穷而有穷南方无穷而有穷”(”(地可能为球形地可能为球形)(e e)“我不知天下之我不知天下之 中央,燕之北越之南是也中央,燕之北越之南是也”(2)关于时间关于时间“今日适越而昔来”(没有绝对“同时性”)。(1)关于空间关于空间第20页(3)关于物质及其改变关于物质及其改变 (a a)“指不至,
20、物不绝指不至,物不绝指不至,物不绝指不至,物不绝”(人眼之外,物质连绵不绝);(人眼之外,物质连绵不绝);(人眼之外,物质连绵不绝);(人眼之外,物质连绵不绝);(b)“日方中方睨,物方生方死日方中方睨,物方生方死”(太阳刚到中心又(太阳刚到中心又偏了,万物也是生死不停)。偏了,万物也是生死不停)。(4)关于运动非难关于运动非难(a)“飞鸟之景(影),未尝动也飞鸟之景(影),未尝动也”(b)“镞矢之疾,而有不行不止之时镞矢之疾,而有不行不止之时”(飞矢既在(飞矢既在一处又不在一处)。这与西方之诺佯谬有异曲同工之一处又不在一处)。这与西方之诺佯谬有异曲同工之妙。妙。(5)关于非常状态)关于非常状
21、态第21页(a a a a)“火不热火不热火不热火不热”(对高温而言)(对高温而言)(对高温而言)(对高温而言);(b b b b)“目不见目不见目不见目不见”(有不可见光);(有不可见光);(有不可见光);(有不可见光);(c c)“山出口山出口”(地震);(地震);(d d)“轮不辗地轮不辗地”(飞轮之类,勿须辗地)。(飞轮之类,勿须辗地)。惠施惠施这些思想都是非常光芒,不过不少儒家这些思想都是非常光芒,不过不少儒家学士认为学士认为“荒诞不经荒诞不经”,而扼杀了物理思想讨,而扼杀了物理思想讨论和发展,于是没有流传下来。论和发展,于是没有流传下来。另外,另外,公孙龙公孙龙还与惠施有还与惠施有
22、“石坚白石坚白”之争,之争,但不但仅是物理问题而是哲学问题了。但不但仅是物理问题而是哲学问题了。第22页当前一些学者对我国古代物理思想颇感兴趣。当前一些学者对我国古代物理思想颇感兴趣。比如汤川秀树在比如汤川秀树在19741974年日本召开十四届国际科学年日本召开十四届国际科学史代表大会上史代表大会上“日本科学一百年日本科学一百年”讲话中谈到讲话中谈到老子、庄子思想对他影响。我们应该大老子、庄子思想对他影响。我们应该大力发掘和深入研究。力发掘和深入研究。第23页第二节第二节 我国古代物理学各分支主我国古代物理学各分支主要成就要成就第24页一一.我国古代力学成就我国古代力学成就研究方法流体力学机
23、械 与 技 术 成 就刚体力学动力学运动学基本测量第25页人类工具制造和使用中,慢慢积累了人类工具制造和使用中,慢慢积累了简单力学知识。我国古代在力学基本理简单力学知识。我国古代在力学基本理论方面有相当完整概念体系,但在表述方论方面有相当完整概念体系,但在表述方面却不精密。面却不精密。1.基本测量基本测量长度长度家语载:家语载:“布指知寸,布手知尺,舒肘知寻布指知寸,布手知尺,舒肘知寻”等等“以蚕吐丝为忽”(说文)“十马尾为分”(易纬通挂脸)第26页 时间计量与计时器时间计量与计时器 我国古代设官专司天文历算,所以在我国古代设官专司天文历算,所以在时间计量与测时仪器方面在十四世纪时间计量与测时
24、仪器方面在十四世纪欧洲出现机械时钟前一直有很高水平。欧洲出现机械时钟前一直有很高水平。“土圭一致四时四月”(周礼春官)“挈壶氏悬壶以水火守之,分以日夜”(周礼夏官),“周礼挈壶氏,其法总以百刻,分以昼夜,冬至昼漏四十刻,夜漏六十刻,夏至昼漏六十刻,夜漏四十刻,春秋二分,昼夜各五十刻。周汉时代,我国开始用等分一昼夜为百刻(或十二时辰)方法来计时。链接第27页(3)重量)重量19541954年湖南长沙左家公山战国楚墓出土我国最年湖南长沙左家公山战国楚墓出土我国最早天平及砝码,在半两范围内比较准确。早天平及砝码,在半两范围内比较准确。(4)容积)容积秦始皇公元前2统一中国时,采取统一度量衡制度,采取
25、商鞅方升为标准量具之一。其制作精度在1%以内。(5)比重比重汉书食货志:“黄金方寸,其重一斤,白金方寸,重十一两”,(16两两=1斤斤)(详见下表)第28页 液体比重:古代制盐工人(如台州,液体比重:古代制盐工人(如台州,液体比重:古代制盐工人(如台州,液体比重:古代制盐工人(如台州,1111世纪)世纪)世纪)世纪)用十枚莲子测盐卤(十粒有三粒以上直立浮起便用十枚莲子测盐卤(十粒有三粒以上直立浮起便用十枚莲子测盐卤(十粒有三粒以上直立浮起便用十枚莲子测盐卤(十粒有三粒以上直立浮起便是浓卤,二粒以下且有水平浮气是稀薄液),以是浓卤,二粒以下且有水平浮气是稀薄液),以是浓卤,二粒以下且有水平浮气是
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