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三光学（一）光源（二）几何光学知识1.光的直线传播与小孔成像2.光的反射与镜面成像3.光的折射与透镜4.光的色散（一）光源1.太阳和月亮：甲骨文中用“明”字表示2.火：甲骨文中“光”就是一个人举着一把火3.灯：西汉的镏金长信宫灯4.磷光：俗称“鬼火”5.萤火：“囊萤”读书的故事；沈括称其为“聚萤囊”灯笼，“有火之用，无火之热”；明清时期将其用于水下诱捕鱼。6.荧光物质：用含有荧光物质的颜料作画。宋代《湘山野录》记载一幅画牛的画，白天看，牛在栏外吃草，晚上牛则卧在栏内；1.光的直线传播与小孔成像《墨经》：景倒，在午有端与。景：光之人，照若射，下者之人也高，高者之人也下。足蔽下光，故成景与上。首蔽上光，故成景与下。在远近。有端与于光，故景库内也。(午：交叉；端：小孔)。（二）几何光学知识赵友钦实验（宋末元初）：赵友钦实验在中国古代史上占有重要地位，其实验目的明确，设计合理，步骤清晰，结果可靠，是中国物理学史上的的一个首创。《梦溪笔谈》：“若鸢（yuān）飞空中，其影随鸢而移；或中间为窗所束则影与鸢相违，鸢东则影西，鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束，亦皆倒垂。”赵友钦实验：实验中他固定几个条件，改变一个条件来观察成像情况。实验分五步：②改变光源强度，作日月蚀模拟实验；③改变像距；④改变光源距离，观察小孔成像的变化；⑤改变孔的大小和形状，做大孔成像实验。①改变孔的大小，比较成像情况；平面镜：2.光的反射与镜面成像《墨经》中论述了光的反射，包括平面镜、凹面镜、凸面镜的反射情况。“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。沈括：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”“小鉴不能全观人面，故令微凸，收人面令小，则鉴虽小而能全纳人面。仍覆量鉴之小大增损高下，常令人面与鉴大小相若。”1956年河南出土春秋早期的一面阳燧（凹面镜）凸面镜：“鉴团，景一。…鉴者近，则所鉴大，景亦大；其远，所鉴小，景亦小，而必正。”即鉴团只成一缩小的正立的像（虚）。镜术：利用平面镜成像制成“万花筒”样“魔镜”：日月镜、四规镜等。凹凸面镜：殷武丁时期就出现了凹、凸面镜。透光镜：现上海博物馆珍藏有西汉时期的“透光镜”（青铜）。隋唐《古镜记》记载：“承日照之，则背上文字，墨入影内，纤毫无失”。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”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。”鸡子石英证含光图：著名道士张果修炼内丹的著作《修真历验钞图》：讲到从白石英看到：“映日则光玉也…，五色玄英”。白石英为无色透明晶体，属六角晶系。用白石英作的三棱镜对日光产生了色散。明末方以智《物理小识》四电磁学1.对电的认识2.对磁的认识3.电与磁的应用1.对电的认识摩擦起电：东汉王充《论衡》：“顿牟掇芥，磁石引针…他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。”顿牟指玳瑁（爬行动物，形状象龟，这里指其壳）。（用元气解释静电现象）；西晋张华《博物志》记载：“今人梳头，脱着衣时，有随梳、解结有光者，也有吒声。”雷电现象：沈括《梦溪笔谈》：“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（黑）。有一木格，其中杂储诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚刚，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。”明代方以智：“雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。”解释：《淮南子》记载：“阴阳相薄为雷，激扬为电”朱熹：“阴阳之气，闭结之极，忽然迸散出”明代刘伯温：“阴气团于阳，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电”武当山天柱峰金顶三大奇观之一的“雷火练殿”2.对磁的认识磁性：《吕氏春秋》：“慈石召铁，或引子也”；《鬼谷子》：“慈石取针”；高诱注释《吕氏春秋》时指出：“石，铁之母也，以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不能引也”。屏蔽：明末刘献廷《广阳杂记》：“慈石吸铁，隔碍潜通。或问余曰：‘慈石吸铁，何物可以隔之？’犹子阿儒曰：‘唯铁可以隔之耳’。其人去而复来，曰：‘试之果然’。”磁石吸引物质只限于铁：《淮南子》：“若以慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”，“及其于铜则不通”。3.电与磁的应用①避雷针：②磁性指南器：司南：王充《论衡》：“司南之杓（勺），投之于地，其柢指南。”中国古代科技——指南车模型指南车司南天然磁石指南针：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”指南鱼指南针③磁化地磁场磁化法：1044年出版的宋代曾公亮《武经总要》：“鱼法，以薄铁叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置碳火中烧之，侯通赤，以铁钤钤（qián印、章)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。”将铁片烧红的是使磁畴重新分布成为顺磁体，淬火使磁畴稳定。磁石磁化法：沈括《梦溪笔谈》：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东（地磁偏角），不全南也。水浮多荡摇，指爪及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬为最善。”④应用：朱域《萍洲可谈》（1119）：“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦则观指南针。”；南宋赵汝适《诸蕃志》：“渺茫无际，天水一色。舟舶来往，惟以指南针为则。昼夜守视唯谨，毫厘之差，生死系焉。”地螺：指南针配上固定方位盘，就是罗盘，南宋时称“地螺”1)传:4000年前，黄帝与蚩尤打仗，但蚩尤作雾，黄帝则使用指南车来辨别方向，使蚩（chī)尤大败。3)晋朝大将马隆与羌人作战时，让士卒皮革盔甲，在夹道上置磁石，因而大败身穿铁甲的羌兵。2)郦道元在《水经注》中，写到秦始皇为了防避刺客，用磁石建造阿房宫的北阙门，若刺客身怀刀刃将被磁门吸住。小故事五声学1.声音的产生：2.声音的传播3.共振4.共鸣及其消除5.声音的反射6.古代乐器7.律学1.声音的产生：王充：“生人所以言语吁呼者，气括口喉之中，动摇其舌，张歙（xī）其口，故能成言”,并且还把声音的传播与水波类比；宋应星：明代江西奉新县人，一生著作很多，代表作为《论气》和《天工开物》。这部书被誉为“中国17世纪的工艺百科全书。”在《论气》中：“及夫冲之有声焉，飞矢是也；界之有声焉，跃鞭是也；振之有声焉，弹弦是也；辟之有声焉，裂缯是也；合之有声焉，鼓掌是也；持物击物，气随所持之物而逼及于所击之物有声焉，挥椎是也。”即声音“步能自为生”，必须冲之，界之，振之，辟之，合之，击之。从而使空气震动，才能发出声音。2.声音的传播宋应星《论气》：“物之冲气也，如其激水然。气与水，同一易动之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文浪以次而开，至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也亦犹是焉，特微渺而不得耳闻。”3.共振《庄子•徐无鬼》：“为之调瑟，废于一堂，废于一室。鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣。夫改调一弦，于五音无当也，鼓之，二十五弦皆动。”3.共振《梦溪笔谈》：“琴瑟弦皆有应声，宫弦则应少宫，商弦则应少商，其余皆隔四相应。今曲中有声音，须依此用之。欲知其应者，先调诸弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，他弦则不动。声律高下苟同，虽在他琴鼓之，应弦亦震，此谓之正声。”（共振实验）4.共鸣及其消除南北朝时期刘敬叔《异苑》：“晋中朝有人蓄铜澡盆，晨夕恒鸣如人扣，乃问张华。华曰：‘此盆与洛钟宫商相应，宫中朝暮撞钟，故声应尔。可错（挫）令轻，则韵乖。鸣自止也。’依其言，后不复鸣。”唐代韦绚《刘宾客嘉话录》记载了当时的太乐令曹绍为一僧人治病的事：该僧人因僧房内一磬无故自鸣，而惊恐成疾。5.声音的反射①北京天坛：回音壁、三音石、对话石②山西永济“莺莺塔”：普救寺舍利塔，因“西厢记”而称“莺莺塔”，是一座空心砖塔，初建于唐武则天，后重建于明嘉靖42年（1564），因其可产生蛙鸣般的回声，而列河东“清八景”之一。（普救蟾声）回音壁传声示意图三音石和对话石回声示意图莺莺塔回声示意图③河南三门峡“蛤蟆塔”：建于金大定十六年，在塔外十余米处击石拍掌，有蛙鸣回音。河南三门峡“蛤蟆塔”④四川潼南“石琴”：实为登山石阶，凿于江边完整无缝凹处，沿石阶拾级而上，自第四级到第十九级，凡步履所触，便会发出悠扬婉转的古琴声在洞内回荡。其中有七级石蹬的发音特别洪亮，称为七步弹琴，题为石蹬琴声。四川潼南“石琴”6.古代乐器新石器时代：陶埙（xūn）和骨哨编钟《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。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。西周：已发展为十二律：黄钟、大吕、太簇、夹钟、姑洗、仲吕、蕤ruí宾、林钟、夷则、南吕、无射（yì）、应钟。商代：已有五声音阶：宫、商、角、徵（zhĭ）、羽（1、2、3、5、6）。后又增加了两个半音：变徵（近4）、变宫（7），成为七声音阶。在C调正声音阶下，十二律与七声的关系如下：律名：黄大太夹姑仲蕤林夷南无应清黄今音名：C#CD#DEF#FG#GA#ABC‘音阶：宫商角变徵徵羽变宫清宫十二平均律：发明者：朱载育（1536-1610？）朱元璋的九世孙，成于1581年左右，在《律学新说》和《律吕精义》有记载。和十二律的产生已相距2000余年。是一种相临律间音程差数相等的律制。122122方法：以公比的等比级数分配音律，也就是在八度音之间，分成十二个等音程的半音，两相临音律间的频率比都是，这样可以使十二律自“黄钟为始，应钟为钟，终而复始，循环无穷。”朱载育依据自己发明的十二平均律确定了“均准”（即弦准），是世界上第一个依据十二平均律建立的定律器。也是世界上第一个依据十二平均律建立的弦乐器。盖天说：起源于殷周时期。《周髀算经》：“天圆如张盖，地方如棋局”，后发展为“天似盖笠，地法覆盖”六.天文学《周髀算经》中之盖天说示意图象征“天圆地方”思想修建的成都市青羊宫八卦亭浑天说：代表人物是东汉张衡(公元78年-139年)，生于河南南阳石桥镇，公元111年担任太史令，主持天象观测、编订历法，发明了浑天仪、候风地动仪。张衡像浑天说示意图张衡在《浑天仪图注》中写到：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡中黄。…”认为大地是球形的、运动的，地球是宇宙的中心。用一个天壳和附天而行的日月五星来解释天文现象。和西方同一时期的“地心说”相似。张衡强调:“宇之表无极，宙之端无穷”。国际天文学组织用他的名字命名了一颗小行星和月球上的一座环行山。东汉张衡对浑天说的表述启明之光:一.中国古代的物理学萌芽地动仪图水浑仪七后记：中国近代史上的机会：1.西学东渐：明万历中叶，随着西方传教士来华，刚刚兴起的西方近代自然科学开始传入我国。明末清初，西学东渐成为我国自然科学发展的主流。这一时期来华的传教士有500多人，带来了不少西方科学知识。著译约有370多种，其中科技120余种，多为数学和天文,引起极大反响。出现了不同派别①以明末徐光启、李之藻为代表的“经世致用”派：倾向务实，追求新知识，立足于西学；②以清初王锡阐为代表的一派：既反对恪守陈