论中国古代物理

古代物理篇一：中国古代物理学贡献

中国古代物理学贡献

物理，古人云“事物的道理”，为历代大儒名宦所重。古代中国人不仅记述了许多物理现象，发现了一些物理规律或定理，尚有饱含物理知识的诗词歌赋传世。 本文展现了中国古代科学在物理学方面的概貌。中国古代物理学可与西方同一时期相比的有力学与光学两个分支；在电磁学和热学方面，中国取得了远胜于西方的成就；在声学，特别是在乐律方面更是成绩卓著。

在古代，物理则与日常生活息息相关。下面，依据生产技术和社会形态以及科学著作诞生年代，我们选择具有代表性的跟物理学有关的记载，介绍中国古代物理学发展概况.

一。力学方面 《墨经》最早对力下了定义：“力荆之所以奋也”.意思是力是使物体运动状态改变的原因.《墨经》第114. 116条对时间和空间最早作出了正确定义:“宇或徒，说在长宇久”；“行修以久，说在先后。”意思是说物体位置改变是空间随着时间自近而远的持续增长。“墨经”还最早论述了“杠杆原理”和“浮体平衡原理”。《论衡.状留篇》中的:“是故车行于陆， 船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾。" “任重，其进取疾速，难矣。”意即在一定外力 条件下，较重的物体运动较慢，其开始运动和 加快运动也难。《论衡》中:“古之多力者、身 能负荷千钧。手能决角伸钧，使之自举，不能 离地”。最早提出系统的内力不能使物体运动的结论。

2. 2热学方面

《考工记》中：“凡铸金之状，金(铜)与锡；黑蚀之气竭，黄白次之;黄白气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之.然后可铸也。”是我国最早对温度的认识，这

段大意是在熔炼金属过程中，根据物体颜色判断物体冷热程度。 《论衡》中:“云雾、雨之徽也，夏则为露， 冬则为霜，温则为雨，寒则为雪，雨露冻凝者， 皆由地发，不从天降也。”的论述是世界上最早分析一年四季物态变化形成的原因。《论稀 .寒温篇》中的论述:“夫近水则寒，近火则温， 远则渐微。何则?气之所加，远近有差也”。是 世界上最早对热传导的论述。

2. 3磁学方面

春秋末期(约公元前5世纪)《管子·地数篇》有：“山上有慈石，其下有铜金"。约公元前239年的《吕氏春秋·精通》中有：“慈石召铁，或引之也”.这是世界上最早对磁现象的认识。

2.5声学方面

我国古代很早就对共振现象有记述，公元前3世纪—4世纪的《庄子》一书就记载了调瑟时发生的共振现象。这种基音与泛音共振现象的发现比西方早得多，欧洲直到15世纪才由达·芬奇首次进行共振实验。《墨子·备穴篇》还记述了共振现象的具体应用：在城墙根下每隔几米，挖一个坑，坑内埋置容量为70升—80升的陶瓮，瓮口蒙上皮革。若有敌人挖地道攻城，可以根据各陶瓮声响情况，确定敌人挖掘的位置和方向。

3.5电学方面

《论衡》中的“顿牟掇芥慈石级缄”。(顿牟；墟泊；芥；=种很轻草木；械；针；缀；吸引)；说明人们已经对电、磁有了相当深刻的认识。

4. 2磁学方面

《梦溪笔谈》第58条：“以磁石磨针锋，则锐处指南，亦有指北者，恐石性不同”，这段话说明当时已发现了磁铁有两极；《梦溪笔谈》第437记载的：“方

家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”记述的磁偏角，比西方发现地磁偏角早了四百多年。《梦溪笔谈》中还介绍了指南针四种安装法：水浮法；指甲法；碗唇法；悬丝法。

4. 3光学方面

《梦溪笔谈》记述的：“阳艘向日照之.则光聚向内，离镜一二寸，光聚为一点，大如麻寂，着物则火发。”“阳健面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”这是说手指在镜面与焦点之间处成正立像.在焦点处无像，在焦点以外成倒立像，说明当时对凸透镜聚光及球面镜成像已进行相当成功的研究。4. 4声学方面

《梦溪笔谈》中：“欲知其应者，先调其弦，先调其弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，它弦即不动。”这是沈括以纸游码实验证明了声的共振现象，比英国的诺布尔所做的“纸游码”实验早500年。

总的看来，我国古代物理学知识与古代精湛的工艺技术往往密不可分，在技术的发展中，成就了我国辉煌的古代物理学。中国古代物理学有力地推动了当时的经济、政治、文化的发展，极大地丰富了人民的生活，提高了生产效率，加速了文化的传播。中国古代物理学同样是世界物理学史上绚烂的一笔。

古代物理篇二：中国古代趣味物理实验大集合

中国古代趣味物理实验大集合

摘要：将分布在中国古籍中的一些趣味性浓的物理实验收集拢来予以介绍，扼要地分析了实验原理与方法，指出其在当今物理学中的应用，对了解中国古代物理实验产生、变化、发展的历程具有参考价值。

继“中国古代趣味物理实验拾零”、“中国古代趣味物理实验十摘”之后，又从古籍中挑选出部分趣味物理实验予以介绍。并扼要分析实验原理与方法。

1迎风转秫

《帝京景物略》云：“剖秫秸二寸，错互贴方纸，其两端各红绿，中孔，以细竹横安秫竿上，迎风张而疾趋，则转如轮，红绿浑浑如晕。”

这是一个利用风能去推动秫秸转动的实验，实验演示了颜色合成。仪器制作与实验过程大体如此：将去掉穗的高粱杆截成若干段，每段长二寸，剖开。分别把红纸、绿纸剪成方形，并把它们交叉地贴在高粱杆的两端。把高粱杆也交叉放在一起，在交叉的高粱杆的中部钻孔，用细竹一端穿过小孔作为转轴，手持细竹另一端逆风行走，纸片张开，高粱杆快速转动，状如飞轮。此时，红绿两种颜色就像日晕那样浑然一体，形成十分美丽的色环。

本实验中的“仪器”，人们称它为“风车”，是一种儿童玩具。这种“仪器”，在中国古代统治者心目中，肯定不能登大雅之堂。因此，从事科学研究的人们，总是想方设法把自己的发现以玩器的形式保存下来，以启迪思维，激发智力。

2著翼起飞

《汉书·王莽传》云：“取大鸟翮为两翼，头与身皆著毛，通引环钮，飞数百步堕。”这是一个滑翔飞行实验：用大鸟羽拼合成两只大翅膀，用牵引线把它们固定在人身两侧，人从头到脚装上羽毛，然后拉着牵引线迅速奔跑，就会象鸟儿一样飞向空中，飞行数百步掉下。我们清楚，鸟在飞行时，翅膀的上面往往向上凸起，下面平直或略微凹进。如果直接将大鸟翅膀作飞翼，或将若干鸟的羽茎拼织成鸟翼形状，那么人拉着“翅膀”迅跑时，空气就相对“翅膀”向后移动。因“翅膀”上凸下平，流过“翅膀”上面的空气，需要绕一个弯，其流速要比“翅膀”下面空气的流速快。这样，“翅膀”上面空气流速快，压强小，“翅膀”下面空气流速慢，压强大，使“翅膀”上下产生压强差。这个压强差，会产生一股把“翅膀”向上托起的升力，这个升力可把物体托向空中。

这个实验，是人类第一次进行滑翔飞行的实验。它惊险，有趣，尽管可能不会成功，但试验者需承担较大风险。由此可见，我们的祖先何等聪明和勇敢。

3水中浮丹

宋代洪迈在《夷坚志》中介绍：“宣和中，蔡鲁公闭居京师，有方士持阴阳丹一两许，如弹子大，色正红，以献之。置之水中，随十二时上下，六阳时则浮上，六阴时则沉。仍各准其方位，不差晷刻。”

阴阳丹的组成成份是什么，洪迈没有说明。但在宋代，“水中浮丹”的研究是比较深入的，哪些材料制丹能在水中自由游走，哪些材料制丹可在水中自动沉浮，实验一丝不苟。苏轼就曾提到：“獐脑黄蜡和匀染黑，投水中作蝌蚪，自然水中走动。”《格物粗谈》中的“浮水金

丹”是用樟脑、银珠捣成的。此外，《北梦琐言》还记载了一个盆中游鱼的实验：“戍州刺史文思辂亦有戏术，曾剪纸鱼投于盆内活。”从洪迈的记录看，阴阳丹在水中的运动很像潜水艇的沉浮。这使人想起阿基米德原理：浸入液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。由此可知，当丹的比重大于液体比重时，丹会下沉，当丹的比重小于液体比重时，丹则上浮。

樟脑丸为什么能在水中自动沉浮呢？原来，实验中的“水”为醋酸溶液，樟脑丸的比重比醋酸溶液略微大一些，所以开始时樟脑丸沉入杯底。但由于醋酸与碳酸钠发生化学反应，产生的二氧化碳气体聚集在樟脑丸的表面，使樟脑丸和气泡这一整体的比重小于液体比重，樟脑丸浮了起来。当樟脑丸浮到液面时，附在樟脑丸表面上的二氧化碳气体逸出，剩下的气泡连同水对樟脑丸上向的浮力支持不住樟脑丸的重量，于是又沉入杯底。

当今课堂上，有些物理或化学老师就做过这种实验：在半杯醋酸里加入碳酸钠数粒，然后把一粒樟脑丸放入杯里。樟脑丸起初沉入杯底，过一会儿就会慢慢浮上来，浮到液面后再沉下去，然后又浮起来，如此反复，十分有趣。

4空中飞蝶

张岱在《夜航船》中指出：“竹内膜纯阴，将酥涂其上，见太阳即飞，名飞蝴蝶。”这是一个什么实验？笔者不敢肯定。从字面上看，它好像是一个实验装置经过改进的“鸡子举飞”：从竹筒中取一张竹膜，将其收扰成球状，在接口处内侧涂上适量酥油，使竹膜像一个吹足空气的气球。然后把竹膜放在太阳下加热，竹膜球内部空气受热膨胀，当球内空气压力较大时，空气从酥油粘合处冲开一个缺口，这样气体对竹膜球产生反作用力，使竹膜球飞向空中。与“鸡子举飞”(苏轼《物类相感志》：“鸡子开小窍，去黄白了，入露水，又以油纸糊了，日中晒之，可以开起，离地三四尺。”)实验比较，竹膜球的体积可以做得很大但重量极轻，这会使实验更易成功。另一方面，因竹膜重量轻，将其加工成蝴蝶或其他形状，也不至使竹膜不能起飞，但却会使实验变得更有趣。实验的设计思想，的确令人佩服。

5铜蟾滴水

“古铜蟾蜍，章申公研滴也。每注水满中，置蜍研仄，不假人力而蜍口出泡，泡殒则滴水入研，已而复吐，腹空而止。”

意思是：章申公有一个铜制研滴，形如蟾蜍，显得非常古朴。将它放在研侧，注入水，不用借助人工操作，蟾蜍口中就能吐出水泡，泡灭水滴落入研盘，过一会又吐水泡，如此反复，直到蜍腹中的水吐完。

这是一个利用毛细管引水入研的有趣实验。我们清楚，水能润湿铜，将铜管插入水中，管中液柱的高度，与液体表面张力系数、毛细管内径以及液体与固体的接触角有关。当液体与固体材料确定后，毛细管内径越细，管内液柱越高。因此，用毛细管能达到引水目的。有趣的是，上述实验中毛细管可能就设在人眼无法看见的研滴壁中，毛细管内壁较粗糙，水从蜍腹底部润湿至向研盘方向倾斜的蜍口侧而慢慢形成水滴，当水滴重力大于水的表面张力时，水滴入研盘中.

6纸铫煎茶

张岱在《夜航船》中指出：“鸡子白调白矾末刷纸，作铫子煎茶，沸而不烧其纸。”鸡子

白即鸡蛋清，白矾即明矾。用鸡蛋清与明矾粉末和匀涂刷纸上作成铫子，放在火焰上煎茶，水沸而纸不燃。

我们清楚，普通煤炉的火焰温度约600℃，而纸的着火点是183℃，用煤炉烧纸，纸会燃为灰烬。但用纸铫煎茶，情况就不一样了。炉火燃烧时，铫子内的水会不断吸热，使纸冷却。由于水的沸点是100℃。水会在这个温度下变为蒸气将多余的热带走，所以沸水温度不会超过100℃，这个温度低于纸的着火点，只要铫子里的水不干，同时注意铫子水面以上不接触火焰，纸就不会燃烧。

为了防止纸铫水面以上部分被火焰燃烧和纸铫渗水现象发生，同时也为了增加纸铫能够承受水的压力，在纸铫上涂上鸡蛋清与明矾混合物，实验就容易获得成功。

初中物理课本中的“纸锅烧水”实验，可能就是从“纸铫煎荼”演变过来的，而“纸锅烧水”更具有说服力和惊险性。

7刻鱼测雨

汉代有一个奇特的物理实验，仪器是用玉石雕刻的鱼。这种鱼可能为椭圆形、中空，髟耆尾皆具。实验目的是以鱼的鸣吼来预测天气。原文见《西京杂记》：“昆明池刻玉石为鱼。每至雷雨常鸣吼，髟耆尾皆动。汉世祭之祈雨，往往有验。”这个实验巧妙地运用了共振效应，效果相当不错。使那些不知原理的人。对石鱼产生敬仰，并顶礼膜拜。

我们清楚，风暴时，强风掠过海面会产生次声波，次声波和风暴怒吼的声波一起向四面八方传播，声波很容易被空气和大海“吃”掉，唯有频率很低的次声波在传播过程中能量损失慢、传播距离远。加之次声波比风浪速度快许多倍，它能成为风暴来临的警报。但次声人耳无法分辨，如果能制造一种仪器，将次声变为可闻声，那么这一装置就成为一种风暴报警器。石鱼就是这样一种装置：它张口，腹空，当次声波不断对它施以周期性外力时，石鱼作受迫振动。若声波的策动力频率与石鱼的固有频率成倍数关系，石鱼产生非线性共振，发出声波。其中，高频部分为可闻声。此时，石鱼“髟耆尾该动”，其声学效应表现为大声“鸣吼”。在中国古代，利用共振效应预测天气、地震、兵乱的例子不胜枚举。如：“石鼓，冀县有天鼓山，山有石如鼓，河鼓星摇动，则石鼓鸣，鸣则秦土有殃”；“陕州黄河有钟，大水小水常自浮出，每昧朔阴雨之日辄鸣，声响悲亮，行客闻之莫不怆然”；“康熙戊申六月十七日戌刻，山东、江南、浙江诸省，同时地大震……又天鼓鸣，钟鼓自呜”；“汉武帝时，未央宫前殿钟无故自鸣，三日三夜不止。诏问太史，待诏王朔，朔言恐有兵气。”

可见，“刻鱼测雨”实验有其坚实的`理论基础，这些理论是在不断观察、分析中总结出来的。我国汉代就有如此奇妙的实验，这的确是炎黄子孙值得骄傲的事情。

8固体传声

“截竹筒两枚，空其两端，各以一面用皮纸冒之，胶封甚固。两筒纸面相向，取长数丈细线穿过之，使两人各执一筒，一人属口于此筒之空面，一人属耳于彼筒之空面，相去数丈，属口者随意言语，属耳者听之了了，他人不闻也。”

这是一个证明固体也能传声的实验。此实验在现行初中物理课本也能找到。实验中的装置，叫“传声筒”，今称“土电话”。很明显，当有人对着细线一端的竹筒(发话筒)讲话时，空气发生振动，它推动皮纸与细线振动。此时，细线另一端的皮纸也跟着振动，这样皮纸又带

动竹筒(受话筒)内空气振动，把声音传给受话的一方。这里，话筒起着“共鸣”箱的作用。在中国古代，常常有人通过挖掘地道的方法向城内发起进攻，为了判辨敌方是否采用这一手段，就得使人侦察。《墨经》云：“令陶者为罂，空四十斗以上，固(顺)之以薄革各革，置井中，使聪耳伏罂而听之，审知穴之所在，凿穴迎之。”

仔细分析，上述“传声筒”与《墨经》中的“听瓮”相似。可以认为，“罂”相当于“听话筒”，敌人的地道相当于“发话筒”，而连接地道与罂里的泥土相当于“线”。不仅如此，“听翁”装置与当今有线电话也相似，如果把“听翁”装置说成是电话的始祖，应当是可以使人接受的。 9铜镜透字

古代有一种镜子，用铜铸成，不仅能照人容貌，而且当光束射到镜面时，铸在镜子背面的铭文图案，还会“透”过镜子映现在屋壁上，非常清楚。这种镜子叫“透光镜”，现已作为演示实验仪器将它搬上讲台。透光镜始于西汉。它与编钟、鱼洗一起，被称为中国古代青铜三宝。

用透光镜进行实验演示，最早的文字记载见于隋唐的《古镜记》，因文字较长，不作叙述。现摘北宋沈括的实验记录如下：

“世有透光鉴，鉴背有铭文，凡二十字，字极古，莫能读。以鉴承日光，则背文及二十字皆透屋壁上，了了分明。”

铜镜何以透光？沈括说：“人有原其理，以为铸时薄处先冷，唯背文上差厚，后冷而铜缩多。文虽在背，而鉴面隐然有迹，所以于光中现。”这种解释合符科学道理。显然，透光镜铸成后，镜面会有肉眼不易觉察的与镜背铭文相对应的微小起伏，这种微小起伏是在铸造加工中形成的。铸镜时，镜背的花纹凹凸处凝固收缩，产生铸造应力，加之镜面在研磨时产生压应力，造成弹性形变。当镜面研磨到一定的程度时，这些因素共同作用，使镜面产生与镜背铭文相应的曲率。光束照在镜面，镜的微小起伏经光程放大，便显示出其“透光”效应了。关于透光镜的文字记载还有许多，如宋代的《癸卒杂识》、《云烟过眼录》、元代的《间居录》、清代的《铜仙传》、《镜镜言令痴》、《前尘梦影录》、《渊鉴类函》等等均有涉及。 10小孔成像

小孔成像是初中课本中一个重要的物理实验，该实验最早见于《墨经》：“景到，在午有端与景长，说在端。”“景：光之人，煦若射。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，在远近有端与于光，故景库内也。”意思是：景像倒立，在于光线交错处有一点状小孔，同时，影像与物体有一定长度(距离)。因为点状小孔极小。影像：光线照到人身上，象箭射入小孔一样。照到人的最下部位反射而成人的最高部位，照到人的最高部位反射而成人的最下部位。人足在下遮蔽着下光，所以脚的影像映在壁的上方；人头在上遮蔽着上光，所以头的影像映在壁的下方。由于在物体的远处或近处有一点状小孔和物体被光线直线所射，所以影像倒立在窟孔里面的壁上。

小孔成像实验记载还有许多，北宋沈括在解释“阳燧照物皆倒”时就涉及到小孔成像的问题：“若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗隙所束，则影与鸢相违：鸢东则影西，鸢西则影东。”宋末元初的赵友钦还以楼房为光学实验室进行过专门研究。元代郭守敬发明的“仰仪”和“景符”也运用了小孔成像原理。

值得指出的是，上面叙述只限于“倒像”，直代清代，郑复光才指出影屏上还能形成正像(光斑)的事实。

11悬镜照邻

《淮南万毕术》云：“高悬大镜，坐见四邻。”高诱注曰；“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣。”我们清楚，静止的水面是光的良好反射面，还在原始社会，人类就已注意到平静湖面中的倒影(像)。早在殷商时代，我国就已有人利用静止的盘水作为照像器具，这种器具叫“水鉴”，即后来所说的“水镜”。

在悬镜照邻实验中，水盆的作用是把从大镜反射到水盆水面的光线再反射给人眼，使人能看到宅内看不见的宅外景像。很明显，水盆与大镜的组合，已构成实验装置———潜望镜。中学课本中的潜望镜，通常是把两面玻璃镜成45°角安装在“Ｚ”形曲管的转弯处，而上述潜望镜则没有“Ｚ”形曲管，所以人们把它叫做开管潜望镜，它是潜望镜的鼻祖。

12杯中显“影”

“徐州护戎陈皋供奉，行田间遇开墓者，得玛瑙盂，圆净无雕镂纹，盂中容二合许，疑古酒卮也。陈用以贮水注砚，因间砚之中有一鲫，长寸许，游泳可爱。意为偶汲池水得之，不以为异也。后或疑之，取置缶中，尽出余水，验之鱼不复见。复酌水满中，须臾一鱼泛然而起，以手取之，终无形体可拘。复不可知为何宝也。余视之数矣。”

关于容器中的显“影”现象，张英、王士祯在《渊鉴类函》中也有记载：“真率齐笔记云：关关赠余本明以青华酒杯，酌酒辄有异香在内，或有桂花，或梅，或兰，视之宛然，取之若影，干则不见矣。”由此可知，关关赠余本明的酒杯不止一个，且每个酒杯装酒后会显示出不同图象。显然，杯中显“影”并非偶然，它是人们对酒杯特意加工后形成的。1979年，山西省侯马市一工厂科技人员，通过长期研究，仿制蝴蝶杯获得成功，其原理如下：在杯底中央嵌装一枚凸透镜，在杯脚里以细弹簧(游丝)装上一个彩蝶，只要杯受微小干扰，彩蝶就能舞动。杯中无酒时，彩蝶在凸透镜焦点之外，造成与人眼同侧的实像，人眼视之很模糊。斟酒入杯后，这层透明的酒成了一枚凹透镜，凸透镜与凹透镜组合成为复合透镜。复合透镜的焦距比凸透镜的焦距大，彩蝶便落在复合透镜焦距之内，造成了放大的虚象，大约位于明视距离处。此时复合镜起放大镜作用，故人眼很清楚地看到放大了的蝴蝶。因杯拿在手里总要受点干扰，蝴蝶也就翩翩起舞了。古人砚中可能没有弹簧，但水面微小的波动，足以使鲫“游泳可爱”。

古代物理篇三：中国古代物理知识的代表作

中国古代物理知识的代表作

在中国古代，物理学虽一直没有从哲学和自然科学中分化出来成为一门独立的科学，然而通过含有物理知识的哲学、自然科学和科技知识等著作的流传和有关的教学活动，物理知识还是不断地在社会上传播，仍然得到了一定的发展，并在其运用中还有许多举世闻名的发明创造，以致今天人们在追寻物理教学的历史渊源时，不能不看到它们在中国的黄土地上已有最早萌发的绿芽。这里，我们仅对古代在传授物理知识方面比较突出的著作中的主要物理内容及其运用物理知识的典型事例，作一扼要的介绍。

一、《墨经》

《墨经》是墨家学派的著作，也是他们进行私学教育的教材。《墨经》中有关物理知识的内容，主要是在力学和光学方面。

1.力学方面

《墨经》中对时间和空间概念分别作了正确的定义。如“久，弥异时也”。“宇，弥异所也”。就是说，时间是不同时候的通称。空间是包括各个方面的一切地点。并区分了时间和时刻的概念，如“始，当时也。”“时，或有久，或无久。始，当无久。”就是说，时间可分为“持续（有久）的”和“非持续（无久）的”，即瞬时的两种。“开始”则属于“无久”的瞬时的那一种。墨家又把机械运动定义为“动，或（域）徒也”。意思是说，运动乃是物体空间位置的变动。

《墨经》中对力的概念提出了初步的论述。“力，刑（形）之所以奋也。”即是说，力是使物体开始运动或加快运动的原因。《墨经》中还进一步把重量与力联系了起来，“力，重之谓。下与（举），重，奋也”。显然它指出了物体的重量也是一种力。并说明物体下落或向上举时，都有力的作用。墨家以桔槔和秤的工作原理为例，总结了杠杆的工作原理，提出了“本（重臂）”、“标（力臂）”、“权”、“重”等概念，论述了等臂杠杆和不等臂杠杆的平衡条件，并指出“挈，长重者下，轻短者上。”即杠杆的平衡，不但取决于两物的重量，还与“本”、“标”的长短有关。可见墨家已知道了可以用两种方法来调节杠杆的平衡，并已进行了杠杆原理的探讨。

墨家还叙述了斜面上的物体失去平衡的道理，以及利用斜面来提升重物的方法。他们曾设计了一种装着滑轮的前低后高的斜面车，称为“车梯”，用来载重物沿斜面不断升高，以节省人力。

2.光学方面

《墨经》从早为人们认识的光的直线传播原理出发，首先提出了影与光、物之间的关系。如“景不徙，说在改为。”就是说影是不动的，为什么有时看到影在移动呢？这是由于光源（或物体）移动而使影改变位置的缘故。接着对本影和半影及影子的大小跟光源、物体的关系等等作了论述，如“景二，说在重。”“景之大小，说在迆正、远近。”这两句分别是说，两种阴影区之所以形成，是由于两个光源的光线照射到同一物体上，在物体后面产生的两个阴影区互相重叠的结果。同一物体之影所以会有时大有时小，是由于光线照射于该物体有时斜、有时正，以及光源离物体有时远、有时近的缘故。又如“景倒，在午有端，与景长，说

在端”，指出了小孔成像之所以倒立，是由于光线在小孔处交叉，至于像的长短，则于小孔的位置有关。并进一步说“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。在远近有端与于光，故景库内也。”具体解释了小孔成像的原因。

《墨经》还介绍了平面镜成像，叙述了凹面镜、凸面镜成像的规律，如“低，景一小而易，一大而正，说在中之内外。”即凹面镜可以生成一个倒立缩小的实像，或一个正立放大的虚像，原因是由于人在球面中心和焦点之外还是之内。又如“团，景一。”即物体不管离凸面镜的距离远近如何，凸面镜只可以生成一个正立缩小的虚像。可见，墨家私学不仅相当系统地研究和传授了几何光学方面的知识，得出了精辟的见解和结论，而且在研究和传授中已运用了观察、分析和科学实验的方法。

此外，墨翟曾在地下设瓮，利用共鸣现象，探查敌方挖洞攻城的计谋。到宋代曾公亮，在他的《武经总要》中，把这种方法称为“瓮听”，这是声学效应在军事中的应用。

二、《考工记》

《考工记》是春秋战国时期齐国人的一部科技著作。它是我国古代一部手工技术规范的汇集。全书所论包括了当时手工业的主要工种，并在论述各种手工技术的同时，还阐述了其科学道理。经分析可以看到在描述每一项手工技术的文字中都包含了一定的物理知识，其中主要是力学和热学方面。

1.力学方面。《考工记·轮人篇》在论述车轮制造时，以受力、运动和不同接触地面的影响等因素出发，在讲到轮子的形状与运动快慢之间的关系时说：“凡察车之道……不微至，无以为速也”。“微至”是指轮和地面的接触面积少。就是说，车轮与地面接触少，就容易转得快。那么，怎样才能达到“微至”呢？它接着指出：“欲其微至也，无所取之，取之圜（圆）。”即要尽量把轮子做成理想圆。这是在实践中对滚动物体的滚动速度与滚动物体的接触面积大小有关的经验总结，是符合近代摩擦理论的。在论述如何检验轮子各部分是否做得均匀时，它说：“楺辐必齐，平沈（沉）必均。”“水之以眡（视）其平沈之均也。”这里水之，即浸入水中，如果“平沈”即浮沉相同，则轮子各部分必定是均匀的，就符合制作轮子的要求了。这是浮力原理在制造轮子中的应用。在论述到轮子大小对拉力（牛或马）的影响时，它说：轮太矮，马就老在上坡一样。从现在力学知识看，当轮太低时，辕与地面成一角度，马除了要克服运动阻力外，要承受部分重力，因此马总象上坡一样费劲。这是实践中对斜面受力的一种极好的分析。

《考工记》还分析了与弹道有关的技术。它在《矢人篇》中说：“水之以辩其阴阳，以设其比，夹其比以设其羽，参分其羽，以设其刃，则虽有疾风，亦弗之能惮矣。”这就是说，为了要使箭在飞行中保持稳定，采取了把箭上的羽毛按一定比例对称地安排，然后加上箭头，则在飞行中就不怕风的影响了。接着又说：“前弱则俛（俯），后弱则翔（仰），中弱则纡（纡絗旋转之意），中强则扬。”“羽丰则迟，羽杀则。”这说明了箭杆如果前轻后重，或前重后轻，都会影响飞行的高度；中间轻重配置不当，会影响飞行的稳定性；羽毛太多，则飞行速度慢。而羽毛太少，则箭容易落向旁侧，射不到目的物。

《考工记》最早作出了关于物体惯性的论述。在《辀人篇》中说：“劝登马力，马力既

竭，辀尤能一取焉”。意思是说，马拉车的时候，马已停止用力了，但车还能前进一段路程，这里指出了物体的一种基本属性——惯性，这也是世界上对惯性现象的最早论述。

2.热学方面

《考工记》中论述的热学知识，是很有实际意义的。它说：“凡铸金之状，金（铜）与锡，黑浊之气竭，黄白次之，黄白之气竭，青白次之，青白之气竭，青气次之。然后可铸也。”指出了冶炼金属时加热后先呈暗红色，温度渐高，依次是呈橙色、黄色、白色、最后是青色。这是因为金属里含有碳、钠一类的杂质，不同物质有不同的汽化点，所以可以根据汽化物质的颜色作为判断火候或温度高低的标准，最后达到“炉火纯青”，就可以浇铸了。这个从实践中总结出来的区别冶炼金属程度的实际知识，传至今日，仍为冶炼工人所利用。

三、《论衡》

《论衡》是东汉王充所著，内容十分丰富，其所述的物理知识，也较之《墨经》有十分明显的充实和发展。

1.力学方面

王充在对物体的运动进行了仔细观察的基础上，在《论衡》中指出了人的视觉，在观察物体的运动快慢时会造成错觉的原因和如何量度物体运动的快慢。他在《论衡》中说：“天行已疾，人去高远，视之若迟。盖望远物者，动若不动，行若不行；何以验之？乘船江海之中，顺风而驱，近岸则行疾，远岸则行迟，船行一实也，或疾或迟，远近之视使之然也。”说明是由于观察者离运动物体远近不同，因而感到它的快慢也就不同了的道理。这也说明王充已知道了视角差对于观察物体运动快慢的影响。在关于运动的快慢上，又说“日昼行千里，夜行千里，麒麟昼日亦行千里，然则日行舒疾与麒麟之步相类似也。”意思是太阳和麒麟在日间运动的快慢相比是一样的，说明已有了现代物理学中“速率”概念之萌芽。

关于力和运动的关系，说：“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾，”“任重，其进取疾速，难矣。”又说“古之多力者，身能负荷千钧。①乎能决角伸钩，使之自举。不能离地。”显然已不仅知道在外力的作用下，若外力大小一定，则物体越重，要它开始运动，或使之运动状态发生变化就越难。这显然是现在称之为牛顿第二运动定律的萌芽，而且还认识到内力不能改变物体运动状态这一事实。

2.声学方面

在《论衡》中有：“生人所以言语呼吁者，气括口喉之中，动摇其舌，张歙其口，故能成言。譬犹吹萧笙，萧笙折破，气越不括?手无所弄，则不音。夫箫之管犹人之口吞也，手弄其孔犹人之动吞也。”又说：“令人操行变气远近，宜与鱼等，气应而变，宜与水均。”可见他已认识到人发声是使空气振动而产生的，并将声音在空气中的传播用可见的水波的传播来作了比喻。这种比喻，在今天的物理教学中，在讲光的干涉和衍射时，不是仍然在运用吗？在这里，还应特别予以注意的是王充实际上已指出了振动的传播要通过媒质。

3.热学方面

《论衡》中有“夫近水则寒，近火则温，远之渐微，何则？气之所加，远近有差也。”“云雾，雨之征也，夏则为露，冬则为霜，温则为雨，寒则为雪，雨露冰凝者，皆由地发，不从天降也。”这些论述可以说明，王充不仅用“气”来解释热现象，指出热传递与距离远近的关系，而且对自然界中雨、露、霜、雪的成因也进行了研究，指出了它们都是地面上的水蒸发所致，所以实质上他已进入了物态与温度之间的关系的研究。可见，王充对热现象的观察和分析是十分细致深入的，这种运用观察、分析的方法对现在的物理教学和科学研究，都有指导意义。

4.电磁方面

关于摩擦起电的现象，西周末年已有“玳瑁吸褡”的记载。（玳瑁是一种跟龟极相似的海生爬行动物，产于中国沿海地区，它的甲壳黄褐色，光滑、有黑斑，是一种绝缘体，故摩擦能生电）。在《论衡》中，对这现象作了进一步的解释：“顿牟拾芥，磁石引针，皆以其真，不假他类，他类肖似，不能掇取者，何也？气性异殊，不能相感动也。”这里顿牟即玳瑁，王充用气性相同，也就是性质相同来解释上述相互吸引的现象，和气性不同，即性质不同来解释别类物体不能“感动”的原因。

对于“雷电”现象：“夫雷之发动，一气一声也。”即不过是一种气和一种声而已。那么，为什么会有声呢？他以“人伤于寒，寒气入腹，腹中素温，温寒分争，激气雷鸣。”为喻，认为是不同的气相互激发出来的。可见，王充认识到雷电也是物质的，也是自然界的一种变化现象。

四、运用力学原理的创造发明——浑天仪与地动仪

漏水运转浑天仪和候风地动仪，是东汉张衡（公元78—139年）根据物理的力学原理先后制成的。它们分别在天象和地震观察上发挥了作用。漏水运转浑天仪是一台自动测示天象的仪器，它以一空心铜球表示天球，天球画有星座和黄道、赤道，紧附在天球外的有地平环和子午环等，天球可以支架在子午环上绕天轴转动。另外把计量时间的漏壶与浑象联系起来，即利用漏壶的等时性，以漏壶漏出的水为原动力，再通过浑象内部装置的齿轮等使传动和控制设备，以使浑象每日均匀地绕天轴旋一周从而达到自动地、近似正确地演示天象的目的。候风地动仪以精钢制成，形似酒尊，里面均匀排列八根“都柱”——上粗下细的立柱。由于都柱重心高，当地面一有震动，就极容易向震动方向倒下。尊外相应地设置八条口含小铜球的龙，每个龙头下面都有一只蟾蜍，昂首张口。当某一都柱倒下时，就带动了连接的龙，使龙口张开，所含的铜球落下到其下面的蟾蜍口中。因此观察落下的铜球的方位，就可判断地震发生的方向。

五、《梦溪笔谈》

《梦溪笔谈》是北宋中期的政治家和科学家沈括（1031—1195）所著，这是中国科学史上一部重要的著作，英国科技史家李约瑟把它称为“中国科技史上的座标”。

《梦溪笔谈》这一举世闻名的科学巨著，内容涉及领域十分广阔（《梦溪笔谈》书页见插页图6）。在物理知识方面，主要是生动地记述了磁学、光学和声学知识。

1.磁学方面

早在春秋战国时期，我国发现磁石具有吸铁和指南的性质。到北宋的沈括，他对指南针的使用作了多种试验。例如，他作了把指南针设法放在水面上（水浮法），碗边上（碗唇法），手指甲上和把指南针悬挂起来等试验，并且进行比较，指出了它们各自的特点，这可以说是世界上关于指南针的最早实验记录。同时其实验方法也十分巧妙。例如，他是如何把指南针悬挂起来进行实验的呢？“其法取新纡中独茧丝，以芥子许蜡缀于针腰，无风处悬之，则针常指南”。（《梦溪笔谈》卷24）这种指南针的实验方法在今天看来，仍不失为是值得仿效的较好方法。

更可钦佩的是，《梦溪笔谈》上还指出了“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也。”说明沈括在实验中已发现了磁偏角。西方一般认为哥伦布在1492年远渡大西洋时首先观测到磁偏角，实际上沈括的发现要比哥伦布早400多年。

2.光学方面

在《梦溪笔谈》中，有许多光学方面的观察和实验的记录及其分析。如对日蚀、月蚀的成因作了理论总结，并第一次用类比演示实验来验证月亮圆缺的科学道理。其中说：“如一弹丸，以粉涂其半，侧视之，则粉处如钩，对视之，则正圆。”（《梦溪笔谈》卷七）在该书中还除了通俗地讲凹面镜成像和针孔成像的道理，对光的直线传播、光的折射现象和虹的形成进行了研究和解释以外，还曾认真地作过凹面镜成像的实验，得到了较《墨经》前进一步的结果。如：“阳燧面洼，以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”（《梦溪笔谈》卷三）这里所谓“过此”的“此”，指凹面镜的焦点和中心之间的这段距离，沈括又称之为“碍”。这就明确地指出了物在凹面镜焦点之内时得正像，在焦点和中心之间看不到像，而在中心之外时得倒像。

《梦溪笔谈》中还对我国的一种古铜镜——透光镜的透光原理，也作了精辟的解释。透光镜可能在西汉时代已能制作，最早记载于隋唐之际王度的《古镜记》中，该书说透光镜“承日照之，则背上文、画、墨入影内，纤毫无失”。对于这种现象历来引起人们的注意，沈括对它的制造工艺和原理作了探讨，他说：“此为铸时薄处先冷，唯背文差厚，后冷而铜缩多，文虽在背，而镜面隐然有迹，所以于光中现。”（《梦溪笔谈》卷十九）这个解释表明，由于镜背图案花纹，致使整个镜子厚薄不匀，因此在铸造时厚薄不同，冷却有先后，后冷而铜缩多，造成镜面也有和背面图案相同的微小的凹凸花纹，在它反射光线时就显现出来了。一句话，就是镜面的铭文是由于铜的收缩有差别所造成的。

据近来的中外研究，冷却法和磨刮法均可得到透光镜的效果，但从制镜的技术上看，较一致的看法，是认为利用磨刮的方法而成的。

3.声学方面

《梦溪笔谈》中阐述的声学知识，包括关于乐律，古乐钟的发声，古琴的制作和传声、共鸣等等，并记载了一个作者精心设计的共振实验。由于弦振动比较微弱，不易观察，他剪了一些纸人放在弦上来作试验。他写道：“琴瑟皆有应声：宫弦则应少宫，商弦则应少商，