首都师范大学选修课--中国物理学史作业

中国物理学史作业

2-1中国古代学者提出了哪些元素的观点？简述其要点。

1）八卦

八卦的原始含义表示着8种自然现象：天、地、山、泽、水、火、风和雷。它们也被认为是引起自然界演化和主宰人间祸福的8种（因）素，经过一定的组合和相互作用就产生了世界万物。而这8种元素都是通过阴爻——和阳爻—的规则排列和相互作用来构成和显示的。

2）阴阳

阴阳的重要意义：阴阳的对立和互根（如昼夜、冷热、动静、内外和上下等）。阴阳的消长和转化（“阳<阴>消阴<阳>长”，“阳<阴>极反阴<阳>”等）。阴（爻）和阳（爻）总数的守恒（192个阳爻和192个阴爻，数量相等）。

3）五行

五行就是金、木、水、火、土五种基本物质或元素

（1）五行的性质

“润下”和“炎上”是显而易见的现象。“曲直”是树木的自然外形和性状，它也可以加工成曲（如弓）和直（如箭）的形状。“从革”是顺便变革的意思，金属可以被加工成各种形状的器具。“稼穑”是种植和收割的意思，说明作物生长依赖土。（2）五行的关系

五行相生的关系：金生水，水生木，木生火，火生土，土生金。

五行相克的关系：金克木，木克土，土克水，水克火，火克金。

（3）史伯和墨家的观点

史伯：以一种元素与另一种元素相配合，以求其均衡与统一；如果完全相同，则“尽乃弃”也。

墨家：五行无常胜，说在宜。火烁金，火多也；金靡炭，金多也。合之，府水。若识麋与鱼之数，惟所利。

4)其他的元素观点

3-11

说明赵州桥的结构特点，及其力学上的成就。

答：赵州桥是世界上最早的敞肩圆形拱桥。

所谓“敞肩”，是指拱券上的建筑不是实腹而是空腹，将一些小拱排列在大拱之上。这样做可以使桥的重量减小，并且可以节省材料。此外，小拱还具有加大泄洪能力的作用，减小桥梁侧面的压力。赵州桥的两端各有两个小拱，它可以增加16.5%的排水面积，并且节省约700多吨的石料。

所谓“圆形”，是拱形为半圆或小于半圆的弧形，通常是小于半圆的圆弧。小于半圆的桥拱跨度大且高度降低，并且使受力更趋合理，也更加美观。赵州桥全长50.82米，主孔的净跨37.02米。赵州桥的圆拱矢净高为7.23米，而矢高与跨度之比为1:5.12。从力学上看，赵州桥的拱券结构是拱券结构使拱券各个横截面积上均受到压应力和很小的拉应力，这就充分发挥了石材具有很大抗压力的特点。

4-3透光镜是什么镜？它的原理是什么？

透光镜是西汉中晚期制作的具有特殊效果的被称为“魔镜”的铜镜。体现了光学和力学原理的铜镜，中国古代的一种青铜铸件。透光镜因在阳光照射下其背面的图文能映到墙上而得名。之所以称为之透光镜，是因为当光线照射在镜面时，镜背的花纹会映现在镜面对面的墙上。据有关专家研究，认为这种铜镜在铸造过程中，镜背的花纹图案凹凸处由于厚薄不同，经凝固收缩而产生铸造应力，铸造后经研磨又产生压应力，因而形成物理性质上的弹性形变。当研磨到一定程度时，这种弹性形变迭加地发生作用而使镜面与镜背花纹之间产生相应的曲率，从而导致出现这种透光效果。

5-5关于热的本性有哪些重要观点？

先秦时期，人们提出“五行说”，把火作为构成万物的基本元素。

道家：瓦石有温度的升降，就像一种“外物”之来去。

唐代柳宗元：热是一种运动。

谭峭：动静相摩，所以生火也

郑光祖：火因动而生，得木而燃

6-4指南针有几种形制？大致经历了几个发展阶段？

形制：

1.水浮法——将磁针上穿几根灯心草浮在水面，就可以指示方向。

2.碗唇旋定法——将磁针搁在碗口边缘，磁针可以旋转，指示方向。

3.指甲旋定法——把磁针搁在手指甲上面由于指甲面光滑，磁针可以旋转自如，指示方向。

4.缕悬法——在磁针中部涂一些蜡，粘一根蚕丝，挂在没有风的地方，就可以指示方向了。

目前传统的观点认为指南针的始祖大约出现在战国时期。它是用天然磁石制成的。样子像一把汤勺，圆底，可以放在平滑的“地盘”上并保持平衡，且可以自由旋转。当它静止的时候，勺柄就会指向南方。春秋时代，人们已经能够将硬度5度至7度的软玉和硬玉琢磨成各种形状的器具，因此也能将硬度只有5.5度至6.5度的天然磁石制成司南。据载墨子是很有成就的科学家,在力学、声学、光学、磁学等方面都很有研究，制作发明的有听瓮、中燧、司南，还有汲水器、投石器、望远器、集箭器等，其中的司南应该属于我国或者世界最早的指南针。东汉时的王充在他的着作《论衡》中

对司南的形状和用法做了明确的记录。司南是用整块天然磁石经过琢磨制成勺型，勺柄指南极，并使整个勺的重心恰好落到勺底的正中，勺置于光滑的地盘之中，地盘外方内圆，四周刻有干支四维，合成二十四向。这样的设计是古人认真观察了许多自然界有关磁的现象，积累了大量的知识和经验，经过长期的研究才完成的。司南的出现是人们对磁体指极性认识的实际应用。但司南也有许多缺陷，天然磁体不易找到，在加工时容易因打击、受热而失磁。所以司南的磁性比较弱，而且它与地盘接触处要非常光滑，否则会因转动摩擦阻力过大，而难于旋转，无法达到预期的指南效果。而且司南有一定的体积和重量，携带很不方便，这可能是司南长期未得到广泛应用的主要原因。50年代钱临照院士曾受郭沫若之托试图以天然磁石制做勺形司南，但因天然磁石磁距小、底部摩擦大而未成功。而王振铎先生的复原物为钨钢在人工电磁场中磁化，这在两千多年前是无法办到的。

7-2什么叫五声音阶？它产生于何时？

中国传统乐学理论对“音阶”这个现代概念，常分别从“音”、“律”、“声”等不同角度揭示其内涵。五声音阶，古代文献通常称为i“五声”、“五音”等。简单地说，五声音阶的意思就是按五度的相生顺序，从宫音开始到角音，依次为：宫--商--角--徵--羽；如按音高顺序排列，即为：

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宫商角徵（zhǐ）羽

五声音阶可能产生于商代，就是保守些的说法也可以上溯到西周时期。

8-2在测时技术的发展中，说明其中一种仪器的测时原理。

远古时的人们，日出而作，日没而息，从太阳每天有规律地东升西落，直观地感觉到了太阳与时间的关系，开始以太阳在天空中的位置来确定时间。但这很难精确。据记载，三千年前，西周丞相周公旦在河南登封县设置过一种以测定日影长度来确定时间的仪器，称为圭表。这当为世界上最早的计时器。

很早以前，人们发现房屋、树木等物在太阳光照射下会投出影子，这些影子的变化有一定的规律。于是便在平地上直立一根竿子或石柱来观察影子的变化，这根立竿或立柱就叫做“表”；用一把尺子测量表影的长度和方向，则可知道时辰。后来，发现正午时的表影总是投向正北方向，就把石板制成的尺子平铺在地面上，与立表垂直，尺子的一头连着表基，另一头则伸向正北方向，这把用石板制成的尺子叫“圭”。正午时表影投在石板上，古人就能直接读出表影的长度值。

经过长期观测，古人不仅了解到一天中表影在正午最短，而且得出一年内夏至日的正午，烈日高照，表影最短；冬至日的正午，煦阳斜射，表影则最长。于是，古人就以正午时的表影长度来确定节气和一年的长度。譬如，连续两次测得表影的最长值，这两次最长值相隔的天数，就是一年的时间长度。