第一章1古代物理学思想.ppt

* 第一章 从自然哲学到现代物理学 物理学的发展经历了古代物理学时期（16世纪以前）、经典物理学时期（16世纪—19世纪）和近现代物理学时期（20世纪以来）。 1.1 古代物理学思想1.1.1 中国古代物理学思想 1.关于物质本原的认识 中国古代，关于对物质本原的研究主要有“阴阳学说”、“五行思想”、“原子观点”、“元气说”诸理论。 * （1）阴阳学说 《易经》的注解书《易传》指出：“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦”， “太极”指宇宙本原（物质的原始态），“两仪”就是阴阳，“四象”是春夏秋冬四时，“八卦”即天、地、山、泽、水、火、风、雷，把自然现象归纳成为八种基本现象。老子说：“万物负阴而抱阳”。按阴阳学说，世间万物的千变万化、生生不息都归结于阴阳之间的彼此消长、对立统一、相互作用和相互转化。 （2）五行思想 “五行”指“金木水火土”五种基本物质或元素。认为世间万物皆由这五种元素构成。五种元素之间具有相生和相克的基本关系即：土生金、金生水、水生木、木生火、火生土和土克水、水克火、火克金、金克木、木克土。 * （3）原子观点 《墨经》记述，“端，体之无厚而最前者也”。解释是，端的尺寸非常小（“无厚”），内部无间隙，不能再分割，是构成物质的最小颗粒。《庄子·天下》指出：“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，认为物质可无限分割。 （4）元气理论 “元气说”可以概括为：天地是包含元气的实体，万物由物质性的元气构成，是气的不同凝聚状态。万物从混沌中产生和发展，是元气运动所致。有形的物体不可灭，无形的元气也不可灭，元气的运动也不可灭。 2.关于时间、空间和运动的认识 魏国的尸佼给宇宙以定义：“上下四方曰宇，往古今来曰宙”，宇即空间，宙即时间。《庄子》的定义：“有实而无乎处者，宇也；有长而无本剽者，宙也。”意思是，宇是实在的且无所不在，宙有长短但无始终，说明了时空的无限属性。 * 关于运动与静止，墨家定义：“动，域徙也”“止，以久也”，即运动意味物体空间位置（域）的改变（徙）， 静止意味物体处于空间某位置有一段时间（久）。至于时空与运动的关系，墨家写道：“宇域徙 ，说在长宇久” “宇徙而又处宇，宇南北，在旦又在暮”。即物体在空间移动，是空间随着时间的由近及远的变化，物体离开原空间而占据另一空间，好比物体从南到北，经历的时间从早到晚。这样，时间与空间的联系便统一于物体的运动中了。 “刻舟求剑” (《吕氏春秋》) ：一个人坐在行船上，手中剑掉到水中。他在船上掉剑位置刻上记号，以便捞剑。作者笑话掉剑人以行船为参照系去找剑是徒劳的。晋代束皙说：“乘船以涉水，水去船不徙矣”“仰游云以观，日月常动而云不移”。是对运动相对性的描述.《春秋伟·考灵曜》记述：“地恒动不止，而人不知，比如人在大舟中，闭而坐，舟行而人不觉也”，是相对性原理的思想。 * 墨经：“力，刑之所以奋也”“重之谓下，举重，奋也”。 “刑”即“形”为物体，“奋”为“运动状态的改变”，这与牛顿定律不谋而合。南宋吴曾在《能改斋漫录》中记述一个故事：燕昭王养的一头肥猪太大，最大的秤也不能称出猪的重量，便命“水官”用船去称重，才称出猪的 张衡（78-139） 3.关于力的认识 重量。墨家曾写道：“沉形之衡也，则沉浅非形浅也，若易五之一”。意思是，浮体放入水中平衡时，浮体下沉一定深度，浮体的重量与水对物体下沉部分的浮力相等，好比五件物品与一件物品的等价交换。可见古人对浮力已有较深刻的认识。至于弹力，我国古人早就有所认识并加以利用了，如弓箭、弹弓、管乐器中的簧片等，而且在许多书籍中也记载了外力与形变的正比关系。张衡的预报地震的地动仪，用到了惯性和杠杆原理等力学知识。 * 4.关于光的认识 中国古代在光的直线传播、光的反射和折射、光的色散、小孔成像实验有许多研究。我国春秋战国时期，墨子及其弟子在《墨经》中就已记载着光的直线传播（影的形成和小孔成像等）和光在镜面（凹面和凸面）上的反射现象，并提出了一系列经验规律，把物和像的位置及大小与所用镜面的曲率相联系。《墨经》记述的小孔成像实验如图1-1-1，物体通过小孔成的像是倒立的。光照在物体（人）上，从物体上发出的投射到屏上的一切。 光线均相交于针孔处，物体下部发出的光线像箭一样射到高处，上部发出的光线射到低处。 图1-1-1 墨子（公元前479年～前381年） * 宋代的沈括在《梦溪笔谈》中对凹面镜和凸面镜的成像规律、测定凹面镜焦点的原理以及虹的成因等方面均有创造性的阐述。南宋末的赵友钦对小孔成像进行了全面而系统的实验（改变光源、改变物距、改变像距、改变孔的形状