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创新原理与中国古代故事 创新原理 1：分割 【故事引出】 司母戊鼎与分割原理(见图 3—1) 青铜时代距离我们现在已有 3 000 多年的历史了。在那个遥远的年代，古人制作青铜器的精巧工艺就 已经达到了炉火纯青的地步。我国现存最大的青铜器，是商代的司母戊大铜鼎(见图 3—1)。鼎四周有盘龙 纹和饕餮(taotie，音同 “涛帖”，去声)纹，腹内刻有 “司母戊”三字。大鼎带耳高 133 厘米，长 110 厘 米，宽 78 厘米，重达 875 公斤。其优美纹饰和雄伟的造型令人欣赏和赞叹。 图3—1 司母戊大铜鼎 欣赏和赞叹之余，人们一定会问，这么大的青铜器在 3 000 多年前是如何铸造成功的呢? 根据考古专家的分析，推断当时青铜器的制作程序是传统的铸造方法——陶范法。范，实际上就是铸 造所用的模子。陶范，是泛指用泥土制成(或经过火烧后)所成型的铸模。 陶范一般至少由外范、内范两部分组成，在制范前，首先作模子，即所造器物的初胎。模子做好后， 就可以制外范，外范可雕镂花纹或铭文。如果要铸造的青铜器物形状比较大，那么外范还需要进行进一步 的分割。最后将分割成的几块外范合拢在一起，形成器物的外腔。内范是比外范较小的范芯，制作器皿时， 用外范包住内范，在内外范之间，灌注熔化的铜液，凝固后取出器物，再经过打磨加工，就成为一件完好 的青铜器物了。 如果所铸造器物结构复杂，体型较大，那么就须用合范法来制造。什么是合范法?就是将器物的某些 凸出结构或细节部分予以适当分割、分段，先行铸造，然后再铸好的部件拼合铸造在整体中。上文提到的 司母戊大铜鼎就是用合范法铸成的，即耳、身、足分别铸成后，再合铸成一个整体。 ． 这里还有一个小插曲：经过对司母戊大铜鼎的测量分析，发现它的一条腿是后铸造的，原因可能是在 整体铸造时，对陶范加热不够，铜液在流动的过程中有冷凝现象，没有一次流到位，所以形成了局部缺陷， 最后工匠们又单独补铸了这条腿，但是从外观上几乎无法察觉。 这么复杂的工艺过程能一步步顺利实 现，而且还能对大鼎进行严丝合缝的修补，说明我国青铜冶铸业早在 3 000 多年前就已达到了非常高的水 平。 【分析点评】 庞大器物，分步浇铸。内范与外范分开，是一种分割方式；外范分块或分段，是一种分割方式；将某 些零部件分开先行铸造，也是一种分割方式。 创新原理 2：抽取 【故事引出】 避雷针与抽取原理 (见图 3—3) 尖端放电是一种常见的电现象。在 《汉书 ·西域记》中就有 “元始中 (公元 3 年)……矛端生火”的记 述；晋代 《搜神记》中也有相同记述：“戟锋皆有火光，遥望如悬烛。”从基本的物理常识可知，诸如长矛、 枪、戟之类的古代兵器都有着尖利的锋刃，雷雨天很容易导致尖端放电现象的发生。 古人早已经发现，高大的树木或者比较高的、有尖顶的人造建筑，在雷雨天经常被雷电击中，造成损 毁。如何防止雷电对高大建筑或者建造在高处的建筑的破坏便成为古代大型建筑设计的重点考虑条件。 但是，并不是所有建造在高处的建筑都害怕雷击。在武当山的主峰峰顶矗 (chu，音同 “处”)立着一 座大殿，距今已有 500 多年历史。它高耸于海拔 1 612 米的峰巅，虽曾屡遭雷击，却一直 “金身不破”， 而它周围的一些建筑却在历史上被雷击破坏了多次。这是什么原因呢? 图3—-3 避雷针与抽取原理 如何避免建筑出现 “尖端”，是避雷的方法之一；如何让雷电聚集的强大电荷能瞬间导入到地下，也 是避雷的方法之一。 武当山主峰大殿雷击不坏的奥秘在于：(1)它是一座全铜鎏金建筑 (也称作金殿)，铜的导电性能非常 好；(2)金殿顶部形状浑圆，曲率不大，只有屋脊有一些突起的饰物(龙、凤、马、鱼、狮等)，起着避雷 针的作用。 每当雷雨时节，高耸入云的金殿与云层之间存在巨大电位差，通过脊饰放电产生电弧，形成雷电火球 ——雷声隆隆，火球翻滚，电蛇狂舞，蔚为壮观。全铜的殿体把雷电聚集的强大电荷导人地下，很好地保 护了大殿的 “金身”。更神奇的是，电击产生的电