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中国古代趣味物理实验中国古代趣味物理实验 在中国古代,人们十分重视用实验去研究物理现象与规律。一些实验构思奇特,设计巧妙,在漫长的岁月中经受了历史的考验,至今仍然光彩艳丽。不过,物理学在古代不是一门独立的学科,其资料散布于各种典籍,收集起来不容易。本文从“趣味性”角度出发,从各种典籍中选出一些物理实验予以介绍,目的在于了解当今趣味物理实验发展变化的历史背景。 1.“虚管悬液”实验 唐代王冰注解《黄帝内经素问》时指出:“虚管溉满,捻上悬之,水固不泄,为无升气而不能降也。”意思是:用手指捏住空管的一端,将管中灌满水后倒过来,水不会从...

中国古代趣味物理实验
中国古代趣味物理实验 在中国古代,人们十分重视用实验去研究物理现象与规律。一些实验构思奇特, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 巧妙,在漫长的岁月中经受了历史的考验,至今仍然光彩艳丽。不过,物理学在古代不是一门独立的学科,其资料散布于各种典籍,收集起来不容易。本文从“趣味性”角度出发,从各种典籍中选出一些物理实验予以介绍,目的在于了解当今趣味物理实验发展变化的历史背景。 1.“虚管悬液”实验 唐代王冰注解《黄帝内经素问》时指出:“虚管溉满,捻上悬之,水固不泄,为无升气而不能降也。”意思是:用手指捏住空管的一端,将管中灌满水后倒过来,水不会从管中流出。因为外面的空气不能进入管中,所以管里的水不会流出来。 这就是“虚管悬液”实验,它证明了大气压强的存在。当管中充满水后,空气不能进入管中。将管倒过来,管内压强为水压,其值通常小于管外的大气压强,故水“悬”在管中。这个实验是从“瓶子倒水”实验演绎过来的。 早在南北朝的《关尹子》一书就已指出:“瓶有二窍,水实之则倒泻,开一则水不下,盖不升则水不降。”意思是:在密封的瓶上开两个小孔,瓶中灌满水,水就会从瓶中倒出。若只在瓶中开一个小孔,水是倒不出来的。因为此时空气不能在瓶中对流。很显然,上下两端开口的瓶子,下口上面压强为一个大气压加水压,下面压强是一个大气压,这种情况下水会从下口流光。但将瓶的上口封住时,水向下滴落一点点后,瓶内气体体积增大,压强减小,当瓶内气压减小量与瓶中水柱产生的压强相等时(有时只要水的下 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面向外凸出一点点就行),水就不会流出来了。 该实验,常有教师在讲到大气压作用时,用“试管履行”来演示。 2.“瓶子喝水”实验 宋代俞琰(1258~1314)所写的《席上腐谈》一书:“剧烧片纸纳空瓶,急覆于银盆水中,水皆涌入瓶,而银瓶铿然有声,盖火气使之然也。又依法放入壮夫腹上,挈之不坠。”这段话的意思是:将剧烈燃烧着的纸片放入空瓶里,迅速把瓶倒扣在装有水的银盆中,水就会涌进瓶里,并且铿然有声。因为纸片的燃烧使瓶中空气减少,待瓶内空气冷却后压强降低的缘故。按这种办法把瓶扣在人腹上,瓶子会吸住腹肌而不坠落。很明显,纸在瓶中燃烧,瓶内空气膨胀,空气从瓶中“跑”掉一部分。把瓶扣在水中,氧气燃尽,火焰也就熄灭,此时瓶内温度降低,压强减小,瓶外空气压迫盆里的水涌入瓶中。记载中尽管没有 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 这是大气压作用的缘故,但能指出“盖火气使之然”,这在当时已是了不起的事情。古代记载大气作功的实验有许多,还在先秦时期,我国就用“角法”(今“拔罐疗法”)治病了,可见“瓶子喝水”实验并不“年青”。当今人们选择泡菜坛子,先在坛外沟槽中倒水,然后把燃烧的纸片丢进坛中,盖上坛盖,看沟槽中水是否被吸入盖内或坛腹,以此判别坛子是否漏气。其 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 原理就是“瓶子喝水”的实验原理。 3.“纸人共振”实验 北宋科学家沈括(1031~1095)在《梦溪笔谈》中指出:“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,他弦即不动。”沈括的意思是:要想知道某一根弦的应弦,可以先把各条弦的音(依五音声阶)调准,然后剪纸人放在这根弦上。这样一弹它的应弦,纸人就会跳动,弹其他弦,纸人则不动。 这就是著名的“纸人共振”实验。所谓共振,是指一个物体振动的时候,另一个物体也随着振动的现象。发生共振的两个物体,它们的固有频率一定相同或成简单的整数比。如弹动“哆”弦,别的“哆”弦也动,弹动“咪”弦,别的“咪”弦也动。其实,早在沈括以前,已经有人做过“瑟弦相应”实验,战国时庄子(前365~前286)在他的著作中就提到一个叫鲁遽的人:“为之调瑟,废(置)于一堂,废于一室,鼓官宫动,鼓角角动,音律同矣。”只不过“纸人共振”实验更为直观和有趣罢了。 4.“铜瓮雷鸣”实验 西汉刘安(前179~前122)在《淮南万毕术》中云:“铜瓮雷鸣。”其注日:“取沸汤置瓮中,坚塞之,内于井中,则作雷鸣,闻数十里。”意思是:把开水倒进铜瓮里(但勿倒满),将铜瓮密封后丢入井中,声似雷鸣,数十里也能听到。铜瓮怎能“雷鸣”?原因可能有两种:第一,铜瓮在下沉过程中,瓮内水面之上蒸气遇冷降温凝结,压强减低,水的沸点随之降低,水再次沸腾作响;第二,若瓮壁极薄,当瓮内压强降低时,受大气压加水压的作用,铜瓮向内破裂,造成爆炸,声似雷鸣。上述两种现象,都是通过空气冷凝的方法达到做功的目的。现中学用铁皮盒替代铜瓮演示上述第2种现象,实验时因条件限制不在水中而在空气中进行。若演示上述第1种现象,则是将烧瓶内水烧开后稍冷却,再在瓶外浇冷水降温减压来实现。 5.“循烟燃烛”实验 姜岌在《续古文苑》一书中介绍了一个有趣的实验:“今燃一烛在上,一烛在下,灭下烛使烟相当,则上烛之炎,循烟而下,燃下烛矣。此类相从也。”意思是:现在让我们点燃两支蜡烛,一支放在上面,一支放在下面,将下烛的火焰吹灭,使它产生的烟雾(即蜡烛燃烧时产生的蜡蒸气)正好对着上烛的火焰。此时,上烛的火焰会沿下烛烟雾传递过来把下烛点燃。这是因为固态的蜡烛和气态的蜡蒸气都属于同一种物质。在中学物理实验活动课中,常演示“空中飞火”、“火外生枝”两个实验,它们是从“循烟燃烛”中派生出来的。 6.“首泽浮针”实验 《淮南万毕术》云:“首泽浮针。”其注云:“取头中垢,以涂塞其孔,置水即浮。”张岱(1597~1667以后)在《夜航船》中指出:“取头垢涂针,及塞针孔,水上自浮。”上述两种解释,前一种仅指出用头垢涂塞针孔,后一种则还指出应将头垢涂针。其实,将头垢涂针才是最重要的。通常,将密度大于水的物体放在水中,它会沉入水底,因为此时物体所受重力大于水对它的浮力。但由于液体具有表面张力,如果把像绣花针那样小的物体小心地投放水面,针也能由于水的浮力以及表面张力的作用而不沉下。取头垢涂针,把针平放在水面上,因针表面有油脂(头垢),针与水之间的接触角增大,实验更容易成功。 7.“水中游蝌”实验 宋代苏轼(1037~1:101)在《物类相感志》中写到:“獐脑黄蜡和匀染黑。投水中作蝌蚪,自然水中走动。但欲洁净,用了油手指则住。”这个实验中的“獐脑”应为“樟脑”(萘)。苏轼曾在《格物粗谈》介绍过“浮水金丹”实验:“樟脑、银珠捣为饼,入水,即游走。”这个实验与“水中游蝌”相似。 “盆中行船”实验,与水中游蝌也有相似处,对了解“水中游蝌”实验原理会有帮助。用保安刀片将泡沫塑料或木片削制一个约3cm长的小船,在船尾切一个“V”形切口,在“V”形切口中嵌入一片小肥皂,将小船放入倒满水的盆中,小船会自动向前航行。这是一个利用水表面张力做功的实验,肥皂在船尾慢慢溶化,使小船后面水的表面张力系数慢慢减小,所以船头水的拉力大于船尾水的拉力,船缓缓向前移动。 8.“鸡子举飞”实验 《淮南万毕术》云:“艾火令鸡子飞。”这是一个很有趣的实验,但因记载简单,很难确定其实验原理与方法。《太平御览•方术部》引注云:“取鸡子去其汁,然艾火,纳空卵中,疾风因举之飞。”宋朝苏轼在《物类相感志》中云:“鸡子开小窍,去黄白了,入露水,又以油纸糊了,日中晒之,可以自升起,离地三四尺。” 按《太平御览》引注,这个实验利用了热空气的密度小于冷空气的密度,热空气在冷空气中能够上升的原理,但实验不能成功,这倒不是该实验原理不对,而在于蛋壳体积太小,艾在燃烧时壳内排出的空气重力无法令鸡子“举”。因为物体在空气中受到的浮力,等于它排开的同体积空气的重力。但如果鸡子有足够的体积,这个实验就会成功。我国五代时发明的“孔明灯”(热气球)就是一个很大的“蛋壳”。 苏轼介绍的实验方法,应用的是反冲作用原理。鸡子“飞”起离地三四尺,应该是可信的。原因是他将蛋壳开口用纸封闭,只有当壳内气体膨胀,作用在壳内壁的压力相当大时,油纸才被挤破。此时,气流从开口喷出,气流的反作用力推动蛋壳起飞。这个实验的条件控制得非常好:第一,蛋壳开口只有当壳内压力相当大时才打开;第二,温度控制巧妙,蛋壳在密封前,“入露水”,温度很低,密封后,则“日中晒之”,温度显著升高。 9.“鱼洗喷水”实验 《清稗类钞》载:“古州城外河街,有陈顺昌者,以钱二千向苗人购一古铜锅,重十余斤。贮冷水于中,摩其两耳,即发声如风琴,如芦笙,如吹牛角。其声嘹亮,可闻里余。锅中冷水即起细沫如沸水,溅跳甚高。水面四周围成八角形,中心不动。”上述“铜锅”叫“喷水鱼洗”或“鱼洗”。这种古代玩器始于汉代,大多类似洗脸盆,盆底刻鱼,盆沿有两耳,摩其两耳,盆内便能喷射出美丽的水柱。其喷水原理实际上是振动产生的四节线振波引起了水的激荡,振动过程类似于圆钟的空气振动。 试图使鱼洗喷水,应使手掌和鱼洗两耳(弦)摩擦,作为洗发生振动的激励源。手掌所处的位置可视为振动波节的位置,这样,由于洗的对称性,其振动只能产生偶数节线,而振动的拍击波使洗内的水发生相应的谐振动,于是在洗的振动波腹处,水的振动最为强烈,而在洗的波节处,水不发生振动。 关于鱼洗的最早文字记录,见于宋代何远(1077~1145)所写的《春渚纪闻》以及王明清(约1127~?)所写的《挥尘前录》。近年东南大学还复制了不少鱼洗,这些鱼洗被国内外学者所珍藏。现在,鱼洗已成为一些大学课堂上的演示实验仪器。 10.“磁石提棋”实验 《淮南万毕术》云:“慈石提棋。”其注云:“取鸡(血)磨针铁,以相和慈石,置棋头局上,白相投也。”又注日:“取鸡血与针磨寿之,以和慈石,用涂棋头,曝干之,置局上,即相拒不休。”这两条注释,第一条指磁体相吸,即“磁石提棋”,第二条指磁体相斥,即“磁石拒棋”。其做法是用鸡血磨针(此时鸡血起润滑作用),将磨针时所得的鸡血与铁粉混合物中拌入磁石粉末(此时鸡血起粘合作用),涂在棋头。晾干后摆在棋盘上,会出现棋子相互吸引或相互排斥现象。很明显,这种棋子已成为人造磁体。 从理论上看,每颗磁石粉末均具有极性,掺入铁屑能大大增强磁畴。将磁粉与铁粉粘在棋子上,放在地磁场中慢慢晾干,在晾干过程中,每个磁石与铁的小颗粒必循着地球磁感应线作有规则的排列,棋子会显极性,它能与磁石相吸或相斥。南宋庄绰在《鸡肋篇》就曾写道:“捣磁石错铁末,以胶涂瓢中各半边”;“以二瓢为试,置之相去一二尺,而跳跃相就,上下宛转不止。”《史记》、《汉书》等典籍中所指的“栾大斗棋”,指的也是人造磁体具有的这种性质,现在用人造磁铁去做趣味实验就更多了。 11.“冰镜取火”实验 《淮南万毕术》云:“削冰令圆,举以向日,以艾承其影,则火生。”张华(232~300)在《博物志》中云:“削冰令圆,举以向日,以艾于后承其影,则得火。”综合上述两条记载,联系当时科技的发展情况,我们认为上述大概意思是:把一块冰削成扁圆形,两个侧面鼓成球面,将它举起来,使其一个侧面对着太阳。这样,阳光穿过冰后汇聚成一点,在那里放些艾草一类干燥的易燃物,这些物品会被慢慢点燃。 上述冰块实际上已成为一块凸透镜,阳光汇聚的一点是它的焦点。众所周知,冰块在强烈的阳光下会慢慢熔化,要使它能像古代燧阳那样利用太阳取火,这可是一件了不起的事情。 冰镜能够取火吗?古人的答案是肯定的!如清代郑复光就做过这一实验。1819年,他取透明度极好的冰,用手工削制成透镜,因表面“甚难得圆”而招致失败。后用凹底锡壶,充以热水,放在冰块上旋转,得到形状很好的冰凸透镜,用它对日聚焦,竟使“火煤”燃烧起来,可见冰镜取火不是妄说。 12.“喷水造虹”实验 唐代张志和(约730~约810)在《玄真子》一书指出:“背日喷乎水成虹霓之状。”宋代蔡卞(1058~1117)在《毛诗名物释》同样提到:“以水喷日,自侧视之,则晕为虹霓。”上面引述的意思是:背着太阳向空中喷水,从侧面观察,可以看到霓虹现象。 虹是阳光射入水滴经折射、反射而形成在雨幕或雾幕上的彩色或白色圆弧。在中国古代,有人认为虹乃是天地之淫气,《诗经》就曾写到:“虫带虫东(虹)在东,莫之敢指。”“喷水造虹”实验,是人类有意识进行的一次白光色散实验,它正确地说明了虹的成因。 13.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,高梁杆快速转动,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。也可以启迪思维,激发智力。 14.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,会产生把“翅膀”向上托起的升力,这个升力就可把物体托向空中。 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。 15.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向上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,有些物理或化学教师就做过这种实验: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。 16.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。 17.纸铫煎茶 张岱在《夜航船》中指出:“鸡子自调白矾末刷纸,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,只要铣子里的水不干,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“纸铣煎茶”演变过来的,而“纸锅烧水”更具有说服力和惊险性。 18.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“髟耆尾皆动”,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,钟鼓自鸣”;“汉武帝时,未央官前殿钟无故自鸣,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。 19.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”,或称“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,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,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。 20.铜镜透宇 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。以鉴承目光,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。”这种解释符合科学道理。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。 21.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 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 :“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”,直至清代,郑复光才指出影屏上还能形成正像(光斑)的事实。 22.悬镜照邻 《淮南万毕术》云:“高悬大镜,坐见四邻。”高诱注日:“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。 23.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、王士桢在《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像。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。因杯拿在手里会有点抖动,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”。 结束语 综上所述,本文从若干经典文献中精选出23个趣味物理实验,内容包括力学、热学、声学、磁学、光学等几个方面。这些实验只是中国古代趣味物理实验中极少的一部分,另一方面,在本文罗列的实验中,有些实验(如“水中游蝌”、“磁石提棋”)尚未得到验证,正因为如此,才会更加激起我们探索的欲望。
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分类:高中语文
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