1、中国古代趣味物理实验拾零摘要 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。关键词 古代，趣味物理实验，拾零1、前言中华民族是一个酷爱实践的民族。在中国古代，人们十分重视用实验去研究和检验物理现象与规律。这些实验构思奇特，设计巧妙，它们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，其资料散布极其广泛，收集起来并不容易。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
2、。、 “虚管悬液”实验唐代王冰（生卒年代不详）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。” 1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，它证明了大气的存在：当管中充满水，水压小于或等于大气压，水就“悬”在管中。这个实验是从“瓶子倒水”实验演绎过来的。早在南北朝成书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。” 2意思是：在密封的瓶上开两个小孔，瓶中灌满水，水不会从瓶中倒出。若只在瓶中开一个小孔，水是倒不出来的。因为此时空气不
3、能在瓶中对流。这个实验，今常有教师在课堂演示，讲到大气压作功时，其实验就用“试管履行” 来演示。、“瓶子喝水”实验利用大气作功使瓶子“喝”水，这个实验见宋代俞琰（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。又依法放人壮夫腹上，挈之不坠。” 3将剧烈燃烧着的纸片放入空瓶中里，迅速将瓶倒扣在装有水的银盆中，水就会涌进瓶里，并且铿然有声。这是火气引起的缘故。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
4、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这是大气作用的缘故，但能指出“盖火气使之然”，这在当时已是了不起的事情。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。其检测原理就是“瓶子喝水”的实验原理。、“纸人共振”实验北宋科学家沈括（10311095）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。” 4沈括的意思是：要想知道某一根弦的应弦，可以
5、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，就已经有人做过“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，鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣。”5只不过“纸人共振”实验更为直观和有趣罢了。、“铜瓮雷鸣”实验西汉刘安（前
6、179前 122）在淮南万毕术中云：“铜瓮雷鸣。”其注曰：“ 取沸汤置瓮中，坚塞之，内于井中，则作雷鸣，闻数十里。”6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，这是“遇冷反沸”现象；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，不管是“遇冷反沸”还是“压缩爆炸”，都是通过空气冷凝的方法达到做功的目的。现中学演示“压缩爆炸”实验已用铁皮盒替代铜瓮，实验时因条件限制
7、不在水中而在空气中进行。至于“遇冷反沸”，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。、“循烟燃烛”实验姜岌（生卒年代不详）在续古文苑一书中向我们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。” 7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，我们常演示“隔桥飞火”、“火外生枝”这两个实验，它们是从“循烟燃烛”中派生出来的。、“首泽浮
8、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。” 8张岱（15971667 以后）在 夜行船中指出：“取头垢涂针，及塞针孔，水上自浮。” 9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，将比重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，如果把象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，头垢中油脂会在水面扩散，以增大水的表面张力，实验更容易成功。“首泽浮针” ，这是一个非常有趣的实验。
9、明代刘侗（生卒年代不详）、于奕正（生卒年代不详）在帝京景物略中记载：我国古代妇女常于每年农历 7 月 7 日进行 “丢针”这种娱乐活动。既锻炼技巧，又增长知识，真是其乐无穷。、“水中游蝌”实验宋代苏轼（10371101）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。” 10这个实验中的“獐脑” 是否为“樟脑” （萘），染黑材料为何物，笔者尚不清楚，故原理不明。不过我们现在常做下面两个实验，它们与水中游蝌有相似之处，对了解“水中游蝌蚪”实验原理用会有帮助。实验一：“盆中行船”用保安刀片削制一个约 3 厘米长的小船，在船尾切一个“V”形切口，在“V”
10、形切口中嵌入一片小肥皂，将小船放入倒满水的澡盆中，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小于船头的表面张力，船头所受水的拉力大于船尾水的拉力，所以船缓缓向前移动。实验二：樟脑沉浮在一支盛有醋酸溶液的试管中放入几粒碳酸钠（石碱），把一粒樟脑丸放入试管里，它会忽沉忽浮。樟脑密度略大于醋酸溶液，它会在醋酸溶液中下沉，但加入碳酸钠后，碳酸钠和醋酸发生化学反应而产生二氧化碳气体，这些气体有的以气泡的行式附着在樟脑丸上。因气体密度比水小得多，所以随着附着在樟脑丸表面的气泡增加，樟脑丸和气泡这一整体的密度反而小于液体密度，因此，樟脑丸便浮了起来。樟脑
11、丸到达液体表面，附着在樟脑丸表面的气体散失，气泡减少，樟脑丸又会下沉，如此反复，十分有趣。、“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。” 11宋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。” 12按太平御览引注，这个实验是不能成功的，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量无法令鸡子“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质量。但如果鸡子有足够的
12、体积，这个实验就会成功。我国五代时发明的孔明灯（热气球）不就是一个很大的“蛋壳”吗？苏轼介绍的实验方法，能使鸡子“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，强大的气流从开口喷出，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，蛋壳只开一个小窍，以延续鸡子飞升的时间，使其飞升距离加大；第三，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。我们现在做“喷气飞机”、“反冲火箭”等趣味实验，就是依据这个原理，实验时不妨用
13、鸡子试试，一定会有收获的。、“鱼洗喷水”实验清稗类钞载：“古州诚外河街，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。” 13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，
14、由于洗的对称性，其振动只能产生偶然节线，而振动的拍击波使洗内的水发生相应的谐和振动，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 （1077 1145）所写的春渚纪闻以及王明清（约 1127？）所写的 挥麈前录。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，在国内许多遊览场所，也可以见到这种神奇的器具。、“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，自相投也。”又注曰：“取鸡血与针磨擣之，以和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上，即
15、相拒不休。” 14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（时此鸡血起粘合作用），涂在棋头上。晾干后，用磁石去靠近棋子，会出现棋子与磁石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，每个磁与铁的小颗粒必循着地球磁力线作有规则的排列，棋子会显极性，它能与磁石相吸或相斥。南宋庄绰（生卒年代不详）在鸡肋篇就曾写到：“捣磁石错铁末，以胶涂瓢中各半边
16、”；“以二瓢为试，置之相去一、二尺，而跳跃相就，上下宛转不止。” 15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味实验也就更多了。、“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。” 16张华（ 232300）在博物志中 云：“削冰令圆，举以向日，以艾于后承其影，则得火。” 17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，阳光穿过冰块后会汇聚成一点，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
17、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融化，要使它能像古代阳燧那样利用太阳取火，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（生卒年不详）就做过这一实验。1819 年，他取透明度极好的冰，用手工削制透镜，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。、“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（10581117）在毛诗名物释同样提到：“以水喷日，自侧视之，则晕为虹霓。” 1
18、8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、衍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：“蝃蝀（虹）在东，莫之敢指。” 19“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，给历史上关于虹的种种迷信邪说以毁灭性的打击。在中学，“喷水造虹” 是一个课外实验，但在课堂上演示白光色散时，一般用三棱镜进行演示。14、结束语综上所述，本文从若干经典文献中精选出十二个趣味物理实验，内容包括力学、热学、声学、磁学、光学等几个方面。应当指出，这些实验只是中国古代趣味物理实验中的
19、一个极少的部分。另一方面，在本文罗列的实验中，有些实验（如“水中游蝌”、“磁石拒棋”）尚未得到验证，正因为如此，才会更加激起我们探索的欲望。15 、参考文献 1 唐 王冰注黄帝内经素问卷第十九六微旨大论第十八北京:人民卫生出版社.199.400 2 南北朝 尹喜关尹子九药浙江:浙江人民出版社,1984. 3 宋 俞琰席上腐谈. 4 宋 沈括梦溪笔谈补笔谈卷一乐律.北京:团结出版社,1996.336 5 战国 庄子杂篇徐无鬼长沙：岳麓书社，1990. 6 8 11 14 16 汉 刘安淮南万毕术北京:中华书局,1985 7 后秦 姜岌.续古文苑卷九浑天论答难 9 明 张岱夜航船卷二十方术部方法.
20、杭州,浙江古籍出社,1987.6901012 宋 苏轼物类相感志杂著.北京:中华书局,1985.3113 清 徐珂清稗类钞第九册鉴赏类.北京:中华书局,1986,434415 南宋 庄绰鸡肋篇卷中.北京:中华书局,1983.7217 晋 张华博物志卷二.北京:中华书局,1985.1118 宋 蔡卞毛诗名物释19 葛培岭五经全译诗经庸风. 郑州:中州古籍出版社.1991.77中国古代趣味物理实验拾零（二）细雨敲窗（此文刊于物理实验，原名中国古代趣味物理实验十摘。）摘 要 该文从中国若干典籍中采撷了十个趣味性较浓的物理实验这些实验构思奇特，设计巧妙，且大多可用于课堂演示对了解中国古代物理实验发展的
21、历程具有一定参考价值关键词 古代，物理， 趣味实验中图分类号：o4 文献标识码：E1 壶窍泻水谷应泰在明史记事本末中介绍了徐有贞 1453 年受命往山东张秋治水之前所做的一个实验：“初，有贞方鸠功，有言沮者，上使中使问之有贞示以二壶，一壶之窍一，一壶之窍五，注水二壶，五窍先涸中使还报上，上惟有贞之所为” 1这个实验是在主张对黄河决口进行筑堤堵塞还是疏决开支河的矛盾冲突下进行的，徐有贞主张分河疏流,认为这样易于排水,但遭到部分人的阻拦于是，徐有贞当着钦差大臣的面演示了壶窍泻水实验，用事实说明分河疏流的正确性，这一主张得到了皇上的支持实验是这样进行的：取两个形状一样、容积相等的水壶，在一个壶中开一
22、个大孔，在另一个壶中开五个小孔，五个小孔开孔总面积等于大孔开孔面积，将两壶灌满水后同时让水从壶中开孔处流出实验结果是：开有五个小孔的那壶水先流完这个实验的趣味性在于：人们通常认为只要两壶开孔面积相等其流量必然一致但事实并非如此因在两壶横截面积、起始时水的深度和开孔面积相等的情况下，壶中水流尽的时间决定于孔的水流量系数若两壶开孔形状相同、孔缘锐利程度和水温一致，则水流量系数决定于流速系数在一定范围内，流速系数是随水的深度减小和孔径减少而增大的，这就是五窍之壶中的水先涸的原因有关壶窍泻水的记载，还可在明经世文编、物理小识、明通鉴中见到，只是在实验起因、壶的开孔数目、窍口截面大小是否确定等叙述上稍有
23、差异，但实验结果完全相同这个实验也是迄今为止所发现的世上同类流体力学实验中最早的一个 结环飞木抱朴子载：“用枣心木为飞车，以牛革结环剑以引其机，交罡而乘之，上升四十里” 飞车，即“竹蜻蜓”，它是一种飞行玩器这种玩器通常用竹片或木片作飞翼，飞翼下安一转柄（环剑），转柄套入用竹筒做成的手柄中在手柄一侧开孔，将绳索穿过小孔后缠绕在转柄上，绳的一端露在手柄外，用力抽出绳索，翼片即向空中飞去飞车的飞行原理是：拉动绳索，转柄飞速转动，并带着飞翼作圆周运动由于飞翼做成螺旋桨状，它对空气产生向下的作用力把绳索从竹筒中全部抽出后，飞翼在空气的反作用力的推动下飞向高空“竹蜻蜓”这种玩具，千百年来一直为人们所喜爱，
24、它与风车一样，至今仍在民间流传值得注意的是，古代也有人称风筝为飞车张华在博物志中就曾提到：“奇肱国，其民善为机巧，以杀百禽，能为飞车，从风远行” 此处所指飞车，当为风筝，其飞行原理与“竹蜻蜓”不同 燧尊吐酒渊鉴类函载，晋代孙绰（公元年年）有一个阳燧尊，该尊以瓷制成“详观兹器，妙巧奇绝酌焉，则注受满，则吐泻，是会未见其竭” 这一酒尊太神奇了：当你向尊内注酒时，只要不是装得太满，酒一滴也不会流出来；但如果装酒超过其限度，哪怕只要多一点点，酒就会从杯子里面流出来，直至流完为止这种器具常用来告诫人们不要贪酒好杯，做人要“兴之无若，施而有节”上述酒尊，有人称它为 “酒龙杯”“劝世杯”或“公道杯”，今天有
25、人也称“魔杯”人们一直认为，它是北宋程某研制出来的从上述记录来看，这一说法并不正确魔杯虽神奇，但构造却十分简单：只要在尊中安一虹吸管（渴乌），使管的一端通向尊底或尊侧即可因魔杯失传已久，人们很难猜透其原理新中国建立以后，江西景德镇研制瓷器的科技人员才根据古籍记载重新研制出这种酒尊，并在国外展销会上引起轰动魔杯的工作原理是：向尊中注酒，使尊内液面略低于虹吸管的顶部，此时，虹吸管管内液面与尊中液面处在同一高度，其压强均为一个大气压，水不会从虹吸管流出；当尊内液面高于虹吸管的顶部时，虹吸管管中液面低于尊内液面，虹吸管通向尊外的一端压强变小，酒通过虹吸管流向尊外，直至尊内液面与虹吸管其中一端平齐为止魔
26、杯再次研究成功后，其装置立即被有关教师作为演示实验仪器使用我们在可乐瓶中装上虹吸管，外面用纸壳包住，并在纸壳上书一“酒”字，演示时用纸壳将可乐瓶罩住，演示后抽开纸壳，展示魔杯结构实验名叫“宝瓶献酒”效果相当不错4 挥箸击瓯张英、王土祯在渊鉴类函中指出：“唐大中初，郭道原善击瓯，用越瓯、邢瓯二十，旋加减水，以箸击之，其音妙于方响” 意思是：唐大中初年（公元年），有一个名叫郭道原的人善于用瓯子奏乐，他用越瓯、邢瓯共十二个，根据乐音需要临时在瓯中倒入适量的水，以筷子轻击瓯沿，声音悦耳动听，效果比方响还好这是一个振动发声的有趣实验实验时改变瓯中水位的高低，当敲击瓯子时，瓯体的声音会产生变化演示前仔细调
27、好各瓯中的水位，将瓯按音调高低有序排列，然后用筷子依乐谱轻击相应的瓯子，就能奏出动人的乐曲茶余饭后，便挥箸击瓯，何尝不是一件乐事，宋代何薳在春渚记闻卷第八说：“宋柳恽尝赋诗未就，以笔捶琴，客有以箸和之”如果在讲解“声现象”时，教师把这个实验搬上讲台，用以解释声音的产生，说明声音高低跟振动快慢的关系，那么，教师在传授知识时，还会也给学生以美的感受 欹器盛水据孔子家语记载，孔子在鲁桓公庙见到一种欹器，他不认识，便请教看庙人，看庙人说：“这是放在座位右边，用来告诫自己的器具”孔子于是叫儿子伯游拿水试验，实验结果如荀子所说：“虚则欹，中则正，满则覆” 上述欹器，很象仰韶人使用过的尖底提水陶瓶这种陶瓶是
28、一种取水器具，陶腰有双耳，可穿绳索空瓶重心在双耳之上，将它缒到河里，能自动倾倒让水入瓶，灌到六七成，瓶的重心降到双耳以下，瓶在水中自动扶正，这样提水时水不会洒出如果将瓶强行按入水中，水满后瓶的重心就会升到比空瓶重心更高的位置，提瓶出水，由于倾斜，瓶会将水倒出一部分关于欹器盛水，古籍中有不少记载，如三国典略、朝野佥载、玉壶清话、太平广记等按渊鉴类函载：“周庙欹器东汉犹存，至汉之末不复存，形制遂绝” 后来，杜预、祖冲之，李臬、曹丕等又重造欹器，其应用也越来越广因为这种研究物体重心位置变化的实验，对提高物体稳度的研究很有科学价值现在我们使用的翻笼车，就是一种重心位置可以人为变动的装置其实，古代陀螺，
29、酒胡子（即不倒翁）也是类似研究重心位置的器具欹器这一古老器具，若将其悬挂在支架上搬上讲台，就象古人在宴席上进行演示的那样，那么这一器具就会再现光彩6 律管考声岁华纪丽云：“节移阴管自符河内之灰，春动阳钟又应金门之竹.” 7说的是截金门山之竹为管，采河内芦苇杆中薄膜燃烧成灰，将灰放入新制律管中，然后吹响标准的黄钟律管，以此检定新管是否符合国家标准.新管一端开口，一端密封，当标准的黄钟律管被吹响后，声波从新管开口端进入管内，从密封端反射回来，这样，入射波与反射波叠加形成驻波.新管密封处为驻波波节，若新管长度正确，开口处即为波腹，这时管内空气振动最强烈，管内轻灰被振成小堆一小堆的，同时会使人听到从管
30、口传来的共鸣声.若新管不符合国家标准，该管则无法共鸣，管内轻灰保持原状.这个有趣的声学实验，其成果在中国古代广泛应用于度量衡的检定，对制造和调整各种乐器也有十分重要作用.据后汉书载，这种实验通常在缇室进行：“候气之法，为室三重，户闭，涂衅必周，密布缇缦.中以木为案，每律各一，内庳外高，从其方位，加律其上，以葭莩灰抑其内端，案历而候之，气至者灰动.” 8 “葭莩”是芦苇杆里的薄膜，用它烧成的灰很轻，当竹管振动时，灰容易发生位移.“缇缦”是没有花纹的丝织品，将它密布室内，目的在于防止室外声音和空气流动对实验的干扰.后汉书中记载的缇室，也是我国最早的声学实验室，距今至少有 1700 多年了.现物理教
31、学中，声音在空气中的传播速度是一重要常数，测定这一常数的实验有共鸣管法.该装置就是从律管考声实验装置演变过来的.同样，演示音叉的共振，是在频率相同的两音叉下各装一共鸣箱，使它们相隔一定距离，敲击其中一音叉，另一音又发生振动，同时听到从共鸣箱发出的声音.这个实验也是从律管考声实验中演变过来的，其中还融入了“纸人共振”的实验方法. 拳上倒碗唐段成式说，在他还未亏齿时就听人说过，有人能以筹碗中绿豆击蝇，十不失一，并且“又能拳上倒碗，走十间地不落” 9 “拳上倒碗，走十间地不落”，这是一个惊险而有趣的实验：将碗悬挂在拳头下面，人握拳行走，即使走很远距离，碗也不会掉落上述实验在民间广为流传，街头、酒宴中
32、常常有人演示有人以“拳”为“掌”名“手掌吸碗”或“掌下悬碗”掌下怎能悬碗呢？原来，将碗置于掌上时，另一只手用力将碗底在掌上挤压，使掌上肌肉尽量填满碗底把碗与掌倒过来后，碗在重力作用下要向地面运动，这样在碗与掌接触部分的中间就形成真空而产生负压，若碗与掌接触部分不漏气，碗就会悬在掌下而不掉落 水中“浮”钱明方以智在物理小识卷一中指出：“置钱于碗，远立者视之不见注水溢碗，钱浮水面矣”这是一个演示光的折射现象的实验：将硬币投入空碗中，人远立碗的一侧，逆着光线看去，硬币反射到人眼的光线已被不透明的碗壁所遮档我们无法看到硬币注水于碗，光从空气进入水中，因水与空气密度不同，射向硬币的光线，在水面处会发生弯
33、曲，这种现象叫光的折射由于光的折射现象的发生，此时我们逆着折射光线看去，硬币便“浮”了上来，池水似乎变浅了，因为我们看到了硬币的虚像“水面浮钱”作为演示实验虽然可见度很小，但它简单、适用、有趣，至今仍有不少教师将其作为演示实验在课堂演示9 掬草飞蛾太平广记引逸史说，王潜子弟求百胜张七政以戏术“张取马草一掬，再三揉之，悉成灯蛾飞去” 10 段成式在酉阳杂俎中也有这一记载意思是：张七政随即手捧一捧马草，反复搓揉，不一会，马草象灯蛾一样飞去从史料上看，张七政具有丰富的自然科学知识，他精通医理、化学，其“方术”均有科学道理因此，“掬草飞蛾”应不是江湖骗术那么，“掬草飞蛾”究竟是怎么回事呢 ？窃以为，这
34、可能是两带电体同性相斥的现象“取马草一掬，再三揉之，悉成灯蛾飞”，这一记载太简单了，以致我们无法去重复原有的实验过程但我们清楚，某些干燥的绝缘体与其他干燥物相互摩擦后会显示电的性质，而且，用同种材料和方法经摩擦后得到的两个带电体，把它们放在一起时会相互排斥关于磨擦带电现象，公元前 1600 年希腊哲学家兼数学家泰利斯就发现了我国公元前也有记载春秋纬考异邮就说：“慈石取铁，代瑁吸喏”但对经过摩擦后的两个带电体相互排斥的现象，直到 1733 年才由法国人德雨费所发现，如果“掬草飞蛾”是先使马草带上同种电荷，然后让它们相互排斥的话，那么，这一实验就比德雨费的发现早得多此外，清卢若腾在岛居随录中提到：
35、“痉龟板与枣根，可以召雷”这也可能是一个磨擦起电实验即将干燥的龟板、枣根分别与其他材料磨擦后，它们会带上不同电荷，若使它们相互接近，就会产生火花，同时会听到“噼啪”的放电声10 器中喷泉清稗类钞载：“黄履庄少聪颖，尤喜出新意，作诸技巧作水器，以水置器中，水从下上射如线，高五六尺，移时不断” 11黄履庄七八岁就能锥凿木人在桌上自动行动走，作木狗触机则吠，作画眉跳舞飞鸣，凄越可听可惜这些制作没有详细记录，使人很难参透其中奥秘关于器中喷泉，有多种方法可以实现，最常见的是水压法和气压法水压法是将水器与水源（水箱或水池）接一连通管，连通管接水器的一端竖直向上，当水源位置高于水器时，水通过连通管从水器喷出
36、，水源位置越高，水压越大，喷水越高水源越充足，喷水时间越长气压法是通过改变喷泉装置内的空气压强来实现的 在两个未装满水的密封容器中各竖直插入一根直管，直管一端没入水中，另一端露在器外两直管露在器外的那一端，一根做成喷嘴型，一根接一漏斗另用一根弯管，两端分别插入两容器中，使两容器空气连通此时，向漏斗中注水，喷嘴管顶端就会有水喷出因为在漏斗中注水后，水进入连接漏斗的容器，该容器中的水位上升，使两容器中空气压力增大，这个压力迫使连接喷水管的容器中的水从喷嘴喷出喷水高度取决于两瓶中气压的大小，喷水时间的长短则决定于两个容器中水的多少若将该装置的漏斗和喷嘴置于另一水器中，在水器中装上假山，植以花草树木，
37、让喷嘴藏在假山中，该水器就显得非常美丽黄履庄制作的水器，尽管喷水超过了一个时辰，喷水时间也不算长，很可能属于上述气压法喷泉装置但并不排除他所做的是一个自动循环喷泉，因为只要将上述装置稍作改进，就能做成自动循环喷泉凭着王履庄制做诸器的智慧与技巧，做一个自动循环喷泉应是相当容易的事情喷泉实验应用广泛，在物理游艺会上，这种装置常常使用我在物理活动课中，见到有人演示这个实验，并美其名曰：“喷泉谢客”或“喷泉迎宾”这种融知识性、趣味性为一体的实验，学生特别欢迎 参考文献 清谷应泰明史纪事本末河决之患卷三十四M北京：中华书局，1977504 晋葛弘抱朴子内篇杂应卷第五上海：世界书局，193570 晋张华博
38、物志卷八北京：中华书局，198531 清张英、王士祯渊鉴类函卷第三百八十四器物部尊北京：中国书店，1985(无页号) 清张英、王士祯渊鉴类函卷三百三十一巧艺部杂技北京：中国书店，1985(无页号) 王森泽注：荀子二十八宥坐北京：中国书店，1992344 清张英、王士祯渊鉴类函卷第三百五十七产业部百工北京：中国书店 1985(无页号)7 唐 韩鄂.岁华纪丽，卷第一春M北京：中华书局，1985.58 宋 范晔后汉书志第一律历上M北京：团结出版社，1996.899 唐段成式酉阳杂俎续集卷之四贬误北京：中华书局，198123810 宋李昉等太平广记第一册卷第八十方士五哈尔滨：黑龙江人民出版社，199948711 清徐珂清稗类钞第五册工艺类北京：中华书局，19842358
