沈括资料－中外科学家

沈括资料－中外科学家内容摘要：

1、沈括资料光世昌老师搜集整理 山西省昔阳县中学校一、生平简介沈括(10311095)，字存中，是我国北宋时代杰出的科学家、政治家，也是中国科技史上的一位巨人。 他 1031 年诞生在浙江钱塘（杭州）。 他的父亲沈周曾在现今的镇江、泉州、开封、南京等地当过小官。 少年时代的沈括跟随父亲走南闯北，增长了许多见识。 1054 年，沈括进入官场，任沭阳（今江苏沭阳）县主簿，后升为县令。 1063 年沈括举进士及第。 1066 年入京编校昭文馆的书籍。 1072 年他兼任提举司天监，大部分时间在开封研究天文，改革历法。 1074 年 9 月，沈括兼军器监，他改进兵器，研究城防、阵法、战略战术，编写了修城法式条约 2、。 1075 年沈括出使辽国，驳斥辽国争地要求。 1076 年任翰林学士，权三司使（三司是当时管理财政的最高机关）。 1080 年 6 月沈括担任延（今陕西北部）路经略抚使，抗击西夏侵扰。 因战事失利受累，沈括调为均州团练副使，实际上被软禁。 1085 年哲宗即位大赦，沈括恢复自由。 1087年他移居润州（今江苏镇江）的梦溪园，写下了一部不朽的科学典籍梦溪笔谈。 沈括一生的著述很多，惜大多亡佚。 现存除笔谈外，尚有长兴集 、 良方 （收入苏（轼）沈（括）良方 ） ，以及一些佚亡著作的辑本。 1095 年他在隐居地润州去世，归葬钱塘，终年 65 岁。 二、科学成就沈括兴趣广泛，博学多才，他的科学贡献涉及 3、到物理学、数学、天文学、地学、医学、生物学、工程技术、文学和音乐等领域。 1在物理学方面，沈括研究了力学、声学、光学和磁学等现象。 (1)在磁学方面，沈括在笔谈中指出，指南针是方家以磁石磨铁针，使铁针磁化而成。 他记述了当时指南针的四种装置方式，即水浮法、置指甲上、置碗唇上、悬丝法，并比较了这四种方式的优劣，指出水浮多荡摇，置指甲或碗唇上易坠落，以悬丝最善，表明他对这四种方式进行过观察和实验。 通过观察和实验，他发现磁针有指南的，也有指北的，指南的磁针并不总是指南，而是常微偏东。 这是关于指北针和地球磁偏角的最早明确记载，早于欧洲一个世纪。 (2)、在光学方面，沈括进行了凹面镜成象的实验。 通过实验，他指出 4、凹面镜照物，中间有一称为“碍” 的地方，在此之内，照物得正象；在此点之上，照物无所见；在此点之外，照物得倒象，表明他已发现了凹面镜的焦点。 对凸面镜和平面镜，他也作过细致和观察和研究，他指出，镜面凸，所照人面缩小，故镜面虽小而能全纳人面。 (3)、在声学方面，沈括进行了声音共振实验。 他用纸剪一小人，放在琴瑟的基音弦线上，拔动相应的泛音弦，则小人就会跳动；而拨动其他弦，则纸人不动。 西方类似的实验，直至 17 世纪方出现。 此外，沈括对海市蜃楼、虹、雷电、乐律等，也都进行研究，并提出了自己的见解。 2沈括从治平三年起开始研究天文学，特别是在主持司天监工作期间，更对历法和天文仪器进行了系统的研究。 其突 5、出的成就有二。 一是首倡“十二气历”。 19 世纪英国气象局采用的肖伯纳历，其实质便与沈括的十二气历相似。 一是改进天文仪器。 沈括在司天监所制的新仪器浑仪、浮漏和圭表，都有重大的改进。 3数学成就沈括首创的隙积术和会圆术，开辟了中国传统数学的新的研究方向。 4地学方面，沈括观察研究了各种化石，还推论了古代的自然环境，比达芬奇(14521519)开始研究化石早了四百多年；在地貌学、地图学和水利方面也做出了出色的贡献。 5医药学成就沈括一生对医药学非常重视，特别是对药物学，他倾注了大量的心血，做出了重要的贡献。 6其它成就除自然科学方面的贡献外，他在社会科学和人文科学方面也都有重大的成就，其成就涉及到社会、经 6、济、历史、外交、军事、考古、音律、绘画、书法、诗词等等学术领域，堪称当时百科全书式的学者。 这此学术成就，充分反映了沈括勤奋好学，而又税意进取的治学精神。 三、趣闻轶事沈括处处精细观察，事事独立思考，敢于发表与众不同的见解，这是他取得杰出成就的重要原因之一。 1 “四月桃花开” 没有错据说有一次，许多人议论白居易写的游庐山大林寺中“人间四月芳菲尽，山寺桃花正盛开”两句诗，嘲笑白居易写错了，理由是这首诗写于唐元和十二年四月九日，那时桃花时就谢。 可是沈括却认为，深山里气候比较寒冷，所以桃花比平原上开得迟，白居易尊重事实，没有写错。 2弹琵琶手指位置没有错还有一次，一些人看开封相国寺里一幅壁画，壁画上画着管 7、乐队在演奏。 有人说画家画错了，理由是管乐演奏者在吹“四”字音，可是那个弹琵琶的手指不是在拨“四”字音所在的上弦，而是掩着下弦。 沈括仔细琢磨以后，钦佩地说：这位画家太高明了，很精通音乐。 接着他用亲身体验作了精辟的说明：弦乐同管乐是不同的。 吹奏管乐，手指按在什么部位就发什么音，是同时的；弹琵琶就不同了，手指先拨弦，然后才发音，也就是动作要比声音早。 所以，演奏管乐的人在吹“四”字音的时候，弹琵琶的人的手指已准备拨下一个音了。 在场的人无不为沈括的高见所折服。 沈括不通过观察和实验，通俗生动地论述了小孔成像、凹面镜成像、凹凸镜的放大和缩小作用，比较科学地解释了虹的成因，认为它是“雨中日影”。 他从雁荡山和黄 8、土地貌和特有现象上，推断出流水侵蚀的地貌成因说；从太行山上的海生动物化石，提出了海陆变迁说。 沈括在梦溪园居住的八年中，将平生所见所闻编写成一综合性的著作，取名为梦溪笔谈。 简称笔谈。 现存笔谈26 卷， 补笔谈3 卷， 续笔谈11 篇。 内容涉及天文、历法、气象、数学、地质、地理、物理、化学、医药、生物、建筑、冶金、文学、史学、音乐、艺术等领域。 他在笔谈中还记述了当时一系列重大的科学成就。 如毕发明的泥活字印刷术，喻皓的木经 ，信州（今江西上饶）的湿法炼铜法胆铜法，延州的用石油烟制墨，水工高超的巧合龙门的三节压埽法，青堂羌族人民的冷锻铁甲法等等，都是这些创造发明的唯一或难得记载，成为人们了解当时科 9、学发明的极其珍贵的历史资料。 可以说，如果没有沈括记述不少发明将被历史所湮没，而不为后为知晓。 这些记录，不能不说是沈括的一大贡献。 梦溪笔谈 ，不但是“中国科学史上的坐标” ，世界科技文献库中的一份珍品。 十二气历中国的传统历法是阴阳合历，在这样的历法制度中，节气和月份的关系是不固定的，而节气对人们的生产和生活活动有着很密切的关系，传统的农事活动更是一直按节气来安排的。 为了使节气和月份之间建立起稳定的关系，沈括提出了变革历法的大胆建议，制订了一种称之为“十二气历”的崭新历法。 十二气历是一种纯阳历制度。 它以立春为孟春（正月）初一，惊蜇为仲春（二月）初一，余类推；大月 31 日，小月 30 日，一般大小 10、月相间，一年最多有一次二个小月相连；在历书上加注朔望，以表示月亮的圆缺。 这一历法简单而实用，在历法史上堪称是一个重大的革命性创新。 但也正因为它是革命性的创新，否定了沿用已久的阴阳历传统，因此是难以实行的。 对此，沈括很是明了，他在补笔谈卷二中说：“今此历论尤当取怪怒攻骂，然异时必有用予之说者”。 英国直到本世纪三十年代在统计农业气候的时候，才采用和十二气历原理一样的萧伯纳农历。 浑仪一直是中国传统的测量天体的仪器。 在浑仪的发展过程中，出现了一种趋向，即不断地增加浑仪的圆环数。 这虽在天文观测上起过重要作用，但也带来了新的弊病。 环数增加，使组装困难，势必造成仪器的中心差，导致观测误差增大。 同时环数越 11、多，被遮蔽的天区也越多，造成若干天区无法观测。 此外，环数多了使用也很不方便。 沈括针对浑仪的这些弊病，进行改革。 他首先取消了白道环，开了简化浑仪的先河，终于导致元代郭守敬的简仪的出现。 他又缩小了观测用窥管下孔的孔径，使人目能更好地处于下孔的中心，提高观测的精确度。 他还注意到仪器极轴的校正问题，提高了仪器安装的精密度。 利用改进和新仪，沈括进行了连续三个月的观测，每夜观测 3 次，共绘制了 200 余幅星图，从中得出了极星位置“离天极三度有余”的结论。 沈括新制的浮漏，能够利用漫中表面张力的补偿作用，补偿水的粘滞性随温度变化时对流量的影响，消除由此产生的计时误差，提高了计时的准确性。 他利用新制的浮漏， 12、进行了长达 10 余年的观测和研究，得到了超越前人的见解，第一次从理论上推导出冬至日长度“百刻而有余” ，夏至日长度“不及百刻”的结果。 隙积术隙积术是一种求解垛积问题的方法，属于高阶等差级数求和的问题。 沈括具体涉及到的有累棋、层坛和积罂等问题，他得出了正确的求解公式：垛积体数目或体积其中 a 和 c 分别为垛积体上、下宽度，b 和 d 分别为垛积体上、下长度，h 为垛积体的高度。 后世杨辉（1261） 、朱世杰（1303）在沈括的基础上，发展了高阶等差级数求和方法，把其推广为更具普遍意义的“垛积术”。 会圆术会圆术是一种已知弓形的圆径和矢高，求弧长的问题。 沈括推导出求弓形弧长的近似公式：其中 l 13、 为弧长，d 为直径， b 为矢高，c 为弦长。 元代的王恂、郭守敬等人在编修授时历时，就用此公式来计算黄道积度和时差。 地貌学沈括曾考察过“峭拔险怪，上耸千尺，穹崖巨谷”的雁荡山地貌，提出了流水侵蚀作用的成因说， “原其理，当是为谷中大水冲激，沙土尽去，唯巨石岿然挺立耳”。 对于中国西部黄土地区“立土动及百尺，迥然耸立”的地貌特征，他也提出了是流水侵蚀作用所造成的。 在河北，他考察过太行山，发现山崖之间往往衔着蚌壳化石，在石壁上横亘如带，由此他推断这里曾经是海滨，并进而推断华北大平原是泥沙淤积而成的，正确地解释了华北平原的成因。 沈括的这些见解，在地貌学史上具有相当的意义。 地图学在地图学方面，沈括也 14、有出色的贡献。 他在视察河北边防时，非常留意当地的地形、地貌，并用木屑、面糊堆捏地形，后因天寒又改用熔蜡制作，以反映当地的山川道路等地形地物。 这种立体地形模型，既真切又便于携带，归至官所后，他又复制为木刻立体地形图。 这一制图方法当即受到重视和推广， “边州皆为木图，藏于内府” ，为国家的军事管理提供了有力的工具。 后来，他又花费 12 年的心血， “遍稽宇内之书，参更四方之论。 该备六体，略稽前世之旧闻；离合九州，兼收古人之余意” ，绘制守令图20 轴，包括总图大小各 1 轴，分路图 18 轴。 在绘制这些地图时，他继承和发展了传统的制图六体绘图方法，把以往的 8 个方位扩展到 24 个方位，并特别注 15、意水平直线距离的测量，提高了地图制作的精确度。 在水利方面，他也做了大量的工作。 他在入仕初期即整治沭水，后来又大力支持治汴工程和两浙水利工程。 而其在水利科学方面的最突出贡献，是他于 1072 年视察汴河工程时，发明了分段筑堰，逐段测量的方法。 用这个方法，他测得汴河从汴京上善门起，经过 840里，至州（今江苏洪东南）淮河口，水位高低相差。 这一测量方法，在当时的世界上是相当先进的。 他根据实物，对药物名称所存在的一物多名或多物一名的问题，进行了细致的证同辨异的工作，校正了许多前人认识上的错误。 在药物的采收和使用方面，他也纠正了前人的不少谬误。 他十分注意对验方的收集和整理，并以“必目睹其验” ， “闻不予焉”的审慎态度，编著了良方一书。 在良方中所记述的“秋石方” ，是现知最早的关于提取荷尔蒙的记载，受到国内外学术界的高度评价。