中学物理教学参考-永恒的魅力

第 3卷 4

第5期

中学物理教学参考P y isTe c ig i d l S h o s h s a h n Mid e c o l c n

Vo. 4 N O 5 13 . Ma.0 5 y20

2 0年 5月 05

永恒的魅力(载四连十)陈青华姜水根 (浙江宁波效实中学宁波华茂外国语学校浙江宁波效实中学) 千百年来，由于人类对宇宙的好奇，进而对神秘宇宙的探索从未间断过.面对着包罗万象的宇宙，人们不禁要问：宇宙由什么组成？整个宇宙是什么样子？宇限的宇宙，达到了较高的水平. 古希腊早期的宇宙模型类似于我国古代的盖天说.在古希腊人的想象中，大地是由“大洋之河”团团围 住的圆地，汹涌的河水在丰饶的大地边缘上翻滚，“在

宙有个开端还是一直存在？宇宙有终结的一天吗？……

宇宙之谜历久而弥新，它一直吸引着人类历史上

海洋的边缘上，张起了圆形的天幕似的天穹”在古希 .腊早期的地图上，从地中海通向大西洋的直布罗陀海峡处，画着希腊神话中的巨人安泰，左手举起的警示牌写着：到此止步，“勿再前进！当时的人都相信，”船到大西洋就会随同海水一起跌进无底深渊. 毕达哥拉斯从美学角度首先提出大地是球形的. 大约在公元前 30年， 4古希腊哲学家亚里士多德在观

最聪明、最优秀的头脑去思考、去探究.国哲学家康德德说：有两样东西，“我们愈经常愈持久地加以思索，它们就愈使心灵充满新奇的、有加无已的景仰和敬畏：在我之上的星空和居我心中的道德法则.康德的话，”道出了人类对宇宙真理的持久不懈的追求.一

、

从朴素宇宙观到哥白尼学说

在古代，人们根据日常的生活经验，通过想象构造

察月食时忽然发现，在月食的全过程中，地球在月亮上的影子总是圆形的.亚里士多德认为月食是由于地球运行到太阳与月亮之间而造成的，若地球为方板，则其投影不可能为圆形；若地球为圆盘，则只有当月食发生在太阳正对圆盘中心之时，投影才能为圆，一旦过了此时，影子就会被压缩为椭圆形.地球在月亮上的投影总

出各种各样的宇宙模型.古埃及人认为，宇宙像一只方形大箱子，地是略呈凹形的箱底，天是有些隆起的箱盖，支撑在从大地四角升起的四座大山顶上.古印度人

想象大地形似倒伏的大碗， 4由头大象承载着，大象站在护持神毗瑟拿化成的大海

龟背上.在我国古代，人们提出了盖天说、浑天说和宣夜说三种宇宙模型.盖天说，即天圆地方说(天圆如张盖，地方如棋局)民歌《,敕

是圆的，这只有在地球本身为球形的前提下才能成立.由此，亚里士多德得出了地球既不是方平板、也不是圆 平盘，而是一个球的结论.另外，希腊人从旅行中发现， 在越往南的地区看星空，北极星就越接近于地平线，亚

勒川》中说：天似穹庐，“笼盖四野”正是天圆地方的形，象写照.盖天说只是凭感性的观察，又掺人了许多人为的规定，而得到的一个简陋的宇宙模型.比之下，相浑天说要比盖天说进步得多.浑天说主张大地是个球形，

里士多德曾根据这一现象估算了地球的大小.而古希腊文化时代的埃拉托色尼甚至精确测量出地球的大

外面裹着一个球形的天穹，地球浮于天表内的水中.汉代天文学家张衡在《浑天仪图注》中说：浑天如鸡子，“天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地

小.他发现，在塞恩 (今埃及阿斯旺)的夏至那天正午 .太阳正临头顶，阳光直射井底.与此同时刻，在它的正北方 9 0 m外的亚历山大港， 2 k立地的长棒与太阳照射方向成 71 .。2他认为太阳很远， 光线可以看成是平行

小.天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄.天地各乘气而立，载水而浮……天转如车毂之运也，周旋无端.其形浑浑，故日浑天.浑天说的优点在于能够近似地说明” 日月星辰的运行情况，能对一些天象做出预言.宣夜说则认为“并没有一个固定的天穹，天”而只不过是无边无涯的气体，日月星辰就在气体中飘浮游动.宣夜说自 然观的基础是元气学说，国时代人们把宇宙万事万战物的本源归结为“,气”这气可以上为日月星辰，下为山

的.经简单的几何运算，他推算出地球圆周长为 3 0 9 0 6k同现代值仅差 40k相对误差只有 1真让现 m, 0 m,%,代人惊叹不已！

虽然在古希腊有人设想过宇宙的中心不在地上， 如毕达哥拉斯学派认为宇宙的中心是一团火，希腊古天文学家阿里斯塔克也曾提出过朴素的“日心说”但 .

是绝大部分的人们，包括像亚里士多德这样知识渊博的哲学家，是认为地球是宇宙的中心，地是静止还大

川草木.就其宇宙结构理论来说，宣夜说提出了一个无 6 5

的.日月星

辰都绕地球做最完美的匀速圆周运动.人们在大地上观察天体的运动，发现夜晚的星空随季节发生有规律的变化，大部分的星星似乎是镶嵌在天球上，

没有什么“中心”第谷虽然反对 E心说 . . 1但他却对行星 的运动做了大量精密的观测，积累了丰富的行星运动 的观测数据.开普勒继承了第谷的观测数据.在对火星运动的数据进行研究分析后于 10年得出了行星运 69动的第一、第二定律，又经 1年的努力， 0终于得到适用 于太阳系所有行星的开普勒第三定律，哥白尼的太使阳系模型又向真理逼近了一步. 68年， 10荷兰的眼镜

相对位置从不发生变化，人们把它们命名为恒星.少数的几颗星却会相对于天球发生运动，人们把它们命名为行星.公元 2世纪，古希腊天文学家托勒密发展了亚里士多德的观点，认为地球虽然是一个球体，但地球不动，处于宇宙的中心，围着地球的是月亮、包水星、金星、太阳、星、火木星、土星和固定恒星这 8个天球， 8个天球都以圆周为轨道，围绕着地球转动，这就是“地心说”的宇宙观.由于行星的运动比较复杂，托勒密就用本轮和均轮的机械模型来拟合行星的运动.这是一个相当精致的宇宙模型，用这一宇宙模型，人们可以比 较准确地预言日月星辰的运动情况以及发生日食和月食的时间.

匠利帕希造出了第一架望远镜 .伽利略得到消息后也自制了一架望远镜.利用这个望远镜，伽利略发现月亮表面有山峰和洼地，高低不平，不是完美无缺，并发现

了木星有四颗卫星，它们绕木星转而不绕地球转，他还发现银河是由大量恒星组成的.伽利略把他用望远镜观察到的新天象写成《星际使者》一书，在当时的知识界引起了巨大的反响，从而使得哥白尼的日心说一下子深人人心 .

亚里士多德——托勒密宇宙模型是一个实用的宇

哥白尼、开普勒、伽利略等科学家通过观察和研究解决了“天体怎样运动”的问题.接下来的问题是：天体为什么会这样运动？起初人们用“和谐’完美”’“等来解

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