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中國古代發展的光學儀器有哪些?

任何利用光學原理進行觀察或測量的裝置都稱為“光學儀器”。中國古代勞動人民根據平面鏡、球面鏡、透鏡的奇特現象,制作了大量的光學儀器。

中國古代制造了世界上最早的光學儀器——銅鏡和潛望鏡。隨著對凸面鏡和凹面鏡的認識,後來又發展了眼鏡、雙筒望遠鏡、顯微鏡、探照燈等光學儀器。

唐開元年間的壹個中秋節晚上,唐朝皇帝邀請沈和方士羅公壹起賞月。三人賞月飲酒談笑之際,唐滿心歡喜,想去月宮壹遊。

因此,沈的做法,煉金術士羅扔在月亮的天空拐杖,把它變成了壹個銀橋。在橋的另壹邊,有壹個城門,上面有壹個橫匾,寫著:冷空之家。

羅對唐說:“這就是月宮!”

唐明帝踏上銀橋,登上月宮。他看到仙女婀娜多姿,在寬闊的宮廷之上翩翩起舞,皇帝看得入了迷。他原本是學音樂的,聽到仙樂的美妙後,就把曲子背下來,決定在自己的宮殿裏演奏。

唐明帝回到人間後,命掌管宮廷樂舞的官員整理出壹首優美的曲子,仿佛是天籟之音,配合著宮廷舞者的舞蹈,就是著名的彩羽。

唐王訪月宮的傳說已成為壹個傳奇故事,月宮也因此被稱為“廣寒宮”。在遼代,有壹個“唐王參觀月宮鏡”來紀念這壹事件。鏡子直徑21.8cm,厚度0.75cm,重量1460g。裝飾圖案是高浮雕和線雕的結合。

銅鏡如滿月,起伏的紋飾仿佛映出月中寒宮;月宮中亭臺樓閣時隱時現,搖曳的桂花樹在月影中搖枝;搗藥的玉兔特別開心,迎客的金蟾伸了個懶腰。風中行雲,彎月橋,橋下池中出現的龍躍躍欲試;唐朝的國王乘雲而來。多麽仙境的天堂,人間的風景,讓人不能不感嘆古人的智慧和獨特的鑄造技術。

其實中國在3000年前就制作和使用了銅鏡,很早就對光的反射有了深刻的認識。

中國古代制鏡技術非常發達,對各種鏡子的成像原理都有深入的研究。早在先秦時期,中國就已經使用銅鏡,至今仍被視為世界文明史上的瑰寶。

除了銅鏡,古人還利用平面鏡的反射原理制作了世界上最早的潛望鏡。西漢淮南王劉安所著《淮南灣壁書》中記載“取壹面大鏡子,下放壹盆,便見左鄰右舍”。這個裝置雖然粗糙,但意義深遠,現代使用的潛望鏡就是根據這個原理制作的。

在使用平面鏡的同時,人們發現了球面鏡的奇怪現象。球面鏡有凹面鏡和凸面鏡兩種。

了解凹面鏡的聚焦特性,用凹面鏡引火日本,在中國有很長的歷史。凹面鏡在中國古代被稱為“陽燧”,意思是利用陽光生火。這是太陽能的最初用途。

早在春秋戰國時期,翟墨和他的學生們就對凹面鏡進行了深入的研究,並將他們的研究成果記錄在《莫箐》壹書中。

通過實驗,他們發現當壹個物體放在球的中心時,它會得到壹個直立的圖像。靠近球心的圖像大,遠離球心的圖像小。當時墨家已經明確區分了焦點和球的中心,稱焦點為“鐘祥”。

墨家還研究了凸面鏡,認識到無論物體在凸面鏡上的什麽位置,都只有壹個直立的像。

宋代科學家沈括在《孟茜筆談》中總結古代鑄鏡技術說:鏡若大,使之平;如果鏡子小,就把它做成微凸的,這樣鏡子雖然小,也能照全臉。

沈括也在前人研究的基礎上正確陳述了凹面鏡成像的原理。他指出:當妳將手指放在凹面鏡前成像時,隨著手指與鏡子之間距離的移動,圖像也隨之變化。

沈括用這個例子來說明凹面鏡成像和焦點的關系。當手指靠近鏡子時,它得到壹個直立的圖像;遠的時候看不到像,因為手指不在焦點成像;焦點之外,圖像變成了倒像。他指出,四面鏡子“匯聚成壹點”,他稱之為“遮擋物”,也就是現代光學中所謂的“焦點”。

因為中國古代沒有玻璃的應用,鏡片知識貧乏。而中國古代有智慧的人通過特殊的方法實現了凸透鏡的聚焦現象。

晉代科學家張華寫過壹本叫《博物誌》的書,書中說:“削冰則命圓,舉之以日,承其影以艾則火。”這可以說是壹個別出心裁的發明。

冰受熱會融化,但古人把它做成凸透鏡,利用聚焦取火。看似不可思議,其實是有可能的。

從這裏可以看出,凸透鏡的聚焦在當時是完全理解的。

古人不僅認識到了凹面鏡和凸面鏡的特點,還利用這壹原理制造望遠鏡等光學儀器。

望遠鏡在明清時期被稱為“望遠鏡”、“望遠鏡”、“望遠鏡”、“望遠鏡”。1631年,科學家博覺創造性地將望遠鏡安裝在自制的銅炮上。這項創舉意義重大。後來,天文觀測和大地測量儀器上也部署了望遠鏡。明代歷法學家李天敬領導的“歷法局”也制作了望遠鏡。

明末,光學儀器制造商孫首先發明了望遠鏡。他曾和壹位近視的朋友文康壹起登上蘇州郊外的虎丘山,用自制的“儲物目鏡”把城內的塔、寶塔看得清清楚楚,就連遠處的山如鱗、靈巖、拱頂都歷歷在目。

孫的“目鏡”據說“亮壹百倍,細致入微”,大概就是放大鏡吧。他還發明了壹種“檢查微鏡”。

清代科學家鄭在《鏡癡》壹書中介紹了望遠鏡的種類、結構、原理、使用和維護,實用性強,受到後人的高度贊揚。書中介紹了壹種“通光顯微鏡”,基本上就是壹個放大鏡,但是配了壹個平面鏡,可以減輕視覺的負擔。

鄭的《鏡癡》特別介紹了“取景器”,不僅有舊的,也有改進的,還用器件圖壹壹說明了它的原理結構和優缺點。這個取景器是將白紙鋪在毛玻璃或透明玻璃上,拍攝景物的實像。

大約從1844年到1867年,科學家鄒在鏡中引入取景器的基礎上,去掉反射平面鏡,加上照相感光膠片、快門和光圈,制成了照相機。這在當時是非常新穎的技術。

鄒還摸索出了感光材料的制備方法,並取得了良好的效果。他用自己研制的全套設備和材料拍攝了許多照片,這些照片已成為目前中國見到的最早的攝影作品之壹。

其中壹件現在在廣州博物館。雖然歷時100多年,但仍有清晰的影像,可見鄒研制的全套攝影器材和材料質量上乘。

據史書記載,中國明朝末年,探照燈將燭火置於凹面鏡附近的焦點上。蠟燭火焰發出的光經過凹面鏡反射後,照在墻上,就像月光照在墻上壹樣。

明末青年發明家黃律莊也做了壹面“瑞光鏡”,最大直徑五六尺。據說“光線射數裏”,“冬天人坐在光線裏,全身發熱,仿佛在陽光下”。它的射程和輻射熱量有些誇張。

由於當時只有蠟燭等光源,凹面鏡口徑較大,因此可以容納大量光源,使人增加光源強度,反射形成平行光後會感到“渾身暖洋洋”,亮度大大增加。

明清時期,中國人民發明了許多光學儀器,如萬花筒、放映機、西湖風景等。這些東西的發展也受到了西方知識的啟發。

從上面的介紹可以看出,光學儀器的制造是中國古代物理學的顯著成就之壹,可見我們的祖先對人類科學的貢獻。

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