张衡和他的地动仪Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望张衡简介张衡简介n n 中国东汉科学家。字平中国东汉科学家。字平中国东汉科学家。字平中国东汉科学家。字平子。南阳西鄂（今河南省南子。南阳西鄂（今河南省南子。南阳西鄂（今河南省南子。南阳西鄂（今河南省南阳县石桥镇）人。早年在家阳县石桥镇）人。早年在家阳县石桥镇）人。早年在家阳县石桥镇）人。早年在家发奋苦读，发奋苦读，发奋苦读，发奋苦读，17171717岁去长安和洛岁去长安和洛岁去长安和洛岁去长安和洛阳一带游历，参观太学，求阳一带游历，参观太学，求阳一带游历，参观太学，求阳一带游历，参观太学，求师访友。永元十二年（师访友。永元十二年（师访友。永元十二年（师访友。永元十二年（ 100 100 100 100 ）出任南阳太守的主簿。永）出任南阳太守的主簿。永）出任南阳太守的主簿。永）出任南阳太守的主簿。永初五年（初五年（初五年（初五年（ 111 111 111 111 ）赴京都任）赴京都任）赴京都任）赴京都任郎中和尚书侍郎，并曾两度郎中和尚书侍郎，并曾两度郎中和尚书侍郎，并曾两度郎中和尚书侍郎，并曾两度担任太史令。晚年曾任河间担任太史令。晚年曾任河间担任太史令。晚年曾任河间担任太史令。晚年曾任河间相、尚书等职。在天文学、相、尚书等职。在天文学、相、尚书等职。在天文学、相、尚书等职。在天文学、在天文学、地震学、机械制造、数学、文学、绘画等方面在天文学、地震学、机械制造、数学、文学、绘画等方面在天文学、地震学、机械制造、数学、文学、绘画等方面在天文学、地震学、机械制造、数学、文学、绘画等方面均有很高造诣。均有很高造诣。均有很高造诣。均有很高造诣。在天文学方面，代表作是浑天仪图注和灵宪。主在天文学方面，代表作是浑天仪图注和灵宪。主在天文学方面，代表作是浑天仪图注和灵宪。主在天文学方面，代表作是浑天仪图注和灵宪。主张浑天说，提出天犹如一个鸡蛋，地如鸡蛋中的蛋黄那样居于张浑天说，提出天犹如一个鸡蛋，地如鸡蛋中的蛋黄那样居于张浑天说，提出天犹如一个鸡蛋，地如鸡蛋中的蛋黄那样居于张浑天说，提出天犹如一个鸡蛋，地如鸡蛋中的蛋黄那样居于中心中心中心中心 ，天地各乘气而立，天地各乘气而立，天地各乘气而立，天地各乘气而立 ，载水而浮，载水而浮，载水而浮，载水而浮 。虽主张天有一个硬壳，。虽主张天有一个硬壳，。虽主张天有一个硬壳，。虽主张天有一个硬壳，却又主张却又主张却又主张却又主张“宇之表无级，宙之端无穷宇之表无级，宙之端无穷宇之表无级，宙之端无穷宇之表无级，宙之端无穷”，认为天外有天，宇宙，认为天外有天，宇宙，认为天外有天，宇宙，认为天外有天，宇宙无限。提出具有朴素辩证法思想的天地起源说，认为天地未分无限。提出具有朴素辩证法思想的天地起源说，认为天地未分无限。提出具有朴素辩证法思想的天地起源说，认为天地未分无限。提出具有朴素辩证法思想的天地起源说，认为天地未分之前，一片混沌，后来元气各自分开，天地生成，万物滋育。之前，一片混沌，后来元气各自分开，天地生成，万物滋育。之前，一片混沌，后来元气各自分开，天地生成，万物滋育。之前，一片混沌，后来元气各自分开，天地生成，万物滋育。正确解释了月食成因，认为月食是由于月球进入地影而产正确解释了月食成因，认为月食是由于月球进入地影而产正确解释了月食成因，认为月食是由于月球进入地影而产正确解释了月食成因，认为月食是由于月球进入地影而产生。提出生。提出生。提出生。提出“近天则迟，远天则速近天则迟，远天则速近天则迟，远天则速近天则迟，远天则速”，用距离的不同来解释五星，用距离的不同来解释五星，用距离的不同来解释五星，用距离的不同来解释五星运动的快慢。他估计中原一带肉眼能看见的星数约为运动的快慢。他估计中原一带肉眼能看见的星数约为运动的快慢。他估计中原一带肉眼能看见的星数约为运动的快慢。他估计中原一带肉眼能看见的星数约为2500250025002500颗，颗，颗，颗，测定了太阳、月亮的视角直径是周天的测定了太阳、月亮的视角直径是周天的测定了太阳、月亮的视角直径是周天的测定了太阳、月亮的视角直径是周天的1 1 1 1736( 736( 736( 736( 约约约约0.490.490.490.49），），），），这些都与实际情况十分接近。他设计制造了第一台水运浑象，这些都与实际情况十分接近。他设计制造了第一台水运浑象，这些都与实际情况十分接近。他设计制造了第一台水运浑象，这些都与实际情况十分接近。他设计制造了第一台水运浑象，用水力作为动力通过齿轮系统推动浑象本体一天旋转一周，浑用水力作为动力通过齿轮系统推动浑象本体一天旋转一周，浑用水力作为动力通过齿轮系统推动浑象本体一天旋转一周，浑用水力作为动力通过齿轮系统推动浑象本体一天旋转一周，浑象上所显示的星的出没与实际天象完全相符。象上所显示的星的出没与实际天象完全相符。象上所显示的星的出没与实际天象完全相符。象上所显示的星的出没与实际天象完全相符。巨大成就巨大成就巨大成就巨大成就在地震学方面，他于永建七年（在地震学方面，他于永建七年（在地震学方面，他于永建七年（在地震学方面，他于永建七年（ 132 132 ）创制了世界）创制了世界）创制了世界）创制了世界上第一架地震仪上第一架地震仪上第一架地震仪上第一架地震仪候风地动仪。该仪器十分灵敏，有候风地动仪。该仪器十分灵敏，有候风地动仪。该仪器十分灵敏，有候风地动仪。该仪器十分灵敏，有一次远在千里之外的甘肃发生地震，京都洛阳毫无震感，一次远在千里之外的甘肃发生地震，京都洛阳毫无震感，一次远在千里之外的甘肃发生地震，京都洛阳毫无震感，一次远在千里之外的甘肃发生地震，京都洛阳毫无震感，但它却依然测到了。但它却依然测到了。但它却依然测到了。但它却依然测到了。在数学上的代表作是算罔论，其中给出圆周率在数学上的代表作是算罔论，其中给出圆周率在数学上的代表作是算罔论，其中给出圆周率在数学上的代表作是算罔论，其中给出圆周率 3.1466 3.1466 和和和和 3.1623 3.1623 两个近似值两个近似值两个近似值两个近似值 。在思想领域，他坚决反对当时封建统治者所崇尚的在思想领域，他坚决反对当时封建统治者所崇尚的在思想领域，他坚决反对当时封建统治者所崇尚的在思想领域，他坚决反对当时封建统治者所崇尚的谶纬神学，冒着会遭杀身之祸的危险，进谏皇上，谶纬神学，冒着会遭杀身之祸的危险，进谏皇上，谶纬神学，冒着会遭杀身之祸的危险，进谏皇上，谶纬神学，冒着会遭杀身之祸的危险，进谏皇上，“ “收收收收藏图谶，一禁绝之藏图谶，一禁绝之藏图谶，一禁绝之藏图谶，一禁绝之” ”。在文学上，所作东京赋、。在文学上，所作东京赋、。在文学上，所作东京赋、。在文学上，所作东京赋、西京赋、应闲赋、思玄赋等都是十分有名西京赋、应闲赋、思玄赋等都是十分有名西京赋、应闲赋、思玄赋等都是十分有名西京赋、应闲赋、思玄赋等都是十分有名的著作。他还绘制过一幅地形图，并擅长绘画，被人列的著作。他还绘制过一幅地形图，并擅长绘画，被人列的著作。他还绘制过一幅地形图，并擅长绘画，被人列的著作。他还绘制过一幅地形图，并擅长绘画，被人列为当时六大名画家之一。为当时六大名画家之一。为当时六大名画家之一。为当时六大名画家之一。19561956年，河南省南阳县重修年，河南省南阳县重修年，河南省南阳县重修年，河南省南阳县重修了他的坟墓，并在墓前立碑。郭沫若在碑上题词：了他的坟墓，并在墓前立碑。郭沫若在碑上题词：了他的坟墓，并在墓前立碑。郭沫若在碑上题词：了他的坟墓，并在墓前立碑。郭沫若在碑上题词： “ “如此全面发展之人物如此全面发展之人物如此全面发展之人物如此全面发展之人物 ， 在世界史中亦所罕见在世界史中亦所罕见在世界史中亦所罕见在世界史中亦所罕见 。万。万。万。万祀千龄，令人敬仰祀千龄，令人敬仰祀千龄，令人敬仰祀千龄，令人敬仰” ”。巨大成就巨大成就巨大成就巨大成就候风地动仪候风地动仪候风地动仪候风地动仪 世界上世界上世界上世界上第一架第一架第一架第一架测验地震的仪器是测验地震的仪器是测验地震的仪器是测验地震的仪器是中国东汉时期天文学家张衡中国东汉时期天文学家张衡中国东汉时期天文学家张衡中国东汉时期天文学家张衡于汉顺于汉顺于汉顺于汉顺帝阳嘉元年（帝阳嘉元年（帝阳嘉元年（帝阳嘉元年（ 公元公元公元公元132132132132 ）制成的候风地动仪。）制成的候风地动仪。）制成的候风地动仪。）制成的候风地动仪。n n “ “ 候风候风候风候风” ”有有有有“ “候气候气候气候气” ”的意思的意思的意思的意思, ,古人以为地震是由地古人以为地震是由地古人以为地震是由地古人以为地震是由地( (气气气气) )所引起的所引起的所引起的所引起的, ,因因因因而以此为名。而以此为名。而以此为名。而以此为名。n n 地动仪由精铜铸成地动仪由精铜铸成地动仪由精铜铸成地动仪由精铜铸成, ,直径直径直径直径 2.7 2.7 米，外形像一个大酒壶米，外形像一个大酒壶米，外形像一个大酒壶米，外形像一个大酒壶, ,中间的圆径中间的圆径中间的圆径中间的圆径八尺八尺八尺八尺, ,顶上有突出的子顶上有突出的子顶上有突出的子顶上有突出的子, ,仪器的外表刻有篆文以及山仪器的外表刻有篆文以及山仪器的外表刻有篆文以及山仪器的外表刻有篆文以及山, ,龟龟龟龟, ,鸟鸟鸟鸟, ,兽等图形。兽等图形。兽等图形。兽等图形。地动仪里面有精巧的结构，主要为中间的铜质都柱地动仪里面有精巧的结构，主要为中间的铜质都柱地动仪里面有精巧的结构，主要为中间的铜质都柱地动仪里面有精巧的结构，主要为中间的铜质都柱( (上粗下细的棍关，上粗下细的棍关，上粗下细的棍关，上粗下细的棍关，相当于一种倒立型的震摆相当于一种倒立型的震摆相当于一种倒立型的震摆相当于一种倒立型的震摆) ) 和它周围的八道（装置在摆的周围的和它周围的八道（装置在摆的周围的和它周围的八道（装置在摆的周围的和它周围的八道（装置在摆的周围的 8 8 组组组组机械装置）。仪体外部周围铸着八条龙机械装置）。仪体外部周围铸着八条龙机械装置）。仪体外部周围铸着八条龙机械装置）。仪体外部周围铸着八条龙, ,头向下头向下头向下头向下, ,尾朝上尾朝上尾朝上尾朝上, ,按东按东按东按东, ,南南南南, ,西西西西, ,北北北北, ,东南东南东南东南, ,东北东北东北东北, ,西南西南西南西南, ,西北八个方向布列。龙头和内部信道中的发动机西北八个方向布列。龙头和内部信道中的发动机西北八个方向布列。龙头和内部信道中的发动机西北八个方向布列。龙头和内部信道中的发动机关相连关相连关相连关相连, ,每个龙头嘴里衔有一粒小铜珠。地上对准龙嘴处每个龙头嘴里衔有一粒小铜珠。地上对准龙嘴处每个龙头嘴里衔有一粒小铜珠。地上对准龙嘴处每个龙头嘴里衔有一粒小铜珠。地上对准龙嘴处, ,蹲着八个铜蹲着八个铜蹲着八个铜蹲着八个铜蟾蜍蟾蜍蟾蜍蟾蜍, ,昂着头昂着头昂着头昂着头, ,张着嘴张着嘴张着嘴张着嘴, ,当某处发生地震当某处发生地震当某处发生地震当某处发生地震, ,都柱便倒向那一方都柱便倒向那一方都柱便倒向那一方都柱便倒向那一方, ,触动触动触动触动“ “牙机牙机牙机牙机”,”,使发生地震方向的龙头张开嘴巴使发生地震方向的龙头张开嘴巴使发生地震方向的龙头张开嘴巴使发生地震方向的龙头张开嘴巴, ,吐出铜珠吐出铜珠吐出铜珠吐出铜珠, ,落到铜蟾蜍嘴里落到铜蟾蜍嘴里落到铜蟾蜍嘴里落到铜蟾蜍嘴里, ,发出发出发出发出“ “当啷当啷当啷当啷” ”声响声响声响声响, ,由此便可知道地震发生的时间和哪个方向发生地震。据由此便可知道地震发生的时间和哪个方向发生地震。据由此便可知道地震发生的时间和哪个方向发生地震。据由此便可知道地震发生的时间和哪个方向发生地震。据史料记载，候风地动仪曾成功地记录了史料记载，候风地动仪曾成功地记录了史料记载，候风地动仪曾成功地记录了史料记载，候风地动仪曾成功地记录了 138 138 年发生在甘肃的一次强烈年发生在甘肃的一次强烈年发生在甘肃的一次强烈年发生在甘肃的一次强烈地震，从而证明了它的准确性和可靠性。地震，从而证明了它的准确性和可靠性。地震，从而证明了它的准确性和可靠性。地震，从而证明了它的准确性和可靠性。张衡于汉顺帝阳嘉元年（张衡于汉顺帝阳嘉元年（公元公元132年）制成的候风地动年）制成的候风地动仪，地震仪安放在阳仪，地震仪安放在阳,于顺帝永和三年二月初三（公元于顺帝永和三年二月初三（公元137年）年）测出在陇西发生的地震测出在陇西发生的地震,可见仪器灵敏度相当高。可见仪器灵敏度相当高。曾于曾于138年测出千里之外的陇西所发生的一次地震年测出千里之外的陇西所发生的一次地震,朝野上下朝野上下,颇为震动。但由于当时朝堂上谶讳迷信劫力很盛颇为震动。但由于当时朝堂上谶讳迷信劫力很盛,张衡的一张衡的一重要发明没有得到应有的重视重要发明没有得到应有的重视,候风地动仪也没有被保存下候风地动仪也没有被保存下来。来。张衡的地动仪比外国同类仪器早诞生近一千年。古波斯张衡的地动仪比外国同类仪器早诞生近一千年。古波斯直到公元十一世纪才有类似地震仪器。近代的地震仪在公元直到公元十一世纪才有类似地震仪器。近代的地震仪在公元1880年才制成年才制成,它的原理和张衡地动仪基本相似它的原理和张衡地动仪基本相似,但时间却晚但时间却晚了一千七百年。了一千七百年。 候风地动仪候风地动仪候风地动仪候风地动仪 据史书(五行志)记载,公元九二年以后,几乎连年发生地震,地震地区大至数十郡,吊玫地裂地陷,江河泛滥,房屋倒塌。张衡鉴于地震的频繁,创造了候风地动仪,以测定地震的方位。 右图为张衡于132年制造的候风地动仪复原模型。候风地动仪候风地动仪候风地动仪候风地动仪指南车指南车n n 中国古代用来指示方向的一种机械装置。它利中国古代用来指示方向的一种机械装置。它利中国古代用来指示方向的一种机械装置。它利中国古代用来指示方向的一种机械装置。它利用用用用差速齿轮原理差速齿轮原理差速齿轮原理差速齿轮原理，不论车子转向何方，木人的手始，不论车子转向何方，木人的手始，不论车子转向何方，木人的手始，不论车子转向何方，木人的手始终指向南方。终指向南方。终指向南方。终指向南方。n n 据考证，据考证，据考证，据考证，三国魏三国魏三国魏三国魏马钧马钧马钧马钧创造指南车，虽有记载，创造指南车，虽有记载，创造指南车，虽有记载，创造指南车，虽有记载，但造法失传。张衡时对指南车进行了改良。宋史但造法失传。张衡时对指南车进行了改良。宋史但造法失传。张衡时对指南车进行了改良。宋史但造法失传。张衡时对指南车进行了改良。宋史舆服志对其机械构造有具体记载舆服志对其机械构造有具体记载舆服志对其机械构造有具体记载舆服志对其机械构造有具体记载 。宋代造法有。宋代造法有。宋代造法有。宋代造法有天圣五年（天圣五年（天圣五年（天圣五年（1027102710271027）燕肃所献传统做法和大观元年）燕肃所献传统做法和大观元年）燕肃所献传统做法和大观元年）燕肃所献传统做法和大观元年（1107 )1107 )1107 )1107 )内侍省吴德仁所献车制两种。指南车的创内侍省吴德仁所献车制两种。指南车的创内侍省吴德仁所献车制两种。指南车的创内侍省吴德仁所献车制两种。指南车的创造造造造标志标志标志标志着中国古代在齿轮传动和离合器的应用上已着中国古代在齿轮传动和离合器的应用上已着中国古代在齿轮传动和离合器的应用上已着中国古代在齿轮传动和离合器的应用上已取得很大成就。取得很大成就。取得很大成就。取得很大成就。浑天说浑天说 中国古代一种宇宙学说，认为天是一个圆球，地则中国古代一种宇宙学说，认为天是一个圆球，地则中国古代一种宇宙学说，认为天是一个圆球，地则中国古代一种宇宙学说，认为天是一个圆球，地则位于这个圆球的中间。天在不停地旋转，日月星辰随天位于这个圆球的中间。天在不停地旋转，日月星辰随天位于这个圆球的中间。天在不停地旋转，日月星辰随天位于这个圆球的中间。天在不停地旋转，日月星辰随天运转，转到地平线之下就看不见了，这种见解比盖天说运转，转到地平线之下就看不见了，这种见解比盖天说运转，转到地平线之下就看不见了，这种见解比盖天说运转，转到地平线之下就看不见了，这种见解比盖天说更合理地解释了天体的出没。早期的浑天说认为更合理地解释了天体的出没。早期的浑天说认为更合理地解释了天体的出没。早期的浑天说认为更合理地解释了天体的出没。早期的浑天说认为“天地天地天地天地各乘气而立，载水而浮各乘气而立，载水而浮各乘气而立，载水而浮各乘气而立，载水而浮”（东汉张衡浑天仪注），（东汉张衡浑天仪注），（东汉张衡浑天仪注），（东汉张衡浑天仪注），即天地之间上半充满了气即天地之间上半充满了气即天地之间上半充满了气即天地之间上半充满了气 ，下半则充满了水，下半则充满了水，下半则充满了水，下半则充满了水 。到了北。到了北。到了北。到了北宋时代宋时代宋时代宋时代 ，张载提出，张载提出，张载提出，张载提出 “ “ “ “地在气中地在气中地在气中地在气中”（正蒙（正蒙（正蒙（正蒙参两），参两），参两），参两），认为天地之间完全为气所充满认为天地之间完全为气所充满认为天地之间完全为气所充满认为天地之间完全为气所充满 。n n 中国古代的浑天家并不排斥宇宙无限观，汉代浑天中国古代的浑天家并不排斥宇宙无限观，汉代浑天中国古代的浑天家并不排斥宇宙无限观，汉代浑天中国古代的浑天家并不排斥宇宙无限观，汉代浑天说的代表人物张衡就主张说的代表人物张衡就主张说的代表人物张衡就主张说的代表人物张衡就主张“宇之表无极，宙之端无穷宇之表无极，宙之端无穷宇之表无极，宙之端无穷宇之表无极，宙之端无穷”（灵宪），认为球形的天球并不是宇宙的边界，宇（灵宪），认为球形的天球并不是宇宙的边界，宇（灵宪），认为球形的天球并不是宇宙的边界，宇（灵宪），认为球形的天球并不是宇宙的边界，宇宙在时间上和空间上都是无穷无尽的。浑天说对地球形宙在时间上和空间上都是无穷无尽的。浑天说对地球形宙在时间上和空间上都是无穷无尽的。浑天说对地球形宙在时间上和空间上都是无穷无尽的。浑天说对地球形状持何种见解至今还有争论，有些天文学史家认为中国状持何种见解至今还有争论，有些天文学史家认为中国状持何种见解至今还有争论，有些天文学史家认为中国状持何种见解至今还有争论，有些天文学史家认为中国古代的浑天家已认识到地球是球形的；但更多的人则持古代的浑天家已认识到地球是球形的；但更多的人则持古代的浑天家已认识到地球是球形的；但更多的人则持古代的浑天家已认识到地球是球形的；但更多的人则持反对意见，认为中国古代的浑天家并未认识到这一点。反对意见，认为中国古代的浑天家并未认识到这一点。反对意见，认为中国古代的浑天家并未认识到这一点。反对意见，认为中国古代的浑天家并未认识到这一点。n n 公元公元公元公元117117年，张衡根据浑天原理用铜铸造了浑天仪。年，张衡根据浑天原理用铜铸造了浑天仪。年，张衡根据浑天原理用铜铸造了浑天仪。年，张衡根据浑天原理用铜铸造了浑天仪。杭州杭州“花草地动仪花草地动仪”竟能竟能“测测”出印度大地震出印度大地震 前不久，杭州曲苑风荷公园内用花草做成了这个地动仪的造型，本是节庆的应景之作。不料印度26日发生大地震后，地动仪朝着印度方向的龙头发生了断裂，工作人员只好用铁丝将其固定住。于是有好奇者打听，是否杭州的这个花草地动仪也具备测震的功能？对此公园解释该地动仪只是一个用花草点缀的盆景，其结构根本不可能测得震感，这事无非是一个有趣的巧合罢了。思考1、课文中对候风地动仪进行评价有多少次？请找出文中评价的句子，并分析其各次不同之处。2、科学工作者是如何从古籍中获得启示的？文中解说古籍、科学工作者是如何从古籍中获得启示的？文中解说古籍的方法有多少种？如果不引古文，全部用现代语言来说明，的方法有多少种？如果不引古文，全部用现代语言来说明，效果有何不同？效果有何不同？3、文中对科学工作者如何研究候风地动仪中都柱的、文中对科学工作者如何研究候风地动仪中都柱的放置问题解说详尽，并概括为两种设想，分析地动放置问题解说详尽，并概括为两种设想，分析地动仪的工作原理有何作用呢？仪的工作原理有何作用呢？4、课文中多次将张衡以及他的仪器和外国人、外国、课文中多次将张衡以及他的仪器和外国人、外国仪器相对比，分析作者为什么要这样写？仪器相对比，分析作者为什么要这样写？张衡和他的地动仪张衡和他的地动仪