1、四大发明齐开宇四大发明齐开宇第1页/共31页蔡伦约永平末年（公元蔡伦约永平末年（公元75年）入宫年）入宫为宦官。永元四年（公元为宦官。永元四年（公元92年），年），蔡伦任尚方令后，利用供职之便，蔡伦任尚方令后，利用供职之便，常到乡间作坊察看，见蚕妇缫丝漂常到乡间作坊察看，见蚕妇缫丝漂絮后，竹簟上尚留下一层短毛丝絮，絮后，竹簟上尚留下一层短毛丝絮，揭下似缣帛，可以用来书写，从而揭下似缣帛，可以用来书写，从而得到启发，便收集树皮、废麻、破得到启发，便收集树皮、废麻、破布、旧鱼网等原料，在宫廷作坊施布、旧鱼网等原料，在宫廷作坊施以锉、煮、浸、捣、抄等法，试用以锉、煮、浸、捣、抄等法，试用植物纤维造纸
2、，终于造出植物纤维植物纤维造纸，终于造出植物纤维纸。元兴元年（公元纸。元兴元年（公元105年），他将年），他将造纸过程、方法写成奏章，连同造造纸过程、方法写成奏章，连同造出来的植物纤维纸，呈报汉和帝，出来的植物纤维纸，呈报汉和帝，孝和帝大加赞赏，蔡伦造纸术很快孝和帝大加赞赏，蔡伦造纸术很快传开。人们把这种纸称为传开。人们把这种纸称为“蔡侯蔡侯纸纸”，全国，全国“莫不从用焉莫不从用焉”。元初。元初元年（公元元年（公元114年）孝安帝封其为龙年）孝安帝封其为龙亭侯，食邑三百户亭侯，食邑三百户。第2页/共31页我国古书我国古书天工开物天工开物中所记载，古时以竹子造纸之步骤如下：中所记载，古时以竹子造
3、纸之步骤如下：1.斩竹漂塘斩竹漂塘 斩竹嫩竹斩竹嫩竹,放入池塘，裁泡一百日以上，利用天然微生物分解并洗去竹子之青皮。放入池塘，裁泡一百日以上，利用天然微生物分解并洗去竹子之青皮。2.煮徨足火煮徨足火 将以上所得之竹子，放入将以上所得之竹子，放入徨徨桶内与石灰一道蒸煮八日八夜。桶内与石灰一道蒸煮八日八夜。3.舂臼舂臼 取出上述处理之竹子，取出上述处理之竹子，放入石臼，以石碓叩打直至竹子被打烂，形同泥面。放入石臼，以石碓叩打直至竹子被打烂，形同泥面。4.荡料入帘荡料入帘 将被打烂之竹料倒入水槽内，并以竹帘在水中荡料，竹料成为薄层附于竹帘上面，其余之水则由竹帘之四边流下槽内。将被打烂之竹料倒入水槽内
4、，并以竹帘在水中荡料，竹料成为薄层附于竹帘上面，其余之水则由竹帘之四边流下槽内。5.覆帘压纸覆帘压纸 然后将帘反复过去，使湿纸落于板上，即成张纸。如此，重复荡料与覆帘步骤，使一张张的湿纸叠积上千张，然后上头加木板重压挤去大部分的水。然后将帘反复过去，使湿纸落于板上，即成张纸。如此，重复荡料与覆帘步骤，使一张张的湿纸叠积上千张，然后上头加木板重压挤去大部分的水。6.透火焙干透火焙干 将湿纸逐张扬起，并加以焙干。焙纸的设备是以土砖砌成夹巷，巷中生火，土砖温度上升之后，湿纸逐张贴上焙干。干燥后，揭起即得成纸。将湿纸逐张扬起，并加以焙干。焙纸的设备是以土砖砌成夹巷，巷中生火，土砖温度上升之后，湿纸逐张
5、贴上焙干。干燥后，揭起即得成纸。第3页/共31页现代造纸方法制浆过程 制浆为造纸的第一步，一般将木材转变成纸浆的方法有机械制浆法、化学制浆法和半化学制浆法三种。调制过程 纸料的调制为造纸的另一重点，纸张完成后的强度、色调、印刷性的优劣、纸张保存期限的长短直接与它有关。一般常见的调制过程大致可分为以下三步骤：a.散浆 b.打浆 c.加胶与充填 抄造过程 抄纸部门的主要工作为将稀的纸料，使其均匀的交织和脱水，再经干燥、压光、卷纸、裁切、选别、包装，一般常见之流程如下：a.纸料的筛选 将调制过的纸料再稀释成较低的浓度，并借着筛选设备，再次的筛除杂物及未解离纤维束，以保持品质及保护设备。b.网 部 使
6、纸料从头箱流出在循环的铜丝网或塑料网上并均匀的分布和交织。c.压榨部 将网面移开的湿纸引到一附有毛布的二个滚辘间，藉滚辘的压挤和毛布的吸水作用，将湿纸作进一步的脱水，并使纸质较紧密，以改善纸面，增加强度。d.烘 缸 由于经过压榨后的湿纸，其含水量仍然很高，此时已无法再利用机械力来压除水分，故改让湿纸经过许多个内通热蒸气的圆筒表面使纸干燥 e卷 纸 由卷纸机将纸幅卷成纸卷 f.裁切、选别 包装 取前面已卷成筒状的纸卷多支，用裁纸机裁成一张张的纸，再经人工或机械的选别，剔除有破损或污点的纸张，最后将每五百张包成一包（通常叫做一令）。第4页/共31页第5页/共31页造纸术到公元造纸术到公元7世纪初期
7、（隋末唐初）开始东传至朝鲜、日本；世纪初期（隋末唐初）开始东传至朝鲜、日本；8世纪西传入撒世纪西传入撒马尔罕，就是后来的阿拉伯，接着又传入巴格达；马尔罕，就是后来的阿拉伯，接着又传入巴格达；10世纪到大马士革、开罗；世纪到大马士革、开罗；11世纪传入摩洛哥；世纪传入摩洛哥；13世纪传入印度；世纪传入印度；14世纪到意大利，意大利很多城市都建世纪到意大利，意大利很多城市都建了造纸厂，成为欧洲造纸术传播的重要基地，从那里再传到德国、英国；了造纸厂，成为欧洲造纸术传播的重要基地，从那里再传到德国、英国；16世世纪传入俄国、荷兰；纪传入俄国、荷兰；17世纪传到英国；世纪传到英国；19世纪传入加拿大。世
8、纪传入加拿大。在公元前二世纪到公元十八世纪初的两千年间，我国造纸术一直居于世界先在公元前二世纪到公元十八世纪初的两千年间，我国造纸术一直居于世界先进水平。我国古代在造纸的技术、设备、加工等方面为世界各国提供了一套进水平。我国古代在造纸的技术、设备、加工等方面为世界各国提供了一套完整的工艺体系。现代机器造纸工业的各个主要技术环节，都能从我国古代完整的工艺体系。现代机器造纸工业的各个主要技术环节，都能从我国古代造纸术中找到最初的发展形式。世界各国沿用我国传统方法造纸有一千年以造纸术中找到最初的发展形式。世界各国沿用我国传统方法造纸有一千年以上的历史。上的历史。造纸术的传承与发展第6页/共31页第7
9、页/共31页第8页/共31页第9页/共31页第10页/共31页第11页/共31页火药名称的由来火药名称的由来太平广记中有一个故事，说的是隋朝初年，有一个叫杜春子的人去拜访一位炼丹老人。当晚住在那里。半夜杜春子梦中惊醒，看见炼丹炉内有“紫烟穿屋上”，顿时屋子燃烧起来。这可能是炼丹家配置易燃药物时疏忽而引起火灾。用硝石、硫磺和木炭这三种物质混和制成的，而当时人们都把这三种东西作为治病的药物，所以取名“火药”，意思是“着火的药”。真元妙道要略的炼丹书也谈到用硫磺、硝石、雄黄和蜜一起炼丹失火的事，火把人的脸和手烧坏了，还直冲屋顶，把房子也烧了。书中告戒炼丹者要防止这类事故发生。这说明唐代的炼丹者已经掌
10、握了这个很重要的经验。本草纲目中就提到火药能治疮癣、杀虫，辟湿气、瘟疫。第12页/共31页中国是最早发明火药的国家，黑火药在唐代（中国是最早发明火药的国家，黑火药在唐代（9世纪末世纪末)时候时候正式出现。火药是由古代炼丹家发明的，从战国至汉初，帝正式出现。火药是由古代炼丹家发明的，从战国至汉初，帝王贵族们沉醉做神仙并长生不老的幻想，驱使一些方士与道王贵族们沉醉做神仙并长生不老的幻想，驱使一些方士与道士炼士炼仙丹仙丹，在炼制过程中逐渐发明了火药的配方。炼丹家，在炼制过程中逐渐发明了火药的配方。炼丹家虽然掌握了一定的化学方法，但是他们的方向是求长生不老虽然掌握了一定的化学方法，但是他们的方向是求长
11、生不老之药，因此火药的发明具有一定的偶然性。之药，因此火药的发明具有一定的偶然性。第13页/共31页火药的应用火药的应用火药的最初使用并非在军事上，而是在宋代诸军马戏的杂技演出，以及木偶戏中的烟火杂技 药发傀儡。宋代演出“抱锣”、“硬鬼”、“哑艺剧”等杂技节目，都运用刚刚兴起的火药制品“爆仗”和“吐火”等，以制造神秘气氛。宋人同时也以火药表演幻术，如喷出烟火云雾以遁人、变物等，以收神奇迷离之效。中国发明了火药首先运用于制造烟火，但不久后就将其运用与军事,并发明了世界第一根火箭。大炮和火枪在宋代中国火药的军事运用已经相当成熟,使得中国的科技遥遥领先于世界。第14页/共31页唐朝末年,火药已被用于
12、军事。据记载，唐昭宗天佑元年(904年)杨行密的军队围攻豫章,部将郑以所部发机飞火,烧龙沙门,带领壮士突火先登入城。这里所说的“飞火”,就是火炮,火箭之类。火炮是把火药制成环状,把吊线点燃后用抛石机抛掷出去;火箭则是把火药球缚于箭镞之下,将引线点燃后用弓射出。南宋时出现了管状火器，公元1132年陈规发明了火枪。火枪是由长竹竿作成，先把火药装在竹竿内，作战时点燃火药喷向敌军。陈规守安德时就用了“长竹竿火枪二十余条”。第15页/共31页明燕王朱棣（即后来的明成祖）与建文帝战于白沟河，就曾使用了“一窝蜂”。这是世界上最早的多发齐射火箭，堪称是现代多管火箭炮的鼻祖。尤其值得提出的是，当时水战中使用的一
13、种叫“火龙出水”的火器。据“武备志”记载，这种火器可以在距离水面三、四尺高处飞行，远达两三里。这种火箭用竹木制成，在龙形的外壳上缚四支大“起火”，腹内藏数支小火箭，大“起火”点燃后推动箭体飞行，“如火龙出于水面。”火药燃尽后点燃腹内小火箭，从龙口射出。击中目标将使敌方“人船俱焚。”这是世界上最早的二级火箭。另外，该书还记载了“神火飞鸦”等具有一定爆炸和燃烧性能的雏形飞弹。“神火飞鸦”用细竹篾绵纸扎糊成乌鸦形，内装火药，由四支火箭推进，它是世界上最早的多火药筒并联火箭，它与今天的大型捆绑式运载火箭的工作原理很相近。第16页/共31页火箭的发展，使人产生了利用火箭的推力飞上天空的愿望。根据史火箭的
14、发展，使人产生了利用火箭的推力飞上天空的愿望。根据史书的记载书的记载1414世纪末，明朝的一位勇敢者万户坐在装有世纪末，明朝的一位勇敢者万户坐在装有4747个当时最大个当时最大的火箭的椅子上，双手各持一个大风筝，试图借助火箭的推力和风的火箭的椅子上，双手各持一个大风筝，试图借助火箭的推力和风筝的升力实现飞行的梦想。尽管这是一次失败的尝试，但万户被誉筝的升力实现飞行的梦想。尽管这是一次失败的尝试，但万户被誉为利用火箭飞行的第一人。为了纪念万户，月球上的一个环行山以为利用火箭飞行的第一人。为了纪念万户，月球上的一个环行山以万户的名字命名。万户的名字命名。第17页/共31页第18页/共31页第19页
15、/共31页活字印刷术开始于隋朝的雕版印刷，经宋仁宗时的毕升发展、完善，产生了活字印刷，并由蒙古人传至了欧洲，所以后人称毕升为印刷术的始祖。中国的印刷术是人类近代文明的先导，为知识的广泛传播、交流创造了条件。北宋刻字工人毕升在公元1004年至1048年间，用细质且带有粘性的胶泥，做成一个个四方形的长柱体，在上面刻上反写的单字，一个字一个印，放在土窑里用火烧硬，形成活字。然后按文章内容，将字依顺序排好，放在一个个铁框上做成印版，再在火上加热压平，就可以印刷了。印刷结束后把活字取下，下次还可再用。这种改进之后的印刷术叫做活板印刷术。第20页/共31页 毕升的印刷方法虽然原始简单，却与现代铅字排印原理
16、相同，使印刷技术进入了一个新时代。元代著名农学家与机械学家王桢发明了木活字，并创造出比较简捷的适于汉字复杂特点的转盘排字方法，后来又发明了金属活字，使活字印刷得到了改进。唐代的雕刻印本传到日本，8世纪后期日本完成了木板陀罗尼经以后又传到朝鲜民主主义人民共和国、阿拉伯联合酋长国一带和东欧。15世纪，德国人学会了用合金铸字，从此毕升首创的活字印刷在欧洲各地推广开来。第21页/共31页第22页/共31页指南针的发明是中国古人在长期的实践中对物体磁性认识的结果。古代中国人接触了磁铁矿，开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石引铁的性质。后来又发现了磁石的指向性。经过多方的实验和研究，终于发明了可以实用
17、的指南针。先秦时代我们的先人已经积累了许多有关磁石方面的认识，在探寻铁矿时常会遇到磁铁矿，即磁石（主要成分是四氧化三铁）。这些发现很早就被记载下来了。管子的数篇中最早记载了这些发现：“山上有磁石者，其下有金铜。”其他古籍如山海经中也有类似的记载。磁石的吸铁特性很早就被人发现，吕氏春秋九卷精通篇就有：“慈招铁，或引之也。”那时的人称“磁”为“慈”他们把磁石吸引铁看作慈母对子女的吸引。据说秦始皇统一六国后，在咸阳附近修阿房宫，宫中有一座门是用磁石做成，如果有人身穿盔甲，暗藏兵器，入宫行刺，就会被磁石门吸住。这个故事告诉我们，古代劳动人民很早就掌握了磁学知识，认识了磁性物体。第23页/共31页司南由
18、青铜盘和天然磁体制成的磁勺组成，青铜盘上刻有二十四向，置磁勺于盘中心圆面上，静止时，勺尾指向为南。第24页/共31页 司南是磁性指南工具的一观点一直受到学术界的质疑。首先，在论衡中，并未指出司南是磁勺子，而且，在刚认识到磁石吸铁的同时就发现其指极性不符合认识的规律，另外要把磁石加工成能指南的磁勺，要有意识地顺其南北极向磨镂。在十一世纪指南针发明以前，古文献中从未有过磁石两极以及它的指极性的记述。50年代钱临照院士曾受郭沫若之托试图以天然磁石制做勺形司南，但因天然磁石磁距小、底部摩擦大而未成功。而王振铎先生的复原物为钨钢在人工电磁场中磁化，这在两千多年前是无法办到的。现在北京的中国历史博物馆已不
19、再展出司南的模型。东北师大教授刘秉正于1956年就对司南的磁勺说提出质疑，80年代后又通过用天然磁石指极性实验以及考据指出论衡以及瓢赋中的司南是天上的北斗，而其它的文献中的司南或是指南车如鬼谷子，可能是行事的准则，也有可能指官职如韩非子。其他也有一些学者如中国科技大学教授李志超认为司南是磁石放在瓢中，杭州大学教授王锦光提出司南是磁勺子放到水银池中（论衡中的地为“池”）。2005年中国国家博物馆研究员孙机根据前北平历史博物馆旧藏残宋本论衡认定“司南之杓”杓字实为酌，那么看来“其柢指南”之柢也非指勺柄，司南是机械齿轮装置的指南车。但这些质疑还没有被科技史学界所普遍接受。第25页/共31页古代民间常
20、用薄铁叶剪裁成鱼形，鱼的腹部略下凹，像一只小船，磁化后浮在水面，就能指南北。当时以此做为一种游戏。东晋的崔豹在古今注中曾提到这种“指南鱼”。北宋时，曾公亮在武经总要载有制作和使用指南鱼的的方法：“用薄铁叶剪裁，长二寸，阔五分，首尾锐如鱼型，置炭火中烧之，侯通赤，以铁钤钤鱼首出火，以尾正对子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时，置水碗于无风处平放，鱼在水面，令浮，其首常向午也。”这是一种人工磁化的方法，人工磁化方法的发明，对指南针的应用和发展起了巨大的作用。在磁学和地磁学的发展史上也是一件大事。指南龟是当时流行的一种新装置，将一块天然磁石放置在木刻龟的腹内，在木龟腹下方挖一光滑的小孔，对
21、准并放置在直立于木板上的顶端尖滑的竹钉上，这样木龟就被放置在一个固定的、可以自由旋转的支点上了。由于支点处摩擦力很小，木龟可以自由转动指南。当时它并没有用于航海指向，而用于幻术。但是这就是后来出现的旱罗盘的先声。第26页/共31页沈括在他的梦溪笔谈中提到他对指南针的用法做过四种试验，即水浮法、缕悬法、指甲法和碗唇法。“水浮法”是把指南针放在有水的碗里，使它浮在水面上，指示方向。“缕悬法”就是在磁针中部涂上一些蜡，上面粘一根丝线，把丝线悬在木架上，针下安放一个标有方位的圆盘，静止时钢针就指示南北。“指甲法”就是把钢针放在手指甲面上，轻轻转动，由于手指甲的光滑，磁针就和司南一样也能发生指南作用。“
22、碗唇法”是把磁针放在光滑的碗边上，转动磁什，便和指甲法一样发生指南作用。第27页/共31页罗盘定位罗盘定位要确定方向除了指南针之外，还需要有方位盘相配合。最初使用指南针时，可能没有固定的方位盘，随着测方位的需要，出现了磁针和方位盘一体的罗盘。方位盘仍是二十四向，但是盘式已经由方形演变成圆形。这样一来只要看一看磁针在方位盘上的位置，就能断定出方位来。南宋时，曾三异在因话录中记载了有关这方面的文献：“地螺或有子午正针，或用子午丙壬间缝针。”这是有关罗经盘最早的文献记载。文献中所说的“地螺”，就是地罗，也就是罗经盘 第28页/共31页指南针的应用指南针的应用。北宋朱彧所著坪洲可谈一书中，最早记载了航海中使用指南针的情况，“舟师识地理，夜则观星，昼则观日，隐晦观指南针”。其后，南宋福建路市舶司(当时管理对外贸易的政府机关)提举赵汝适在所著诸蕃志中提到，“舟舶来往，惟以指南针为则，昼夜守视惟谨，毫厘之差，胜似系焉”。就在这一时期(北宋末南宋初，约为1180年左右)，中国的指南针(或者说罗盘)通过阿拉伯商人传入欧洲。此后，罗盘在世界航海事业上被广泛应用，因此才有15世纪-16世纪欧洲人的世界地理大发现。这一切，按照中国官方的历史教科书来看，由于这一渊源关系，欧洲人的指南针亦是应来“指南”。第29页/共31页第30页/共31页
