中國國寶大會-青春傳承季 P8 - 國寶物理課：巧奪天工

歡迎大家來到時空科技館 在這兒呢 相信大家會遇到許許多多熟悉的老朋友 你看 這就是被譽爲中華第一燈的長線公燈 以及我身後昂首奔騰 身姿矯健的通奔馬 今天大家遇到的每一件國寶啊 都是一部活着的物理課本 在這些國寶身上 古人不僅展現出了巧手和巧思 也融入了自己對物理世界的發現 對物理規律的運用 歡迎大家收看 由中央廣播電視總檯與國家文物局聯合制作的 尋找國寶傳送人 中國國寶大會青春傳承季 我是主持人謝盈盈 從國寶讀懂中國 尋找國寶傳送人 中國國寶大會青春傳承季 由中國工商銀行獨家冠名播出 歡迎大家和我一起踏上今天的探祕之旅 今天呢 我們將一起在國寶文物當中 來學習物理 再現中國古代科技的高光時刻 現在呢 我們來歡迎坐鎮本場的三位觀評團專家 他們是中國礦業大學特聘教授王子初 今天期待與各位同學一起領略下 咱們中華民族科技方面非常值得自豪成就 中國科學院物理研究所研究員曹澤賢 從物理學的角度欣賞文物 將爲大家打開不一樣的文化視野 北京大學考古文博學院教授陳建利 展現中國古代科技的高光時刻 結識文物中的科技密碼 讓文物在物理中活起來 歡迎三位專家老師 參與本次學習的六位國寶初中班的同學 已經就位了 讓我們用熱烈的掌聲 歡迎他們登場 有請 歡迎六位同學 物理課對於你們來說 最感興趣的哪個實驗呢 我對胡克的彈性定律非常感興趣 你把彈簧拉得多長 你所需要的力和拉開的長度是成正比的 所以我在初二的時候 我研究了一個拋石機 然後我發現 把拋石機的橡皮筋拉得越長 它拋出去的石頭就會越遠 我之前做過一個非常有意思的瓶子 這個瓶子通過控制它的瓶口小洞 以及通過改變它的壓強 可以變換出三種不同的飲料 也就是以後買一瓶能喝三種飲料 子晨呢 雖然說我目前還沒有開始物理課 但是我也有一個 我自己比較感興趣的實驗 就是我們莫子曾經做過的 這個小恐龍像 我自己曾經也這麼實驗過 亞丹 我之前做過一個跨學科實踐 是用紙板和木頭的小棒 製作了一個橋 並且去研究橋的載重 以及它不同力的支點的關係 思宇呢 我想請問的不是實驗了 你現在能夠想起來 有哪些國寶物 有可能是和物理有聯繫嗎 我記得有一個文物叫做青銅釘劍 這個應該是冰箱的功能 那若嘉呢 我們從大屏可以看到銅奔馬 它是利用重心的原理 可以讓它緊靠一個很小的一塊 在地面就能站立起來 看來我們平常去博物館的時候 能夠感受到物理定力的一些魅力 那麼今天呢 本場我們就要上國寶當中的物理課 馬上爲大家介紹本場的規則 本場六位同學共同答題 答對獲得積分 每個班級總積分最高的前兩名同學 將會進入到最後的畢業班會 答題的速度 也將作爲評分的重要參考依據 馬上開啓今天的探索之旅 在中國古代樂器當中 有一個特殊的存在 那就是迄今爲止 全世界已發現的最雄偉 最龐大的青銅樂器 曾侯以編鐘 那麼接下來呢 就請大家欣賞一段 由曾侯以編鐘的 複製品演奏的樂曲 演奏的是什麼旋律 茉莉花 因爲大家非常熟悉的一首 我們的中國的民歌茉莉花 我們都知道這個曾侯以編鐘呢 是迄今爲止 全世界已經發現的最雄偉 最龐大的青銅樂器 那麼接下來 我們就從物理學的角度 來揭示曾侯以編鐘 精妙樂音的奧祕 曾侯以編鐘 有一個了不起的成就 那就是敲擊鐘的 兩個不同部位 一個鐘能夠演奏出 兩種不同的樂音 這就是著名的一鍾雙音 請聽題 一鍾雙音 有其固定的敲擊位置 請在鐘體上 找出一鍾雙音的 兩個敲擊點 答題開始 若嘉 這道題難嗎 有一點難吧 這道題我選的是 一和四 首先我排除了這個二音 因爲我覺得這個二 它上面又有花紋 又有什麼的 看上去不是能敲擊的地方 因爲編鐘是分 正鼓音和側鼓音的 所以四是我先確定了的 然後在一和三中間 猶豫了一些 但是我看三這裏又有明文 所以我選了一 你看得很仔細 居正呢 雖然覺得這個三 上面有明文 但是我發現它明文 偏中間的位置特別淡 我懷疑它可能是 敲擊造成的 這個我非常不確定 就是因爲敲擊多了 所以磨損了 來 亞丹 這道題我也是 首先確定了位置四 但是我在一和三里面 徘徊了一下 然後最後我覺得 三那個位置可能比較大 所以我就選了三 剛纔亞丹說了 估計三也有可能 因爲它面積大 是不是更好敲擊一點呢 子晨呢 我也是首先確定 四的這個位置 但是呢 我也不知道爲什麼 我選了個二 就想的是四和二 一個左一個右 基本上大家都確定了 是四的位置 肯定是要被敲擊的 那另外一個位置 到底是在一還是三 也是我們幾位同學 特別猶豫的地方 那麼到底正確答案 是什麼呢 四的位置 這是邊中的側骨 位置一 它是邊中的正骨 正確答案是一和四 恭喜三位同學 回答正確 這個題目 對於在座的各位同學來講 確實有點難度 因爲它既涉及到 音樂的專業知識 也涉及到 音樂考古學研究的對象 邊中這種特殊的樂器 但是呢 我很高興啊 在座的各位同學 基本上都能把四找出來 四是這個邊中的側骨部 我們看這個三 在邊中上叫做正部 一般是邊中科學名文所在 那麼二的地方呢 就是轉帶 它也不是邊中的演奏敲擊點 它的敲擊點 都在邊中的口部周延這一塊 因爲邊中的中間上面是封閉的 下面是開口的 你只有敲在開口的這個位置上 它能夠很好的 引起比較充分的震動 從力學的角度來講啊 這個地方用最小的力 可以達到最好的效果 那麼一和四是答案所在 請教王老師 爲什麼能夠一鐘敲出雙音呢 好 這是一個非常有意思的 一個物理學的問題 中國跟外國都有鍾 唯有中國的樂器鐘 它不是圓形的 這個歷史很悠久 從新石器時代的陶鈴 到夏商時代的電腦 我們的樂器鐘都是扁的 由於這種結構 使它天然的有了雙擊平的性能 也就是我剛纔說的 敲正鼓部的時候 邊中正背兩塊在做對稱的震動 當你敲側鼓音的時候 邊中就都在正鼓部產生了幾點 分成四塊在做對稱的震動 這個時候就產生了側鼓音 這兩個音高低之間的關係 樂音之間相差三度 這部影片中上 有了非常多的錯經的名文 非常清楚地記載了 它發生在樂理上的一些標識 你敲擊什麼部位 他們都會給你標識 其實這就是我們在世界音樂史上 也是最完整的一次 關於音樂機理的一種記載 那麼從它的鑄造工藝上來講 也是非常偉大的一項發明 都代表了當時樂器生產的最高的事情 雙音中的鑄造跟調試技術 是我們中華民族在音樂科技方面 非常值得自豪的一個成就 因爲它體現了非常高超的 也經鑄造技術 編綜的設計能力 我給它的評價是 人類在青銅時代最偉大的作品 這個最沒有之一 沒有第二 曾厚宇編綜的一中雙音的聲學奇蹟 是令人驚歎的 但是編綜的奧祕遠遠不止於此 本題是搶答題 請聽題 請問圖片中標出的四個鍾裏 哪兩個鐘相對而言屬於低音鍾 請搶答 好 居中搶到了 我的選擇是一和二 這個我是這麼分析的 首先我們可以看到 第一件是一個非常大型的一個永鍾 然後第二件這個文物非常有名 這個是楚惠王送給他的伯鍾 第三件這個沒有看出來是什麼 然後第四件是一個小型的扭鍾 根據曾厚宇編綜的排列方式 三四上層的鐘 它的振動頻率是比較高的 然後它是屬於高音鍾 所以我的選擇是一和二 子晨如果你想到的 你的答案會是什麼 也是跟他一樣的 三吧 我覺得應該是個比較小的永鍾 有不同答案嗎 到底正確答案是什麼呢 本期的正確答案是一和二 恭喜居正回答正確 剛纔幾位同學說明對編鐘 還是已經有比較多的瞭解 超乎我的想象 回答的非常好 一號大永鍾 這個鍾在整個編鐘的下層 整個下層都是低音鍾 在中層我們可以說是有三組永鍾 中層是編鐘音樂的中音部分 那麼在它的上面有三組的小的鐘 這個鍾呢叫扭鍾 那個四號就是扭鍾之一 那麼上層扭鍾 它是高音部分 中間的三組永鍾 那麼是旋律鍾組 主要是演奏曲調用的 還有呢底下的一層大永鍾 那是低音區 主要是提供整個編鐘的低音部分 這樣呢 這個編鐘啊中高低音律齊全 咱們今天所使用的鋼琴 最大的三角大鋼琴 它的音域從低到高 一共是88個音 它包含了我們現代音樂體系裏邊的 全部樂音 但是呢 我們這個真和理編鐘都是雙音鍾 那麼一個鐘可以敲出兩個樂音 65間鍾就可以達到130個音 它的音域超過了我們今天 世界上音樂最寬的樂器 88間的大鋼琴 它的音律比起鋼琴來講 要繁複很多 請教王老師 爲什麼第二件這個鉢鍾 看起來和其他鐘不一樣呢 這個鉢呢原來在真和理編鐘 宮廷使用的時候 是沒有它的 它怎麼來的呢 這個鉢上面有明文 它記錄了當年楚輝王 鑄造這個鉢給曾侯乙陪葬的這個事件 現在我們看到 二這個鉢的位置 原來那裏是有一件大用鍾 把那一件鐘拿掉了 把楚王鉢把它掛在這個位置上 那麼替換出來的那一件用鍾 到哪兒去了呢 從二組的六號楚王鉢這個位置 把它移到了下層一組的三號 然後把原來的三號鍾 放到二號這個位置 原來的二號就是放到了 我們現在看到的那個位置 那還有一個原來的一號呢 原來的一號沒有下葬 所以今天我們發掘的時候呢 沒有找到它 曾侯乙編宗 很可能告訴我們很多的歷史信息 包括一些耐人尋味的故事 現在使用的很多的成語和詞語 其實都是來源於中國古代的一些器物 我們常說的斡旋 是指調解爭端的意思 那麼這個詞就是來自於 編宗的結構名稱 請問斡和旋分別指的是 鐘體上標註的哪兩個部分 請搶答 還是矩陣搶到了嗎 這個手可真快啊 我的猜測 斡指的是二號 然後旋指的是一號 我是根據字形來看的 這個斡呢 我的猜測 看起來就是像一個支撐一樣的東西 所以我猜測是二號的它這個支撐點 然後呢旋呢 我是根據句譯來看的 旋這個呢它有旋轉的意思 所以我猜測是一號這個點 好像可以把編宗進行旋轉 有不同答案的嗎 思雨 我覺得旋應該是三 若嘉呢 我的想法跟倪思雨一樣 我也認爲二是斡 然後三是旋 答案是否是正確的呢 本題的正確答案是 三 斡 一 旋 二號位置是永 四號位置是鍾架樑上的爬虎套環 所以很可惜 激正沒有能夠回答正確 這題不加分 斡跟旋 就是鐘上結構的名稱 這個鍾一定是永鍾 扭鍾跟鉢上面沒有斡斜的問題 鍾永的片下部的時候 有一圈凸起的環 這叫做旋 看一看 不是圓的嗎 旋轉的旋 這叫旋 另外還有一個圓環 它的方向跟旋的方向正好垂直 這個就叫做斡 現在我們可以想象一下 我們說兩個國家或者兩個什麼單位 發生了矛盾 我們要對他們進行協調 給他們調解 那麼我們要想各種辦法 做一些工作 我們可以這樣來考慮一下 做不通 我們還可以換一個角度來做一下這個工作 這就是斡旋的本意 這地方有一個非常重要的概念 就是振動的東西最怕的是和別的物體偶合 它和別的另外一個東西偶合的話 它的頻率就會變的 因此像這種鍾要有個地方把它吊起來 經過斡拴起來以後 它纔會和支架脫離 就不會引起支架的振動 也就是不影響它本身振動 也就是說它沒有偶合 我們現在講到的 這麼多的編綜上專門的名詞 是我們現代的人想出來的嗎 不是 是在兩千多年甚至三千年前 我們的老祖宗 已經把鐘上各個部位的名稱給它固定化了 那麼這套名稱 我們可以從周禮這本書的考工具裏邊 俯視這一節 你們去看 那時候我們已經把鐘的每一個名稱 都給它專業化 給它固定化了 編綜上常見的凸起是眉 這個眉的作用是什麼 這個問題我來做一個解釋 有了眉以後 這個鍾 餘音的衰減大 而沒有眉的鐘 鐘面是比較平整光滑的 那麼它的餘音就比較長 什麼叫餘音 這個好解釋 跳一下 慢慢的衰減 有了眉 沒了 那麼這個有什麼作用 大家想一想 我們在演奏一首樂曲的時候 如果說我演奏 就在演奏 所有的音都在響 想一想是什麼效果 我們可以試一下 大家一起來 一起來啊 是不是很難聽 所有的七個音在混響 那麼我們要彈一個曲調的話 剛纔講了 那就變成混響了 沒有旋律了 所以編綜作爲旋律樂器 有一個很大的缺陷 餘音太長 那麼要讓編綜演奏 比較快一點的旋律 而它們之間不產生 混響的效果的話 那麼它的餘音就要衰減掉一點 這個就是鍾眉的作用 曾厚乙編鐘 是訴說着古人的升學智慧了 而文物中的力學奧祕 同樣令人稱奇 在展開接下來的學習之前 先問問同學們一個問題 寫畢業留言冊的時候都會說 我的座右銘是什麼 有嗎 我有一個自己的座右銘 是元代範鵬的一句話 叫做人生萬事須自爲 跬步江山極遼闊 我也有一個 竹杖芒斜青山馬誰怕 一梭煙雨任平生 我的座右銘就是 我希望我能像光一樣 即使反射 也依然能夠沿着直線前行 好 我的座右銘是 草木有本心何求美人者 我覺得這就是對堅守初心 最失意的詮釋 我們如今呢 長壽的這個座右銘 它是追溯到春秋時期的魯國 相傳當時的魯國國君呢 叫做魯桓公 對一種名爲七氣 形似翻斗的容器特別喜歡 特意把它放在了 自己的座位的右側 用來時刻地警醒自己 而這就是座右銘最早的由來了 不過這傳說當中的七氣 究竟是件怎樣的器物呢 同學們好 我是孔子 兩千五百年前 我帶弟子來到魯桓公廟時 發現了這件 蘊含着魯桓公座右銘的器物 七氣 將這七氣中注入不同量的水 它會呈現出三種不同的狀態 接下來我要考考同學們 像七氣中分別倒入多少水 才能讓它呈現出這三種狀態呢 謝謝孔子 給我們的六位同學提出了這個問題 請將途中七氣的傾斜狀態和注水情況 進行連線答題開始 時間到 若佳呢 我對這個文物很有了解 因爲我當時去過孔子博物館 它有一個專門演示這個 就是七氣的情況 它裏面空的時候 它的重心是它中點的位置 在傾斜的 然後注到一半水的時候 這時候重心在偏下的位置 然後它是正的 如果灌滿水的時候 因爲它是上大下小 所以我記得是 這時候它的重心就會比較偏上一些 然後這樣就很容易就是傾覆過來 嗯 思雨的答案一樣嗎 是一樣的 因爲我之前有聽說過這個故事 滿招損千獸醫 本題的正確答案是 A3B2C1 我們要恭喜回答正確的五位同學 每人加上十分 這道題的來源呢 來自於山東區府孔子博物館 收藏的一幅明代的絹畫 這幅絹畫上呢 畫了漆器以及它的使用的場景 在這個紅色的木架上呢 裝掛三件用銅做的這些器具 這就是所謂的漆器 其中一件呢 呈稻草狀 一件呢正立 一件呢傾斜的 在這個木架的前邊 穿着一個紅色鑲邊的衣服的 是孔子 向其他幾位子弟呢 去講授 這張圖反映了孔子帶領弟子 參觀漆器的場景 這是個蠻有趣的一個裝置 其實牽扯的知識點很多 那麼第一條呢 它牽扯的是引力 引力有個說法叫萬有引力 那意思是說 所有物體之間都有引力 那麼我們這個體系裏面 驗證的就是地球引力 對這個桶啊 以及桶裏裝的水 這樣的吸引啊 表現出了一個現象 當這個一開始的時候 裏面沒有水的時候呢 實際上那個桶的掛法 它是一個什麼 是一個不穩定的平衡 但是呢 在重力下面呢 它始終是 總是能找這個平衡位置 所以說它是斜的 那麼當你裏面 加上一定程度的水的時候 那麼整體重心呢 確實是在這個掛的點之下 那麼這時候它的平衡呢 我們管它叫穩定平衡 什麼意思呢 就是在加上一定水的時候 它吊着正正的時候 你用手慢慢去扒拉它一下 就是說你改變它的姿態 它還會回到直直的朝下 這樣一個狀態 這種狀態叫穩定平衡 這個地方呢 其實給我們帶來了 很多知識和用用 你們學幾何詩裏面 就有個叫垂直 意思就是你拿線 掛一個東西的垂着 它就是直的 那麼這個地方實際上 是告訴你看不見的因素 重力是直直的朝下 要穿過地球中心的 現在你再往裏面的加水 連水帶罐這樣的一個 整體分佈呢 它的重心就一直在漲高 慢慢就進入了一個 不穩定平衡 這個平衡呢 你碰一下 它就遠離平衡了 它就輕浮了 就倒出來了 那生活中有什麼現象 能體現重心的神奇呢 這是常見的一個小玩具 那麼我們會看見 它很輕鬆就能平衡 大家肯定猛一看就覺得不可能 因爲什麼你看到的是什麼 是視覺的效果 但是實際上呢 這個物體本身 我們說的是它的質量分佈 而這個物體的質量分佈呢 就很有講究 因爲它不同地方的物體的 比重是不一樣子的 這一個物體 現在它是平衡的 大體上呢 它的重心呢 應該在我這個支撐點之下 你按它下去的時候 你會發現它自動又回來 這是個穩定平衡 奧米就在前端 這個地方是另外一種材質 非常沉的 當你讓這一個小鳥 看似是往下 往下走的時候 而實際上它的重心是往上抬了 這就是平衡 從國寶讀懂中國 尋找國寶傳送人 中國國寶大會青春傳承記 由中國工商銀行獨家冠名播出 傳承華彩一路向前 弘揚大美中國 馳騁遼闊山河 中國國寶大會青春傳承記 由中國工商銀行獨家冠名播出 現在讓我們通過一段視頻 來登上北嶽衡山的懸崖峭壁 走進神奇的懸空寺 在山西衡山的懸崖峭壁之間 懸掛着一座奇絕的建築 它就是懸空寺 作爲中國現存最早 保存最完好的木結構 磨崖建築組群 它距離地面約六十米 相當於二十層樓高 仰觀之際 四十間殿閣 就像嵌入懸崖峭壁的寶盒 上下錯落井然有序 危樓高白池 守可摘星辰的意境 在此具象化 懸空寺在令人驚歎的同時 也在無數人的心中 寫下了一個又一個的問號 請聽題 請仔細觀察以上三個標識點 辨識真正對懸空寺 起到核心重量支撐作用的 是哪部分結構 A 衡量 B 立柱 C 木板 答題開始 我們幾位同學 有沒有人去過懸空寺 我去過 來 思雨 我的答案是A選項 它會把木頭釘進山崖裏 然後當人在這邊走的時候 會形成一個向下的力 山就會壓住它 所以它會比較穩 然後更好地固定在這裏 我選的是B選項 我看到B這個立柱 因爲它是豎着的 我覺得可能就會跟它 重心的方向有一個支撐的力 所以我就選了B 我親身去過懸空寺 它的那個立柱 有的是懸空在山崖上的 所以說B選項肯定不是 因爲如果它是主要的支撐力量的話 它是肯定不能是懸空在那的 我選的是B 但是我看了看以後 我覺得應該選A 我之所以選B 是因爲當時我沒有看到 這A插入岩石的這一部分 我的選項是A 看到子晨剛剛說了 我也看到它被擋住了 然後我比他稍微仔細了一點 然後我就看到它是插進去的 那麼這個時候 它構成了一個槓桿 這邊的這個整個懸空寺 它是作用在這個槓桿上的 幾位同學 有人去過 有人沒有去過 去過的用實踐的看到的 來進行判斷 沒有去過的 用力學用槓桿的原理來判斷 那麼正確答案到底是什麼呢 途中的A 衡量 B呢是立柱 而C呢是讓人行走的木板 所以這道題的正確答案是 A 我們恭喜 樂嘉 思雨 雨沫 以及居正 四位同學 我們生活在地球表面上 是不是已經有一個重力 或者說叫萬有引力 一個四 它所謂的懸空 那一定有來自哪個地方的支撐 所以說呢 這個支撐呢 實際上是有很多根 插入這個山體裏面的橫樑 插進山體裏面的這麼長的橫樑 每一點啊 實際上都可能是受力的 這樣的很多根支撐的這個梁 就把我們的懸空四 當做一個整體的重量 給支撐起來了 而至於說那些立柱 那個立柱屬於這個四 內部本身的一個部件或者零件 至於提到的有些立柱本身 它根本就是懸空的 這樣的一個東西 實際上恰恰是可以做阻尼器 同學們將來你們會學到 一個物體震盪的時候就會知道 一個東西如果是震動起來 我們特別希望它趕緊停下來 別震動幅度那麼大 那麼這樣的一個體系裏面 就會有一部分結構會當做阻尼器 你們有空去高樓 在高樓頂部往下 差不多是四五層或五六層的地方 而那個部分就是大樓裏面的阻尼器 簡單來說就是懸吊着一個軟連接的 一個特別重的物體 當地基晃的時候 你會發現我們這個建築的擺動幅度 不是很大 實際上打個洞呢 你插了一個木樑的話 它是不可能嚴絲合縫的 我們中國古代這個建築裏面 特別酷的地方 是在這個梁的一端 會劈開一個口 加一個蠍形 等塞到頂部的時候 然後你再往裏敲擊 那麼因爲前面已經沒地方去了 所以這個劈形東西就會直接插進去 這個梁啊就直接往外膨脹 就是類似現在膨脹螺絲的這個工作原理 使得它呢能夠在洞裏卡死 那現在的加工件要求就是密配 我一個螺桿塞到一個 比方說一個孔裏面 你連痕跡都看不出來 我們現在的加工精度到了微米以下級 這個古代想你在岩石裏面 要想打差不多三四米的這樣的深的洞的話 這個是最艱難的地方 一旦把洞打成了以後 只要把梁塞進去 那麼這樣一個木質結構的四的建築 對於中國的古人來說不是困難的事情 我們看到玄宮寺的它的建築的格局呢 非常有意思 主體的建築呢 它在這個斷崖上的凹進去的一部分 它可以遮擋一部分的陽光光照的作用 對建築的損害呢 能夠降低 那麼當然因爲山形地勢的作用呢 狂風而來的時候 我們建築所在的位置呢 恰恰是風力最小的地方 那麼這樣的話也可以減少外力對這個建築的衝擊 一個文物如果沒有了風吹日曬 那麼他們的保存環境呢 就會變好 其實呢也是延長他們的壽命 這也是古人玄之的一個智慧 玄空寺是古人巧妙運用力學原理 藉助地形形式以及材料特性創造的建築奇蹟 正如古人運用物理智慧讓建築屹立不倒 比亞迪的天神之眼輔助駕駛系統 以現代科技指明出行的路途 通過多元感知與智能決策 如同爲汽車賦予了智慧的眼睛和大腦 實現精準定位與路徑規劃 在複雜路況中爲車輛提供毫秒級的行駛指引 從玄空寺的鬼斧神工到賦能汽車的天神之眼 變化的是載體而不變的是製造萬物的精神 從玄空寺出來之後呢 我們就要進入到下面一道題了 我們通過一段視頻 來了解一下人類發現火利用火的歷程 一把火劃破遠古的黑暗 它驅散寒夜帶來溫暖 使得人類能夠烹飪食物 提高了人類的生存能力 推動人類進化與文明發展 最初人們從偶然發生的傷火中獲取火種 直到先祖們發明的磚木取火 才實現了用火自由 後來的金碎火鐮等取火工具 都展現了古人對火的滋滋追求 也是文明進步的生動見證 我們現在去野外 如果沒有打火機也沒有火柴 那怎麼辦 之前我去玩的時候 因爲我們想吃燒烤 沒有帶火種 就拿了兩根木頭來 然後有一根木頭裏面是斷了個孔 然後他就那磨磨磨磨了磨了 我也忘了有多久了 竟然真的是磨出火來了 來雨沫 我們一家都是露營愛好者 有的時候想要生一堆苟果的花 試試打火石也可以 我們之前學校去野營 打火機給忘記帶了 我們班有一個非常喜歡科學的同學 他就用禿頭鏡把固體酒精點燃了 那如果陰天怎麼辦 那趕緊去買打火機 所以這道題就和天氣和取火有關係 請聽題 本題是多選題 古人根據不同的天氣條件 發明了不同的取火工具 請問 以上文物當中哪兩件 可以用於陰天取火 答題開始 來若嘉 這道題我選的是A和D 說的是陰天取火嗎 那時候沒有陽光 所以首先排除這個C 然後就想這個B 看上去像個鏡子一樣的 我覺得它應該也需要陽光才能取火 所以我就選了A和D 陰天應該不是下雨的時候 所以那個鑽木取火 應該是也能取出來火的 思雨呢 我的選項也是A和D 亞丹呢 我和他們一樣 也選的是A選項和D選項 B和C選項呢 它們是金屬製的 那麼我就推測應該是會藉助陽光 用它的反射之類的 這個我確實沒有分太清楚 那D選項應該是一個火摺子之類的吧 同學們的回答是正確的嗎 A選項是古人使用的鑽木取火器 取火靠的是摩擦生熱 不受日光限制 B呢是干擾項了 它是西漢的見日之光鏡 和取火沒有關係 C呢是遼代的陽穗 它取火的原理呢 是利用凹面鏡聚集日光 陰天啊是不太好用的 D呢是清代的火鐮 通過鐵片擊打火石的摩擦產生火化 所以這道題的正確答案是A和D 滿堂彩全部答對 每位同學加上10分 鑽木取火 這個四個字已經聽了太久太久了 那它的原理是什麼呢曹老師 鑽木取火實際上要分成兩部分看 一方面是鑽木這個過程 這個摩擦過程呢 會把我們的做工轉化成熱 因此呢造成局部的溫度升高 第二個過程就是對於某些物質來說 當它處於這樣的高溫環境裏面呢 它可能就會發生燃燒了 這就是爲什麼 我們把物質會分成易燃物 有些是不易燃的問題 摩擦生熱的時候 往那木頭裏面放一些容易燃燒的 一些木屑啊紙片啊 或者你再加點硫磺之類的 那麼特別容易點燃了 火鐮團裝呢 其實最重要的兩個物件 一個是隨時 一個是鐵片 那麼隨時和鐵片撞擊的時候呢 高速的這個運動之後呢 兩個物體之間發生摩擦的作用 一方面 那麼可以把隨時 隨時主要是二氧化硅 把二氧化硅表面呢 特別有一些劃痕 一些二氧化硅的一些微屑 會剝離出來 那麼它把機械能啊 可以轉變爲熱能 發熱發光變成火星 但是呢 我們鐵片呢是鐵碳合金 這些在高溫摩擦過程中間呢 這些鐵片上的一些鐵屑呢 也可能被刮削出來 那麼在高速的運動下呢 它的運動能 就會轉變爲它的熱能的一部分 說明了刮下的這些鐵屑呢 也可以把它變成鐵火花 所以呢 有兩種的可能性 就是我們的隨時片和我們的鐵片呢 二者都可以產生這些高溫的顆粒 那麼把這些高溫的顆粒 放在我們的易燃的火鐮上呢 就可以引燃 我們這看到了B選項和C選項 其實都是鏡子 但是呢它的功能不一樣 那爲什麼 陽穗就能夠點燃火花 B就不能呢 我不知道各位同學 仔細看沒看這個鏡子和陽穗 在結構上有什麼差別 如果你們去博物館 看到都是背面 有花紋的一面 如果我們把它翻過來 應該是什麼樣子的 是平面的 還是凹面的 有的鏡子會有微凸 對平面的鏡子非常少 更多的鏡子呢 比較小 它做成凸面鏡 就可以把整個人面給照全 其實這個就利用了 我們光線的反射的原理 陽穗呢是個凹面鏡 我們的光線是直線傳播的 太陽光 它是有能量的 通過鏡面的反射呢 轉變到焦點上 那麼焦點上呢 它能量是最高的 那這個時候呢 我們就可以把我們的易燃物 放在這個凹面鏡的焦點上呢 就會引燃它的物質 一般用的鏡子是凸面鏡 我們的陽穗是凹面鏡 我們的B和C 這兩個最重大的差別 就是它鏡面的區域不一樣 第二件器物呢 它是收藏於上海博物館的 見日之光銅鏡 古人呢又稱爲透光鏡 當陽光照射鏡面時 鏡面反射的光斑上 會出現與鏡背完全相同的花紋 這是因爲在鑄造過程中間 鏡背薄的地方先凝固 鏡背比較厚的地方呢 凝固的速度連慢 這樣一來 光華的鏡面上 就形成了肉眼看不見的 小凸起和小凹陷 有花紋的地方厚 變形小 沒花紋的地方薄 就會凸起來 剛好和鏡背的花紋對應 當光線照射到鏡面時 鏡面平坦的地方 反射的光很集中 看着就亮 那些微微凸起的地方 反射的光會散開 看着就暗 所以透光鏡 並不是將鏡子背面的花紋 透出來 而是將鏡面的這些凹凸起伏 反射到牆上 形成與背面相同的花紋 給人以銅鏡透光的錯覺 接下來我們再來看下面一道題 古人呢憑藉着敏銳的觀察力 他們逐漸從自然現象當中 發現了物理規律 我們再來看看 他們是怎麼樣利用熱血現象 創造出日常生活器物的 請聽題 請問以上文物在設計原理上 與熱傳遞原理密切相關的 是哪幾件 答題開始 每道題答題完之後呢 我就特別喜歡看 同學們臉上的表情 當每個人都正瞪着大眼 看着我微笑的時候就發現 這道題對於他們來說不難 是吧 居正 還行吧 這道題目 我的選擇是BCD 這個二呢 我看起來像這個戰國兵艦 它的功能有點像我們現在的冰箱 第三個呢 我看到過這件文物 它下面的是可以加入這個火種 來對上面這個耳背裏面的 食物進行加熱 第四個呢 是一個油燈 下面的這個下層呢 它放的是水 然後通過呢 這個水給油降溫 所以我的選擇是BCD 好 子晨呢 你的答案一樣嗎 我的答案也是一樣的 我覺得這道題 特別是D這個選項 對我來說非常友好 因爲我在成都博物館 做一個小小講解員嘛 D這是一個省油燈 在我們博物館裏邊 就有一個這樣的展品 你對於這件展品 講解過嗎 講解過 那給你30秒的時間 給我們介紹一下這件省油燈 我們四川地區 非常流行這種燈 它是有一個兩層結構 上面是點燈的地方 中間是一個夾層 左邊有一個像虎嘴的地方 這個地方是可以加入冷水的 我第一時間 看到這個文物的時候 我的第一個反應是四個字 就是節能環保 因爲用燃油點燈的時候 下面加入冷水 可以減緩這個燃油 它揮發的一個速度 從而使同樣的油 能夠燃燒更長的一個時間 所以說也是一個 明顯的熱傳遞原理 BCD是不是正確答案呢 正確答案是BCD 恭喜六位同學都回答正確 每人加上10分 我們人類爲什麼要利用熱 其實我們每個人都要想 我們每天需要消耗多少能量 這些能量就是一種熱 我們的熱傳遞 是我們物理學上的能量傳播的 一種重要的方式 熱傳遞主要有三種形式 熱傳導 熱輻射和熱對流 那麼熱傳導 就是通過固體的 從高溫到低溫的 一個能量的傳播過程 那麼熱輻射 指的是一部分熱能 以電磁波形式 從一個物體輻射出來 在真空中它是可以傳播的 那麼我們的熱對流 它需要一定的可以流動的介質 比如我們的空氣 比如我們的水 那麼這個從高溫到低溫 它有一個溫度差 它們的體積會發生一些變化 就會一些流動 就會一些運動 這個它通過流體的作用 起到能量的熱量的傳播的作用 所以我們的熱的傳遞 有這三種形式 那麼其實古人在做器物的時候 他們也有很多的一些 自己的一些發明創造 那麼A選項這個盤 有什麼神奇之處呢 在倒水的時候 衝擊到盤內的小動物上 它這些小動物 它會旋轉 回答得非常好 那麼B這件器物 這個冰劍 最後一幕裏面 出土了冰劍 這個劍斧 外邊是劍 中間是個斧 那麼劍和斧之間 它有空隙 那麼在使用的時候 可以把冰 放在這個劍斧之間的空隙裏面 那麼如果這個斧裏面 盛上酒 冰吸收熱量 它會融化 通過熱傳導作用 溫度高的酒 熱量就會傳導到 這些冰的部位 這個冰吸收的熱量之後 就會融化 那麼這個時候 就可以起到 降低酒的溫度的作用 當然我們也可以 用加熱的方式 那麼把鎖裏面的酒 可以加熱 C這件器物 是南昌漢代海昏侯墓裏面 出土的一件 類似於我們今天的火鍋 那麼我們在下部 可以加熱 加熱 我們就可以通過 熱對流的方式 就可以從燒火的地方 把能量 傳播到上部的 這個器皿的器臂 那麼起到一種 加熱的作用 宋代的瓊瑤生產的 這件省油燈 利用了熱的一種原理 我們知道燈點燃的時候 它會消耗燈裏面的燈油 在燃燒的過程中 它就會提高燈油的 它的溫度 我們知道 一個液體 如果溫度要高 它的液體內部分子 從液體中 逃逸的幾率就越高 也就是我們的 揮發的作用越強 如果在燈油的下面 再加上一層水 起到它的降溫的作用 那就會減少 我們燈油的揮發 那麼就起到省油的作用 這就是我們省油燈的原理 所以在宋代的時候 這種省油燈 是當時每個人 都非常喜歡的一種物件 陸游在離開四川之後 也一直對當地的 這種省油燈念念不忘 在他的一些文章中間 還寫了一些 他的使用技法 他的使用場景 你或許很難想象 早在2000多年前 古人就已經用上了 和我們現代廚具功能 相近的廚房神器 這究竟是什麼呢 請聽題 這是一件西漢的銅鼎 器身呈橢圓球形 頂蓋上有四隻小利獸 三足是敦利的小熊 請問它在烹飪中 運用的物理原理 和以下哪件 現代廚房用品最相近 A蒸鍋 B高壓鍋 C烤箱 答題開始 我的選項是 B選項高壓鍋 首先A選項 古代的蒸鍋 應該是有一個 特別的名字叫做眼 它的下半部分是正 中間是B 上半部分是利 而且蒸鍋是分體的 所以我覺得 這個A蒸鍋 肯定是不對的 我覺得那時候 可能是沒有烤箱 然後C和B 我就賭了一把 覺得可能更 跟我們現在家中的高壓鍋 外形上更相似一些 於是就選擇了B高壓鍋 糾正一下 你弄反了 應該是下面是利 上面是正 所以我最後還是選了A 亞當那你的選擇是什麼 我也是B 我就在A和B裏面徘徊 我想A蒸鍋 那蒸這個比高壓鍋 好像就是要簡單 容易掌握一點 我對我們古人 有足夠的自信 所以我就選擇了B 到底正確答案是什麼呢 西漢三雄族童 頂在密封之後 在加熱的過程當中 頂內水蒸氣 是難以溢出的 會使頂內氣壓升高 從而達到 類似於高壓鍋的烹飪效果 所以本題的正確答案是 B高壓鍋 恭喜若嘉思雨亞丹 居正以及子晨 這道題回答正確 所以其實曹老師 我們知道這個高壓鍋原理 是因爲它的密封性 要特別強 從而在煮沸的過程當中 才能使這個罐內的氣壓升高 是這樣嗎 當我們把水溫度 加熱的時候 它外面的水相應的 它的蒸氣壓也在增加 如果是我們的這一個器皿 是開口的話 那麼它的氣壓 始終維持着 和旁邊的大氣壓相似 這就使得我們的水的 能夠加熱的溫度 只能到100度了 而如果我們把這個空間 給做成密閉的 我們就可以把這個系統 溫度加的很高 蒸氣和水的溫度 都是能夠增加的 都可以超過100度的 這樣的話 不管是蒸和煮 都可以更有效地 加工食物 剛纔從各位同學的回答中 我就很欣喜地看到 你們對古代的這些石器 它的功能 認識得其實非常深刻 那麼這件雄族的銅鼎 它的構思非常巧妙 它的鼎蓋上 有四個小獸 那麼它的鼎耳上面 也有兩個可以活動的小獸 可以旋轉 那麼我們在使用這件鼎的時候 先把鼎耳 給它打開一個好的角度 讓鼎蓋能夠放下去 那麼把鼎蓋放上去之後 把鼎耳上的小獸 再放下去 再稍微旋轉一下 可以卡死 在煮肉的時候 蒸氣就會有一點壓力 那麼我們因爲鼎上兩件小獸 可以讓鼎蓋 更好地和鼎身貼合 在鼎的口沿 和鼎的蓋上 都有一圈凸起的一個紋飾 其實這兩種紋飾 也起到一個密封的作用 那麼所以在某種程度上 在使用的過程中 那麼可以減少水蒸氣的 散液的程度 那麼事實上就起到一個 提高它的鼎內的壓力的作用 有專家對這件銅鼎 進行了一比一的複製 那麼也進行了蒸煮的實驗 他在裏面放了雞塊 那麼加熱半小時之後 就發現這個雞肉 也完全地酥爛 到漢代的時候 隨着修養蒸汽 隨着物質資源的豐富 各種食材也非常多 那麼對各種食材的 加工的要求也比較高 那麼食材在裏面加工的時候 溫度比較高 加工的時間比較短 它香味更好地保存下來 當然這種精密的器具 能夠被生產出來 其實也是和我們中國 傳統上的非常先進的 鑄造技術密不可分 其實我們從商代開始 中國就有非常好的 高超的青龍器的鑄造技術 那麼怎麼樣把各個零配件 更好地組裝起來 鼎身和口沿和頂蓋 如何更好地密封起來 它裏面有設計的非常多的 設計的思路和設計的技巧 食材的豐富 還有我們製作器物 這種技術的積累 所有的各個因素 能夠造成我們 把這個漢道的高壓鍋 給生產出來 我們這堂物理課就上完了 不僅如此 我們國寶初中班的四節課 也都全部結束了 那麼最終四堂課之後 哪兩位能夠進入到 我們的畢業班會呢 恭喜若嘉 恭喜思宇 兩位同學進入 我們最終的畢業班會 大家能夠得到 今天這樣好的成績 這個我想我們中華民族 無論是科技還是文化 後繼有人 非常欣慰 我覺得三雄族銅鼎 是給我印象真的非常深刻 我真的理解到了 爲什麼這個水的沸點 是根據這個氣壓的增大 而增大的 同時我也理解到了 我們這個在生活中 實踐一些知識 比如說下廚房 對於我們的學習 有多麼重要 今天我對漢代的那個銅鼎 有了更深刻的認識 就是我發現 竟然在漢代 就有類似高壓鍋的存在了 讓我十分地震驚 我現在是一個 還沒有開始上物理課的人 所以說我接觸到這些事物 是比較新鮮的 我覺得這確實是個運行 而且是一個深度運行 那麼我們初中班的學習 到這兒就告一段落了 在下期節目當中 我們將會進入高中段的學習 請大家繼續關注 今天呢 我們從物理學的視角 解讀了國法文物中 所封存的科學信息 如今嫦娥五號探測器 已經登上了月球 送回了月壤 祝榮號火星車 已經漫步火星 傳回了照片 港珠澳大橋 如巨龍臥波 書寫跨海攻城的奇蹟 中華民族可勝九天攬月 刻下舞陽捉鱉的願景 正在逐步轉換爲 可觸可感的現實圖景 我們在享受科技成就的同時 也不要忘了 我們今天科技創新的基因 來自於中華民族 一脈相承的探索精神 和對世界永不滿足的好奇 而這同樣 也是珍貴的國寶 中國國寶大會青春傳承記 由中國工商銀行獨家冠名播出 奮進偉大時代 服務千行百業 融入燈火萬家 中國工商銀行 從國寶讀懂中國 尋找國寶傳送人 中國國寶大會青春傳承記 由中國工商銀行獨家冠名播出 我們下期節目再見 一盞燈 從遠古點燃 文明的光 照亮了五千年 上晝的心痛腐舊 古老的命運 是永恆的誓言