1樓：機電人文摘
北宋東京的一次煙花表演
匯入框中的煙花故事，是根據曾在北宋都城東京開封居住過的孟元老的《東京夢華錄》改編的。該書記載：那時開封城裡演出雜技百戲，軍士們裝成各種模樣，手持**和盾牌出陣對舞，“忽作一聲霹靂，謂之爆仗。
則蠻牌者引退，煙花大起。……或就地放煙火之類，又一聲爆仗，樂部動拜新月慢曲，有面塗青綠戴面具金睛……又爆仗一聲，有假面長髯、展裹綠袍靴筒如鍾馗像者”。這裡敘述的一千多年前的宋朝遊樂場面，頗近乎西方的萬聖節，人們都戴著假面具。
可注意的是，當時燃放煙花爆竹已很盛行。我國科技史家潘吉星認為，這些煙花爆竹“是用固體火藥為原料”製成的。本課匯入框中所繪古代火箭**，是2023年金軍在開封抵禦蒙古軍時用的，是當時的大火箭“飛火槍”。
此圖採自《中國火箭技術史稿》。
活字印刷的發明
北宋中期，約1041—2023年，畢昇發明了活字印刷術。關於畢昇的生平事蹟，歷史上沒有記載。只有沈括在《夢溪筆談》一書中介紹活字印刷術時，提到畢昇是個“布衣”，也就是說畢昇是個普通老百姓，沒有做過官。
下面是《夢溪筆談·技藝》中有關畢昇發明活字印刷術的記載：“慶曆中(1041—1048)，有布衣畢昇，又為活板。其法用膠泥刻字，薄如錢脣，每字為一印，火燒令堅。
先設一鐵板，其上以松脂、蠟和紙灰之類冒之，欲印則以一鐵範置鐵板上，乃密佈字印。滿鐵範為一板，持就火煬(yáng，熔化)之，藥稍熔，則以一平板按其面，則字平如砥。若止印三二本，未為簡易；若印數十百千本，則極為神速。
常作二鐵板，一板印刷，一板已自布字，此印者才畢，則第二板已具，更互用之，瞬息可就。每一字皆有數印；如‘之’‘也’等字，每字有二十餘印，以備一板內有重複者。不用則以紙貼之，每韻為一貼，木格貯之。
有寄字素無備者，旋刻之，以草火燒，瞬息可成。不以木為之者，木理有疏密，沾水則高下不平，兼以藥相粘，不可取，不若燔(fán，燒)土，用訖再火令藥熔，以手拂之，其印自落，殊不沾汙。升死。
其印為予群從所得，至今寶藏。”畢昇的發明在當時沒有得到重視，這樣一位偉大的發明家，除了沈括將他的名字記載下來，在歷史上再無蹤跡。畢昇死後，他發明的部分泥活字被沈括的晚輩所獲得，才引起沈括的重視，並把這發明記錄下來。
中原的活字印刷技術，後來傳到寧夏、新疆等地，在西夏和回鶻也都使用活字印刷。2023年寧夏出土的《吉祥遍至口和本續》西夏文木活字印本，為我國現存的最早木活字印刷品，刻於1160～2023年。
活字印刷術後來陸續傳到世界各地
約在13世紀，我國活字印刷術就傳入朝鮮半島。朝鮮高麗王朝末期，已開始使用金屬活字印刷，到李朝獲得大發展。日本直到16世紀，才開始有活字印刷術，是壬辰(2023年)日本侵朝戰爭後由朝鮮傳過去的。
當時日本從朝鮮帶回數以萬計的銅活字和鑄字工，從此日本有了活字刊印本。中國活字印刷傳到越南更晚至19世紀。我國活字印刷術傳到歐洲在15世紀，是從我國新疆沿中亞、西亞逐步傳到歐洲的。
1450～2023年德國谷騰堡用金屬活字印出歐洲第一套《拉丁文文法》。我國科技史專家潘吉星先生指出：“谷騰堡完成其活字試驗所處的時代，正是中國印刷術在歐洲傳播和進一步發展的一個高潮。
而在谷騰堡時代我們仍能看到中國的技術影響。”(《中國科學技術史·造紙與印刷卷》)。
指南針的發明
戰國時期，我國人民已經發現磁石指南北的特性，製出了“司南”。《鬼谷子·謀》記載，鄭人外出採玉，帶了司南以便不迷失方向；《韓非子·有度》記載，“先王立司南以端朝夕”，用司南確定準確的時間。這些說明司南在當時已在多方面得到應用。
但是，由於司南是用天然磁石琢磨而成，磁性較弱，加上轉動時與底盤摩擦力較大，指南效果比較差，長期未能得到廣泛應用。北宋初期，人們發現了人工磁化法，用天然磁石摩擦鋼針，製出指南針。關於指南針的裝置方法，沈括的《夢溪筆談·雜誌一》記載約有四種：
把磁針橫貫燈芯浮於水上，把磁針架在碗沿上，把磁針放在指甲上，用縷絲綴住針腰掛在空中。其中以縷懸法的靈敏度最高。它的具體裝置方法，是將縷絲的一端用蠟粘在磁針腰部，另一端懸在木架上，針下放一個標有方位的圓盤，靜止時針便指向南北。
這種懸掛型的指南針，基本上確立了近代羅盤的構造。以後，人們學會把指南針固定在方位盤裡，製出了羅盤針。當時的羅盤還是水羅盤，即將磁針橫貫著燈芯浮在水面上。
水羅盤在南宋時已得到普遍使用。至於旱羅盤，我國到了明朝嘉靖年間(1522—1566)時才出現。
火藥是由我國古代煉丹家發明的
在南北朝時，我國煉丹家陶弘景在《本草經集註》中就提到“消石”(即硝石)燃燒：“以火燒之，紫青煙起，雲是真消石也。”科技史家潘吉星認為：
“由於硝石和硫黃都可當藥物，所以把硝、硫、炭構成的****混合物叫作‘火藥’。”9世紀寫成的我國道教煉丹書籍《真元妙道要略》也有關於火藥燃燒的記載：“有以硫黃雄黃合硝石並蜜燒之，焰起燒手面及燼屋舍者。
”火藥用於軍事
火藥的重要性是在軍事應用中顯示出來。火藥**的應用，開始於唐朝末年。唐末和北宋的火箭，是在箭頭附近裝上用火藥製成的燃燒物，點燃後用弓射向敵營，延燒敵人的營房、軍械和人員。
火炮是用拋石機把火藥製成的**物拋向遠方，**物中混有鐵片一類殺傷物或致毒藥物，以殺傷敵人。南宋時出現了管形火器。《宋史·兵志》記載，宋理宗開慶元年(2023年)，防守壽春(今安徽壽縣)的士兵發明了突火槍，“以巨竹為筒，內安子窠(kē)，如燒放，焰絕然後子窠發出，如炮聲，遠聞百五十餘步”。
子窠就是原始的子彈，突火槍是世界上最早的管形火器，它的發明大大提高了火器發射的準確率。元朝初年，出現了用銅或鐵製成的大型管形火器，統稱為“火銃”。
金軍使用震天雷
2023年4月，蒙古大汗窩闊臺命大將速不臺率軍以火器和拋石機圍攻金都城開封，金守將赤盞合喜令部下以火器“震天雷”和“飛火槍”抵抗，雙方了六晝夜激戰，死傷甚巨。金人終於守住了都城。《金史》記載當時的戰況說：
“其守城之具有火炮名‘震天雷’者，鐵罐盛藥，以火點之，炮**發，其聲如雷，聞百里外，所圍半畝以上，火點著鐵甲皆透。……又有飛火槍，注藥，以火發之，輒前燒十餘步，人亦不敢進。蒙古兵惟畏此二物。
”指南針、火藥傳入歐洲
指南針發明以後，我國人民首先把它應用在航海事業上。南宋時候，阿拉伯商人和波斯商人，經常搭乘我國的海船往來**，也學會使用指南針。他們又把指南針傳入歐洲。
指南針的應用推動了歐洲的航海事業。
南宋時，火藥傳到阿拉伯；蒙古西征時，火器也傳到阿拉伯。歐洲人首先是西班牙人，在13世紀後期通過阿拉伯人的著作才知道火藥。14世紀初，阿拉伯國家攻打西班牙時，使用火藥和火器，歐洲人於是開始接觸到火藥和火器，並學習製造。
2023年英國開始製造鐵火瓶，2023年法國開始製造裝火藥的鐵罐，這是歐洲應用火藥和火器的最早記錄。
沈括 沈括(1031—1095)，字存中，錢塘(今浙江杭州)人。北宋傑出的科學家。他出身於封建官僚家庭，青年時代即在沭陽(今屬江蘇)任主簿，大力修治沭河，灌田70萬畝。
宋仁宗時中進士，授職揚州司理參軍，因熟悉天文學，還命其兼管司天監事，負責觀測天象和修訂曆法，提出了與現今陽曆相似的“十二氣歷”。宋神宗時參加過王安石變法運動，時常出京到各地察訪新法實施情況，先後到過兩浙、河北等地，還奉命出使過遼國。每到一地，都留心觀察自然風物和風土人情，隨時做記錄。
他由浙江雁蕩山的地形，認識了水的侵蝕作用；從太行山岩石中海洋生物的遺蹟，推知山東的陸地原為海洋。他博學多才，對科學、技術、文學、藝術和歷史、考古等都有較深的研究。晚年，定居於潤州(今江蘇鎮江)，修築夢溪園，舉平生見聞，撰《夢溪筆談》一書。
《夢溪筆談》
《夢溪筆談》是沈括集科學研究、社會考察、文史掌故以至街談巷議、奇聞異說等，兼收幷蓄寫作而成的。該書完成於11世紀末。包括《夢溪筆談》26卷，《補筆談》3卷，《續筆談》1卷，共30卷。
全書分為故事、辯證、樂律、象數、人事、官政、權智、藝術、書畫、技藝、器用、神奇、異事、謬誤、譏謔、雜誌、藥議共17目，609條，是一部綜合性的著作。其中最有價值的是自然科學和科學技術部分，有二百多條，包括天文、曆法、地理、製圖、地質、氣象、數學、物理、化學、水利、建築、冶金、醫藥、農業、動物、植物以及**製造等，足以反映北宋的科學水平。
郭守敬郭守敬(1231—1316)，字若思，順德邢臺(今屬河北)人。元朝天文學家和水利專家。他的祖父郭榮“通五經，精於算數水利”。
郭榮曾讓郭守敬拜當時天文、地理專家劉秉忠為老師。郭守敬32歲那年，劉秉忠的老同學張文謙將郭守敬推薦給元世祖。元世祖召見郭守敬，郭守敬面陳發展華北水利的六項建議，每奏一項，元世祖都嘆曰：
“任事者如此，人不為素餐矣。”當即授提舉諸路河渠。不久，郭守敬隨張文謙視察寧夏一帶，修復了不少古渠，提升為都水少監。
元朝初期，承用金朝的大明曆。大明曆的誤差已很顯著。至元十三年(2023年)，元世祖下令由太子贊善王恂、都水監郭守敬領導，設立太史局，召集南北歷官，修訂新曆。
並且命御史中丞張文謙、樞密副使張易主管此事。王恂主要負責曆法本身。郭守敬主要負責儀器和觀測。
郭守敬創制了近二十件天文儀器，主持了大規模的測量，他自己也作了許多觀測。經過四年努力，新曆告成，被命名為《授時歷》，於至元十八年(2023年)頒行。就在這一年，王恂病故，當時尚有許多材料尚未整理定稿。
郭守敬花了兩年時間，最終寫成定稿。
晚年，郭守敬又轉歸水利工作。至元二十七年(2023年)春，他領導整修大都至通州的運糧河，經一年多的時間，運河修通，定名通惠河。為了解決通惠河水源不足的問題，郭守敬主持修築了白浮渠，“引北山(今北京昌平神山)白浮泉水，西折而南，經甕山泊(今北京昆明湖)，自西水門入城，環匯於積水潭”。
充足的水源，保證了漕糧船只可以直接駛入大都積水潭，積水潭上出現了“舳艫蔽水”的盛極景象。
圖畫說明
畢昇 這是2023年王鳳祚根據歷史記載進行想象而創作的塑像，現陳列在中國歷史博物館。畢昇頭戴軟腳襆頭，身穿圓領長衫。他右手託著一塊活字版，左手拿一塊活字，完全沉浸於忘我的工作狀態。
轉輪排字
這是元代王禎發明的轉輪字盤，用於分類排放活字字模。字盤為圓盤狀，分為若干格，活字字模依韻排列在格內。字盤下有立軸支承，立軸固定在底座上。
排版時兩人合作，一人讀稿，一人轉動字盤，方便快捷地取出所需要的字模排入版內。印刷完畢後，將字模逐個還原格內。這一改革，既提高了揀字效率，又減輕了勞動強度。
漢朝的司南模型
司南模型是後人根據史書記載以及地下出土的漢代地盤實物製成的。司南的地盤是用青銅做成的，內圓外方，中心圓面磨得非常光滑，中心圓外依次佈列八卦、天干、地支和二十八宿，共計24個方位。中心的小勺是用天然磁鐵磨成的，磁鐵的正極磨成長柄，勺頭底部是半球面，非常光滑。
使用時把磁勺放在地盤中間，用手轉動勺柄，等到磁勺停下來，勺柄所指的方向就是南方。這種司南直到8世紀仍在使用。這裡的司南模型是中國歷史博物館的展品。
宋朝的羅盤針模型
指南針最初的裝置方法，都是以磁針為主體。在磁針的形狀和裝置上，人們曾做過多種試驗。據沈括《夢溪筆談》的記載，北宋時有4種不同裝置的針型指南針，即水浮法、縷懸法、指甲法和碗脣法。
但人們發現，這四種裝置的指南針都沒有地盤，使用時不得晃動，受到很多限制。於是便將指南針和方位盤聯成一體，這就出現了更便於使用的羅經盤，又稱羅盤針。這是指南針發展史上的一大飛躍。
我國古代有關羅盤針的記載，最早見於南宋曾三異的《因話錄》一書。
南宋突火槍
2023年，宋軍和蒙古軍作戰時，壽春府(今安徽壽縣)的軍民創制了以竹管為筒能發射“子窠”的突火槍。這種“子窠”，用石子和鐵塊製成。筒裡除裝“子窠”外，還裝有火藥。
火藥點燃後，產生很強的氣壓，將“子窠”射出。“子窠”就是原始的子彈。以後管形火器裡的“子窠”又發展成為彈丸，槍彈由石彈、**發展到鐵彈。
元代火炮
火炮也叫火銃，是古代用金屬鑄造的以火藥氣體壓力發射彈丸的管形火器。插圖元代火炮是至順三年(2023年)鑄造的，現藏於北京中國歷史博物館。它重6.
94公斤，長35.3釐米，炮口直徑10.5釐米。
炮筒中部蓋面鐫有“至順三年二月十四日，綏邊討寂軍，第三百號馬山”等三行銘文。銅火炮是裝置在木架上發射的，木架的形狀似一條長板凳。將銃筒嵌裝在板凳上。
因為在炮筒的尾部兩側各有一個約2釐米的方孔，這樣通過方孔在尾部穿一根鐵栓，就可以使炮筒固定在木架上。為使火炮高低俯仰，炮筒下加墊木楔，賦予不同的射角，以求達到需要的射擊距離。
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