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1928年我国古生物学家杨钟健和裴文中参加了北京猿人遗址的发掘。
1929年发掘工作由裴文中主持，同年12月，裴文中发掘出了第一个北京猿人头盖骨化石。
1936年我国考古学家贾兰坡主持发掘工作时，又发现了3个北京猿人的头盖骨化石。
从1927年正式发掘到1937年抗日战争全面爆发停止发掘为止，北京猿人遗址共出土头盖骨5个，牙齿147颗，下颌骨14块，颅骨碎片15块，股骨残段7块，肱骨残段2块，锁骨1根以及月骨等其他残块。
这些化石代表40多个不同年龄的男女个体，是研究人类发展、进化的珍贵群体资料。
令人痛心的是，这批珍贵的人类化石资料在1941年12月全部遗失，如今我们只能看到一部分化石标本模型。
1949年，在裴文中、贾兰坡的指导和主持下，对北京猿人遗址重新开始发掘。
1951年第一次出土了北京猿人的胫骨残块，同时还出土了2颗牙齿和肱骨残块。
1959年发掘出一块保存较好的下颌骨，属一老年女性个体。
1966年发掘出属于同一个体的额骨和枕骨，与1934年出土的两块颅骨碎片标本模型拼接，恰好复原成一个完整的头盖骨。
随着新资料的发现，有的学者又对北京猿人重新命名，称之为“北京直立人”
（Homoereensis）。
北京猿人遗址是一个很大的洞穴堆积，东西长约140米，中部宽约20米，由中部向西越来越窄，西端为尽头；洞穴上大下小，呈漏斗状，堆积很厚。
经半个多世纪断断续续的发掘，已发掘50米深，但仍未见到底。
到目前为止，共发掘了17层，但自14层以下没有化石和遗物出土。
根据古地磁法、裂变径迹法、铀系法等多种方法测定：第1、2、3层的年代为23万—27万年前，第4层的年代为27万—33万年前，第7层的年代为40万年前，第10层的年代为50万年前，第11层的年代为57万年前，第13层的年代为70万年前，第14层至第17层的年代为70万—100万年前。
总的来说，北京猿人遗址的文化堆积从70万年前到23万年前，持续了40多万年。
根据目前出土人类化石的层位看（人类化石仅发现于第11层至第3层），北京猿人是从50多万年前开始生活于此，前后生活了大约30万年。
由于北京猿人的化石出土较多，使我们对北京猿人的体质特征有了较多的了解。
北京猿人头盖骨的骨壁比现代人的厚一倍，脑容量平均为1043毫升，介于猿和现代人之间。
北京猿人头盖骨低平，额向后倾，眉嵴粗壮，面部较短，鼻骨和颧骨扁而宽，吻部突出，没有明显的下颌，牙齿比现代人的粗大。
从北京猿人的头部看，他们保留了许多猿的特征，显得比较落后。
而北京猿人的肢骨却较为进步。
下肢骨除骨髓腔较小、管壁较厚以外，在尺寸、形状、比例和肌肉附着点等方面与现代人大致相同，并有股骨脊，这表明北京猿人已能直立行走。
北京猿人的上肢骨与下肢骨相比，更接近于现代人，他们的上肢已能从事与现代人上肢相似的活动。
北京猿人头部的落后和肢骨的进步反映出其体质进化的不平衡性。
这种不平衡性是由于在从猿到人的进化过程中，四肢的进化先于头部的进化。
19世纪末20世纪初在印度尼西亚发现的爪哇人化石、在德国发现的海德堡人和尼安德特人化石也存在体质进化不一致的奇怪特征，因为没有共存的文化遗物，其进化地位一直未被科学界所公认，甚至许多学者不承认他们属于人。
由于北京猿人的化石与丰富的文化遗物共存，因此无人怀疑他们属于人。
可以这样说，北京猿人化石的发现，使包括爪哇人、海德堡人和尼安德特人在内的直立人的存在得到了肯定，使学术界基本明确了人类进化的序列。
与北京猿人化石共存的石器，出土的总数已超过10万件，这使我们对北京猿人文化的特点有比较清楚的认识。
北京猿人制造石器的石料基本上采自遗址附近，采取石料的范围半径不超过5公里。
石料主要有石英、水晶、砂岩和燧石。
北京猿人主要用砸击法、锤击法和碰砧法打制石片，他们对不同的石料采用不同的方法打制。
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