2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：根據(jù)天文觀測數(shù)據(jù)的測量來估算

1、根據(jù)天文觀測數(shù)據(jù)的測量來估算 在廣闊的宇宙空間存在著稀薄的星際物質(zhì)和磁場，如果光子的靜止質(zhì)量不為零，就需要用Proca的電磁場方程取代Maxwell方程，這將對磁流體力學(xué)中的許多現(xiàn)象產(chǎn)生微弱的影響。由于宇宙介質(zhì)的尺度驚人地巨大，因此，某些在實(shí)驗(yàn)中微弱的難以察覺的效應(yīng)在宇宙中則可能顯得突出起來。利用宇宙中的這些磁流體力學(xué)效應(yīng)，可以為估算光子靜止質(zhì)量的上限提供更有效的方法和更精確的結(jié)果。根據(jù)天文觀測數(shù)據(jù)的測量來估算目前最好的結(jié)果是：在物理學(xué)史中，Maxwell電磁場理論是繼Newton力學(xué)之后劃時代的卓越貢獻(xiàn)。它被譽(yù)為19世紀(jì)物理學(xué)最偉大的成就，由此，Maxwell和Faraday也當(dāng)之無愧地被譽(yù)

2、為19世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家.Maxwell電磁場理論是一個完整的理論體系，它的建立不僅為電磁學(xué)領(lǐng)域已有的研究成果作了很好的總結(jié)，而且為進(jìn)一步的研究提供了理論基礎(chǔ)，從而迎來了電磁學(xué)全面蓬勃發(fā)展的新時期.Maxwell電磁場理論的建立開辟了許多新的研究課題和新的研究方向.例如：電磁波的研究帶來了通訊、廣播和電視事業(yè)的發(fā)展；物質(zhì)電磁性質(zhì)的研究推動了材料科學(xué)的進(jìn)展;帶電粒子和電磁場相互作用的探討，與許多其他分支學(xué)科有關(guān)，導(dǎo)致不少交叉學(xué)科（如等離子體物理、磁流體力學(xué)等）的形成與發(fā)展. 所有這些，對于20世紀(jì)科學(xué)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步以及物質(zhì)文化生活的繁榮昌盛，都起了重要的作用。光的電磁理論是Maxwell電

3、磁場理論的重大成果之一，它證明光波就是電磁波，從而把光現(xiàn)象納入了電磁學(xué)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)與電磁學(xué)的統(tǒng)一。Maxwell電磁場理論的歷史意義還在于引起了物理實(shí)在觀念的深刻變革。 在電磁場理論建立之前，所謂物理實(shí)在指的就是質(zhì)點(diǎn)即實(shí)物粒子，當(dāng)時認(rèn)為世間萬物無非都是質(zhì)點(diǎn)的組合，別無其他。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動遵循Newton定律。 對于非接觸物體之間的各種作用（如引力，磁力，電力），超距作用觀點(diǎn)占據(jù)統(tǒng)治地位，即認(rèn)為既無需媒介物傳遞，也無需傳遞時間. 電磁場理論使人們認(rèn)識到除了實(shí)物粒子外，還有電磁場這種完全不同于實(shí)物粒子的另一類物理實(shí)在，電磁場具有能量、動量等基本物理性質(zhì)，電磁場可以脫離物質(zhì)單獨(dú)存在，并且能夠與物質(zhì)交

4、換能量和動量，電磁場的運(yùn)動變化遵循Maxwell方程，非接觸的電磁物體之間的電磁作用，是以電磁場為媒介物傳遞的，是需要傳遞時間的，即是近距作用。 因此，Maxwell電磁場理論的建立及其實(shí)驗(yàn)證實(shí)，引起了物理學(xué)在觀念的深刻變革，打破了超距作用一統(tǒng)天下的局面. Einstein在評價電磁場理論時強(qiáng)調(diào)指出：“實(shí)在概念的這一變革是物理學(xué)自Newton以來的一次最深刻和最富有成效的變革”.1864年12月8日，Maxwell在英國皇家學(xué)會宣讀了他的論文電磁波的動力學(xué)理論，導(dǎo)出了電磁波的波動方程，得到電磁波的傳播速度等于光速，同時得出結(jié)論：光是電磁波的一種形式，揭示了光現(xiàn)象和電磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系。在這篇論文

5、中用醒目的斜體字寫道：“我們不可避免地推論，光是媒介中起源于電磁現(xiàn)象的橫波”。值得一提的是， Maxwell在論文中一直運(yùn)用力學(xué)模型。他本人清醒地認(rèn)識到他的力學(xué)模型是暫時的，它僅適用于顯示已知電磁現(xiàn)象之間真實(shí)的力學(xué)聯(lián)系，不是最終理論。事實(shí)上，電磁波正是借助于這個力學(xué)模型而誕生的。1885年德國物理學(xué)家赫茲用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在。平面波的特點(diǎn)：其場量隨時間變化外，只與波傳播方向的坐標(biāo)有關(guān)。若電磁波沿直角坐標(biāo)的X軸傳播，則場量只是t和x的函數(shù)。 場強(qiáng)在與x軸正交的平面上各點(diǎn)具有相同的值，即：E,B是E(x,t)、B(x,t)與y,z無關(guān)，這種電磁波為平面電磁波。迄今，與光子靜止質(zhì)量有關(guān)的探測和估

6、算工作已做過許多，它們分別給出了可能存在的非零值。1. 根據(jù)真空中光速色散效應(yīng)的測量來估算mg的上限若mg不為0，m不為0，則真空中不同頻率電磁波的群速應(yīng)不同。對于頻率分別為n1和n2的兩個電磁波，若wl、w2mc，略去小量后，得出兩電磁波的群速之差為:如果測出Dn，即可估算出光子靜止質(zhì)量mg。 人們利用各種方法對各種頻率的電磁輻射在真空中的傳播速度作了精密的測量。電磁輻射的頻率分布很廣，從108 Hz到 1015 Hz實(shí)驗(yàn)測量得出，在10-5到10-6的精度范圍內(nèi)，仍無所得.因此即使不同頻率的真空光速有所不同，也不應(yīng)超過實(shí)驗(yàn)精度的范圍，即有:根據(jù)對電力平方反比律偏離的測量來估算 在半徑為R1的導(dǎo)體球A外，同心地放置另一半徑為R2（R2R1）的球殼B，兩者互不接觸。開始時兩者都不帶電，然后給球殼B充電，再測出A和B的電勢，分別記為V1和V2，若電力平方反比律嚴(yán)格成立，則應(yīng)有V1=V2，若電力平方反比律有所偏差，V1與V2也應(yīng)有