第三章電磁理論的建立.ppt

1、第三章 電磁理論的建立,電磁現(xiàn)象的早期認(rèn)識(shí) 富蘭克林對(duì)雷電現(xiàn)象的研究 庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn) 電流的發(fā)現(xiàn) 電流的磁效應(yīng) 電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn) 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立 電磁波的發(fā)現(xiàn),一 電磁現(xiàn)象的早期認(rèn)識(shí),1.中國(guó) 西周(公元前1100-公元前771)青銅銘文就記載有“電”字和“雷”字。 先秦:“陰陽(yáng)相薄，感而為雷，激而為霆。霆，電也?！?古人將磁石稱(chēng)為慈石來(lái)形容磁石“以為母也，故能引其子”的功能。 2.英國(guó)人吉爾伯特（1544-1623）論磁 曾為英國(guó)伊麗莎白一世的御醫(yī)，1600年發(fā)表論磁石，總結(jié)了前人的經(jīng)驗(yàn)，記載了大量實(shí)驗(yàn)。 3.1663年，蓋里克發(fā)明摩擦起電機(jī)。 4.1720年，格雷研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象

2、。 5.1733年，杜非分別了兩種電：松脂電和玻璃電。 6.1745年，荷蘭人馬森布洛克發(fā)現(xiàn)了萊頓瓶，為貯存電荷找到了一個(gè)方法。,二 富蘭克林對(duì)雷電現(xiàn)象的研究,1.富蘭克林(1706-1790): 美國(guó)人 在全家17個(gè)孩子中排行15，其父是小手工業(yè)者，家境貧困。他在10歲時(shí)綴學(xué)，12歲當(dāng)印刷所學(xué)徒，閱讀了許多書(shū)籍，后來(lái)成為科學(xué)家和政治家。自己寫(xiě)的墓志銘:“印刷工富蘭克林”。 從蒼天那里取得了雷電，從暴君那里取得了民權(quán)。杜爾格（法）,2.費(fèi)城實(shí)驗(yàn) 富蘭克林40歲時(shí)，觀看了電學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)電有了興趣。其中有一個(gè)想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎? 1752年7月，一個(gè)電閃雷鳴的上午，他將一個(gè)風(fēng)箏放到空

3、中，風(fēng)箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，麻繩的下一端拴絲線(xiàn)，繩線(xiàn)接觸處栓了一把鑰匙。 銅鑰匙可以給萊頓瓶充電，與摩擦電性質(zhì)完全相同。,現(xiàn)象:麻繩上的纖維向四周自立，猶如“怒發(fā)沖冠”,富蘭克林的工作，揭開(kāi)了雷電的奧秘，統(tǒng)一了“天電”和“地電”，震驚了科學(xué)界。,小插曲： 為了驗(yàn)證“地電”與“天電”的相同處，富蘭克林想到雷可以擊死動(dòng)物，于是他就實(shí)驗(yàn)用“地電”去擊殺火雞，結(jié)果被電打昏了。蘇醒后，卻不介意地說(shuō)：“我本想用電殺死一只火雞，結(jié)果差點(diǎn)電死了一個(gè)傻瓜?！?然而，風(fēng)險(xiǎn)是的確存在的。1753年，俄國(guó)的里赫曼在做大氣電實(shí)驗(yàn)時(shí)不幸中電身亡，為科學(xué)獻(xiàn)身。,3.發(fā)明避雷針: 富蘭克林并不滿(mǎn)足，將他的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化

4、為了新的發(fā)明。避雷針誕生了。 4.科學(xué)興趣廣泛 命名了正電，負(fù)電，發(fā)現(xiàn)了電荷守恒定律，研究了火爐的改良，植物的移植，傳染病的防治。 寫(xiě)出了電學(xué)的實(shí)驗(yàn)和研究的著作。 5.富蘭克林是獨(dú)立宣言和美國(guó)憲法的起草人之一，為祖國(guó)的獨(dú)立和解放作出了貢獻(xiàn)的政治活動(dòng)家。,1733 年，杜菲(duFay，16981739)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)區(qū)分出兩種電荷，他分別稱(chēng)之為松脂電（即負(fù)電）和玻璃電（即正電），并由此總結(jié)出靜電作用的基本特性：同性相斥，異性相吸。 萊頓瓶的發(fā)明使電現(xiàn)象得到更深入的研究，這是克萊斯特(Kleist，17001748)和馬森布洛克(Musschenbrock，16921761)在17451746年分別獨(dú)

5、立作出的。 富蘭克林(BenjaminFranklin，17061790)進(jìn)一步對(duì)放電現(xiàn)象進(jìn)行研究。他發(fā)現(xiàn)了尖端放電，發(fā)明了避雷針，研究了雷電現(xiàn)象，從萊頓瓶的研究中，提出了電荷守恒原理。1747 年富蘭克林用電流體假說(shuō)闡述了這一思想。 接下來(lái)是康頓(John Canton)在1754 年用電流體假說(shuō)解釋了靜電感應(yīng)現(xiàn)象。,至此，靜電學(xué)三條基本原理：靜電力基本特性、電荷守恒和靜電感應(yīng)原理都已經(jīng)建立，對(duì)電的認(rèn)識(shí)有了初步的成果。然而，如果不建立定量的規(guī)律，電的知識(shí)還不能形成一門(mén)嚴(yán)密的科學(xué)。,三 庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn),1 類(lèi)比法的成功 1）普利斯特利(1733-1804):德國(guó)人，氧氣的發(fā)現(xiàn)者?；瘜W(xué)家。 2）

6、富蘭克林的空罐實(shí)驗(yàn) 用絲線(xiàn)將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木受到吸引。但把它懸掛在罐內(nèi)時(shí)，不論在罐內(nèi)何處，它都不受電力。 當(dāng)富蘭克林寫(xiě)信將這一現(xiàn)象告之普利斯特利后，普氏想到:1687年牛頓曾證明:萬(wàn)有引力若服從平方反比定律，則均勻的物質(zhì)球殼對(duì)殼內(nèi)物體應(yīng)無(wú)作用。 普利斯特利將空罐實(shí)驗(yàn)與牛頓推理類(lèi)比，聯(lián)想到電力也表現(xiàn)了這種特性，所以也應(yīng)遵從平方反比定律。,不過(guò)，普利斯特利的結(jié)論并沒(méi)有得到科學(xué)界的普遍重視，因?yàn)樗](méi)有特別明確地進(jìn)行論證，仍然停留在猜測(cè)的階段，一直拖了18 年，才由庫(kù)侖正式提出。,2 庫(kù)侖的引力實(shí)驗(yàn),1.庫(kù)侖(1736-1806): 法國(guó)人，當(dāng)過(guò)法國(guó)部隊(duì)的技術(shù)軍官，后被選為法

7、國(guó)科學(xué)院院士。 2.庫(kù)侖的扭秤實(shí)驗(yàn) 金屬絲的扭力正比于扭轉(zhuǎn)角，將扭絲懸掛起來(lái)，可以測(cè)萬(wàn)分之一格令的小力，1785年庫(kù)侖據(jù)此制成電秤，以測(cè)定電力。 3.庫(kù)侖定律 4.庫(kù)侖定律的建立使電磁學(xué)進(jìn)入了定量的研究，使電磁學(xué)真正成為一門(mén)科學(xué)，數(shù)學(xué)的引入，使這門(mén)科學(xué)更錦上添花。,如果不是與萬(wàn)有引力進(jìn)行類(lèi)比，單靠實(shí)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)的積累，嚴(yán)格的庫(kù)侖定律的形式將很難得到。 由此我們可以看到類(lèi)比在科學(xué)研究中的作用。,3卡文迪許(1731-1810),英國(guó)人，萬(wàn)有引力的驗(yàn)證人。他比歐姆更早發(fā)現(xiàn)歐姆定律，比庫(kù)侖用扭秤測(cè)電力早11年，是“弦絲掛，火漆封”派的帶頭人。 牛頓的思想在卡文迪什和另一位英國(guó)科學(xué)家米切爾的活動(dòng)中得到了

8、體現(xiàn)。米切爾是天文學(xué)家，也對(duì)牛頓的力學(xué)感興趣。米切爾推斷磁力平方反比定律的結(jié)論可以說(shuō)是牛頓長(zhǎng)程力思想的勝利，把引力和磁力歸于同一形式，促使人們更積極地去思考電力的規(guī)律性。 米切爾和卡文迪什都是英國(guó)劍橋大學(xué)的成員，在他們中間有深厚的 友誼和共同的信念。米切爾得知庫(kù)侖發(fā)明扭秤后，曾建議卡文迪什用類(lèi)似的方法測(cè)試萬(wàn)有引力。這項(xiàng)工作使卡文迪什后來(lái)成了第一位直接測(cè)定引力常數(shù)的實(shí)驗(yàn)者。正是由于米切爾的鼓勵(lì)，卡文迪什做了同心球的實(shí)驗(yàn)。,但是卡文迪什的同心球?qū)嶒?yàn)結(jié)果和他自己的許多看法，卻沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表。直到19 世紀(jì)中葉，開(kāi)爾文（即W.湯姆生）發(fā)現(xiàn)卡文迪什的手稿中有圓盤(pán)和同半徑的圓球所帶電荷的正確比值，才注意到這

9、些手稿的價(jià)值，經(jīng)他催促，才于1879 年由麥克斯韋整理發(fā)表。卡文迪什的許多重要發(fā)現(xiàn)竟埋藏了一百年之久。,對(duì)此，麥克斯韋寫(xiě)道： “這些關(guān)于數(shù)學(xué)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)的手稿近20 捆，”其中“物體上電荷（分布）的實(shí)驗(yàn)，卡文迪什早就寫(xiě)好了詳細(xì)的敘述，并且費(fèi)了很大氣力書(shū)寫(xiě)得十分工整（就象要拿出去發(fā)表的樣子），而且所有這些工作在1774 年以前就已完成，但卡文迪什（并不急于發(fā)表）仍是兢兢業(yè)業(yè)地繼續(xù)做電學(xué)實(shí)驗(yàn)，直到1810 年去世時(shí)，手稿仍在他自己身邊?！?卡文迪什出生于貴族家庭，家產(chǎn)厚祿，他都沒(méi)有興趣，一心傾注在科學(xué)研究之中。早年攻化學(xué)和熱學(xué)，發(fā)現(xiàn)氫氧化合成水。他后來(lái)做的電學(xué)實(shí)驗(yàn)有：電阻測(cè)量，比歐姆早幾十年得到歐姆

10、定律；研究電容的性質(zhì)和介質(zhì)的介電常數(shù)，引出了電位的概念；他發(fā)現(xiàn)金屬的溫度越高，導(dǎo)電能力越弱，等等。他的同心球?qū)嶒?yàn)比庫(kù)侖用扭秤測(cè)電力的實(shí)驗(yàn)早11 年，而且結(jié)果比庫(kù)侖精確。,米切爾和卡文迪什是在牛頓的自然哲學(xué)的鼓舞下堅(jiān)持工作的。他們證實(shí)了磁力和電力這些長(zhǎng)程力跟引力具有同一類(lèi)型的規(guī)律后，并不認(rèn)為達(dá)到了最終目標(biāo)，還力圖探求牛頓提出的短程力?？ㄎ牡鲜苍谒窗l(fā)表的手稿中多處涉及動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)，都是圍繞著這個(gè)中心，只是沒(méi)有明確地表達(dá)出來(lái)。米切爾則把自己對(duì)短程力的普遍想法向普利斯特利透露過(guò)，在普利斯特利的著作1772 年發(fā)表的光學(xué)史一書(shū)中記述了米切爾的思想。,四 電流的發(fā)現(xiàn),1 伽伐尼的研究(173

11、7-1798): 意大利人，解剖學(xué)教授。 1780年他與學(xué)生解剖青蛙，發(fā)現(xiàn)電火花會(huì)使蛙腿抽搐，后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)當(dāng)用銅鉤倒掛蛙腿，再用鐵梁橫挑，蛙腿也會(huì)痙攣。 1791年發(fā)表了論文論肌肉運(yùn)動(dòng)中的電力。 發(fā)現(xiàn)電流的第一人，但認(rèn)為是一種動(dòng)物電。,“我們想到用不導(dǎo)電或不大導(dǎo)電的其它物體，如由玻璃、橡皮、樹(shù)脂、石或木等物質(zhì)制成的，但都是干的東西來(lái)試。結(jié)果都不發(fā)生這樣的現(xiàn)象，既看不到肌肉的緊縮，也看不到肌肉的運(yùn)動(dòng)。這當(dāng)然激起了我們的驚奇，并使我們以為動(dòng)物本身就有電。我們認(rèn)為這種看法是正確的，因?yàn)槲覀兊募俣ㄊ?，在緊縮現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，有一種很細(xì)的神經(jīng)流體從神經(jīng)流到肌肉中去，就象萊頓瓶中的電流一樣?！?伽伐尼的著作發(fā)表

12、以后，歐洲各國(guó)對(duì)動(dòng)物電形成了研究熱潮，很多人投入到這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)之中。,2 伏打（1737-1798）的“金屬接觸說(shuō)”,1.伏打 意大利帕維大學(xué)教授，否定了伽伐尼動(dòng)物說(shuō)。他認(rèn)為，電來(lái)自?xún)煞N不同金屬的接觸，青蛙只不過(guò)是起了驗(yàn)電器的作用。 為了闡明自己的觀點(diǎn)，他比較了各種金屬，并把它們排成表，只要將其中兩種金屬接觸，就可以產(chǎn)生接觸電勢(shì)差。 2.伏打電池第一個(gè)直流電源,1800 年，伏打把鋅片和銅片夾在用鹽水浸濕的紙片中，重復(fù)地疊成一堆，形成了很強(qiáng)的電源，這就是著名的伏打電堆。把鋅片和銅片插入鹽水或稀酸杯中，也可以形成電源，叫做伏打電池。由此他得到了拿破侖授予的一枚金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。并成為法?guó)科學(xué)院的院士。今天電

13、學(xué)中的一個(gè)重要單位伏特，就是為了紀(jì)念他。,3.意義 電池的發(fā)明，提供了產(chǎn)生恒定電流的電源，使電學(xué)從靜電走向動(dòng)電，為人們研究電流的各種效應(yīng)提供了條件。從此電學(xué)進(jìn)入了飛速發(fā)展時(shí)期。,3 歐姆定律(1787-1854),歐姆，德國(guó)人，家境貧困，中斷大學(xué)學(xué)業(yè)后當(dāng)了中學(xué)老師。后被慕尼黑大學(xué)任命為教授。 將付里葉在熱學(xué)中提出的熱流、熱阻，類(lèi)比電學(xué)中的電流、電阻，溫度差類(lèi)比電勢(shì)差，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在1826年發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，由此與電流相關(guān)的物理量可以測(cè)定和推出。 人們?yōu)榧o(jì)念他，將電阻的單位定為“歐姆”。,歐姆下了很大功夫進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。開(kāi)始?xì)W姆所用電源是伏打電堆，由于這種電源不穩(wěn)定，給歐姆的實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大困難。1

14、821 年塞貝克（T.J.Seebeck）發(fā)明溫差電偶。波根道夫（J.C.Poggendorff）建議歐姆采用溫差電偶做電源，這才得到穩(wěn)定的電源。 歐姆定律的建立在電學(xué)發(fā)展史中有重要意義。但是當(dāng)時(shí)歐姆的研究成果并沒(méi)有得到德國(guó)科學(xué)界的重視。直到1841 年，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)才肯定歐姆的功績(jī)，那一年，歐姆獲得了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的科普利獎(jiǎng)。,五 電流的磁效應(yīng),自吉爾伯特開(kāi)始以來(lái)的二百多年，電和磁一直是毫無(wú)關(guān)系的兩門(mén)學(xué)科，圍繞電與磁尋找自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系，成為一種潮流。 1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，建立了電與磁的聯(lián)系。,1 發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng),1）電力與磁力都遵守平方反比定律，說(shuō)明它們有類(lèi)似的規(guī)律。17

15、51年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)縫紉針過(guò)電后磁化了。但規(guī)律究竟在哪里？ 2）奧斯特 (1777-1851)丹麥人: 發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的第一人。 “在觀察的領(lǐng)域內(nèi)，機(jī)遇只偏愛(ài)那種有準(zhǔn)備的頭腦?！?巴斯德,奧斯特尋找電與磁的關(guān)系的想法醞釀已久: 1803年:“我們將把整個(gè)宇宙容納在一個(gè)體系中?！彼J(rèn)為“自然力之統(tǒng)一”。 1812年:“我們應(yīng)該檢驗(yàn)的是，究竟電是否以其最隱蔽的方式對(duì)磁體有類(lèi)似的作用?！?1818-1819年，與奧共事的人說(shuō):“奧斯特經(jīng)常在尋找這兩種大自然力之間的關(guān)系?！?機(jī)會(huì)來(lái)了，1820年4月，奧斯特在一次講課中，發(fā)現(xiàn)磁針在通電導(dǎo)線(xiàn)的作用下動(dòng)了一下!這才恍然大悟，原來(lái)以前總把電流的磁力想象為縱向

16、，實(shí)際應(yīng)為橫向。 奧斯特緊抓不放，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，查明了電流具有磁效應(yīng)。1820年7月21日，發(fā)表了電流對(duì)磁針的作用的實(shí)驗(yàn)，引起了學(xué)術(shù)界的轟動(dòng)。,3）意義 第一個(gè)解釋出了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系。 為電報(bào)和電機(jī)的發(fā)明開(kāi)辟了道路。 為電磁場(chǎng)理論的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。,2 安培和安培定律,1）安培 (1775-1836) :法國(guó)科學(xué)家。 安培在法國(guó)長(zhǎng)大時(shí)，正是法國(guó)社會(huì)變革時(shí)期，他幾乎沒(méi)受過(guò)正規(guī)教育，只好以他父親和百科全書(shū)做老師。個(gè)人遭遇不好，家庭幾經(jīng)磨難。即使這樣，也沒(méi)有動(dòng)搖安培對(duì)科學(xué)的追求。1827年發(fā)表了名著從實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出的關(guān)于電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論。人們?yōu)榧o(jì)念他，將電流強(qiáng)度的單位定義為“安培”。,2）兩篇

17、論文 阿拉果在1820年9月11日在法國(guó)科學(xué)院演示了奧斯特的實(shí)驗(yàn)，引起了安培的興趣。安培夜以繼日地工作一周之后，于9月18日發(fā)現(xiàn)了電流間也存在著相互作用力，在1820年12月4日，又提出了著名的安培定律：,3）經(jīng)驗(yàn) 安培在總結(jié)他的經(jīng)驗(yàn)時(shí)，這樣寫(xiě)到：“從對(duì)實(shí)施的觀察開(kāi)始，盡可能地改變伴隨事件，并佐以精確的測(cè)量，以便導(dǎo)出完全基于試驗(yàn)的一般規(guī)律，再?gòu)倪@些規(guī)律導(dǎo)出這些力的數(shù)學(xué)表達(dá)式這就是牛頓所遵循的路線(xiàn)?！?安培的電流元之間作用力的又一個(gè)平方反比規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，是人們對(duì)大自然力之間的內(nèi)在聯(lián)系又有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。安培的工作，為以后電動(dòng)力學(xué)的研究和發(fā)展，開(kāi)拓了一個(gè)新的基礎(chǔ)。,六 電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn),1 法拉第(1

18、791-1867): 英國(guó)物理學(xué)家。 法拉第是一個(gè)窮鐵匠的兒子，兄妹10人。小學(xué)沒(méi)畢業(yè)就失學(xué)，當(dāng)了裝訂工。但失學(xué)不失志，經(jīng)常閱讀書(shū)報(bào)。當(dāng)了戴維助手。1821年受任為皇家研究所試驗(yàn)室主任。 1821年，開(kāi)始電磁學(xué)的研究，總共工作四十年。 寫(xiě)出了電學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究。 一生謝絕了許多獎(jiǎng)賞。 “在物理學(xué)的全部歷史中最全能的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家卻是一個(gè)僅受過(guò)初等教育的人。他，就是法拉第?！彼_莫斯（美）,2 法拉第的主要貢獻(xiàn),1）電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn): 一貫追求科學(xué)真理，相信自然力的統(tǒng)一。 1831年8月29日，法拉第終于取得了突破性進(jìn)展。變磁激發(fā)了電。 一個(gè)月后，法拉第向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告，產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況可以分為5類(lèi)。

19、 1833年，楞茨發(fā)現(xiàn)楞茨定律，判斷感應(yīng)電流的方向。,法拉第在整理電磁學(xué)文獻(xiàn)時(shí)，為了判斷各種學(xué)說(shuō)的真?zhèn)危H自做了許多實(shí)驗(yàn)，其中包括奧斯特和安培的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新現(xiàn)象：如果在載流導(dǎo)線(xiàn)附近只有磁鐵的一個(gè)極，磁鐵就會(huì)圍繞導(dǎo)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)：反之，如果在磁極周?chē)休d流導(dǎo)線(xiàn)，這導(dǎo)線(xiàn)也會(huì)繞磁極旋轉(zhuǎn)，這就是電磁旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 與此同時(shí)，法拉第對(duì)安培的“分子電流”理論提出不同看法。 法拉第的電磁旋轉(zhuǎn)器,2）力線(xiàn)的提出者 為了解釋電磁現(xiàn)象，必須找到一種直觀表示的方法。法拉第從大量的實(shí)驗(yàn)中想象出描寫(xiě)電磁作用的力線(xiàn)，經(jīng)數(shù)學(xué)家證明了其概念的正確，他為場(chǎng)的理論建立作出貢獻(xiàn)。 湯姆遜說(shuō):“我想電場(chǎng)和磁場(chǎng)的許多性質(zhì)，借助

20、力線(xiàn)就可以最簡(jiǎn)單而富有暗示地表示出來(lái)。” 3）其他 法拉第對(duì)光的磁化、電流的化學(xué)現(xiàn)象和反磁性的發(fā)現(xiàn)等都有自己獨(dú)到的見(jiàn)解。,法拉第從廣泛的實(shí)驗(yàn)研究中構(gòu)想出描繪電磁作用的“力線(xiàn)”圖象。 他認(rèn)為電荷和磁極周?chē)目臻g充滿(mǎn)了力線(xiàn)，靠力線(xiàn)（包括電力線(xiàn)和磁力線(xiàn)）將電荷（或磁極）聯(lián)系在一起。力線(xiàn)就象是從電荷（或磁極）發(fā)出、又落到電荷（或磁極）的一根根皮筋一樣，具有在長(zhǎng)度方向力圖收縮，在側(cè)向力圖擴(kuò)張的趨勢(shì)。他以豐富的想象力闡述電磁作用的本質(zhì)。法拉第研究了電介質(zhì)對(duì)電力作用的影響，認(rèn)識(shí)到這一影響表明電力不可能是超距作用，而是通過(guò)電介質(zhì)狀態(tài)的變化；即使沒(méi)有電介質(zhì)，空間也會(huì)產(chǎn)生某種變化，布滿(mǎn)了力線(xiàn)。后來(lái)，法拉第又進(jìn)一步

21、研究了磁介質(zhì)，解釋了順磁性和反磁性。電磁感應(yīng)現(xiàn)象則解釋為磁鐵周?chē)嬖谀撤N“電應(yīng)力狀態(tài)”（electro-tonic state），當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)在其附近運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到應(yīng)力作用而有電荷作定向運(yùn)動(dòng)；回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)則是由于穿過(guò)回路的磁力線(xiàn)數(shù)目發(fā)生了變化。 法拉第的力線(xiàn)思想實(shí)際上就是場(chǎng)的觀念，這是近距理論的核心內(nèi)容。,3 法拉第的研究思路,1）對(duì)自然力的統(tǒng)一性可轉(zhuǎn)化性堅(jiān)信不移。 “我早已持有一種見(jiàn)解，它幾乎達(dá)到深信不移的程度，而且我想這也是其他許多自然科學(xué)愛(ài)好者的見(jiàn)解，即物質(zhì)之力所表現(xiàn)出來(lái)的各種形式具有普遍的起源?！?2）.對(duì)電磁波的朦朧預(yù)見(jiàn):“磁力從磁極出發(fā)的傳播類(lèi)似于起波紋的水面的振動(dòng)?！?3）研究特色

22、法拉第通過(guò)力線(xiàn)和場(chǎng)，將電場(chǎng)和磁場(chǎng)的重要性質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)了。 麥克斯韋:“在數(shù)學(xué)家看到相互超具吸引力的中心的時(shí)候，法拉第則用他特有的思維的眼睛看到穿過(guò)全空間的力線(xiàn)?！?4）法拉第思想方法的一些局限性：將一切歸結(jié)于“力”等。,4 對(duì)法拉第的高度評(píng)價(jià),一生最大的發(fā)現(xiàn)，是發(fā)現(xiàn)了法拉第。 戴維 我們把法拉第首先看作是科學(xué)家中最有成效最高尚的典型。 麥克斯韋 鐵匠的兒子法拉第，在青年時(shí)代的早期，作過(guò)裝訂工人的學(xué)徒，臨死時(shí)是所有科學(xué)學(xué)會(huì)的會(huì)員，是那時(shí)物理學(xué)家公認(rèn)的領(lǐng)袖。 斯托列托夫 當(dāng)法拉第在演示他的電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，一位貴婦曾問(wèn)道：“您的電流計(jì)指針動(dòng)一下有什么意義呢？”法拉第回答道：“夫人，當(dāng)一個(gè)嬰孩誕生的時(shí)候

23、，您會(huì)想到他將會(huì)完成何等事業(yè)嗎？” 法拉第如此至愛(ài)的這個(gè)“嬰兒”，的確有著驚人之舉。1867年西門(mén)子根據(jù)這一原理創(chuàng)造了發(fā)電機(jī)，從此人類(lèi)有了“電”，它至今仍為我們帶來(lái)光明和幸福。當(dāng)我們?cè)诒M情享受電燈、電視、電影這一切現(xiàn)代文明的時(shí)候，我們?cè)跄懿桓兄x這位鐵匠的兒子呢？,七 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立,從出生地來(lái)說(shuō)他屬于愛(ài)丁堡，從功績(jī)上來(lái)說(shuō)他屬于全世界。 普朗克 1 麥克斯韋(1831-1879)簡(jiǎn)介 英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。11月13日出生時(shí)，是法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)后2個(gè)多月。15歲在“愛(ài)丁堡皇家學(xué)報(bào)”發(fā)表論文，1854年從劍橋大學(xué)畢業(yè)，卡文迪什試驗(yàn)室首任主任。 雖然只活了49 歲，但他卻寫(xiě)了100多篇有

24、價(jià)值的論文。 麥克斯韋是一位可以與牛頓、愛(ài)因斯坦相提并論的科學(xué)家。,2 建立電磁場(chǎng)理論的工作,“把數(shù)學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)研究聯(lián)合使用所得到的物理知識(shí)，比之一個(gè)單純實(shí)驗(yàn)人員或單純的數(shù)學(xué)家能具有的知識(shí)更堅(jiān)實(shí)，有益和鞏固?！?麥克斯韋,1）1856 年，麥克斯韋發(fā)表了論法拉第力線(xiàn)一文，受到法拉第的贊賞。法拉第說(shuō)：“我驚訝地看到，這個(gè)主題居然處理得如此之好”，麥克斯韋在文中認(rèn)為法拉第將磁現(xiàn)象歸結(jié)為力和場(chǎng)的觀點(diǎn)，是一種更合適的科學(xué)語(yǔ)言。文中采用了類(lèi)比法，將流線(xiàn)的數(shù)學(xué)表達(dá)式應(yīng)用到靜電理論中。 2）1860年，70歲的法拉第和30歲的年輕人麥克斯韋見(jiàn)面了，建立電磁理論的共同心愿超越了年齡的鴻溝，法拉第對(duì)麥克斯韋說(shuō):

25、“你不要停留在用數(shù)學(xué)來(lái)解釋我的觀點(diǎn)上，而應(yīng)該突破它。” 1861年，麥克斯韋寫(xiě)了論物理力線(xiàn)，提出: 一個(gè)關(guān)于力線(xiàn)的機(jī)械模型，即電磁以太模型。 創(chuàng)造性地提出位移電流和渦旋電場(chǎng)的兩大重要假設(shè)。 提出光波就是電磁波的理論：“光本身乃是以波的形式在電磁場(chǎng)中按電磁規(guī)律傳播的一種電磁振動(dòng)?！睂㈦?、磁、光理論進(jìn)行了一次偉大的綜合。,3）1865年，發(fā)表了電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理，用場(chǎng)的觀點(diǎn)總結(jié)了電磁理論，構(gòu)建了全新的理論框架。 4）1873年，麥克斯韋出版了電磁學(xué)通論一書(shū)，進(jìn)一步將電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)律和定理定律，綜合概括在一個(gè)方程組中， 以簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，揭示了電場(chǎng)和磁場(chǎng)內(nèi)在的完美對(duì)稱(chēng)。電磁學(xué)通論是人類(lèi)第一個(gè)有關(guān)經(jīng)典場(chǎng)論

26、的不朽之作。 1874年，麥克斯韋任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室首任主任，1879年11月3 日，49歲逝世。 臨終之際，他仍堅(jiān)信自己的預(yù)言電磁波理論，一定會(huì)插上翅膀飛向全球。,3 麥克斯韋成功的基本要素,1）尋找不同現(xiàn)象之間的聯(lián)系，對(duì)電光磁建立了統(tǒng)一的理論解釋。 2）在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中重視科學(xué)方法的應(yīng)用。 麥克斯韋曾寫(xiě)道：“為了采用某種物理知識(shí)而獲得物理思想，我們應(yīng)當(dāng)了解物理相似性的存在。利用這種類(lèi)似，可以用其中之一，說(shuō)明其中之二?！?3）想象力豐富，大膽猜測(cè)假設(shè)。 科學(xué)家也需要幻想，幻想不只是文學(xué)家的事。郭沫若 4）知識(shí)底蘊(yùn)豐厚。 5）對(duì)理論完美和諧的不懈追求。 麥克斯韋認(rèn)為：自然界是和諧的，一種反映自然規(guī)律的理論，如果框架上不完善，不和諧，也就意味著要進(jìn)一步改進(jìn)和探索。,4 意義,經(jīng)典電磁理論的確立，