复旦大学：《文科物理（理论与实验）》精品课程理论课PPT课件_第三章 从静电现象到电磁波

高等教育出版社 版权所有复制必究 第三章从静电现象到电磁波 自从牛顿奠定理论物理学基础以来,物理 学的公理基础换句话说,就是我们关于实 在结构的概念最伟大的变革,是由法拉第 和麦克斯韦在电磁学方面的工作所引起的。 爱因斯坦

高等教育出版社 版权所有 复制必究 第三章 从静电现象到电磁波 “自从牛顿奠定理论物理学基础以来，物理 学的公理基础——换句话说，就是我们关于实 在结构的概念——最伟大的变革，是由法拉第 和麦克斯韦在电磁学方面的工作所引起的。” ——爱因斯坦

伽利略和牛顿所取得如此伟大成就,是因为他们把 科学思维和实验研究很好地结合在一起,为力学的发展 开辟了一条正确的道路。 电学、磁学构成了经典物理学的另一重要分支。随 着一个个电磁学研究成果的取得,企图把全部物理学归 纳为力学的机械论观点(称为力学自然观)宣告彻底失败

伽利略和牛顿所取得如此伟大成就，是因为他们把 科学思维和实验研究很好地结合在一起，为力学的发展 开辟了一条正确的道路。 电学、磁学构成了经典物理学的另一重要分支。随 着一个个电磁学研究成果的取得，企图把全部物理学归 纳为力学的机械论观点(称为力学自然观)宣告彻底失败

本章将涉及下面一些科学家以及他们的重大发现 他们是:库仑、奧斯特、安培、法拉第和麦克斯韦等。 &ipa 奥斯特 安培 法拉第 麦克斯韦

本章将涉及下面一些科学家以及他们的重大发现， 他们是：库仑、奥斯特、安培、法拉第和麦克斯韦等。 库 仑 奥 斯 特 安 培 法 拉 第 麦 克 斯 韦

§31静电和静磁现象的研究 、静磁和静电现象的早期硏究 中国古代的贡献:最早文字记载“雷”、“电”,发 明指南针等。 >最早总结前人对电磁研究的大量经验, 讨论电磁体性质的英国医生吉尔伯特,他 断言:电与磁是两种不同的现象。 相比静磁现象,静电研究困难得多。 直到第一台摩擦起电机发明后,对静电 研究才迅速开展起来。 吉尔伯特

§3.1 静电和静磁现象的研究 一、静磁和静电现象的早期研究  中国古代的贡献：最早文字记载“雷”、“电”，发 明指南针等。  最早总结前人对电磁研究的大量经验， 讨论电磁体性质的英国医生吉尔伯特，他 断言：电与磁是两种不同的现象。  相比静磁现象，静电研究困难得多。 直到第一台摩擦起电机发明后，对静电 研究才迅速开展起来。 吉尔伯特

、库仑定律 转臂 类比万有引力,科学家 支梁 猜测电荷间作用力与距离平 带电球 方成反比。 罗比逊实验,发现 f∝ 2+6 偏差δ=0.06 罗比逊实验装置

二、库仑定律 类比万有引力，科学家 猜测电荷间作用力与距离平 方成反比。 罗比逊实验，发现 +  2 1 r f 罗比逊实验装置 偏差  = 0.06

卡文迪许利用两个同心球的实验证明了上述规律, 他得到δ=0.02,可惜两人的工作都未发表。 内球 绝缘支柱 木髓球 验电器 卡文迪许同心球实验装置

卡文迪许利用两个同心球的实验证明了上述规律， 他得到δ=0.02，可惜两人的工作都未发表。 卡文迪许同心球实验装置

库仑于1875年用电扭秤实验,通过与万有引力类比, 确信并提出了库仑定律 D 2=K92 r12 K 4πE En=8.854187817×10C2/(Nm2) 计算表明,库仑力远大于万有引力 3-1-3

库仑于1875年用电扭秤实验，通过与万有引力类比， 确信并提出了库仑定律 12 0 2 1 2 12 F r r q q = K 4π 0 1  K = 12 0 8 854187817 10−  = .  C2 /（N·m2） 计算表明，库仑力远大于万有引力

、从库仑定律的建立看,类比方法的重要性 库仑测得δ=0.04,但他断定力与距离成平方反比,是 成功运用类比方法的结果 麦克斯韦对类比法的论述:“为了不用物理理论而得 到物理思想,我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理 类比,我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的 部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明

三、从库仑定律的建立看，类比方法的重要性  库仑测得δ=0.04，但他断定力与距离成平方反比，是 成功运用类比方法的结果。  麦克斯韦对类比法的论述：“为了不用物理理论而得 到物理思想，我们必须熟悉物理类比的存在。所谓物理 类比，我指的是一种科学定律与另一种科学定律之间的 部分相似性。它使得这两种科学可以相互说明

汤川秀树也是类比法的成功运用者,他通过将核力和 电磁力类比,成功地提出了核力的介子理论。他说: “类比是一种创造性思维的形式,∴,定存在一个人 所不能理解的某物,他偶尔注意到这一物和他所熟悉的 另一物的相似性。他通过将两者比较就可以理解他在此 刻之前尚不能理解的某物。如果他的理解是恰当的,而 且还没有人达到这样的理解,那么可以说,他的思维确 实是创造性得到。” 必须指出:有时简单的类比也会导致错误的结果。如 惠更斯类比声波,认为光波也是纵波就错了。可见类比 结果是否正确还得由实验检验

 汤川秀树也是类比法的成功运用者，他通过将核力和 电磁力类比，成功地提出了核力的介子理论。他说： “类比是一种创造性思维的形式，……假定存在一个人 所不能理解的某物，他偶尔注意到这一物和他所熟悉的 另一物的相似性。他通过将两者比较就可以理解他在此 刻之前尚不能理解的某物。如果他的理解是恰当的，而 且还没有人达到这样的理解，那么可以说，他的思维确 实是创造性得到。”  必须指出：有时简单的类比也会导致错误的结果。如 惠更斯类比声波，认为光波也是纵波就错了。可见类比 结果是否正确还得由实验检验

§3.2电流的产生及其磁效应 、从动物电研究到伏打电堆 发明 伽伐尼发现“动物电” 拿破仑 伏打怀疑神经电流的说法,从实验 发现了金属的接触电势差,从而发明 了伏打电堆。从此使电学从静电领域 到电流(动电)领域,实现了一大飞 跃。伏打电堆被称为“神奇的仪器” 还曾经表演给拿破仑看。 伏打的重大发明与他自小爱好科学, 伏打电堆 喜欢动手实验分不开

§3.2 电流的产生及其磁效应 一、从动物电研究到伏打电堆 发明  伽伐尼发现“动物电”  伏打怀疑神经电流的说法，从实验 发现了金属的接触电势差，从而发明 了伏打电堆。从此使电学从静电领域 到电流（动电）领域，实现了一大飞 跃。伏打电堆被称为“神奇的仪器”， 还曾经表演给拿破仑看。 伏打的重大发明与他自小爱好科学， 喜欢动手实验分不开。 拿 破 仑 伏 打 电 堆