第三章从静电现象到电磁波.ppt

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。 §3.1 静电和静磁现象的研究 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 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。 库仑于1875年用电扭实验，通过与万有引力类比，确信并提出了库仑定律 三、从库仑定律的建立看，类比方法的重要性 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 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。 二、奥斯特发现电流磁效应 奥斯特基于 （1）自然哲学思想——自然各种 基本力可以相互转化。 （2）已发现一些电可能会发生磁 的迹象。 坚信电磁间有联系，并发展电是否能产生磁的研究。 一次演讲中，偶然发现导线通电时，在它的下方的小磁针有一微小晃动。他抓住了这个现象，经过3个月的反复实验，发现了电流磁效应。揭开了研究电与磁内在联系的序幕。 三、安培对电流磁效应的深入研究 安培从磁体与磁体、电流与磁体相互作用，联想并发现了通电导线之间有相互作用。并进一步发现了通电螺线管与条形磁铁的等效性。 安培也通过理论研究，提出了计算两载流回路之间的相互作用力的方法。对于作用在长为l 两载流直导线上的力为 §3.3 电磁感应定律 一、电磁感应现象的发现 法拉第的自然哲学思想：他与奥斯特一样，坚信自然力的“统一性”，并追求这种统一性。他在实验记录中有这样一段话：“长期以来，我就持有一种观点，几乎是一种信仰，我相信其他许多爱好自然知识的人也会共同有的，就是物质的力表现出来时具有某种形态，都有一个共同的根源，或者换句话说，它们是相互直接联系的，也是相互依赖的，所以它们似乎是可以互相转化的。 加上奥斯特已发现了电能产生磁，所以法拉第坚信：磁一定能产生电 经过近10年的努力，于1831年发现了电磁感应现象 由上述4种方法，可见关键点是：产生感应电流的回路都是处在一个变化的磁场中，一旦磁场变化停止，感应电流就消失。这种现象称为电磁感应。 二、创造性的科学思维——磁感线与场概念的引入 法拉第于1831年底用铁粉实验展示并提出了“磁力线” （现称磁感应线）概念。他认为磁感应线显示了在磁体周围空间是物理空间，其中存在“磁场”。利用磁感应线在空间分布的疏密程度可以直观地描述磁场的强弱。“密”表示 “强”，“稀”表示“弱”。 磁感应强度是矢量，有大小和方向。在磁感应线上某点的切线方向为该点磁感应强度方向。人们有规定磁场的方向是将小磁针放在该点时，北极所指方向。 “场”概念引入的重大意义 力线和场的概念的提出，不仅使电磁感应可给以定量的描述，而且“场”的提出，表明电力和磁力是一种近距作用，即这种力是通过“场”进行传播的，不是“超距作用”。 更重要的是：“场”的引入是物理学中极具想象力的创举，对物理学发展具有开创意义。在过去人们认为物理实在是质点，牛顿研究的是质点的力学运动规律。而在电磁学的研究中，物理实在是有连续的“场”来代表。法拉第和麦克斯韦研究的是“场”的运动变化规律，这是一场伟大的变革。 可见，电场线不同于磁感应线，电场线不闭合。类似地，可用电场线在空间的密集程度来描述电场强弱。某点处的电场方向是沿电场线的切线方向，且规定为正电荷在该点的受力方向，所以电场线总是由正电荷指向负电荷。 三、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强的定义 1．电荷所受的电场力 2．运动电荷在磁场中受的力 实际应用： （1）质谱仪