麦克斯韦方程启示.pptVIP

　　在19 世纪70 年代，库仑定律、安培定律、毕奥–萨伐尔定律、法拉第定律已被发现，“力线”的思想已经被法拉第引入来描述电场和磁场的许多性质，电磁学已经从牛顿力学的框架中解放出来，但是这些成果只是从不同角度总结和描述了电场和磁场的一些基本性质，直觉地抓住了它们的联系，并没有定量的从理论的高度以数学的形式来描述电磁场的基本规律。 麦克斯韦在电磁理论方面的工作可以和牛顿在力学理论方面的工作相媲美。他和牛顿一样，是“站在巨人的肩上”，看得更深更远，作出了伟大的历史综合 。对于麦克斯韦来说，他是站在法拉第和这两位巨人的肩上。他在创建电磁理论的奋斗中作了三次飞跃，前后里程达十余年。 　　经过严密的数学推导，他导出了电流和磁力线的一些物理量之间定量关系的矢量微分方程，以及电流元间作用力和电磁感应定律的定量公式。当麦克斯韦公布了他三篇著名的论文：《论法拉第的力线》、《论物理的力线》和《电磁场的动力学理论》时，便宣告了电磁统一的时代到来了。 　　　1865 年麦克斯韦最终建立了包括电荷守恒定律、介质方程以及电磁场方程在内的完备方程组。经过赫兹、亥维赛、洛伦兹等人进一步的整理和提炼，得到了现在我们看到的电磁场方程组——麦克斯韦方程组：高斯定律、法拉第电磁感应定律、磁通连续定律和全电流安培环路定律。 (一)麦克斯韦方程组可以准确的描绘出电磁场的特性及其相互作用的联系，这样一来，他就把混乱纷繁的现象归纳成为一种统一完整的学说。 （二）在物理上以场而不是以力作为基本的研究对象，在数学上引入了有别于经典数学的矢量偏微分运算符。这两条是发现电磁波方程的基础 （三）麦克斯韦根据他的方程组可以证明电磁场的周期振荡的存在，这种振荡叫电磁波。并且他得出光本身是电磁波。 因此所有先前已知的光学定律都可以由方程导出，许多先前未发现的事实和关系也可以由方程导出。 　1. 类比方法 　　 类比通常指对两类对象在性质或关系方面的类似性研究，并在此基础上做出推断，由一类对象已知的属性和关系，而达到对另一类对象的某种未知属性和关系的推测，所以它是一种从特殊到特殊的思维方式。 “物理类比的意思是利用一种科学定律和另一种科学定律之间的部分类似性，用它们中的一个去说明另一个。” “类比是建立在两类定律在数学形式相似的基础上。” ——麦克斯韦 　2. 精密的数学语言 　　　简明精确的数学语言是表述科学概念、科学理论的重要形式，是科学发展的要求,也是科学成熟的标志之一。这一点在麦克斯韦的工作中得到充分体现。 “一门科学只有成功运用数学时,才算达到了完善的地步。” 　　　　　　　　　——马克思 　 　3. 思想实验 “这种思想实验不是数学表达式在思想中的推演，而是在思想中进行的对电和磁的运动形象过程的再创造 ” ——麦克斯韦 　麦克斯韦以电磁学实验和动力学原理为依据,在前人成果的基础上通过自己的艰苦努力,最终建立起电磁场方程组。麦克斯韦电磁场理论的建立，为我们建立了丰富的方法的教益和启迪。他应用形象思维的方法，进行创造性的思维活动，创造了新的物理图像，构造了神奇的假说，从科学家的研究中吸取科学思想、科学方法的营养，对提高我们提出问题、分析问题和解决问题的能力都有很大的帮助。 Maxwell方程提出的背景及其对创新研究的启示 目录 提出背景 科学意义 思想启发 提出背景 麦克斯韦 法拉第 W.汤姆孙 　　麦克斯韦为了把法拉第论文中对电和磁之间相互关系的定性描述表达出来，并赋予它们优美的数学形式，引入了一种新的矢量函数。他利用流体的流线概念，把电力线比作不可压缩流体的流管，把电场强度比作流速，并且提出了一个新的物理概念——场，揭示了法拉第的定性描述中所蕴涵的数学思想的精髓。 电磁场的动力学理论 赫兹 亥维赛 洛伦兹 变化的磁场是电场的漩涡源 变化的电场和传导电流是磁场的漩涡源 无论在静态场还是时变场 ，磁感应强度矢量的流线是连续闭合的，其散度等于零 无论在静态场还是时变场，自由电荷密度是电位移矢量的散度源 科学意义 思想启发 类比可以沟通不同领域的研究方法。可以在解析的抽象形式和假设之间提供媒介，还可以启发新的物理思想，帮助人们去认识和发现一些尚待研究的物理过程和规律。 　　　随着科学技术的进步,现代科学的发展己日趋定量化,只有定量化的数学描述才能经得起在量上的实验检验,也才能从量的细微差别上寻写找理论的不足之处和改进办法。 把数学分析和实验研究联合使用所得到的物理科学知识，比之一个单纯的实验人员或者单纯的数学家能聚有的知识更加坚实、有益而牢固。