電磁的發(fā)展講課用課件

1、 “自從牛頓奠定理論物理學(xué)基礎(chǔ)以來，物理學(xué)的公理基礎(chǔ)換句話說，就是我們關(guān)于實在結(jié)構(gòu)的概念最偉大的變革，是由法拉第和麥克斯韋在電磁學(xué)方面的工作所引起的?！?愛因斯坦 第四講 電磁學(xué)的發(fā)展 第1頁，共53頁。 伽利略和牛頓所取得如此偉大成就，是因為他們把科學(xué)思維和實驗研究很好地結(jié)合在一起，為力學(xué)的發(fā)展開辟了一條正確的道路。 電學(xué)、磁學(xué)構(gòu)成了經(jīng)典物理學(xué)的另一重要分支。隨著一個個電磁學(xué)研究成果的取得，企圖把全部物理學(xué)歸納為力學(xué)的機械論觀點宣告徹底失敗。 電磁學(xué)發(fā)展史中的典型事件第2頁，共53頁。歷史概述 電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象很早受人類注意，留下了許多文字記載。在17世紀前，大多數(shù)是觀察和零碎的知識，到17世

2、紀后才有一些系統(tǒng)的研究，而定量的研究則更晚。18世紀中葉以后，磁力和電力的平方反比定律相繼發(fā)現(xiàn)，靜電學(xué)和靜磁場開始沿牛頓力學(xué)的發(fā)展登上科學(xué)的舞臺。18世紀末，隨著電堆的發(fā)明，人們有可能人為地產(chǎn)生和控制電流。19世紀，電流的磁效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、熱效應(yīng)相繼的發(fā)現(xiàn)，其規(guī)律得到了定量的表述，電學(xué)和磁學(xué)得到了和諧統(tǒng)一的發(fā)展，建立了統(tǒng)一的電磁理論，并證實了電磁波的存在。第3頁，共53頁。 本講將涉及下面一些科學(xué)家以及他們的重大發(fā)現(xiàn)，他們是：庫侖、奧斯特、安培、法拉第和麥克斯韋等。 庫侖奧斯特安培法拉第麥克斯韋第4頁，共53頁。Electricity（電）來自希臘文的“琥珀”。中國古代，早在公元前3世紀，古書

3、韓非子就記載司南；呂氏春秋記有慈石召鐵。西漢末年（公元20年）有玳瑁吸細小物體。系統(tǒng)研究始于17世紀。1600年，英國醫(yī)生吉伯（1544-1603）發(fā)表了論磁、磁體和地球作為一個巨大的磁體，吉伯的工作是磁學(xué)成為物理學(xué)的一個分支。 4.1 靜電和靜磁現(xiàn)象的研究 一、靜磁和靜電現(xiàn)象的早期研究 第5頁，共53頁。 中國古代的貢獻：最早文字記載“雷”、“電”，發(fā)明指南針等。 最早總結(jié)前人對電磁研究的大量經(jīng)驗，討論電磁體性質(zhì)的英國醫(yī)生吉爾伯特，他斷言：電與磁是兩種不同的現(xiàn)象。相比靜磁現(xiàn)象，靜電研究困難得多。直到第一臺摩擦起電機發(fā)明后，對靜電研究才迅速開展起來。 吉爾伯特第6頁，共53頁。1660年，蓋里

4、克（1602-1668）發(fā)明摩擦起電機。蓋里克的摩擦起電機實驗被許多人重復(fù)，人們紛紛仿照他的方法做靜電實驗，1705年豪克斯比（1666-1713）用空心玻璃球代替硫磺球，發(fā)現(xiàn)效果一樣。1720年，格雷（1675-1736）研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別。隨后，他又發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)體的靜電感應(yīng)現(xiàn)象。1773年杜菲（1698-1739）經(jīng)過實驗區(qū)分出兩種電荷，他分別為松脂電（負電）和玻璃電（正電），并總結(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，這是克萊斯特和馬森布落克在1745-1746年分別做出。第7頁，共53頁。二、富蘭克林對雷電現(xiàn)象的研究1.富蘭

5、克林(1706-1790): 美國人在全家10個孩子中排行8，其父是小手工業(yè)者，家境貧困。他在10歲時綴學(xué)，12歲當(dāng)印刷所學(xué)徒，閱讀了許多書籍，和幾個青年創(chuàng)辦了“共讀社”，后來成為科學(xué)家和政治家。自己寫的墓志銘:“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）第8頁，共53頁。2.費城實驗1746年，一位英國學(xué)者在波士頓利用玻璃管和萊頓瓶表演了電學(xué)實驗。富蘭克林懷著極大的興趣觀看了他的表演，并被電學(xué)這一剛剛興起的科學(xué)強烈地吸引住了。隨后富蘭克林開始了電學(xué)的研究。富蘭克林在家里做了大量實驗，研究了兩種電荷的性能，說明了電的來源和在物質(zhì)中存在的現(xiàn)象。在十八世紀以前，人們

6、還不能正確地認識雷電到底是什么。當(dāng)時人們普遍相信雷電是上帝發(fā)怒的說法。一些不信上帝的有識之士曾試圖解釋雷電的起因，但都未獲成功，學(xué)術(shù)界比較流行的是認為雷電是“氣體爆炸”的觀點。第9頁，共53頁。 富蘭克林當(dāng)時已40歲時，對電很有興趣。其中有一個想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎? 他經(jīng)過反復(fù)思考，斷定雷電也是一種放電現(xiàn)象，它和在實驗室產(chǎn)生的電在本質(zhì)上是一樣的。于是，他寫了一篇名叫論天空閃電和我們的電氣相同的論文，并送給了英國皇家學(xué)會。但富蘭克林的偉大設(shè)想竟遭到了許多人的嘲笑，有人甚至嗤笑他是“想把上帝和雷電分家的狂人”。 富蘭克林決心用事實來證明一切。1752年6月的一天 ，一個電閃雷鳴的上午，他

7、將一個風(fēng)箏放到空中，風(fēng)箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，當(dāng)一道閃電從風(fēng)箏上掠過，富蘭克林用手靠近風(fēng)箏上的鐵絲，立即掠過一種恐怖的麻木感。第10頁，共53頁。他抑制不住內(nèi)心的激動，大聲呼喊：“威廉，我被電擊了！”隨后，他又將風(fēng)箏線上的電引入萊顧瓶中?；氐郊依镆院螅惶m克林用雷電進行了各種電學(xué)實驗，證明了天上的雷電與人工摩擦產(chǎn)生的電具有完全相同的性質(zhì)。富蘭克林關(guān)于天上和人間的電是同一種東西的假說，在他自己的這次實驗中得到了光輝的證實。第11頁，共53頁。富蘭克林的工作，揭開了雷電的奧秘，統(tǒng)一了“天電”和“地電”，震驚了科學(xué)界。小插曲：為了驗證“地電”與“天電”的相同處，富蘭克林想到雷可以擊死動物，

8、于是他就實驗用“地電”去擊殺火雞，結(jié)果被電打昏了。蘇醒后，卻不介意地說：“我本想用電殺死一只火雞，結(jié)果差點電死了一個傻瓜?！比欢?，風(fēng)險是的確存在的。1753年，俄國的里赫曼在做大氣電實驗時不幸中電身亡，為科學(xué)獻身。第12頁，共53頁。3.發(fā)明避雷針:富蘭克林并不滿足，將他的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為了新的發(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。 寫出了電學(xué)的實驗和研究的著作。5.富蘭克林是獨立宣言和美國憲法的起草人之一，為祖國的獨立和解放作出了貢獻的政治活動家。第13頁，共53頁。 三、庫侖定律 類比萬有引力，科學(xué)家猜測電荷間作用

9、力與距離平方成反比。 羅比遜實驗，發(fā)現(xiàn) 羅比遜實驗裝置偏差第14頁，共53頁。 卡文迪許利用兩個同心球的實驗證明了上述規(guī)律，他得到=0.02，可惜兩人的工作都未發(fā)表。 卡文迪許同心球?qū)嶒炑b置第15頁，共53頁。 庫侖于1785年用電扭秤實驗，通過與萬有引力類比，確信并提出了庫侖定律 C2/（Nm2） 計算表明，庫侖力遠大于萬有引力 第16頁，共53頁。三、從庫侖定律的建立看，類比方法的重要性 庫侖測得=0.04，但他斷定力與距離成平方反比，是成功運用類比方法的結(jié)果。 麥克斯韋對類比法的論述：“為了不用物理理論而得到物理思想，我們必須熟悉物理類比的存在。所謂物理類比，我指的是一種科學(xué)定律與另一種

10、科學(xué)定律之間的部分相似性。它使得這兩種科學(xué)可以相互說明?！?第17頁，共53頁。 湯川秀樹也是類比法的成功運用者，他通過將核力和電磁力類比，成功地提出了核力的介子理論。他說：“類比是一種創(chuàng)造性思維的形式，假定存在一個人所不能理解的某物，他偶爾注意到這一物和他所熟悉的另一物的相似性。他通過將兩者比較就可以理解他在此刻之前尚不能理解的某物。如果他的理解是恰當(dāng)?shù)模疫€沒有人達到這樣的理解，那么可以說，他的思維確實是創(chuàng)造性得到?！?必須指出：有時簡單的類比也會導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。如惠更斯類比聲波，認為光波也是縱波就錯了?？梢婎惐冉Y(jié)果是否正確還得由實驗檢驗。第18頁，共53頁。一、 伽伐尼發(fā)現(xiàn)“動物電”

11、伽伐尼的研究(1737-1798): 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)電火花會使蛙腿抽搐，后來他又發(fā)現(xiàn)當(dāng)用銅鉤倒掛蛙腿，再用鐵梁橫挑，蛙腿也會痙攣。1791年發(fā)表了論文論肌肉運動中的電力。發(fā)現(xiàn)電流的第一人，但認為是一種動物電。4.2 電流的產(chǎn)生及其磁效應(yīng) 第19頁，共53頁。二、伏打（1737-1798）的“金屬接觸說”1.伏打意大利帕維大學(xué)教授，否定了伽伐尼動物說。他認為，電來自兩種不同金屬的接觸，青蛙只不過是起了驗電器的作用。為了闡明自己的觀點，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)生接觸電勢差。 第20頁，共53頁。2.伏打電池第一個直流

12、電源1800年，伏打根據(jù)他自己的觀點，制成了伏打電池。得到了拿破侖授予的一枚金質(zhì)獎?wù)?。并成為法國科學(xué)院的院士。今天電學(xué)中的一個重要單位伏特，就是為了紀念他。第21頁，共53頁。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)進入了飛速發(fā)展時期。三、歐姆定律(1787-1854)喬治西蒙歐姆生于德國埃爾蘭根城，父親是鎖匠。父親自學(xué)了數(shù)學(xué)和物理方面的知識，并教給少年時期的歐姆，喚起了歐姆對科學(xué)的興趣。16歲時他進入埃爾蘭根大學(xué)研究數(shù)學(xué)、物理與哲學(xué)，由于經(jīng)濟困難，中途綴學(xué)，到1813年才完成博士學(xué)業(yè)。歐姆是一個很有天才和科學(xué)抱負的人，他

13、長期擔(dān)任中學(xué)教師，但他在孤獨與困難的環(huán)境中始終堅持不懈地進行科學(xué)研究，自己動手制作儀器，后被慕尼黑大學(xué)任命為教授。 第22頁，共53頁。 歐姆對導(dǎo)線中的電流進行了研究。他從傅立葉發(fā)現(xiàn)的熱傳導(dǎo)規(guī)律受到啟發(fā)，導(dǎo)熱桿中兩點間的熱流正比于這兩點間的溫度差。因而歐姆認為，電流現(xiàn)象與此相似，猜想導(dǎo)線中兩點之間的電流也許正比于它們之間的某種驅(qū)動力，即現(xiàn)在所稱的電動勢。通過實驗驗證，在1826年發(fā)現(xiàn)了歐姆定律，由此與電流相關(guān)的物理量可以測定和推出。第23頁，共53頁。人們?yōu)榧o念他，將電阻的單位定為“歐姆”。 第24頁，共53頁。 歐姆定律發(fā)現(xiàn)初期，許多物理學(xué)家不能正確理解和評價這一發(fā)現(xiàn)，并遭到懷疑和尖銳的批評

14、。研究成果被忽視，經(jīng)濟極其困難，使歐姆精神抑郁。直到1841年英國皇家學(xué)會授予他最高榮譽的科普利金牌，才引起德國科學(xué)界的重視。 第25頁，共53頁。四、奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng) 丹麥著名的物理學(xué)家奧斯特(1777-1851)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)并不是人們所認為的是他的偶遇，他早就有把自然界中各種現(xiàn)象相互聯(lián)系的思想。1803年他就說過，我們物理學(xué)將不再是運動、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的任何其他現(xiàn)象的零碎羅列，而我們將把整個世界容納在一個體系中。奧斯特正是以這樣的觀點出發(fā)，來探索電和磁之間的聯(lián)系，這是他發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的思想基礎(chǔ)。第26頁，共53頁。 奧斯特基于: （1）自然哲

15、學(xué)思想 受康哲學(xué)思想影響, 認為自然界各種基本力可以相互轉(zhuǎn)化。 （2）已發(fā)現(xiàn)一些電可能會發(fā)生磁的跡象。 堅信電磁間有聯(lián)系，并開展電是否能產(chǎn) 生磁的研究。 法國著名生物學(xué)家巴斯德在講述奧斯特的發(fā)現(xiàn)時， 說過一句名言： “在觀察領(lǐng)域的一切機遇只偏愛有那些準備的頭腦?！?討論：這句名言已在社會上被廣泛使用。 奧斯持第27頁，共53頁。1812年:“我們應(yīng)該檢驗的是，究竟電是否以其最隱蔽的方式對磁體有類似的作用?！?1818-1819年，與奧共事的人說:“奧斯特經(jīng)常在尋找這兩種大自然力之間的關(guān)系?！睓C會來了，1820年4月的一天晚上，奧斯特在講課中突然出現(xiàn)了一個想法，講課快結(jié)束時，他說：“讓我把導(dǎo)線與

16、磁針平行放置來試試看。”當(dāng)他接通電源時，發(fā)現(xiàn)小磁針微微動了一下。這一現(xiàn)象使奧斯特又驚又喜，他緊緊抓住這一現(xiàn)象，連續(xù)進行了3個月的實驗研究，終于在1820年7月21日發(fā)表了題為關(guān)于磁針上的電流碰撞的實驗的論文。這篇僅用了4頁紙的論文，是一篇極其簡潔的實驗報告。第28頁，共53頁。奧斯特在報告中講述了他的實驗裝置和多個實驗的結(jié)果，從實驗總結(jié)得出：電流的作用僅存在于載流導(dǎo)線的周圍；沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線；電流對磁針的作用可以穿過各種不同的介質(zhì)；作用的強弱決定于介質(zhì)，也決定于導(dǎo)線到磁針的距離和電流的強弱；銅和其他一些材料做的針不受電流作用；通電的環(huán)形導(dǎo)體相當(dāng)于一個磁針，具有兩個磁極等。這篇短短的論文使

17、歐洲物理學(xué)界產(chǎn)生了極大震動，導(dǎo)致了大批實驗成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域電磁學(xué)第29頁，共53頁。 一次演講中，奧斯特偶然發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線通電時，在它的下方的小磁針有一微小晃動。他抓住了這個現(xiàn)象，經(jīng)過3個月的反復(fù)實驗，發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)。揭開了研究電與磁內(nèi)在聯(lián)系的序幕。在此實驗中，磁針受到了一個旋轉(zhuǎn)力，力學(xué)自然觀對此無法解釋。第30頁，共53頁。 三、安培對電流磁效應(yīng)的深入研究 安培從磁體與磁體、電流與磁體相互作用，聯(lián)想并發(fā)現(xiàn)了通電導(dǎo)線之間有相互作用。并進一步發(fā)現(xiàn)了通電螺線管與條形磁鐵的等效性。 安培實驗進一步使力學(xué)自然觀失效，并為法拉第提出“場”的概念打下了實驗基礎(chǔ)。安培載流直導(dǎo)線相互作用 載流

18、螺線管與條形磁鐵等效 第31頁，共53頁。 安培也通過理論研究，提出了計算兩載流回路之間的相互作用力的方法。對于作用在長為l 兩載流直導(dǎo)線上的力為 其中 和 是兩導(dǎo)線中的電流，d為兩平行導(dǎo)線間的距離，在國際單位制中，常量 為真空磁導(dǎo)率， 由此安培提出了著名的“磁性起源假說”：物質(zhì)磁性來自于內(nèi)部有電流，并可解釋物體可被磁化的現(xiàn)象及磁體被分割后仍有N、S極性現(xiàn)象。此假說，直到19世紀知道了原子結(jié)構(gòu)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的秘密，才真正知道這是“分子電流”。 第32頁，共53頁。4.3 電磁感應(yīng)定律 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 法拉第的自然哲學(xué)思想：他與奧斯特一樣，堅信自然力的“統(tǒng)一性”，并追求這種統(tǒng)一性。他在實驗記

19、錄中有這樣一段話：“長期以來，我就持有一種觀點，幾乎是一種信仰，我相信其他許多愛好自然知識的人也會共同有的，就是物質(zhì)的力表現(xiàn)出來時具有某種形態(tài)，都有一個共同的根源，或者換句話說，它們是相互直接聯(lián)系的，也是相互依賴的，所以它們似乎是可以互相轉(zhuǎn)化的。”第33頁，共53頁。 加上奧斯特已發(fā)現(xiàn)了電能產(chǎn)生磁，所以法拉第堅信：磁一定能產(chǎn)生電 經(jīng)過近10年的努力，于1831年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 由圖示4種方法，可見關(guān)鍵點是：產(chǎn)生感應(yīng)電流的回路都是處在一個變化的磁場中，一旦磁場變化停止，感應(yīng)電流就消失。這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。第34頁，共53頁。 二、創(chuàng)造性的科學(xué)思維磁感線與場概念的引入 法拉第于1831年底用

20、鐵粉實驗展示并提出了“磁力線” （現(xiàn)稱磁感應(yīng)線）概念。他認為磁感應(yīng)線顯示了在磁體周圍空間是物理空間，其中存在“磁場”。利用磁感應(yīng)線在空間分布的疏密程度可以直觀地描述磁場的強弱?！懊堋北硎?“強”，“稀”表示“弱”。條形磁鐵周圍鐵屑沿磁感應(yīng)線排列 第35頁，共53頁。 磁感應(yīng)強度是矢量，有大小和方向。在磁感應(yīng)線上某點的切線方向為該點磁感應(yīng)強度方向。人們又規(guī)定磁場的方向是將小磁針放在該點時，北極所指方向。 第36頁，共53頁。法拉第“場”概念的提出奧斯特和安培的一系列實驗工作使力學(xué)自然觀失效，需要新的思想來解釋實驗結(jié)果。法拉第本人在磁力線實驗基礎(chǔ)上又進行了一系列實驗，說明在磁體周圍是物理空間。法拉

21、第不贊成電磁體之間相互作用是“超距作用”，而應(yīng)是“近距作用”，是通過“場”傳遞，這種傳遞需要一定的時間。這是歷史上第一次向英國科學(xué)界普遍認為的力的“超距作用”挑戰(zhàn)。在1831年提出磁力線，經(jīng)過14年于1845年才逐步形成和提出了“場”的概念。第37頁，共53頁。 “場”概念引入的重大意義 力線和場的概念的提出，不僅對電磁感應(yīng)和其他一系列電磁實驗可給以定量的物理描述，而且“場”的提出，表明電力和磁力是一種近距作用，即這種力是通過“場”進行傳播的，不是“超距作用”。 更重要的是：“場”的引入是物理學(xué)中極具想象力的創(chuàng)舉，對物理學(xué)發(fā)展具有開創(chuàng)意義。在過去人們認為物理實在是質(zhì)點，牛頓研究的是質(zhì)點的力學(xué)運

22、動規(guī)律。而在電磁學(xué)的研究中，物理實在是有連續(xù)的“場”來代表。法拉第和麥克斯韋研究的是“場”的運動變化規(guī)律，這是一場偉大的變革。 “想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉?！?愛因斯坦第38頁，共53頁。 三、法拉第電磁感應(yīng)定律 引入感應(yīng)電動勢 比感應(yīng)電流更能反映電磁感應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)，當(dāng)回路線圈的圈數(shù)為N時，電磁感應(yīng)定律為：負號意味著 總是與磁通量變化的符號相反，說明 的方向總是阻止磁通量變化 ，是楞次定律要求。 利用洛倫茲公式可導(dǎo)出電磁感應(yīng)定律，即兩者是自恰的。同時再通過對圖3-3-5實驗的具體計算，證明了回路中電能是由外力所做的功轉(zhuǎn)化

23、而來的。 第39頁，共53頁。電磁感應(yīng)現(xiàn)象應(yīng)用舉例（1）麥克風(fēng) （2）發(fā)電機原理 法拉第法拉第小故事七、做一個“平凡的法拉第”第40頁，共53頁。四、楞次定律 自感現(xiàn)象 互感現(xiàn)象 楞次定律是判斷感應(yīng)電流方向的法則：閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向，總是使由此感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)插入和抽出磁鐵時所做的功轉(zhuǎn)變?yōu)榛芈分械碾娔堋?第41頁，共53頁。4.4 麥克斯韋電磁場理論的建立與電磁波的發(fā)現(xiàn) 一、一場偉大的變革 “一個民族要想站在科學(xué)的高峰，就一刻也不能沒有理論思維?！?恩格斯 恩格斯第42頁，共53頁。 在1999年，

24、英國廣播公司（BBC）所評選出的1000年來最偉大的10位思想家中麥克斯韋與馬克思、愛因斯坦、牛頓等人一起榜上有名，他排名第九。后由英國雜志物理世界在100位著名物理學(xué)家中選出的10位最偉大者中，麥克斯韋緊跟愛因斯坦和牛頓排名第三。 麥克斯韋麥克斯韋小故事第43頁，共53頁。 法拉第無疑是一位偉大的實驗家，有豐富的想象力，但他一系列觀點還缺乏嚴格的數(shù)學(xué)形式，在理論上不夠嚴密。加上當(dāng)時在學(xué)術(shù)界中，“超距作用”的傳統(tǒng)觀念還很深，所以當(dāng)時學(xué)術(shù)界對法拉第學(xué)說表示出冷漠、甚至非議。 可是年輕的麥克斯韋卻有與眾不同的眼光，他體會到了“場”的引入的革命性意義。他被法拉第的成果所吸引。在1856年以后，他致力

25、于用數(shù)學(xué)語言翻譯和表述電磁場的運動規(guī)律。 “法拉第和麥克斯韋在電磁場方面的工作引起一場最偉大的革命” 愛因斯坦 第44頁，共53頁。 二、麥克斯韋方程組的建立 麥克斯韋通過對前人的發(fā)現(xiàn)和成果加以總結(jié)和升華以及結(jié)合位移電流概念的引入，創(chuàng)造性地提出了變化電場可在周圍激發(fā)磁場的假設(shè)，把物理與數(shù)學(xué)緊密結(jié)合, 利用類比方法建立了描寫電磁場運動規(guī)律的麥克斯韋方程組。 麥克斯韋方程組 (對學(xué)生不要求, 只是給學(xué)生看一下) ： 第45頁，共53頁。 從麥克斯韋方程可見麥克斯韋的電磁理論具有以下幾個特點： （1）首次綜合和發(fā)展了前人工作, 給出了一個描寫電磁場運動的完美的統(tǒng)一方程。（2）充分反映了電場與磁場以及

26、時間空間的對稱性。（3）數(shù)學(xué)形式簡單優(yōu)美, 充分體現(xiàn)了物理學(xué)的美以及數(shù)學(xué)的重要性 不僅是一個表述工具, 更重要的是科學(xué)家正是利用數(shù)學(xué)方法從龐雜的經(jīng)驗事實中找出自然界普遍的高于感性經(jīng)驗的客觀規(guī)律來, 這一點在伽利略的斜面實驗中巳早有體現(xiàn)。第46頁，共53頁。三、預(yù)言電磁波，實現(xiàn)第三次大綜合 由麥克斯韋方程組出發(fā)，根據(jù)交變的電場（或磁場）可在周圍產(chǎn)生交變磁場（或電場），預(yù)言了電磁波。 他認為這種交變電磁場可不斷由振源向遠處傳播開來，電磁振蕩在空間的傳播就形成了電磁波。第47頁，共53頁。 麥克斯韋還推導(dǎo)出了電磁波在真空中的傳播速度為 并由此推斷光就是電磁波。電磁波譜第48頁，共53頁。 電磁波譜大致可劃分為： 無線電波 一般由天線上的電磁振蕩發(fā)射出去，它是電磁波譜中波長最長的一個波段。由于電磁波的輻射強度隨頻率的減小而急劇下降，因此波長為幾百公里的低頻電磁波通常不為人們注意。通常使用的包括長波、中波、短波、超短波和微波, 波長范圍長到10公里小到1mm。 紅外線 波長范圍大約在0.6 mm760 nm之間的電磁波稱為紅外線，它的波長比紅光更長，人眼看不見。它能透過濃霧或較厚大氣層而不易被吸收。紅外線雖然看不見，但可以通過特制的透鏡成像。根據(jù)這些性質(zhì)可制成紅外夜視儀，在夜間觀察物體。第49頁，共53頁。 可見光 可見光在