物理学课件静电现象和静磁现象的研究

1、 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，全部物理学归纳为力学的机械论观点宣告彻底失败。 电磁理论的建立，完成物理学史上又一次大综合经典力学的建立，是物理学史上第一次大综合 1905年爱因斯坦建立 狭义相对论1865年麦克斯韦提出 电磁场理论1820年奥斯特发现 电流对磁

2、针的作用公元前600年 1831年法拉第发现 电磁感应古希腊泰勒斯 第一次记载电现象 电磁理论的发展历程 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3-1 静电和静磁现象的研究3-2 电流的产生及其磁效应3-3 电磁感应定律3-4 麦克斯韦电磁场理论的建立 与电磁波的发现内容提要: 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 1. 我国古代电磁学东汉的王充论衡乱龙篇 “顿牟(即玳瑁)掇芥，磁石引针”战国末年的韩非子有度 “故先王立司南，以端朝夕”商周时期的甲骨文中出现“雷”，“电”二字宋代沈括梦溪笔

3、谈 “常微偏东，不全南也” 英国医生吉尔伯特(Gilbert)的磁学论最早总结前人对电磁研究的大量经验：吉尔伯特2. 早期西方电磁学伽利略称“磁学论一书伟大得让人嫉妒”1）电与磁是两种不同的现象；2）天然磁石本身具有磁性，玻璃和 琥珀摩擦才能带电；3）证明磁引力不受纸片的影响；4）磁铁切断仍有两极，没有单极的 磁铁存在。3.静电现象的早期研究 1660年德国工程师格里克(Guericke,Otto von)发明了第一台摩擦起电机，之后对静电研究才迅速开展起来。 1729年英国科学家格雷(Gray)发现了导体与绝缘体的区别。 1733年法国人迪费（Du Fay）经过实验区分出两种电荷。他把玻璃上

4、产生的电叫做“玻璃电”（后来富兰克林改称为正电）,琥珀树脂上产生的电叫做“树脂电”（改称为负电）。同号电荷彼此相斥,异号电荷彼此相引总结出静电作用的基本特性： 为了寻找一种保存电的方法，莱顿大学物理学教授马森布罗克(Pieter von Musschen)在1746年发明了能收集电荷的“莱顿瓶”。 在一个孤立的带电系统中，无论发生什么变化，系统所具有的正负电荷电量的代数和保持不变。4.电荷守恒定律：1.电荷是物质的一种基本属性;2.电荷有正负两种， 同号相排斥 异号相吸引;4.电荷的基本性质:3.动画 1749年美国人富兰克林(Franklin)注意到雷闪与放电有许多相同之处。1752年他通过

5、在雷雨天气将风筝放入云层，来进行雷击实验，证明了雷闪就是放电现象。 .富兰克林著名风筝实验请问：雷电怎么形成的？ 在正常条件下电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素； 电跟流体一样，摩擦的作用可以使它从一物体转移到另一物体，但不能创造； 任何孤立物体的电总量是不变的； 摩擦时物体获得的电的多余部分叫做带正电，物体失去电而不足的部分叫做带负电。 富兰克林根据实验提出：富兰克林动画 1931年由荷兰人范德格拉夫 ( Van de Graaff)发明，将机械能直接转换为电能的直流高电压发生器。 范德格拉夫起电机应用:范德格拉夫起电机可用于静电喷漆和除尘 以及部分高电压实验等。原理:尖端放电现象动画

6、罗比逊实验装置 二、库仑定律 (Coulombs law) 1769年苏格兰人罗比逊(Robison)实验证明： 1767年普里斯特利 (Priestley )电学历史和现状及原始实验 “电的吸引力与万有引力服从同一规律，即与距离平方成反比” =0.06指数偏差 1777年法国科学院悬赏征求改良航海指南针中的磁针问题。 库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置测出静电力和磁力的大小，这导致他发明扭秤。 1875年库仑通过电扭秤实验，测得=0.04，通过与万有引力类比，确信并提出了库仑定律： 在真空

7、中，两个静止点电荷之间的相互作用力的大小与它们的电量 q1和q2的乘积成正比，与它们之间的距离 r 的平方成反比，作用力的方向沿着它们的联线，同号相斥，异号相吸库仑用扭秤测量电场力和磁场力，导出著名的库仑定律。 C2/（Nm2） 如果令F12表示q2对q1的作用力，r12=r1-r2表示由q2指向q1的矢量，e表示其单位矢量，库仑定律可以表示为：r1r2zyxor21r12F12F21+q2+q1式中比例系数k为真空中的介电常数例: 在氢原子中，电子和质子间距约为5.310-11m。两者间的万有引力为：两者间的静电力为：结论：库仑力远大于万有引力 三、从库仑定律的建立看类比方法的重要性 库仑测得=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， 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