高三物理学史《电磁学的发展历史》名师优质课获奖市赛课一等奖课件

第三章电磁学发展历史第1页1目录3.1电磁现象早期研究3.2电磁学建立3.3电磁感应现象发觉与研究3.4电磁场理论建立第2页23.1电磁现象早期研究3.1.1静电学发展我国东汉时期，王充在《论衡》一书中提到"顿牟掇芥"等问题，也是说摩擦过琥珀能吸引轻小物体。公元前7世纪，古希腊哲学家泰勒斯已经发觉用毛织物摩擦过琥珀能吸引一些轻小物体。Electricity（电）这个字起源就来自希腊文“琥珀”(electron)。

第3页31600年吉尔伯特与<<磁石论>>首先对电和磁现象进行系统试验研究是英国威廉·吉尔伯特。英国伊丽莎白女王御医、英国皇家科学院物理学家。主要在电学和磁力学方面有很大贡献。吉尔伯特工作是试验和学术知识结合典范。威廉·吉尔伯特（WilliamGilbert，1544—1603）第4页4他认识到电力和磁力是性质不一样两种力。他第一个将琥珀和毛皮摩擦后吸引轻小物体性质叫做“电”。第5页51600年，吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大磁体》。记载了电学方面研究。第6页6盖利克和起电机

盖利克起电机

最早静电起电机出现在17世纪，O.von.盖利克利用摇柄使一个硫磺球（后改用玻璃球）快速旋转，用人手（或皮革）与之摩擦起电。到19世纪，这种摩擦起电机为感应起电机所取代。第7页718世纪电研究——电流趣闻第一个让电荷奔跑人斯蒂芬·格雷1729年，斯蒂芬.格雷在研究琥珀电效应是否可传递给其它物体时发觉导体和绝缘体区分：金属可导电，丝绸不导电。

斯蒂芬·格雷（StephenGray）第8页8最主要贡献时发觉了电传导现象格雷还做过一个有趣试验：把一个小孩用几根粗丝绳水平吊起来，用摩擦过带电玻璃管接触小孩胳臂，孩子手和身体便能吸引羽毛和铜屑。这表明，人也是导体。第9页9正负电荷发觉1734年法国人迪费（Charles-FrancoisduFay，1696～1739）迪费依据大量试验事实断定电有两种：一个是与琥珀带电性质相同，叫做“琥珀电”；一个是与玻璃带电性质相同，叫做“玻璃电”。第10页10带相同电物体相互排斥；带不一样电物体彼此吸引第11页113.1.2电线与流动电荷1、莱顿瓶创造1746年，荷兰莱顿大学物理学教授马森布罗克（PietervonMusschenbrock,1692～1761）创造了能保留电莱顿瓶。马森布罗克第12页12有趣试验第13页13富兰克林与费城试验在1752年7月一个雷雨天富兰克林做了著名费城试验：风筝上安上一根尖细铁丝，用来捕捉电，并用麻绳与这铁丝相连，麻绳末端拴一把铜钥匙，钥匙塞在莱顿瓶中间第14页14

富兰克林（BenjaminFranklin，1706—1790年）

是18世纪美国实业家、科学家、社会活动家、思想家和外交家，美国《独立宣言》和美国宪法起草人之一。第15页15正负电命名

1747年，富兰克林首先以正电荷、负电荷名称来区分两种电荷。他把摩擦时物体取得电多出部分叫做带正电，物体失去电而不足部分叫做带负电。这种命名方法一直延续至今。第16页16电荷守恒定律1747年他依据试验提出：在正常条件下电是以一定量存在于全部物质中一个元素；电跟流体一样，摩擦作用能够使它从一个物体转移到另一个物体，但不能创造；任何孤立物体电总量是不变，这就是通常所说电荷守恒定律。第17页17意义正、负电提出，为定量研究电现象提供了基础，使人们第一次能够用数学来表示带电现象，其主要性是显而易见。第18页183.1.3伏打与伏打电堆1、伽伐尼电流发觉1780年，意大利解剖学家伽伐尼偶然观察到与金属相接触蛙腿发生抽动。第19页192、伏打电堆1800年3月20日，他制造了第一个能产生连续电流化学电池。其装置为一系列按一样次序叠起来银片、锌片和用盐水浸泡过硬纸板组成柱体，叫做伏打电堆。这是第一个能人为产生稳定、连续电流装置，为电流现象研究提供了物质基础第20页20伏打成就受到各界普遍赞赏，科学界用他姓氏命名电势，电势差（电压）单位，为“伏特”（就是伏打，音译演变），简称“伏”。第21页21化学电源创造1800年卡莱尔和尼科尔森用低压电流分解水；同年里特成功地从水电解中搜集了两种气体，并从硫酸铜溶液中电解出金属铜；1807年，戴维利用庞大电池组先后电解得到钾、钠、钙、镁等金属；第22页221811年他用个电池组成电池组制成了碳极电弧；从19世纪50年代起它成为灯塔、剧院等场所使用强烈光电源，直到70年代才逐步被爱迪生创造白炽灯所代替。另外伏打电池也促进了电镀发展，电镀是1839年由西门子等人创造。第23页233.2电磁学建立电磁感应现象发觉，对科学技术发展意义重大。它揭示了电与磁相互联络和转变又一主要性质，推进了电磁学理论发展。在应用方面，为大规模地利用电能开辟了辽阔道路闪电能够使罗盘磁针旋转第24页24奥斯特试验在1820年4月发觉电流磁效应：当电流经过导线时，引发导线近旁磁针偏转。丹麦物理学家奥斯特(HansChristianOersted，1777—1851)通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场。第25页25同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用试验》为题发表了他发觉。这篇短短论文使欧洲物理学界产生了极大震动，造成了大批试验结果出现，由此开辟了物理学新领域──电磁学。为了纪念他，国际上从1934年起命名磁场强度单位为奥斯特，简称“奥”。第26页261820年，毕奥（J.B.Biot，1774—1862）和萨伐（FelixSavart，1791—1841）关于长直载流导线对磁极作用力试验。第27页27安培定律1820年7月，安培关于载流螺线管与磁铁等效性试验；安培从电流与电流之间相互作用进行探讨。他把磁性归结为电流之间相互作用，安培(Ampére，1775—1836)是法国物理学家、数学家安培研究电流相互作用仪器第28页28即两个电流元之间作用力跟它们之间距离平方成反比，这就是著名安培定律。安培定律当前表示式为：第29页291827年，安培将他电磁现象研究综合在《电动力学现象数学理论》一书中，这是电磁学史上一部主要经典论著，对以后电磁学发展起了深远影响。为了纪念安培在电学上出色贡献，电流单位安培是以他姓氏命名。第30页303.3电磁感应发觉3.3.11831年法拉第发觉了电磁感应定律1821年9月他发觉通电导线能绕磁铁旋转以及磁体绕载流导体运动，第一次实现了电磁运动向机械运动转换，从而建立了电动机试验室模型。1831年发觉了电磁感应定律。法拉第(MichaelFaraday1791--1867)是英国物理学家、化学家，也是著名自学成才科学家法拉第对电磁学贡献不但是发觉了电磁感应，他还发觉了光磁效应（也叫法拉第效应）、电解定律和物质抗磁性。他在大量试验基础上创建了力线思想和场概念，为麦克斯韦电磁场理论奠定了基础。第31页31法拉第试验大致上能够归为两类：一类试验是磁铁与线圈有相对运动时，线圈中产生了电流；另一类试验是当一个线圈中电流发生改变时，在它附近其它线圈中也产生了电流。法拉第将这些现象与静电感应类比，把这些现象正式定名为电磁感应。第32页32法拉第依据大量试验事实总结出了以下定律：电路中感应电动势大小，跟穿过这一闭合电路磁通改变率成正比。感应电动势用表示，即（负号反应感应电动势方向与磁通量改变关系）这就是法拉第电磁感应定律。第33页33法拉第电磁感应定律主要意义：首先，依据电磁感应原理，人们制造出了发电机，电能大规模生产和远距离输送成为可能；另首先，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛应用。人类社会从此前进了电气化时代。第34页341832年亨利发觉自感现象1829年，亨利改进电磁铁，他用绝缘导线密绕在铁芯上，制成了能提起近一吨重物强电磁铁。同年，亨利在用试验证实不一样长度导线对电磁铁提举力影响时，发觉了电流自感现象：断开通有电流长导线能够产生明亮火花。1832年，他在发表论文中宣告发觉了自感现象。亨利（JosephHenry，1797.12.17—1878.5.13）美国物理学家第35页351833年楞茨定律法拉第只是定性地用文字表述了电磁感应现象。1833年楞茨（Lenz）深入发觉楞茨定律，说明感应电流方向。1845年才由纽曼（F.E.Neumann，1798—1895）以定律形式提出电磁感应定量规律。楞次（HeinrichFriedrichEmilLenz）是俄国物理学家和地球物理学家，

它所产生磁场方向与引发感应原磁场改变方向相反第36页36法拉第力线思想

法拉第从广泛试验研究中构想出描绘电磁作用“力线”图象。他认为电荷和磁极周围空间充满了力线，靠力线（包含电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联络在一起。第37页37法拉第是电磁场理论奠基人，他首先提出了磁力线、电力线概念，在电磁感应、电化学、静电感应研究中深入深化和发展了力线思想，并第一次提出场思想，建立了电场、磁场概念。爱因斯坦曾指出，场思想是法拉第最富有创造性思想，是自牛顿以来最主要发觉。麦克斯韦正是继承和发展了法拉第场思想，为之找到了完美数学表示形式从而建立了电磁场理论。第38页381847年汤姆生类比思想1847年，W.汤姆生深入研究了电磁现象与弹性现象相同性，在题为《论电力、磁力和伽伐尼力力学表征》一文中，以不可压缩流体流线连续性为基础，叙述了电磁现象和流体力学现象共性。W.汤姆生利用类比喻法，把法拉第力线思想转变为定量表述，为麦克斯韦工作提供了十分有益经验。第39页393.4电磁场理论建立3.4.11865年麦克斯韦建立电磁场理论麦克斯韦(JamesClerkMaxwell，1831－1879)，英国物理学家，经典电磁理论奠基人．1831年8月31日出生于爱丁堡。自幼聪明，15岁就在爱丁堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作图问题论文，已显露出出众才华。“把数学分析和试验研究联合使用所得到物理知识，比之一个单纯试验人员或单纯数学家能含有知识更坚实，有益和巩固。”--麦克斯韦第40页40

麦克斯韦电磁场理论1856年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁理论论文，题为：《论法拉第力线》。在这篇论文中，他发展了W.汤姆生类比喻法。用麦克斯韦经过类比，明确了两类不一样概念，一类相当于流体中力，E和H就是；另一类相当于流体流量，D和B属于这一类。麦克斯韦深入讨论了这两类量性质。流量遵从连续性方程，能够沿曲面积分，而力则应沿线段积分。第41页411865年，麦克斯韦发表了关于电磁场理论第三篇论文：《电磁场动力学理论》，用场观点总结了电磁理论，构建了全新理论框架。麦克斯韦认为改变磁场在其周围空间激发涡旋电场；改变电场引发媒质电位移改变，电位移改变与电流一样在周围空间激发涡旋磁场。第42页42麦克斯韦明确地用数学公式把它们表示出来，从而得到了电磁场普遍方程组——麦克斯韦方程组。经过对这个方程组数学运算，麦克斯韦预言了电磁波存在，电磁波传输速度同光速一样。而光不过是波长在某一范围电磁波，从而把电、磁和光现象统一了起来。第43页43麦克斯韦在电磁理论方面工作能够和牛顿在力学理论方面工作相媲美。对麦克斯韦功劳，爱因斯坦作了很高评价。他在纪念麦克斯韦文集中写道：“自从牛顿奠定理论物理学基础以来，物理学公理基础最伟大变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁现象方面工作所引发”。“这么一次伟大变革是同法拉第、麦克斯韦和赫兹名字永远联在一起。这次革命最大部分出自麦克斯韦。”第44页443.4.21886赫兹电磁波试验

1886年10月，赫兹用放电线圈做火花放电试验，偶然发觉近旁未闭合绝缘导电线圈中有电火花跳过，便敏锐地想到这可能是电磁共振。此开始直到1888年，赫兹集中力量连续进行了相关电磁波特征多方面试验赫兹(H.R.Hertz,1857—1894)-德国物理学家第45页451887年11月5日，赫兹在寄给亥姆霍兹一篇题为《论在绝缘体中电过程引发感应现象》论文中，总结了这个主要发觉。

赫兹电磁波试验装