自然科学概要（第二版）（微课版）课件 7.2经典电磁学及光学

1经典力学和热力学CONTENTS第7章近代物理学经典电磁学和光学27.2课程标准

1.知识目标了解杜费（法国）、富兰克林（美国）、穆欣布罗克（荷兰）、伽伐尼（意大利）、伏特（意大利）、奥斯特（丹麦）、法拉第（英国）、麦克斯韦（英国）、惠更斯（荷兰）、菲涅尔（法国）、斯涅尔（荷兰）发现的创新成果。理解光的反射定律、光的折射定律、透镜成像规律。2.能力目标具备初步的批判性思维能力。3.素质目标弘扬科学家精神，博学德清，鼎新致用第二节经典电磁学和光学一、电学

1.对静电的研究

1733年，法国人杜费(1698-1739)发现自然界存在两种电：一种是皮毛与树脂摩擦后树脂带的负电；另一种是丝绸与玻璃摩擦后玻璃带的正电。正负电之间同性相斥、异性相吸。荷兰莱顿大学的穆欣布罗克(1692—1761)用起电机使瓶内的水带电；发明了莱顿瓶。

1752年美国的本杰明·富兰克林用风筝把雷雨中的电引下来使莱顿瓶充电，证明了天上的电和地上的电是一回事。据此，发明了避雷针。静电的发现过程

2、电流的发现

1780年，意大利医生伽伐尼把连接着蛙腿的铜钩子挂到院外的铁栏上，蛙腿抽搐了一下。只要铜钩一接触铁栏，蛙腿就会痉挛，发现了电流。意大利物理学家伏特用各种金属做类似实验，认识到金属的接触是产生电流的真正原因。据此，制成了伏特电堆，这是最早的能提供稳定直流电池。电池的发现过程1.电生磁

1800年，丹麦哥本哈根大学的奥斯特教授在做物理实验时偶然发现：电流通过铂丝时，铂丝下罗盘的磁针发生了偏转。这个现象证明了电能产生磁，电具有磁效应。2.磁生电

英国科学家法拉第经过10年坚持不懈的实验研究，于1831年通过改变磁场强度的变化，使闭合线路中产生电流，这就是著名的电磁感应现象。法拉第还进一步提出了“场”和“力线”的概念。二、电磁学电生磁实验图片磁生电实验图片

1864年，年轻的英国物理学家麦克斯韦（1831－1879）

发表了“电磁场的动力学理论”一文，给出一组描述电磁现象的完整偏微分方程组，即麦克斯韦方程。

之后，写成了电磁理论的名著《论电和磁》，解麦氏方程组得出如下结论：①交变的电场产生交变的磁场，而交变的磁场又能产生交变的电场，这样电场—磁场—电场继续下去，就是电磁波。②解方程组得出在真空中电磁波的运动速度等于光速。麦克斯韦电磁理论的建立，不仅预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁这三种现象的统一性。麦克斯韦电磁场理论的实验验证，直到1888年才由德国物理学家赫兹加以实现。ε和μ是电导率和磁导率。3.电磁波赫兹麦克斯韦

三、光的成因理论

1.光的粒子说

牛顿用三棱镜分解了太阳光，发现了“牛顿环”现象，设计过一种反射望远镜。他的光学成就集中体现在所著《光学》一书中。牛顿认为光是光源向各个方向阵阵簇射出来的粒子流。2.光的波动说

荷兰科学家惠更斯（1629～1695）则认为光是以球面波的形式向前传播的；英国物理学家托马斯·杨所做的光的干涉实验证明了光是波；光的粒子说解释光的反射现象光以球面波的形式向前传播19世纪60年代麦克斯韦预言光是一种电磁波。之后，1905年爱因斯坦发现光电效应，并指出，光不单是粒子或者波，而是具有波粒二象性。

光电效应电磁波谱电磁波的干涉和衍射电磁波

二、反射和折射定律1.光的反射定律

1817年，法国物理学家菲涅尔（1788~1827）发现了光的反射定律。

光射到两种媒质的分界面时，入射光的一部分就从界面沿着某一方向反射出来。如果入射光线平行，沿某一方向反射的光线也是平行的，这种反射称为光的单向反射。

如果界面是粗糙不平的表面，反射的光线就不再平行，而是射向各个不同的方向，这种反射叫做漫反射。菲涅尔光的反射现象光的反射定律：①反射光线在入射光线和法线所决定的平面里，反射光线和入射光线分居在法线两侧；②反射角等于入射角。根据反射定律，我们可以知道：如果光线逆着原来反射光线的方向入射到界面，它就要逆着原来入射光线的方向反射。所以，在反射时，光路是可逆的反射角等于入射角

2.光的折射定律

光射到两种媒质的分界面时，一般是有一部分光反射回原媒质继续传播，另一部分光在两种媒质的分界面上，改变了原来传播的方向，进入另一种媒质里继续传播，形成折射现象。

光的折射定律是由荷兰数学家、物理学家斯涅尔（1580-1626）发现的。斯涅尔的折射定律是从实验中得到的，未做任何的理论推导，虽然正确，但却从未正式公布过。只是后来惠更斯等人在审查他遗留的手稿时，才看到这方面的记载。斯涅尔（1580-1626）

光的折射现象

透镜的聚焦现象

三、透镜成像

1.透镜以两个球面（或其中一个是平面）为折射界面的透明体，叫做透镜。透镜分为凸透镜和凹透镜，这两种透镜除了中央以外，都可以看作是由许多棱镜组成的。由于这些棱镜的折射，凸透镜能把平行的入射光线会聚在透镜的另一侧，形成焦点；凹透镜则能把入射的平行光线，在透镜的另一侧发散反向延长后在入射光线一侧，形成虚焦点。透镜成像的类型透镜成像可以用作图法求出。光源发出的无数条光线中，有三条特殊的光线，它们通过透镜后方向是完全确定的。①通过光心的光线，经透镜后方向不变；②跟主轴平行的光线，折射后通过焦点；③通过焦点的光线，折射后跟主轴平行。所以经常利用这三条线中的任意两条作图，由其交点做出物体某光点的像。物体可以看作是点的集合。因此用点的集会的方法就能得到整个物体的像。2.透镜成像成透镜的分类和区别

从成像图可以看出：在凸透镜焦点以外的物体所成的像总是跟物体处于异侧，呈倒立实像；在焦点以内的物体所成的像总是跟物体处于同侧，呈放大正立虚像；

而凹透镜所成的像只能是跟物体处于同侧，呈缩小正立虚像。照相机复印机幻灯机放大镜不成像透镜成像规律思考与练习1.说说杜费（法