高中物理 3.2《电磁场与电磁波》素材 粤教版选修3-4

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1、麦克斯韦简介麦克斯韦(JamesClerkMaxwel1831～1879)英国物理学家，1831年6月13日生于英国爱丁堡的一个地主家庭，8岁时，母亲去世，在父亲的诱导下学习科学，16岁时进入爱丁堡大学，1850年转入剑桥大学研习数学，1854年以优异成绩毕业于该校三一学院数学系，并留校任职。1856年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授。1860年到伦敦任皇家学院自然哲学及天文学教授。1865年辞去教职还乡，专心治学和著述。1871年受聘为剑桥大学的实验物理学教授，负责筹建该校的第一所物理学实验室——卡文迪许实验室，1874年建成后担任主

2、任。1879年第11月5日在剑桥逝世，终年只有49岁。科学成就麦克斯韦自幼聪颖，15岁就发表过数学论文，一生从事过许多方面的物理学研究工作:1．麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。而这种理论预见后来得到了充分的实验证实。1873年，麦克斯韦完成巨著《电磁学通论》，这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》相媲美的书，具有划时代的意义。2．麦克斯韦在电磁学实验方面也有重要贡献。他建立了实验验证的严格理论，并重复卡文迪许的实验，将实验精度提高了3个数量级。他的验证理论成为后世精确验证静电力

3、平方反比定律的依据。此外他还发明了麦克斯韦电桥。3．麦克斯韦在分子动理论方面的功绩也是不可磨灭的。他运用数学统计的方法导出了分子运动的麦克斯韦速度分布律。还研究过土星的光环和视觉理论，创立了定量色度学。。他负责建立起来的卡文迪许实验室，在他和以后几位主任的领导下，发展成为名闻世界的学术中心之一。在其短暂的生涯中，麦克斯韦迈出了物理学中从未有人走过的最重要的几步，他的成就无论在深度和广度上都可以和爱因斯坦相比拟，甚至难以想象，如果不是受到麦克斯韦工作的启发，爱因斯坦会取得那么巨大的成功。爱因斯坦在自传中说：“在我求学的时代，最吸引人的题目就是

4、麦克斯韦的理论”，“特殊的相对论起原于麦克斯韦的电磁场方程”。1931年，在纪念麦克斯韦诞生100周年时，爱因斯坦把麦克斯韦的电磁场贡献评价为“自牛顿时代”以来物理学所经历的最深刻最有成效的变化。”趣闻轶事1854年，麦克斯韦毕业后不久，就读到了法拉第的名著《电学实验研究》。法拉第在这书中，把他数十年研究电磁现象的心得归结为“力线”的概念。法拉第做了一个构思精细、设计巧妙的实验：把铁粉撒在磁铁周围，铁粉就呈现出有规则的曲线，从一磁极到另一磁极，连续不断。法拉第把这种曲线称为力线，他还进一步用实验证明，这种力线具有物理性质。他把布满磁力线的空

5、间称为磁场，而磁力就是通过连续磁场传递的。麦克斯韦完全被书中的实验和新颖的见解吸引住了。法拉第的著作，把他带到一个崭新的知识领域，使他无比神往。一年之后，24岁的麦克斯韦发表了《法拉第的力线》，这是他第一篇关于电磁学的论文。在论文中，麦克斯韦通过数学方法，把电流周围存在磁力线这一特征，概括为一个数学方程。这一年，恰好法拉第结束了长达30多年的电学研究，在科学笔记上写下了最后的一页。麦克斯韦接过了这位伟大先驱手中的火炬，开始向电磁领域的纵深挺进。四年后，在一个晴朗的春天，麦克斯韦特意去拜访法拉第。他们虽然通信几年了，还没有见过面。这是一次难忘

6、的会晤。两人一见如故，亲切交谈起来。用心爱心专心阳光照耀着这两位伟人。他们不仅在年龄上相隔四十年，在性情、爱好、特长等方面也颇不相同，可是他们对物质世界的看法却产生了共鸣。这真是奇妙的结合：法拉第快活、和蔼，麦克斯韦严肃、机智。老师是一团温暖的火，学生是一把锋利的剑。麦克斯韦不善于说话，法拉第演讲起来娓娓动听。两人的科学方法也恰好相反：法拉第专于实验探索，麦克斯韦擅长理论概括。在谈话中，法拉第提到了麦克斯韦四年前的论文《法拉第的力线》。当麦克斯韦征求他的看法时，法拉第说：“我不认为自己的学说一定是真理，但你是真正理解它的人。”“先生能给我指

7、出论文的缺点吗？”麦克斯韦谦虚地说。“这是一篇出色的文章”，法拉第想了想说，“可是你不应停留于用数学来解释我的观点，而应该突破它。”“突破它！”法拉第的话大大地鼓舞了麦克斯韦，他立即以更大的热忱投入了新的战斗，要把法拉第的研究向前推进一步。麦克斯韦在紧张的研究中，两年的时光过去了。这是努力探求的两年，也是丰收的两年。1862年，麦克斯韦在英国《哲学杂志》上，发表了第二篇电磁论文《论物理的力线》。文章一登出来，立即引起了强烈的反响。这是一篇划时代的论文，它与七年前麦克斯韦的第一篇电磁论文相比，有了质的飞跃。因为《论物理的力线》，不再是法拉第观

8、点单纯的数学解释，而是有了创造性的引伸和发展。麦克斯韦从理论上引出了位移电流的概念，这是电磁学上继法拉第电磁感应提出后的一项重大突破。麦克斯韦并未到此为止。他再一次发挥自己的数学