第三章电磁学.ppt

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1、自然科学导论电磁学第一节电磁学发展历程简述第三章电磁学第二节电磁感应与电磁波一、电磁感应现象的发现三、法拉第的科学思想方法二、电磁感应定律开辟了电气时代的新纪元第三章近代科学的重要基础—电磁学第一节电磁学发展历程简述一、静电学与静磁学1、早期的静电学研究泰勒斯早在公元前5世纪的希腊时代，就有了关于静电现象的历史记载。古希腊人已经发现用毛皮磨擦过的琥珀能吸引一些像绒毛、麦杆等一些轻小的东西，他们把这种现象称作“电”。Electricity（电）这个字的起源就来自希腊文的“琥珀”中国古代的玳瑁能够吸引微小的物体。西晋时期，《博物志》中也有摩擦起电的记载。玳瑁的背甲可以用来制作精美的装饰品，汉代的

2、著名诗篇《孔雀东南飞》中就有“足下蹑丝履，头上玳瑁光”的诗句。英国物理学家、医生吉尔伯特做了多年的实验，发现可以经过摩擦而带电的物体不限于琥珀，硫磺、玻璃、火漆等物都有这个性质，而且他还发现了“电力”，“电吸引”等许多现象，并最先使用了“电力”、“电吸引”等专用术语，因此许多人称他是电学研究之父。吉尔伯特对摩擦带电现象提出解释，认为这是由于摩擦时将物体中的—种流体擦掉，而只剩下大气包围着带电体了。吉尔伯特1650年德国科学家居里凯制成了摩擦起电机。一个在支架上可以旋转的大硫磺球，用人手在球上摩擦就使硫磺球带电。1705年德国工程师兼物理学家豪克斯比用空心玻璃壳代替琉璃球，并且对原有起电机做了

3、很多改动，发明了较轻便的手摇起电机。直到18世纪末，摩擦起电机都一直是研究电现象的基本工具。1734年法国王家花园的管家杜菲在实验中发现带电的玻璃和带电的琥珀是相互吸引的，但是两块带电的琥珀或者两块带电的玻璃则是相互排斥的。即“同性相斥、异性相吸”。杜菲根据大量的实验事实断定电有两种：一种是与琥珀带的电性质相同，叫做“琥珀电”；一种是与玻璃带的电性质相同，叫做“玻璃电”。杜菲1745年普鲁士（德国的前身）的一位副主教克莱斯特在实验中利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他用手触及铁钉时，受到猛烈的一击，他由此发现了放电现象。同年荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克在克莱斯特发现的启发下

4、发明了收集电荷的“莱顿瓶”。因为马森布罗克是莱顿大学的教师，所以这个最早的电容器叫做莱顿瓶。马森布罗克马森布罗克看到好不容易起得的电却很容易地在空气中逐渐消失，为了寻找一种保存电的方法，马森布罗克于1746年做了如下的实验：他将一枪管悬挂在空中，用起电机与枪管相连，另用一根铜线一端与枪管相连，另一端浸入盛有水的玻璃瓶中，当他的助手一只手握着玻璃瓶，另一只手不小心触到枪管上，助手因猛然感到一次强烈的电击而喊了起来，马森布罗克替下助手亲自体验了给他带来极大恐怖感觉的实验。这使人们认识到：人体作导体参与放电过程的瞬间，电会使人感到一种可怕的突然震动和打击，这就是常说的电击(或叫电震)。马森布罗克还

5、由此认识到，盛水的玻璃瓶通电后，可以将电保存起来，这就是“莱顿瓶”。“莱顿瓶”的发明18世纪中叶，在大洋彼岸的美国科学家本杰明.富兰克林又做了多次实验，进一步揭示了电的性质，并提出了电流这一术语。他认为电是一种没有重量的流体，存在于所有的物体之中。如果一个物体得到了比它正常的份量更多的电，它就被称之为带正电（或“阳电”）；如果一个物体少于它正常份量的电，它就被称之为带负电（或“阴电”）。所谓放电就是正电流向负电的过程。富兰克林的这一说法，在当时确实能够比较圆满地解释一些电的现象。富兰克林富兰克林的贡献提出存在正电和负电及电荷守恒定律。“电不是摩擦玻璃管而产生的，而只是从摩擦者转移到了玻璃管，

6、摩擦者失去的电与玻璃管获得的电严格相同”。这就是说：在任一绝缘体系中电的总量是不变的，即电荷守恒原理。统一了天电和地电富兰克林的最著名的实验是风筝实验。早在1749年他就注意到雷闪与放电有许多相同之处。1752年他通过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，从而实现了天电与地电的统一。静电作用的平方反比定律18世纪后期，静电学三条基本原理：静电力基本特性、电荷守恒和静电感应原理都已经建立，对电的认识有了初步的成果。然而，如果不建立定量的规律，电的知识还不能形成一门严密的科学。由此，科学期待着能够进行定量分析的规律出现。两个电荷之间的作用力正比于电荷的乘积而反比于它们

7、之间距离的平方。这就是现在人们熟知的库仑定律，又称为平方反比定律。定律的形式十分简单，但是整个静电理论就建立在这个定律的基础上。这个定律的发现，和许多科学原理一样，很难归功于某一个人，而且还被重复地发现了四次。①从万有引力得到的启示德国柏林科学院院士爱皮努斯于1759年对电力作了假设，设想电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减少而增大，于是对静电感应现象做出了更完善的解释。不过，他并没有实际测量电荷间的作用