经典电磁学的建立与发展

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1、第五章经典电磁学的建立与发展（1）§1.对电磁现象的早期认识§2.富兰克林对雷电现象的研究§3.从定性到定量——库仑定律的发现§4.由静电到动电——电流的发现§5.电流的磁效应与安培定律§6.电磁感应现象的发现与研究§7.麦克斯韦电磁场理论的建立§8.电磁波的发现与应用吉尔伯特简介英国物理学家、医生吉尔伯特做了多年的实验，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。他的主要著作为1600年出版的《论磁性、磁体和巨大地磁体》。全书分为6篇，这是他约1

2、7年的研究结晶，记录了600余个实验，叙述了磁的历史及五种磁运动。第二篇中有一章叙述了电的实验。这本书堪称物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著。伽利落称其为“经验主义的奠基人”。§1.对电磁现象的早期认识1.中国：略2.英国人吉尔伯特(W.Gilbert,1544-1603)——论磁:对电磁现象的早期认识对磁现象的研究---“小地球”实验：在《论磁性、磁体和巨大地磁体》书中，记录了他把一块大天然磁石磨成球形，把小磁针放在球的表面，发现小磁针的方向和在地球上的情况完全一样。由此他认为，地球本身就是一个大磁体，存在南北两磁极。并

3、且存在同性磁极相斥，异性磁极相吸。1646年，英国医生布朗(T.Browne)发现电的排斥作用；1650年，意大利的格里凯发明第一台摩擦起电机；1720年，英国的格雷研究了电的传导现象；1733年，法国杜非分别了两种电;松脂电和玻璃电；并明确表述了“同性相斥，异性相吸”的规律。对电磁现象的早期认识对摩擦起电的研究：他发现琥玻被摩擦后吸引轻小物体，吉尔伯特称之为“电性”，并对多种物体的摩擦进行了研究。认识到电力只有吸引力一种，和磁力不同。第一只验电器的制作：他用一根极细的金属丝固定在一个可自由转动的支座上，当带电物体靠近时，细金

4、属丝就会被吸引而转向带电体。3.莱顿瓶的发现1745年，荷兰莱顿大学教授马森布洛克（Musschenbrock)发明了收集电荷的莱顿瓶。对电磁现象的早期认识电击实验：为贮存电荷，马森布洛克将起电机和一悬挂的枪管相连，再用一根铜线从枪管引出，铜丝的另一端插入盛有水的玻璃瓶内。起电机起电后，当用手和枪管接触时，被强烈电击。后来对莱顿瓶进行了改进，在瓶里核瓶外分别贴上锡箔，瓶里锡箔通过金属链与金属棒连接，棒的上端是一个金属球。表演实验：法国人诺莱特在一座巴黎大教堂前邀请了法国路易十五的皇室成员临场观看：七百名修道士手拉手排成一行，排

5、头的修道士用手握住莱顿瓶，当莱顿瓶充电后，让排尾的修道士触摸莱顿瓶的引线。顿时，七百名修道士几乎同时跳了起来。在场的人目瞪口呆。从而展示了电的巨大威力。1.富兰克林（1706-1790）美国人，其父经营蜡烛制造，家境贫困。他在10岁时缀学，12岁当印刷所学徒，阅读了许多书籍。1926年和朋友组成“共读社”进行自学，并于1749年发展成为教育青年的学院(宾夕法尼亚大学前身)，任该校董事四十余年。1731年他倡议并建成了北美第一个图书馆，1736年被选为州议员，并担任费城邮政局长，任职期间做了不少公益事业；1743年创立美国哲学学

6、会；1751年协助创办宾夕法尼亚大学，1756年当选为英国皇家学会会员。富兰克林对雷电现象的研究富兰克林像§2.富兰克林对雷电现象的研究自己写的墓志铭：“印刷工富兰克林”2.电荷守恒定律的发现1746年，英国物理学家、皇家学会会员柯林森（PeterCoullinson)，通过邮寄向美国费城的富兰克林赠送了一只莱顿瓶，富兰克林利用莱顿瓶做了大量的静电学实验，他发现两个带有不同性质电荷的带电体，相互接触后可以呈现中性。根据这种相消性和数学上的正负数的概念，把两种不同性质的电荷分别称为“正电”和“负电”，并进一步得出结论①正电和负电

7、在本质上不应有什么差别；②摩擦起电过程中，总是形成等量异种电荷；③摩擦起电过程中，一方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。从而得到了电荷守恒定律。3.费城实验----天电和地电的统一富兰克林40岁时，观看了电学实验，于是产生了一个想法，天上的电和地电是统一的吗?1752年7月，一个雷雨天的上午，他将一个风筝放到空中，风筝下有一根铁丝，铁丝下栓一根麻绳，麻绳的下一端拴丝线，绳线接触处栓了一把钥匙。同时他还把从云端“吸取”的电荷收集在莱顿瓶中，并进行其他实验。结果：铜钥匙充给莱顿瓶的电，与摩擦电性质完全相同。富兰克林对雷电现

8、象的研究富兰克林的这一工作，揭开了雷电的奥秘，统一了“天电”和“地电”，震惊了科学界。风筝实验图富兰克林对雷电现象的研究现象：麻绳上得纤维向四周自立，犹如“怒发冲冠”风险：1753年，俄国的里赫曼在做大气电实验时不幸中电身亡，为科学献身。5.科学兴趣广泛研究了火炉的改良，植物