类比法对电磁理论创立中的作用.doc

【标题】类比法对电磁理论创立中的作用 【作者】夏小洪 【关键词】类比法??电磁理论 【指导老师】王骁勇 【专业】物理学 【正文】前言类比法是通过两个或两类研究对象进行比较，找出它们之间相同点和相似点，并以此为根据把其中某一个或某一类对象的有关知识和结论，推移到另一个或另一类对象上，从而推论出它们也可能有相同或相似的结论的一种逻辑推理和研究方法。因为类比法是按照两个或两类对象的比较，而推论出某一个或某一类研究对象的新结论，所以类比过程是由特殊到特殊，或由一般到一般的逻辑推理过程。它在电磁理论的创立过程中就发挥着重要的作用。1?静电场理论建立过程中的类比1.1早期科学家对电力和磁力的猜测18?世纪中叶，牛顿力学已经取得辉煌胜利，人们借助于万有引力的规律，对电力和磁力作了种种猜测。德国柏林科学院院士爱皮努斯(F.U.T.Aepinus，1724—1802)1759?年对电力作了研究。他在书中假设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作出了更完善的解释。不过，他并没有实际测量电荷间的作用力，因而只是一种猜测。1760?年，D．伯努利首先猜测电力会不会也跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法显然有一定的代表性，因为平方反比定律在牛顿的形而上学自然观中是很自然的观念，如果不是平方反比，牛顿力学的空间概念就要重新修改。1.2?富兰克林的空罐实验对电力和磁力规律的启示?富兰克林的空罐实验（也叫冰桶实验）对电力规律有重要启示。1755?年，他在给兰宁(John Lining)的信中，提到过这样的实验：“我把一只品脱银罐放在电支架（按：即绝缘支架）上，使它带电，用丝线吊着一个直径约为 1?英寸的木椭球，放进银罐中，直到触及罐的?底部，但是，当取出时，却没有发现接触使它带电，象从外部接触的那样。”[7].?富兰克林的这封信不久跟其他有关天电和尖端放电等问题的信件，被人们整理公开发表流传甚广，很多人都知道这个空罐实验，不过也和?富兰克林一样，不知如何解释这一实验现象。富兰克林有一位英国友人，名叫普利斯特利（Joseph Priestley，1733—1804），是化学家，对电学也很有研究。富兰克林写信告诉他这个实验并向他求教。普利斯特利专门重复了这个实验，在1767?年的《电学历史和现状及其原始实验》一书中他写道：“难道我们就不可以从这个实验得出结论：电的吸引与万有引力服从同一定律，即距离的平方反比定律，因为很容易证明，假如地球是一个球壳，在壳内的物体受到一边的吸引作用，决不会大于另一边的吸引。”[8]普利斯特利的这一结论不是凭空想出来的，因为牛顿早在 1687?年就证明过，如果万有引力服从平方反比定律，则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。他在《自然哲学的数学原理》第一篇第十二章《球体的吸力》一开头提出的命题，内容是：“设对球面上每个点都有相等的向心力，随距离的平方减小，在球面内的粒子将不会被这些力吸引。”[2]牛顿的思想在卡文迪什和另一位英国科学家米切尔的活动中得到了体现。米切尔是天文学家，也对牛顿的力学感兴趣。在 1751?年发表的短文《论人工磁铁》中，他写道：“每一磁极吸引或排斥，在每个方向，在相等距离其吸力或斥力都精确相等按磁极的距离的平方的增加而减少，”他还说：“这一结论是从我自己做的和我看到别人做的一些实验推出来的。但我不敢确定就是这样，我还没有做足够的实验，还不足以精确地做出定论。”?既然实验的根据不足，为什么还肯定磁力是按距离的平方成反比地减少呢？甚至这个距离还明确地规定是磁极的距离，可是磁极的位置又是如何确定的呢？显然，是因为米切尔先已有了平方反比的模式。在米切尔之前确有许多人步牛顿的后尘研究磁力的规律，例如：哈雷（1687?年）、豪克斯比、马森布洛克等人都做过这方面的工作，几乎连绵百余年，但都没有取得判决性的结果。米切尔推断磁力平方反比定律的结论可以说是牛顿长程力思想的胜利，把引力和磁力归于同一形式，促使人们更积极地去思考电力的规律性。米切尔和卡文迪什都是英国剑桥大学的成员，在他们中间有深厚的友谊和共同的信念。米切尔得知库仑发明扭秤后，曾建议卡文迪什用类似的方法测试万有引力。这项工作使卡文迪什后来成了第一位直接测定引力常数的实验者。正是由于米切尔的鼓励，卡文迪什做了同心球的实验。1.3?库仑的平方反比思想关于库仑发明扭秤，并用扭秤精确地测量电力和磁力的实验，已经在别的地方有详尽描述，这里只想探讨一个问题，就是库仑是不是事先就有平方反比的思想框架.从史料中可以看到如下几点：[2]1．库仑虽然直接测量了电荷之间作用力与距离的关系，但精确度毕竟有限，如果用平方反比关系表示，其指数偏差可达0.04。如果库仑不是先有平方反比的概念，他为什么不用F∝