第六章电磁学的发展.docVIP

第六章 电磁学的发展 教学目的与要求： 掌握：库仑定律的发现过程及内容；安培定律的发现过程；电流的磁效应的发现过程；电磁感应的发现过程及意义；麦克斯韦经典电磁场理论。 熟悉：人们对电、磁现象的早期研究；了解电流、；场的概念。 了解：麦克斯韦经典电磁场理论的建立及赫兹对其验证情况。 教学重点，难点：库仑定律的发现过程及内容；安培定律的发现过程；电流的磁效应的发现过程；电磁感应的发现过程及意义；麦克斯韦经典电磁场理论。 教学内容： §1.对电磁现象的早期认识 1.中国 西周(公元前1100-公元前771)青铜铭文就记载有“电”字和“雷”字。 先秦:“阴阳相薄，感而为雷，激而为霆。霆，电也。” 古人将磁石称为慈石来形容磁石“以为母也，故能引其子”的功能。 2.英国人吉尔伯特——论磁: 曾为英国伊丽莎白一世的御医，1600年发表《论磁石》，总结了前人的经验，记载了大量实验。如“小地球”实验。伽利落称其为“经验主义的奠基人”。 3.1663年，盖里克发明摩擦起电机; 4.1720年，英国牧师格雷研究了电的传导现象; 5.1733年，杜非分别了两种电;松脂电和玻璃电; 6.莱顿瓶的发现 1745年，荷兰莱顿城莱顿大学教授马森布洛克（Musschenbrock)发现了莱顿瓶，为贮存电荷找到了一个方法。莱顿瓶就是一个玻璃瓶，在瓶里核瓶外分别贴有锡箔。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。 §2.富兰克林对雷电现象的研究 1.富兰克林（1706-1790） 美国人，在全家17个孩子中排行15，其父是小手工业者，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，后来成为科学家和政治家。1743年创立美国哲学学会；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。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（Peter Coullinson)，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 富兰克林40岁时，观看了电学实验，从而对电有了兴趣。其中有一个想法，天上的电和地电是统一的吗? 1752年7月，一个电闪雷鸣的上午，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。 现象：麻绳上得纤维向四周自立，犹如“怒发冲冠”，铜钥匙可以给莱顿瓶充电，与摩擦电性质完全相同。 富兰克林的工作，揭开了雷电的奥秘，统一了“天电”和“地电”，震惊了科学界。 小插曲： 为了验证“地电”与“天电”的相同处，富兰克林想到雷可以击死动物，于是他就实验用“地电”去击杀火鸡，结果被电打昏了。苏醒后，却不介意地说：“我本想用电杀死一只火鸡，结果差点电死了一个傻瓜。” 然而，风险是的确存在的。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。 4.发明避雷针 富兰克林将其发现转化为应用-避雷针诞生了。1782年，仅费城一处，采用避雷针就多达400多处。 5.科学兴趣广泛 研究了火炉的改良，植物的移植，传染病的防治.写出了《电学的实验和研究》的著作。 6. 政治活动家 独立宣言和美国宪法的起草人之一，为祖国的独立和解放作出了贡献的政治活动家。美国独立战争期间，已经年老的富兰克林代表初创的美国出使法国，利用英法之间的矛盾争取了法国的援助。 §3.从定性到定量——库仑定律的发现 一.类比法的成功 1．电力作用的猜测 1759年，德国柏林科学院院士爱皮努斯（F.U.T.Aepinus)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小而增大。 1760年，D.伯努利首先猜测电力会不会跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法在当时具有一定的代表性。 2．富兰克林的空罐实验 用丝线将一小块