物理學(xué)史經(jīng)典電磁學(xué)1

1、第七章第七章 電磁學(xué)的發(fā)展（電磁學(xué)的發(fā)展（1） 7.1 電磁現(xiàn)象的早期研究電磁現(xiàn)象的早期研究 7.2 定量研究的開始定量研究的開始平方反比律的發(fā)現(xiàn)平方反比律的發(fā)現(xiàn) 7.3 電流的發(fā)現(xiàn)和研究電流的發(fā)現(xiàn)和研究 7.4 電磁學(xué)的開始電磁學(xué)的開始 7.5 法拉第的實驗研究及其主導(dǎo)思想法拉第的實驗研究及其主導(dǎo)思想 7.6 麥克斯韋電磁場理論的建立麥克斯韋電磁場理論的建立 吉爾伯特簡介吉爾伯特簡介 英國物理學(xué)家、醫(yī)生吉爾伯特做了多年的實驗，發(fā)現(xiàn)英國物理學(xué)家、醫(yī)生吉爾伯特做了多年的實驗，發(fā)現(xiàn) 了了“電力電力”，“電吸引電吸引”等許多現(xiàn)象，并最先使用了等許多現(xiàn)象，并最先使用了“電電 力力” “電吸引電吸引”等

2、專用術(shù)語，因此許多人稱他是等專用術(shù)語，因此許多人稱他是電學(xué)研究電學(xué)研究 之父之父。他的主要著作為。他的主要著作為16001600年出版的年出版的論磁性、磁體和巨論磁性、磁體和巨 大地磁體大地磁體。全書分為。全書分為6 6篇，這是他約篇，這是他約1717年的研究結(jié)晶，記年的研究結(jié)晶，記 錄了錄了600600余個實驗，敘述了磁的歷史及五種磁運(yùn)動。第二篇余個實驗，敘述了磁的歷史及五種磁運(yùn)動。第二篇 中有一章敘述了電的實驗。這本書堪稱物理學(xué)史上第一部中有一章敘述了電的實驗。這本書堪稱物理學(xué)史上第一部 系統(tǒng)闡述磁學(xué)的科學(xué)專著。系統(tǒng)闡述磁學(xué)的科學(xué)專著。伽利落稱其為伽利落稱其為“經(jīng)驗主義的奠經(jīng)驗主義的奠 基

3、人基人”。 1.電磁現(xiàn)象的早期研究電磁現(xiàn)象的早期研究 1.1.中國：略中國：略 2.2.英國人吉爾伯特英國人吉爾伯特(W.Gilbert,1544-1603)(W.Gilbert,1544-1603)論磁論磁 對磁現(xiàn)象的研究對磁現(xiàn)象的研究-“-“小地球小地球”實驗：實驗： 在在論磁性、磁體和巨大地磁體論磁性、磁體和巨大地磁體書中，記錄了他把一書中，記錄了他把一 塊大天然磁石磨成球形，把小磁針放在球的表面，發(fā)現(xiàn)小磁塊大天然磁石磨成球形，把小磁針放在球的表面，發(fā)現(xiàn)小磁 針的方向和在地球上的情況完全一樣。由此他認(rèn)為：針的方向和在地球上的情況完全一樣。由此他認(rèn)為：地球本地球本 身就是一個大磁體，存在南

4、北兩磁極。身就是一個大磁體，存在南北兩磁極。并且存在同性磁極相并且存在同性磁極相 斥，異性磁極相吸。斥，異性磁極相吸。 16501650年，意大利的年，意大利的蓋里克蓋里克發(fā)明第一臺摩擦起電機(jī)；發(fā)明第一臺摩擦起電機(jī)； 17201720年，英國的年，英國的格雷格雷研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象；研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象； 17331733年，法國年，法國杜菲杜菲分別了兩種電分別了兩種電; ;松脂電和玻璃電；松脂電和玻璃電； 并明確表述了并明確表述了“同性相斥，異性相吸同性相斥，異性相吸”的規(guī)律。的規(guī)律。 對摩擦起電的研究：對摩擦起電的研究：他發(fā)現(xiàn)琥玻被摩擦后吸引輕小物體，他發(fā)現(xiàn)琥玻被摩擦后吸引輕小物體， 吉爾伯特

5、稱之為吉爾伯特稱之為“電性電性”，并對多種物體的摩擦進(jìn)行了研究。，并對多種物體的摩擦進(jìn)行了研究。 認(rèn)識到電力只有認(rèn)識到電力只有吸引力吸引力一種，和磁力不同。一種，和磁力不同。 第一只驗電器的制作：第一只驗電器的制作：他用一根極細(xì)的金屬絲固定在一他用一根極細(xì)的金屬絲固定在一 個可自由轉(zhuǎn)動的支座上，當(dāng)帶電物體靠近時，細(xì)金屬絲就會個可自由轉(zhuǎn)動的支座上，當(dāng)帶電物體靠近時，細(xì)金屬絲就會 被吸引而轉(zhuǎn)向帶電體。被吸引而轉(zhuǎn)向帶電體。 3.3.電荷的獲得電荷的獲得 16461646年，英國醫(yī)生年，英國醫(yī)生布朗布朗(T.Browne(T.Browne) )發(fā)現(xiàn)電的排斥作用；發(fā)現(xiàn)電的排斥作用； 17451745年，

6、年，荷蘭萊頓大學(xué)教授馬森布洛克荷蘭萊頓大學(xué)教授馬森布洛克 （Musschenbrock)發(fā)明了收集電荷的萊頓瓶。發(fā)明了收集電荷的萊頓瓶。 電擊實驗：電擊實驗：為貯存電荷，馬森為貯存電荷，馬森 布洛克將起電機(jī)和一懸掛的槍布洛克將起電機(jī)和一懸掛的槍 管相連，再用一根銅線從槍管管相連，再用一根銅線從槍管 引出，銅絲的另一端插入盛有引出，銅絲的另一端插入盛有 水的玻璃瓶內(nèi)。起電機(jī)起電后，水的玻璃瓶內(nèi)。起電機(jī)起電后， 當(dāng)用手和槍管接觸時，被強(qiáng)烈當(dāng)用手和槍管接觸時，被強(qiáng)烈 電擊。后來對萊頓瓶進(jìn)行了改電擊。后來對萊頓瓶進(jìn)行了改 進(jìn)，在瓶里核瓶外分別貼上錫進(jìn)，在瓶里核瓶外分別貼上錫 箔，瓶里錫箔通過金屬鏈與金

7、箔，瓶里錫箔通過金屬鏈與金 屬棒連接，棒的上端是一個金屬棒連接，棒的上端是一個金 屬球。屬球。 4.4.電荷的儲存和大氣電研究電荷的儲存和大氣電研究 表演實驗：表演實驗：法國人法國人諾萊特諾萊特在一座巴黎大教堂前邀請了法國路在一座巴黎大教堂前邀請了法國路 易十五的皇室成員臨場觀看：七百名修道士手拉手排成一行，易十五的皇室成員臨場觀看：七百名修道士手拉手排成一行， 排頭的修道士用手握住萊頓瓶，當(dāng)萊頓瓶充電后，讓排尾的排頭的修道士用手握住萊頓瓶，當(dāng)萊頓瓶充電后，讓排尾的 修道士觸摸萊頓瓶的引線。頓時，七百名修道士幾乎同時跳修道士觸摸萊頓瓶的引線。頓時，七百名修道士幾乎同時跳 了起來。在場的人目瞪口

8、呆。從而展示了電的巨大威力。了起來。在場的人目瞪口呆。從而展示了電的巨大威力。 富蘭克林（富蘭克林（1706-1790） 美國人，美國人，其父經(jīng)營蠟燭制造，家境其父經(jīng)營蠟燭制造，家境 貧困。他在貧困。他在1010歲時綴學(xué)，歲時綴學(xué)，1212歲當(dāng)印刷歲當(dāng)印刷 所學(xué)徒，閱讀了許多書籍。所學(xué)徒，閱讀了許多書籍。17261726年和年和 朋友組成朋友組成“共讀社共讀社”進(jìn)行自學(xué)，并于進(jìn)行自學(xué)，并于 17491749年發(fā)展成為教育青年的學(xué)院年發(fā)展成為教育青年的學(xué)院 ( (賓賓 夕法尼亞大學(xué)前身夕法尼亞大學(xué)前身) )，任該校董事四十任該校董事四十 余年。余年。 17311731年他倡議并建成了北美第年他倡

9、議并建成了北美第 一個圖書館，一個圖書館，17361736年被選為州議員，年被選為州議員， 并擔(dān)任費(fèi)城郵政局長，任職期間做了并擔(dān)任費(fèi)城郵政局長，任職期間做了 不少公益事業(yè)；不少公益事業(yè)；17431743年創(chuàng)立美國哲學(xué)年創(chuàng)立美國哲學(xué) 學(xué)會；學(xué)會；17511751年協(xié)助創(chuàng)辦賓夕法尼亞大年協(xié)助創(chuàng)辦賓夕法尼亞大 學(xué)，學(xué)，17561756年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員。年當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員。 富蘭克林 像 自己寫的墓志銘：自己寫的墓志銘： “印刷工富蘭克林印刷工富蘭克林” 富蘭克林對雷電現(xiàn)象的研究富蘭克林對雷電現(xiàn)象的研究 電荷守恒定律的發(fā)現(xiàn)電荷守恒定律的發(fā)現(xiàn) 17461746年，英國物理學(xué)家、皇家學(xué)會會員

10、年，英國物理學(xué)家、皇家學(xué)會會員柯林森柯林森 （Peter CoullinsonPeter Coullinson) )，通過郵寄向美國費(fèi)城的富蘭克林，通過郵寄向美國費(fèi)城的富蘭克林 贈送了一只萊頓瓶，富蘭克林利用萊頓瓶做了大量的靜贈送了一只萊頓瓶，富蘭克林利用萊頓瓶做了大量的靜 電學(xué)實驗，他發(fā)現(xiàn)兩個帶有不同性質(zhì)電荷的帶電體，相電學(xué)實驗，他發(fā)現(xiàn)兩個帶有不同性質(zhì)電荷的帶電體，相 互接觸后可以呈現(xiàn)中性。根據(jù)這種相消性和數(shù)學(xué)上的正互接觸后可以呈現(xiàn)中性。根據(jù)這種相消性和數(shù)學(xué)上的正 負(fù)數(shù)的概念，把兩種不同性質(zhì)的電荷分別稱為負(fù)數(shù)的概念，把兩種不同性質(zhì)的電荷分別稱為“正電正電” 和和“負(fù)電負(fù)電”，并進(jìn)一步得出結(jié)論

11、，并進(jìn)一步得出結(jié)論正電和負(fù)電在本質(zhì)上正電和負(fù)電在本質(zhì)上 不應(yīng)有什么差別；不應(yīng)有什么差別；摩擦起電過程中，總是形成等量異摩擦起電過程中，總是形成等量異 種電荷；種電荷； 摩擦起電過程中，一方失去的電荷與另一方摩擦起電過程中，一方失去的電荷與另一方 得到的電荷在數(shù)量上相等。得到的電荷在數(shù)量上相等。從而得到了電荷守恒定律。從而得到了電荷守恒定律。 費(fèi)城實驗費(fèi)城實驗-天電和地電的統(tǒng)一天電和地電的統(tǒng)一 富蘭克林富蘭克林4040歲時，觀看了電學(xué)實驗，于是產(chǎn)生了歲時，觀看了電學(xué)實驗，于是產(chǎn)生了 一個想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎一個想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎? ? 1752 1752年年7 7月，一個雷

12、雨天的上午，他將一個風(fēng)箏放月，一個雷雨天的上午，他將一個風(fēng)箏放 到空中，風(fēng)箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，麻到空中，風(fēng)箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，麻 繩的下一端拴絲線，繩線接觸處栓了一把鑰匙。繩的下一端拴絲線，繩線接觸處栓了一把鑰匙。 同時他還把從云端同時他還把從云端“吸取吸取”的電荷收集在萊頓瓶中，的電荷收集在萊頓瓶中， 并進(jìn)行其他實驗。并進(jìn)行其他實驗。 結(jié)果：銅鑰匙充給萊頓瓶的電，與摩擦電性質(zhì)完全結(jié)果：銅鑰匙充給萊頓瓶的電，與摩擦電性質(zhì)完全 相同。相同。 富蘭克林的這一工作，揭開了雷電的奧秘，統(tǒng)一了富蘭克林的這一工作，揭開了雷電的奧秘，統(tǒng)一了 “天電天電”和和“地電地電”，震驚了科

13、學(xué)界。，震驚了科學(xué)界。 風(fēng)箏實驗圖風(fēng)箏實驗圖 現(xiàn)象：現(xiàn)象：麻繩上得纖維向四周自立，猶如麻繩上得纖維向四周自立，猶如“怒發(fā)沖冠怒發(fā)沖冠” 風(fēng)險：風(fēng)險：17531753年，俄國的里赫曼在做大氣電實驗時不幸中年，俄國的里赫曼在做大氣電實驗時不幸中 電身亡，為科學(xué)獻(xiàn)身。電身亡，為科學(xué)獻(xiàn)身。 科學(xué)興趣廣泛科學(xué)興趣廣泛 研究了火爐的改良，植物的移植，傳染病的防治研究了火爐的改良，植物的移植，傳染病的防治. .寫出了寫出了 電學(xué)的實驗和研究電學(xué)的實驗和研究的著作。的著作。 發(fā)明避雷針發(fā)明避雷針 富蘭克林將其發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用富蘭克林將其發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用- -避雷針避雷針誕生了。誕生了。17821782年，年， 僅

14、費(fèi)城一處，采用避雷針就多達(dá)僅費(fèi)城一處，采用避雷針就多達(dá)400400多處。多處。 獨(dú)立宣言和美國憲法的起草人之一獨(dú)立宣言和美國憲法的起草人之一 為祖國的獨(dú)立和解放作出了貢獻(xiàn)的政治活動家。美國為祖國的獨(dú)立和解放作出了貢獻(xiàn)的政治活動家。美國 獨(dú)立戰(zhàn)爭期間，已經(jīng)年老的富蘭克林代表初創(chuàng)的美國出使獨(dú)立戰(zhàn)爭期間，已經(jīng)年老的富蘭克林代表初創(chuàng)的美國出使 法國，利用英法之間的矛盾爭取了法國的援助。法國，利用英法之間的矛盾爭取了法國的援助。 5.5.關(guān)于電的本性關(guān)于電的本性 一一.類比法類比法 二二.庫侖的引力實驗庫侖的引力實驗 三三.卡文迪許的工作卡文迪許的工作 2. 定量研究的開始定量研究的開始平方反比律平方反

15、比律 的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 1.電力作用的猜測電力作用的猜測 1759年，德國柏林科學(xué)院院士年，德國柏林科學(xué)院院士愛皮努斯愛皮努斯（F.U.T.Aepinus)發(fā)發(fā) 現(xiàn)：現(xiàn)：電荷之間的斥力和吸力隨帶電物體的距離的減小而增電荷之間的斥力和吸力隨帶電物體的距離的減小而增 大；大；當(dāng)一個導(dǎo)體靠近一帶電體時，該導(dǎo)體的遠(yuǎn)端會獲得與當(dāng)一個導(dǎo)體靠近一帶電體時，該導(dǎo)體的遠(yuǎn)端會獲得與 帶電體相同的電荷，近端則獲得相反的電荷帶電體相同的電荷，近端則獲得相反的電荷（靜電感應(yīng)）。（靜電感應(yīng)）。 1760年，年，D.伯努利伯努利首先猜測電力會不會跟萬有引力一樣，首先猜測電力會不會跟萬有引力一樣， 服從平方反比定律。他的想法在當(dāng)

16、時具有一定的代表性。服從平方反比定律。他的想法在當(dāng)時具有一定的代表性。 一一.類比法類比法 2.富蘭克林的空罐實驗富蘭克林的空罐實驗 用絲線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木用絲線將一小塊軟木懸掛在帶電金屬罐外的附近，軟木 受到吸引。但把它懸掛在罐內(nèi)時，不論在罐內(nèi)何處，它都不受到吸引。但把它懸掛在罐內(nèi)時，不論在罐內(nèi)何處，它都不 受電力。受電力。 富蘭克林富蘭克林寫信將這一現(xiàn)象告之他的英國朋友寫信將這一現(xiàn)象告之他的英國朋友普瑞斯普瑞斯 特列特列（J.PriestleuyJ.Priestleuy, ,化學(xué)家，氧氣的發(fā)現(xiàn)者）化學(xué)家，氧氣的發(fā)現(xiàn)者），普瑞斯特列普瑞斯特列想想 到到:1687:1

17、687年牛頓曾證明年牛頓曾證明: :萬有引力若服從平方反比定律，則萬有引力若服從平方反比定律，則 均勻的物質(zhì)球殼對殼內(nèi)物體應(yīng)無作用。均勻的物質(zhì)球殼對殼內(nèi)物體應(yīng)無作用。 普利斯特列重復(fù)了上述實驗，并將空罐實驗與牛頓普利斯特列重復(fù)了上述實驗，并將空罐實驗與牛頓 推理類比。在推理類比。在17671767年年電學(xué)歷史和現(xiàn)狀及其原始實驗電學(xué)歷史和現(xiàn)狀及其原始實驗 一書中他寫到：一書中他寫到：“難道我們就不能從這個實驗得出結(jié)論：難道我們就不能從這個實驗得出結(jié)論： 電的吸引與萬有引力服從同一定律，即平方反比關(guān)系，電的吸引與萬有引力服從同一定律，即平方反比關(guān)系， 因為很容易證明，假如地球是一個球殼，在殼內(nèi)的物

18、體因為很容易證明，假如地球是一個球殼，在殼內(nèi)的物體 受到一邊的吸引力，決不會大于另一邊的吸引。受到一邊的吸引力，決不會大于另一邊的吸引?！?3.庫侖的電荷分布實驗庫侖的電荷分布實驗 法國工程師法國工程師庫侖庫侖(c.a.Coulomb,1736-1806)曾做了下面這曾做了下面這 樣一個檢驗導(dǎo)體上電荷分布的實驗樣一個檢驗導(dǎo)體上電荷分布的實驗 4. 4. 羅比遜實驗羅比遜實驗 1769年，年，英國愛丁堡大學(xué)英國愛丁堡大學(xué) 的約翰的約翰.羅賓森羅賓森（John RobisoJohn Robiso，蘇，蘇 格蘭人）格蘭人）：設(shè)計了一個杠桿裝置，設(shè)計了一個杠桿裝置， 如圖。利用活動桿所受重力和如圖。利

19、用活動桿所受重力和 電力的平衡，從支架的平衡角電力的平衡，從支架的平衡角 度求電力與距離的關(guān)系。通過度求電力與距離的關(guān)系。通過 實驗直接推測了平方反比關(guān)系：實驗直接推測了平方反比關(guān)系： 同種電荷間的斥力反比于距離同種電荷間的斥力反比于距離 的的2.06次冪，異種電荷間的吸次冪，異種電荷間的吸 引力反比于小于距離的引力反比于小于距離的2次冪。次冪。 由此他推測：由此他推測：在實驗誤差范圍在實驗誤差范圍 內(nèi)，正確的關(guān)系應(yīng)為反比于距內(nèi)，正確的關(guān)系應(yīng)為反比于距 離的離的2次冪次冪 庫侖像 1.1.庫侖庫侖(C.A.Coulomb,1736- 1806)： 法國人，青年時是軍事工法國人，青年時是軍事工

20、程師，程師，1764年起服軍役，年起服軍役， 1776年因身體原因回到巴黎，年因身體原因回到巴黎， 從此致力于科學(xué)研究。從此致力于科學(xué)研究。1779年年 因研究磁石問題獲獎勵，因研究磁石問題獲獎勵，1781 年因關(guān)于摩擦的研究獲法國科年因關(guān)于摩擦的研究獲法國科 學(xué)院獎勵，同年因論述扭力的學(xué)院獎勵，同年因論述扭力的 論文被選為法國科學(xué)院院士。論文被選為法國科學(xué)院院士。 二二. .庫侖的引力實驗庫侖的引力實驗 2. 2. 同種電荷的同種電荷的斥力斥力測量測量-庫侖的扭秤實驗庫侖的扭秤實驗 由于金屬絲的扭力由于金屬絲的扭力 正比于扭轉(zhuǎn)角，將扭絲正比于扭轉(zhuǎn)角，將扭絲 懸掛起來，通過扭轉(zhuǎn)角懸掛起來，通過

21、扭轉(zhuǎn)角 的大小即可測量電荷間的大小即可測量電荷間 作用力的大小，其精度作用力的大小，其精度 可達(dá)萬分之一格令，可達(dá)萬分之一格令， 17851785年庫侖據(jù)此制成電年庫侖據(jù)此制成電 秤，用以測定電力。叫秤，用以測定電力。叫 作作庫侖扭秤。庫侖扭秤。 但對于異種電荷，但對于異種電荷， 由于兩球相吸，接觸后由于兩球相吸，接觸后 電荷中和，無法繼續(xù)進(jìn)電荷中和，無法繼續(xù)進(jìn) 行實驗。行實驗。 若電荷間的引力也遵循距離平方的反比關(guān)系，則由帶電若電荷間的引力也遵循距離平方的反比關(guān)系，則由帶電 體間引力產(chǎn)生的物體的擺動，其擺動周期體間引力產(chǎn)生的物體的擺動，其擺動周期T T必定也正比于兩必定也正比于兩 帶電體之間

22、的距離帶電體之間的距離r r。從而設(shè)計電擺實驗。從而設(shè)計電擺實驗。 r Gm L rT r m Gg r Mm GMg g L T 2 2 22 3.3.異種電荷的異種電荷的引力引力測量測量-庫侖電擺實驗庫侖電擺實驗 和牛頓單擺類比：和牛頓單擺類比：由于地球?qū)ξ矬w的作用力反比于兩者由于地球?qū)ξ矬w的作用力反比于兩者 之間距離的平方，所以存在地面上的單擺的擺動周期正比之間距離的平方，所以存在地面上的單擺的擺動周期正比 于擺錘離地心的距離。于擺錘離地心的距離。 庫侖單擺實驗及結(jié)果的分析庫侖單擺實驗及結(jié)果的分析 與處理：與處理： 當(dāng)紙片與球心距離之比為當(dāng)紙片與球心距離之比為 3:6:83:6:8時，實

23、驗的電擺周期之時，實驗的電擺周期之 比為比為20:41:6020:41:60，而理論計算應(yīng)，而理論計算應(yīng) 為為20:40:5320:40:53（系數(shù)為（系數(shù)為20/320/3）。）。 實驗結(jié)果與理論計算之間存在實驗結(jié)果與理論計算之間存在 差異。差異。 但庫侖堅信引力的平方反但庫侖堅信引力的平方反 比關(guān)系，經(jīng)過認(rèn)真分析，他認(rèn)比關(guān)系，經(jīng)過認(rèn)真分析，他認(rèn) 為實驗誤差的產(chǎn)生是因為漏電為實驗誤差的產(chǎn)生是因為漏電 引起的。經(jīng)過對漏電原因的修引起的。經(jīng)過對漏電原因的修 正，實驗值與理論值基本符合。正，實驗值與理論值基本符合。 于是得出電的引力和斥力都遵守平方反比規(guī)律。于是得出電的引力和斥力都遵守平方反比規(guī)律

24、。并于并于17851785 年在法國科學(xué)院發(fā)表論文，提出著名的庫侖定律。年在法國科學(xué)院發(fā)表論文，提出著名的庫侖定律。 4.庫侖定律庫侖定律 2 21 r qq Kf 5.5.庫侖定律的建立使電磁學(xué)進(jìn)入了定量研究，數(shù)學(xué)庫侖定律的建立使電磁學(xué)進(jìn)入了定量研究，數(shù)學(xué) 的引入使電磁學(xué)真正成為一門科學(xué)。的引入使電磁學(xué)真正成為一門科學(xué)。 2 21 0 r mm Gf 萬有引力定律萬有引力定律 類比方法的成功類比方法的成功 如果不是與萬有引力進(jìn)行類比，單靠實驗如果不是與萬有引力進(jìn)行類比，單靠實驗 具體數(shù)據(jù)的積累，嚴(yán)格的庫侖定律的形式將很具體數(shù)據(jù)的積累，嚴(yán)格的庫侖定律的形式將很 難得到。難得到。 由此我們可以看

25、到類比在科學(xué)研究中的由此我們可以看到類比在科學(xué)研究中的 作用。作用。 卡文迪什（卡文迪什（1731-1810）: : 英國人，作電學(xué)實驗時曾做英國人，作電學(xué)實驗時曾做 了電阻測量，了電阻測量，比歐姆更早發(fā)比歐姆更早發(fā) 現(xiàn)歐姆定律；現(xiàn)歐姆定律；測電力比庫侖測電力比庫侖 用扭秤早用扭秤早1111年，研究電容的年，研究電容的 性質(zhì)和介質(zhì)的介電常數(shù)，引性質(zhì)和介質(zhì)的介電常數(shù)，引 出了電位的概念等?？茖W(xué)研出了電位的概念等?？茖W(xué)研 究對于他是一個純粹的愛好，究對于他是一個純粹的愛好， 他并不關(guān)心自己的研究成果他并不關(guān)心自己的研究成果 是否發(fā)表和能否獲得榮譽(yù)，是否發(fā)表和能否獲得榮譽(yù)， 性格古怪，因此獨(dú)自研究性

26、格古怪，因此獨(dú)自研究6060 年，其許多工作卻不為人所年，其許多工作卻不為人所 知。知。 卡文迪什像卡文迪什像 三三. .卡文迪什的工作卡文迪什的工作 數(shù)學(xué)論證：下頁數(shù)學(xué)論證：下頁 卡文迪什關(guān)于電的卡文迪什關(guān)于電的 平方反比關(guān)系的研平方反比關(guān)系的研 究：究： 半球?qū)嶒灒喊肭驅(qū)嶒灒?18791879年，麥克斯韋年，麥克斯韋整理了他的實驗論文，出版了名為整理了他的實驗論文，出版了名為 尊敬的亨利尊敬的亨利卡文迪什的電學(xué)研究卡文迪什的電學(xué)研究一書，此后人們才知道一書，此后人們才知道 卡文迪什做了許多電學(xué)實驗。麥克斯韋說：卡文迪什做了許多電學(xué)實驗。麥克斯韋說：“這些論文證明這些論文證明 卡文迪什幾乎預(yù)

27、料到電學(xué)上所有的偉大事實，這些偉大的事卡文迪什幾乎預(yù)料到電學(xué)上所有的偉大事實，這些偉大的事 實后來通過庫侖和法國哲學(xué)家們的著作而聞名于科學(xué)界。實后來通過庫侖和法國哲學(xué)家們的著作而聞名于科學(xué)界?！?如右圖，在均勻帶電球內(nèi)，任取如右圖，在均勻帶電球內(nèi)，任取 一點(diǎn)一點(diǎn)P，過，過P做對頂?shù)膱A錐面，分別做對頂?shù)膱A錐面，分別 在球面上截得面元在球面上截得面元dS1、 、dS2， ，它們到它們到 P點(diǎn)的距離分別為點(diǎn)的距離分別為r1、r2，則兩面元對則兩面元對 P點(diǎn)所張立體角為點(diǎn)所張立體角為d1、 、d2。 d1=dS1/r12 d2=Ds2/r22 又又d1=d2 故故dS2/dS1=r22/r12 設(shè)球面

28、上單位面積上的作用力為設(shè)球面上單位面積上的作用力為f，則有，則有 dF1=f1dS1 dF2=f2dS2 根據(jù)球內(nèi)根據(jù)球內(nèi)P點(diǎn)所受電力為零，則有點(diǎn)所受電力為零，則有dF1= dF2 于是得：于是得：f1/f2=dS2/dS1=r22/r12 因此，只要實驗證明球內(nèi)任一點(diǎn)因此，只要實驗證明球內(nèi)任一點(diǎn)P處所受電力為零，就處所受電力為零，就 表明電荷間作用力與距離平方成反比。即表明電荷間作用力與距離平方成反比。即f(r)1/r2 . 一一.伽伐尼的研究伽伐尼的研究 二二.伏打的伏打的“金屬接觸說金屬接觸說” 三三.歐姆定律歐姆定律 3. 電流的發(fā)現(xiàn)和研究電流的發(fā)現(xiàn)和研究 意大利人，解剖學(xué)教授意大利人

29、，解剖學(xué)教授17801780年他與學(xué)生解剖青蛙，年他與學(xué)生解剖青蛙， 發(fā)現(xiàn)電火花會使蛙腿抽搐，后來他又發(fā)現(xiàn)當(dāng)用銅鉤倒掛蛙發(fā)現(xiàn)電火花會使蛙腿抽搐，后來他又發(fā)現(xiàn)當(dāng)用銅鉤倒掛蛙 腿，再用鐵梁橫挑，蛙腿也會痙攣。腿，再用鐵梁橫挑，蛙腿也會痙攣。 17911791年發(fā)表了論文年發(fā)表了論文論在肌肉運(yùn)動中的電力論在肌肉運(yùn)動中的電力：這：這 很可能是從神經(jīng)傳到肌肉的特殊電流質(zhì)引起的很可能是從神經(jīng)傳到肌肉的特殊電流質(zhì)引起的“動物電動物電”。 每一肌肉纖維就是一個小電容器，放電時便產(chǎn)生收縮。每一肌肉纖維就是一個小電容器，放電時便產(chǎn)生收縮。 他是發(fā)現(xiàn)電流他是發(fā)現(xiàn)電流 的第一人，但的第一人，但 認(rèn)為是一種動認(rèn)為是一種

30、動 物電。物電。 一一. .伽伐尼（伽伐尼（1737-17981737-1798）發(fā)現(xiàn)電流）發(fā)現(xiàn)電流: : 蘇爾澤蘇爾澤(G.Sulzer,1720-1779)(G.Sulzer,1720-1779)的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 瑞士人，瑞士人，17501750年已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過類似現(xiàn)象，他將銀片和鉛片年已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過類似現(xiàn)象，他將銀片和鉛片 的一端接觸，另一端夾住舌頭，舌頭則感到有些麻木和酸味，的一端接觸，另一端夾住舌頭，舌頭則感到有些麻木和酸味， 既不是單片銀的味道，也不是鉛的味道。他想這可能是兩種既不是單片銀的味道，也不是鉛的味道。他想這可能是兩種 金屬接觸時，金屬中的微小粒子發(fā)生震動而引起的舌頭神經(jīng)金屬接觸時，

31、金屬中的微小粒子發(fā)生震動而引起的舌頭神經(jīng) 的興奮產(chǎn)生的感覺。的興奮產(chǎn)生的感覺。 蘇爾澤又做了另一個實驗，他將一個盛水的錫杯子放在蘇爾澤又做了另一個實驗，他將一個盛水的錫杯子放在 銀臺上，用舌頭接觸杯子內(nèi)的水，沒有感覺，但當(dāng)他用手接銀臺上，用舌頭接觸杯子內(nèi)的水，沒有感覺，但當(dāng)他用手接 觸銀臺時，舌頭就明顯感覺到酸味。他將這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表于觸銀臺時，舌頭就明顯感覺到酸味。他將這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表于 1751-17521751-1752年柏林科學(xué)院論文集中，年柏林科學(xué)院論文集中，17621762年又被譯為德文。年又被譯為德文。 但當(dāng)時但當(dāng)時蘇爾澤的的發(fā)現(xiàn)并沒有引起人們的注意。蘇爾澤的的發(fā)現(xiàn)并沒有引起人們的注意。

32、 1.1.伏打伏打(A.Volta,1737-1798):(A.Volta,1737-1798):意大利人，意大利人， 17791779年任帕維亞大學(xué)自然哲學(xué)教年任帕維亞大學(xué)自然哲學(xué)教 授，授，17951795年任該校校長，年任該校校長，18011801年年 受拿破侖邀請訪問巴黎，被拿破受拿破侖邀請訪問巴黎，被拿破 侖授予金質(zhì)獎?wù)潞酮劷?，還被皇侖授予金質(zhì)獎?wù)潞酮劷穑€被皇 家學(xué)會和法國科學(xué)院接受為會員。家學(xué)會和法國科學(xué)院接受為會員。 18101810年被意大利政府授予伯爵并年被意大利政府授予伯爵并 成為元老院議員。否定了伽伐尼成為元老院議員。否定了伽伐尼 動物說。他認(rèn)為，電來自兩種不動物說。他

33、認(rèn)為，電來自兩種不 同金屬的接觸，青蛙只不過是起同金屬的接觸，青蛙只不過是起 了驗電器的作用。了驗電器的作用。 伏打伏打 二二.伏打的成就伏打的成就 “金屬接觸說金屬接觸說” 2. 2.問題的提出問題的提出 v 開始，伏打很贊同伽伐尼關(guān)于生物電的想法，但在進(jìn)開始，伏打很贊同伽伐尼關(guān)于生物電的想法，但在進(jìn) 一步的研究中，他提出了一個問題：一步的研究中，他提出了一個問題：肌肉接觸兩個不同金肌肉接觸兩個不同金 屬時，所產(chǎn)生的電流究竟是肌肉組織引起的，還是由金屬屬時，所產(chǎn)生的電流究竟是肌肉組織引起的，還是由金屬 引起的？引起的？ v 為了闡明自己的觀點(diǎn)，他比較了各種金屬，并把它們排成為了闡明自己的觀點(diǎn)

34、，他比較了各種金屬，并把它們排成 表：表：+ +鋅、錫、鐵、銅、銀鋅、錫、鐵、銅、銀- -。只要將其中兩種不同的金屬接只要將其中兩種不同的金屬接 觸，就會出現(xiàn)一個帶正電而另一個帶負(fù)電，從而產(chǎn)生接觸電觸，就會出現(xiàn)一個帶正電而另一個帶負(fù)電，從而產(chǎn)生接觸電 勢差。勢差。 v 17941794年他決定只用金屬做實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電流的產(chǎn)生、年他決定只用金屬做實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電流的產(chǎn)生、 持續(xù)和生命組織無關(guān)。并進(jìn)一步指出：一切作用都是由于持續(xù)和生命組織無關(guān)。并進(jìn)一步指出：一切作用都是由于 金屬接觸了某種潮濕的物體，或者接觸水本身而引起的。金屬接觸了某種潮濕的物體，或者接觸水本身而引起的。 3.伏打電堆伏打

35、電堆第一個直流電源第一個直流電源 18001800年，伏打制成了伏打電池：他把兩種金屬片（如年，伏打制成了伏打電池：他把兩種金屬片（如 銀和鋅）與浸透食鹽水或堿水的紙或皮革接觸，再將兩種銀和鋅）與浸透食鹽水或堿水的紙或皮革接觸，再將兩種 金屬連接起來，立即產(chǎn)生了電流。他把許多這種裝置連接金屬連接起來，立即產(chǎn)生了電流。他把許多這種裝置連接 起來，得到了強(qiáng)的多的電流，我們稱之為伏打電堆。伏打起來，得到了強(qiáng)的多的電流，我們稱之為伏打電堆。伏打 因此得到了拿破侖授予的一枚金質(zhì)獎?wù)拢⒊蔀榉▏茖W(xué)因此得到了拿破侖授予的一枚金質(zhì)獎?wù)?，并成為法國科學(xué) 院的院士。今天電學(xué)中的一個重要單位院的院士。今天電學(xué)中的

36、一個重要單位“伏特伏特”，就是為，就是為 了紀(jì)念他。了紀(jì)念他。 4.4.意義意義: : 電池的發(fā)明，提供了產(chǎn)生恒定電流的電源，使電學(xué)從靜電池的發(fā)明，提供了產(chǎn)生恒定電流的電源，使電學(xué)從靜 電走向動電，為人們研究電流的各種效應(yīng)提供了條件。從此電走向動電，為人們研究電流的各種效應(yīng)提供了條件。從此 電學(xué)進(jìn)入了飛速發(fā)展時期。電學(xué)進(jìn)入了飛速發(fā)展時期。 伏打電堆伏打電堆 5.關(guān)于電的來源的爭論關(guān)于電的來源的爭論 伽伐尼伽伐尼的的“動物電動物電”說；說；伏打伏打的的“金屬接觸金屬接觸”說；但意說；但意 大利的大利的法布洛尼法布洛尼(G.V.M.Fabbroni,1752-1822)1796年提出年提出“化學(xué)化

37、學(xué) 說說”：認(rèn)為伏打電來源于化學(xué)作用。：認(rèn)為伏打電來源于化學(xué)作用。 6.電解與電鍍電解與電鍍 1800年年5月，英國科學(xué)家月，英國科學(xué)家尼科爾遜尼科爾遜(W.Nicholson,1753-1815) 和和卡萊斯?fàn)柨ㄈR斯?fàn)?A.Carlisle,1768-1840)用兩條銅導(dǎo)線連接電堆的兩極，用兩條銅導(dǎo)線連接電堆的兩極， 并將它們的另一端侵入水中，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)一端有氫氣產(chǎn)生，并將它們的另一端侵入水中，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)一端有氫氣產(chǎn)生， 另一端則被氧化；如果用白金絲或黃金絲代替黃銅絲，則有另一端則被氧化；如果用白金絲或黃金絲代替黃銅絲，則有 氧氣逸出。他們馬上認(rèn)識到這是水的分解。而且認(rèn)為電池內(nèi)氧氣逸出。他們

38、馬上認(rèn)識到這是水的分解。而且認(rèn)為電池內(nèi) 也有類似的化學(xué)反應(yīng)。他們的工作開辟了電化學(xué)發(fā)展的道路。也有類似的化學(xué)反應(yīng)。他們的工作開辟了電化學(xué)發(fā)展的道路。 不久，英國的不久，英國的克魯克山克克魯克山克(Cruickshank)分解了氯化鎂、碳分解了氯化鎂、碳 酸納、氨水，并從銀和銅的鹽溶液中把銀和銅沉淀出來。酸納、氨水，并從銀和銅的鹽溶液中把銀和銅沉淀出來。 從而開創(chuàng)了電鍍法。從而開創(chuàng)了電鍍法。 歐歐 姆姆 像像 三三.歐姆定律歐姆定律 歐姆歐姆（G.S.Ohm,1787-1854G.S.Ohm,1787-1854）：）：德國人，德國人， 家境貧困，長期擔(dān)任中學(xué)教師和家庭教師。家境貧困，長期擔(dān)任中學(xué)教師和家庭教師。 為了能到柏林圖書館閱讀資料，后來就辭為了能到柏林圖書館閱讀資料，后來就辭 去教師職務(wù)，寄居到弟弟家里專心搞研究去教師職務(wù)，寄居到弟弟家里專心搞研究 工作。后被慕尼黑大學(xué)任命為教授。工作。后被慕尼黑大學(xué)任命為教授。 類比：類比：從傅立葉發(fā)現(xiàn)的熱傳