自然科學(xué)概要（第二版）（微課版）課件 7.2經(jīng)典電磁學(xué)及光學(xué)

1經(jīng)典力學(xué)和熱力學(xué)CONTENTS第7章近代物理學(xué)經(jīng)典電磁學(xué)和光學(xué)27.2課程標(biāo)準(zhǔn)

1.知識(shí)目標(biāo)了解杜費(fèi)（法國(guó)）、富蘭克林（美國(guó)）、穆欣布羅克（荷蘭）、伽伐尼（意大利）、伏特（意大利）、奧斯特（丹麥）、法拉第（英國(guó)）、麥克斯韋（英國(guó)）、惠更斯（荷蘭）、菲涅爾（法國(guó)）、斯涅爾（荷蘭）發(fā)現(xiàn)的創(chuàng)新成果。理解光的反射定律、光的折射定律、透鏡成像規(guī)律。2.能力目標(biāo)具備初步的批判性思維能力。3.素質(zhì)目標(biāo)弘揚(yáng)科學(xué)家精神，博學(xué)德清，鼎新致用第二節(jié)經(jīng)典電磁學(xué)和光學(xué)一、電學(xué)

1.對(duì)靜電的研究

1733年，法國(guó)人杜費(fèi)(1698-1739)發(fā)現(xiàn)自然界存在兩種電：一種是皮毛與樹(shù)脂摩擦后樹(shù)脂帶的負(fù)電；另一種是絲綢與玻璃摩擦后玻璃帶的正電。正負(fù)電之間同性相斥、異性相吸。荷蘭萊頓大學(xué)的穆欣布羅克(1692—1761)用起電機(jī)使瓶?jī)?nèi)的水帶電；發(fā)明了萊頓瓶。

1752年美國(guó)的本杰明·富蘭克林用風(fēng)箏把雷雨中的電引下來(lái)使萊頓瓶充電，證明了天上的電和地上的電是一回事。據(jù)此，發(fā)明了避雷針。靜電的發(fā)現(xiàn)過(guò)程

2、電流的發(fā)現(xiàn)

1780年，意大利醫(yī)生伽伐尼把連接著蛙腿的銅鉤子掛到院外的鐵欄上，蛙腿抽搐了一下。只要銅鉤一接觸鐵欄，蛙腿就會(huì)痙攣，發(fā)現(xiàn)了電流。意大利物理學(xué)家伏特用各種金屬做類(lèi)似實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到金屬的接觸是產(chǎn)生電流的真正原因。據(jù)此，制成了伏特電堆，這是最早的能提供穩(wěn)定直流電池。電池的發(fā)現(xiàn)過(guò)程1.電生磁

1800年，丹麥哥本哈根大學(xué)的奧斯特教授在做物理實(shí)驗(yàn)時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)：電流通過(guò)鉑絲時(shí)，鉑絲下羅盤(pán)的磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。這個(gè)現(xiàn)象證明了電能產(chǎn)生磁，電具有磁效應(yīng)。2.磁生電

英國(guó)科學(xué)家法拉第經(jīng)過(guò)10年堅(jiān)持不懈的實(shí)驗(yàn)研究，于1831年通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，使閉合線路中產(chǎn)生電流，這就是著名的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。法拉第還進(jìn)一步提出了“場(chǎng)”和“力線”的概念。二、電磁學(xué)電生磁實(shí)驗(yàn)圖片磁生電實(shí)驗(yàn)圖片

1864年，年輕的英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋（1831－1879）

發(fā)表了“電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論”一文，給出一組描述電磁現(xiàn)象的完整偏微分方程組，即麥克斯韋方程。

之后，寫(xiě)成了電磁理論的名著《論電和磁》，解麥?zhǔn)戏匠探M得出如下結(jié)論：①交變的電場(chǎng)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，而交變的磁場(chǎng)又能產(chǎn)生交變的電場(chǎng)，這樣電場(chǎng)—磁場(chǎng)—電場(chǎng)繼續(xù)下去，就是電磁波。②解方程組得出在真空中電磁波的運(yùn)動(dòng)速度等于光速。麥克斯韋電磁理論的建立，不僅預(yù)言了電磁波的存在，而且揭示了光、電、磁這三種現(xiàn)象的統(tǒng)一性。麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，直到1888年才由德國(guó)物理學(xué)家赫茲加以實(shí)現(xiàn)。ε和μ是電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率。3.電磁波赫茲麥克斯韋

三、光的成因理論

1.光的粒子說(shuō)

牛頓用三棱鏡分解了太陽(yáng)光，發(fā)現(xiàn)了“牛頓環(huán)”現(xiàn)象，設(shè)計(jì)過(guò)一種反射望遠(yuǎn)鏡。他的光學(xué)成就集中體現(xiàn)在所著《光學(xué)》一書(shū)中。牛頓認(rèn)為光是光源向各個(gè)方向陣陣簇射出來(lái)的粒子流。2.光的波動(dòng)說(shuō)

荷蘭科學(xué)家惠更斯（1629～1695）則認(rèn)為光是以球面波的形式向前傳播的；英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊所做的光的干涉實(shí)驗(yàn)證明了光是波；光的粒子說(shuō)解釋光的反射現(xiàn)象光以球面波的形式向前傳播19世紀(jì)60年代麥克斯韋預(yù)言光是一種電磁波。之后，1905年愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，并指出，光不單是粒子或者波，而是具有波粒二象性。

光電效應(yīng)電磁波譜電磁波的干涉和衍射電磁波

二、反射和折射定律1.光的反射定律

1817年，法國(guó)物理學(xué)家菲涅爾（1788~1827）發(fā)現(xiàn)了光的反射定律。

光射到兩種媒質(zhì)的分界面時(shí)，入射光的一部分就從界面沿著某一方向反射出來(lái)。如果入射光線平行，沿某一方向反射的光線也是平行的，這種反射稱(chēng)為光的單向反射。

如果界面是粗糙不平的表面，反射的光線就不再平行，而是射向各個(gè)不同的方向，這種反射叫做漫反射。菲涅爾光的反射現(xiàn)象光的反射定律：①反射光線在入射光線和法線所決定的平面里，反射光線和入射光線分居在法線兩側(cè)；②反射角等于入射角。根據(jù)反射定律，我們可以知道：如果光線逆著原來(lái)反射光線的方向入射到界面，它就要逆著原來(lái)入射光線的方向反射。所以，在反射時(shí)，光路是可逆的反射角等于入射角

2.光的折射定律

光射到兩種媒質(zhì)的分界面時(shí)，一般是有一部分光反射回原媒質(zhì)繼續(xù)傳播，另一部分光在兩種媒質(zhì)的分界面上，改變了原來(lái)傳播的方向，進(jìn)入另一種媒質(zhì)里繼續(xù)傳播，形成折射現(xiàn)象。

光的折射定律是由荷蘭數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家斯涅爾（1580-1626）發(fā)現(xiàn)的。斯涅爾的折射定律是從實(shí)驗(yàn)中得到的，未做任何的理論推導(dǎo)，雖然正確，但卻從未正式公布過(guò)。只是后來(lái)惠更斯等人在審查他遺留的手稿時(shí)，才看到這方面的記載。斯涅爾（1580-1626）

光的折射現(xiàn)象

透鏡的聚焦現(xiàn)象

三、透鏡成像

1.透鏡以?xún)蓚€(gè)球面（或其中一個(gè)是平面）為折射界面的透明體，叫做透鏡。透鏡分為凸透鏡和凹透鏡，這兩種透鏡除了中央以外，都可以看作是由許多棱鏡組成的。由于這些棱鏡的折射，凸透鏡能把平行的入射光線會(huì)聚在透鏡的另一側(cè)，形成焦點(diǎn)；凹透鏡則能把入射的平行光線，在透鏡的另一側(cè)發(fā)散反向延長(zhǎng)后在入射光線一側(cè)，形成虛焦點(diǎn)。透鏡成像的類(lèi)型透鏡成像可以用作圖法求出。光源發(fā)出的無(wú)數(shù)條光線中，有三條特殊的光線，它們通過(guò)透鏡后方向是完全確定的。①通過(guò)光心的光線，經(jīng)透鏡后方向不變；②跟主軸平行的光線，折射后通過(guò)焦點(diǎn)；③通過(guò)焦點(diǎn)的光線，折射后跟主軸平行。所以經(jīng)常利用這三條線中的任意兩條作圖，由其交點(diǎn)做出物體某光點(diǎn)的像。物體可以看作是點(diǎn)的集合。因此用點(diǎn)的集會(huì)的方法就能得到整個(gè)物體的像。2.透鏡成像成透鏡的分類(lèi)和區(qū)別

從成像圖可以看出：在凸透鏡焦點(diǎn)以外的物體所成的像總是跟物體處于異側(cè)，呈倒立實(shí)像；在焦點(diǎn)以?xún)?nèi)的物體所成的像總是跟物體處于同側(cè)，呈放大正立虛像；

而凹透鏡所成的像只能是跟物體處于同側(cè)，呈縮小正立虛像。照相機(jī)復(fù)印機(jī)幻燈機(jī)放大鏡不成像透鏡成像規(guī)律思考與練習(xí)1.說(shuō)說(shuō)杜費(fèi)（法