1、 中中 华华 文文 化化 撷撷 英英 电磁学小知识(一) 黄兵明 主编 北京银冠电子出版有限公司 图 书 在 版 编 目 (CIP)数 据 中 华 文 化 撷 英 /黄 兵 明 主 编 北 京 ： 北 京 银 冠 电 子 出 版 有 限 公 司 ， 2003ISBN 7-900060-29-4中 黄 文化知识普及读物中国 Z228.527中国版本图书馆 CIP 数据核字(2003)第 007295 号北京银冠电子出版有限公司发行 (北 京 海 淀 区 增 光 路 45 号 100037) 全国各地新华书店经销 北京双青印刷厂印刷开 本 ： 7871092 1/32 印 张 ： 512 字 数
2、： 4 900 千字2003 年 12 月第 1 版 2003 年 12 月第 1 次印刷印数： 1 5 00 册 版 号 ： ISBN 7-900060-29-4/Z03定 价 ： 9998.00 元 (1CD,含 配 套 书 )I目 录电磁学简史 .1科学方法在电磁学教学中的应用 .11爱因斯坦 .13“傻瓜”爱迪生 .14初中物理中出现的物理学家 .16超越时代的詹姆斯麦克斯韦 .17玻 尔 .21用手阻止核爆炸的人 .30钱三强 .32汤姆逊 .33 科学家宣布揭示太阳中微子失踪之谜 .34学徒工到科学家 法拉第及其对电磁学 的贡献 .36电磁学在中学物理教学中的地位和作用 42对理论
3、物理学的一点思考 .56中学物理电磁学教学疑难选例 .72静电学中的跨学科问题 .76电是怎样产生的 .80磁学基础 .83常见磁现象 .84磁性与磁场 .85磁性的来源 .88 抗 磁 性 和 抗 磁 共 振 (回 旋 共 振 ).90I顺磁性和顺磁微波量子放大器 .91电磁感应 .93磁生电 .95涡流 .97磁的应用 磁在收音机中的应用 .98磁在电视机中的应用 .99 磁在磁录音机和磁录像机中的应用 .100电磁学小知识 1电磁学简史电 学 、 光 学 、 磁 学 和 电 磁 学约 公 元 前 300 年 欧 几 理 得 (Euclid of Alexandria, ca 325 BC
4、 - ca 265 BC) 用 “光 学 ” (optics)这个词来表示视觉和景观。 欧几理得(Euclid of Alexandria, ca 325 BC - ca 265 BC) 古 希 腊 数 学 家 。 著 有 几 何 原 本 十 三 卷，是世界上最早的公理化数学著作。 1660 居 里 克 (Otto von Guericke, 1602-1686) 建造第一台电机。这是一个转动摩擦发电机。 1664 胡 克 (Robert Hooke, 1635-1703) 在 Micrographia 中提出光的波动理论。 他把光看作是在 介 质 中 纵 向 振 动 的 高 速 线 性 传
5、播 。 单 独 的 波 包 在 介 质 中呈球形展开。 胡 克 ， 罗 伯 特 1635-1703 英 国 物 理 学 家 ， 发 明 家和数学家，他系统阐述了行星运动理论。 1665 格 里 马 耳 迪 (Francesco Maria Grimaldi) 的 Prysico-mathesis de lumine coloribus et iride 中描述了光的衍射实验，并表述了他的光波动理论。 格 里 马 耳 迪 ， 意 大 利 物 理 学 家 。 发 现 光 的 衍 射 现 象。 1690 惠更斯在 光的性质 (Trait de la Lumi电磁学小知识 2re) 中 首 次 给 出
6、 光 速 的 数 值 ， 2.3 x 108 m/s（但 被人们归于 Rmer 名下） 。 惠 更 斯 (Christian Huygens, 1629-1695) 荷 兰物 理 学 家 ， 数 学 家 、 天 文 学 家 。 土 星 光 环 和 土 卫 六 的 发 现 者 。 最 重 要 的 贡 献 是 建 立 了 光 的 波 动 说 。 首 先 发 现 双 折 射 光 束 的 偏 振 性 ， 并 用 波 动 说 的 基 本 观 点 ， 作 了理论解释。 1704 牛 顿 的 光 学 研 究 在 他 的 光 学 中 达 到 顶 峰 。 在 该 书 中 牛 顿 用 波 动 理 论 和 他 自
7、己 的 微 粒 理 论 来 描述光。 牛顿，艾萨克 英 国 数 学 家 ， 科 学 家 。 发 明 微 积 分 ， 提 出 万 有 引 力 定 律 ， 发 展 了 地 球 力 学 和 颜 色 的 理 论。 他在 数学原理 (Principia Mathematica , 1687) 中 关 于 地 心 引 力 的 论 文 据 说 是 受 到 了 苹 果 坠 地 的 启 发。 1728 布拉德利(James Bradley, 1693-1762) 发 现光偏移现象，证明 Rmer 关 于 光 速 有 限 的 早 期 发 现是正确的。 布 拉 德 利 ， 詹 姆 斯 1693-1762 英 国 天
8、 文 学 家 ， 他发现了光偏移(1728 年)和地球章动(1748 年)。 1733 杜 费 伊 (Charles-Francois de Cisternai du Fay, 1698-1739) 发 现 电 荷 有 两 种 ， 杜 费 伊 ， 法电磁学小知识 3国物理学家。 1746 沃 森 (William Watson, 1715-1789) 提 出 电荷守恒。 1747 富 兰 克 林 (Benjamin Franklin, 1706-90) 提 出 用 具 有 两 种 带 电 状 态 的 单 一 流 体 来 描 述 电 流 。 他 认 为 物 质 都 多 少 具 有 电 流 ， 并
9、 独 立 提 出 电 荷 守 恒 ， 引 入正负电荷的概念。 富 兰 克 林 (Benjamin Franklin, 1706-1790) 美 国 民 族 主 义 者 ， 科 学 家 。 参 加 美 国 独 立 战 争 ， 当 选 为 第 二 届 大 陆 会 议 代 表 ， 参 加 起 草 独 立 宣 言 。 曾 出 使 法 国，缔结法、美同盟。在研究大气电方面做出贡献， 并发明了避雷针。 1772 凯 文 迪 什 (Henry Cavendish) 发 表 “尝 试 用弹性流体方法解释电的某些基本现象” 。 凯 文 迪 什 ， 亨 利 1731-1810 英国化学家和物理学 家，他发现了氢的
10、性质并确定水是氢和氧的化合物。 1777 库 仑 (Charles Augustin de Coulomb, 1736-1806) 的研究为电和磁的研究开辟了新方向。 库 仑 ， 查 尔 斯 奥 古 斯 丁 德 1736-1806 法国物 理学家，磁性和电的研究先驱者，制定了库仑定律。 1780 年代前期 加法尼(Luigi Galvani, 1737-98) 从 动 物 组 织 对 电 流 的 反 应 开 始 研 究 化 学 作 用 而 不 是电磁学小知识 4静 电 产 生 的 电 流 。 这 种 动 物 组 织 与 两 种 不 同 金 属 接 触 所 产 生 的 反 应 现 在 称 为 “
11、电 疗 法 ”(或 加 法 尼 疗 法 ， galvanism)。 加 法 尼 ， 路 易 吉 1737-1798 意大利生理学家和内 科 医 生 ， 他 宣 称 动 物 组 织 能 产 生 电 。 虽 然 他 的 理 论 被 证明是错的，但他的实验却促进了对电学的研究。 1783 伏 特 (Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta, 1745-1827) 发 明 电 容 器 (condenser)。 伏特，亚历山德罗 1745-1827 意大利物理学家， 发明了第一块电池(1800 年 )。 伏 特 作 为 电 压 单 位 ， 就 是为纪念他而命
12、名。 1799 伏 特 表 明 ， 加 法 尼 的 电 流 不 是 来 源 于 动 物 ， 把 任 何 潮 湿 物 体 放 在 两 个 不 同 金 属 之 间 都 会 产 生 电 流 。 这 一 发 现 直 接 导 致 伏 特 在 一 年 后 发 明 “伏 特 电 池” ，世界上第一个电池。 1807 戴 维 的 演 讲 “关 于 电 的 某 些 化 学 作 用 ”将 电性与化学的关系拉近。 戴维(Humphry Davy, 1778-1829) 英国化学家。 曾 发 现 氧 化 亚 氮 (笑 气 )的 麻 醉 作 用 。 应 用 电 解 法 获 得 钠、钾等元素。是电化学的主要奠基人之一。
13、1812 泊松(Simeon-Denis Poisson, 1781-1840) 电磁学小知识 5提 出 宏 观 电 荷 中 性 是 物 质 的 自 然 状 态 的 概 念 ， 并 描 述 充 电 作 为 两 种 电 荷 分 离 的 手 段 。 他 也 指 出 势 能 函 数 在 电学系统的潜在用途。 泊松，法国数学家。建立计算电势的公式。 1814 菲 涅 尔 (Augustin Jean Fresnel, 1788-1827) 独 立 发 现 光 的 干 涉 现 象 ， 并 按 照 波 动 理 论解释它的存在原因。 菲涅耳，奥古斯丁简 1788-1827 法国物理学家，他支持光波理论、研
14、究了偏振光并发明了用于灯塔上的合成透镜。 18206 月 21 日 奥斯特(Hans Christian Oersted, 1777-1851) 在 一 次 课 堂 演 示 实 验 后 注 意 到 电 流 引 起 的 磁 针 偏 转 。 随 后 奥 斯 特 证 明 这 个 效 应 具 有 反 比 关 系。这个工作启动了电学和磁学的统一进程。 奥 斯 特 (Hans Christian Oersted,1771-1851) 丹麦物理学家。 6 月 27 日 安 培 (Andr Marie Amp re, 1775-1836) 证 实 了 奥 斯 特 的 实 验 结 果 ， 并 向 法 国 科 学
15、 院 提 交 了 更 多 的 实 验 数 据 。 他 按 照 分 子 电 流 提 出 了 磁 性 模 型 。 他 的 陈 述 开 创 了 独 立 于 静 电 学 的 电 动 力 学。 安培(Andr Marie Ampre, 1775-1836) 法国电磁学小知识 6物 理 学 家 。 对 电 磁 学 中 的 基 本 定 律 有 重 要 发 现 ， 如 安 培定律、安培规则和分子电流等。 秋 季 毕 奥 (Jean-Baptiste Biot, 1774-1862) 和 Felix Savart (1792-1841) 推导出一小段载电导 线产生的磁效应公式。 毕奥(Jean-Baptiste
16、 Biot, 1774-1862) 法国物 理学家，数学家。 1827 欧姆 (Georg Simon Ohm, 1789-1854) 用公 式表明电流与电动力和电阻之间的关系。 欧姆， 格奥尔格 西蒙 1789-1854 德国物理学家， 因其对于数学、声学和电阻测量做出的贡献而著名。 1831 法拉第(Michael Faraday, 1791-1867) 开 始研究电磁学。 法 拉 第 ， 迈 克 尔 1791-1867 英 国 物 理 学 家 、 化 学 家 ， 发 现 电 磁 感 应 （ 1831 年 ） 并 提 出 相 应 理 论 ， 后 被麦克斯韦和爱因斯坦进一步发展。 1832
17、高斯(Gauss, 1777-1855) 独立表述未经证 明的格林原理。他也改进和推广了库仑定律的公式， 并且提出了测量磁强度的实验方法。 高 斯 ， 卡 尔 弗 雷 德 里 希 1777-1855 德国数 学 家 和 天 文 学 家 ， 因 其 对 代 数 、 微 分 几 何 、 概 率 论 和 数字理论的贡献而为人称道。 电磁学小知识 71833 高 斯 分 别 提 出 电 静 力 学 和 电 动 力 学 定 律 的 公式， 其中包括 “高斯定律” 。 所有这些工作直到 1867 年才发表。 1852 斯 托 克 斯 (George Gabriel Stokes, 1819-1903) 命
18、名并解释了荧光现象。 斯 托 克 斯 ， 乔 治 加 布 里 埃 尔 1819-1903 英国 数学家、物理学家，以其对流体力学的研究闻名。 18551868 麦 克 斯 韦 (James Clerk Maxwell, 1831-79) 完 成 电 磁 学 的 场 论 方 程 ， 在 电 磁 波 的 传 播 速率和光速之间建立起联系，建立了光的理论。 麦克斯韦 (James Clerk Maxwell, 1831-79，英 国 )创 立 电 磁 场 理 论 ， 对 气 体 分 子 运 动 论 有 很 大 贡 献 。 引 入 “麦 克 斯 韦 妖 (daemon) ”来 解 释 统 计 热 力
19、学 (1871)，提出气体分子速率分布定律(1872)。 1861 基 尔 霍 夫 (Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887) 提出黑体模型。 基 尔 霍 夫 ， 古 斯 塔 夫 罗 伯 特 1824-1887 德国 物 理 学 家 ， 以 他 对 光 谱 分 析 ， 光 学 ， 和 电 学 的 研 究 著 名。 1874 George J Stoney 估计电子电荷约为 10-20 库仑，并提出“电子”这个名词。 1875 洛 伦 兹 (Heinrich Antoon Lorentz, 电磁学小知识 81853-1928)在 他 的 博 士 论 文 中 ， 用
20、麦 克 斯 韦 的 理 论 推 导出反射和折射定律。 洛 伦 茨 ， 亨 德 里 克 1853-1928 荷 兰 物 理 学 家 。 因在磁性对放射的影响方面的研究而获 1902 年诺贝 尔奖。 克鲁克斯(W Crookes) 进行阴极射线实验。 克 鲁 克 斯 ， 威 廉 1832-1919 英 国 化 学 家 和 物理 学 家 ， 他 发 现 了 铊 元 素 (1861 年 )， 发 明 了 微 辐 射 探 测仪(1875 年)并对阴极射线进行了研究。 1881 迈克尔逊(A.A. Michelson) 开始干涉仪实 验检测传光以太。 迈 克 耳 逊 ， 阿 尔 贝 特 亚 伯 拉 罕 1
21、852-1931 德 裔 美 国 物 理 学 家 ， 同 莫 雷 爱 德 华 一 起 证 明 以 太 这 一 假 设 的 电 磁 波 介 质 的 不 存 在 ， 因 其 光 谱 学 和 气 象 学 的 研究获 1907 年诺贝尔奖。 1884 赫 兹 (Heinrich Rudolf Hertz, 1857-94) 改 进 了 电 动 力 学 公 式 ， 表 明 他 和 赫 姆 霍 兹 德 的 理 论 与 麦克斯韦的理论相等。 赫 兹 ， 亨 利 希 鲁 道 夫 1857-1894 德国物理学 家，第一位人工发射无线电波的人。 18851887 海 尔 维 赛 (Oliver Heavisid
22、e, 1850-1925) 电磁学小知识 9用 两 年 时 间 写 作 电 磁 感 应 及 其 传 播 电磁学小知识 10(Electromagnetic induction and its propagation)。 他 用 三 个 (复 )矢 量 形 式 重 新 表 达 了 麦 克 斯 韦 的 结 果 ， 得 到 该 理 论 的 近 代 形 式 。 将 方 程 的 基 组 合 并 在 一 起 可 以 推 导 出 电 磁 理 论 (常 被 称 为 “麦 克 思 维 ”方 程 )。 在 这 个 过 程 中 ， 他 发 明 了 近 代 微 积 分 表示法，包括梯度、发散和矢量卷曲。 海 尔 维
23、赛 ， 奥 利 弗 1850-1925 英国物理学家， 他预言了电离空气层即现在所知的电离层的存在。 1889 瑞 利 (John William Strutt, Lord Rayleigh, 1842-1919) 按 照 波 传 播 提 出 一 个 辐 射 模 型。 瑞 利 英 国 物 理 学 家 。 因 测 定 空 气 密 度 和 与 威 廉拉姆齐爵士共同发现氩元素而获 1904 年诺贝尔 奖。 1896 发 现 X 射 线 和 贝 克 勒 尔 辐 射 (Becquerel radiation)。 发现塞曼效应(Zeeman effect)。 贝克勒尔(Antoine Henri Becq
24、uerel,1852-1908) 法 国 物 理 学 家 。 由 于 发 现 自 发 辐 射 现 象 而 与 居 里 夫 妇 一同获得 1903 年诺贝尔物理学奖。 塞曼(Peter Zeeman,1865-1943) 荷兰物理学家。 由 于 他 在 电 磁 辐 射 研 究 中 的 杰 出 贡 献 而 与 洛 伦 兹 一电磁学小知识 11起获得 1902 年诺贝尔物理奖。 1897 汤姆生(JJ T homson) 试 验 测 定 电 子 的 荷 - 质比。 约 瑟 夫 约 翰 汤 姆 生 (Joseph John Thomson, 1856-1949)。 英 国 物 理 学 家 。 在 气
25、体 放 电 方 面 进 行 过 不少研究， 1897 年 通 过 对 阴 极 射 线 的 研 究 ， 测 定 了 电 子 的 荷 质 比 ， 从 实 验 上 发 现 了 电 子 的 存 在 。 1912 年通 过 对 某 些 元 素 的 极 隧 射 线 的 研 究 ， 指 出 了 同 位 素 的 存 在 。 由 于 对 于 气 体 导 电 的 理 论 和 实 验 上 的 杰 出 贡 献 而 获得 1906 年诺贝尔奖。 1905 爱 因 斯 坦 (Albert Einstein, 1879-1955) 分 析 了 光 电 效 应 现 象 ， 提 出 应 当 把 光 看 作 是 由 大 量 分
26、立的电磁辐射波包组成的。 爱因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955) 德 裔 美 国 理 论 物 理 学 家 ， 他 创 立 的 狭 义 和 广 义 相对 论 使 现 代 关 于 时 间 和 时 间 性 质 的 想 法 发 生 突 破 性 进 展 并 给 原 子 能 的 利 用 提 供 了 理 论 基 础 。 因其对光 电效应的解释获 1921 年诺贝尔奖。 爱 因 斯 坦 发 表 “论 移 动 物 体 的 电 动 力 学 ”(On the Electrodynamics of Moving Bodies), 推 出 洛 伦 兹 理 论 的 对 称 性 ， 以 及 测 量
27、 理 论 和 电 磁 以 太 状 态 之 间 的 潜在关联。 电磁学小知识 12科学方法在电磁学教学中的应用本 文 表 述 丁 什 么 是 科 学 才 法 ,并 结 合 实 例 着 重 说 明 丁 科 学 才 法 在 电 磁 学 教 学 中 的 应 用 ,最 后 提 出 丁 科 学方法的优越性。 这 里 说 的 科 学 方 法 ,指 的 是 类 比 、 分 析 、 综 合 的 方 法 。 所 谓 类 比 法 ,就 是 两 个 (或 两 类 )对 象 之 间 在 某 些 方 面 相 似 或 相 同 而 推 导 出 它 们 之 间 可 能 相 似 或 相 同 的 一 种 逻 辑 推 理 方 法 。
28、 它 是 以 比 较 、 对 照 、 对 比 的 方 法 为 基 础 进 行 推 理 的 ,也 就 是 通 过 比 较 、 对 照 、 对 比 不 同 对 象 或 不 同 领 域 之 间 的 某 些 属 性 相 似 从 而 推 出 另 一 属 性 必 然 相 似 。 而 分 析 与 综 合 法 ,从 整 体 到 部 分的方法是分析法,从部分到整体的方法是综合法。 在 一 些 学 科 中 ,常 常 运 用 这 些 方 法 帮 助 学 生 理 解 定 义 、 概 念 、 掌 握 规 律 ;常 常 把 有 关 的 事 物 以 及 相 应 的 概 念 、 公 式 、 原 理 进 行 类 比 ,帮 助
29、学 生 把 它 们 联 系 起 来 ,又 把 它 们 区 别 开 来 。 它 具 有 启 发 思 路 、 提 供 线 索 、 举 一 反 三 、 触 类 旁 通 的 作 用 ,从 而 可 以 认 识 、 理 解 和 掌 握 这 些 知 识 。 再 加 上 分 析 和 综 合 ,就 可 以 系 统 而 完 整 地 进 行 本 学 科 的 教 学 。 特 别 是 ,我 们 现 在 正 处 于 知 识 爆 炸 的 年 代 ,要 想 在 有 限 的 学 时 内 传 授 给 学 生 较 多 而 完 整 的 知 识 ,任 务 是 十 分 艰 巨 的 。 但 是 如 果 我 们 善 于 运 用 这 些 方
30、法 ,就 能 节 约 大 量 的 时 间 ,会 收 到电磁学小知识 13事半功倍的效果。 这 些 方 法 与 各 学 科 的 密 切 关 系 ,尤 其 在 电 磁 理 论中 体 现 得 更 为 明 显 、 具 体 。 我 们 进 行 电 磁 学 教 学 的 一 般 作 法 ,可 以 先 分 别 建 立 静 电 场 和 稳 恒 磁 场 (或 稳 恒 电 场 )的 基 本 定 律 和 基 本 关 系 式 ,然 后 将 二 者 比 较 、 分 析、综合而进行教学。 电流的对称性， 先求出 ， 在通过关系式 求出 的值 在 进 行 电 流 和 电 源 的 电 动 势 概 念 的 教 学 中 也 可以
31、运 用 类 比 法 。 我 们 知 道 ,水 可 以 自 动 地 (即 靠 自 身 的 压 力 )由 高 水 位 处 向 低 水 位 处 流 动 ,但 是 由 低 水 位 处 再 回 到 高 水 位 处 时 ,则 必 须 要 依 靠 水 泵 的 作 用 。 正 是 由 于 水 泵 的 作 用 ,才 形 成 循 环 流 动 的 水 流 。 电 荷 的 流 动 与 水 流 相 似 ,它 可 以 靠 电 场 力 的 作 用 由 高 电 位 处 流 到 低 电 位 处 ,但 不 能 再 靠 电 场 力 的 作 用 由 低 电 位 处 回 到 高 电 位 处 。 怎 样 才 能 使 电 荷 由 低 电
32、位 处 回 到 高 电 位 处 呢 ?这 就 必 须 依 靠 电 源 的 作 用 来 完 成 这 一 任 务 。 把 电 荷 的 流 动 与 水 流 对 比 ,我 们 就 会 很 自 然 地 引 出 电 源 及 电 源 中 的 非 静 电 力 的 概 念 。 这 样 ,对 水 流 的 认 识 过 渡 到 了 对 电 流 的 认 识 ,从 而 使 学 生 对 电 源 及 电 源 中 的 非 静 电 力 和 电 动 势 的 概 念 ,就 会 有 一 个 十 分 形 象 化 的 深刻的理解,否则,这些概念是难以表述清楚的。 电磁学小知识 14这 就 是 麦 克 斯 韦 方 程 组 ,构 成 了 电
33、磁 场 的 基 本 方 程 ,再 加 上 与 解 质 性 质 有 关 的 关 系 式 和 的 边 界 条 件 、 初 始 条 件 ,就 可 以 确 定 空 间 某 一 点 在 某 一 时 刻 的 电磁场,为解决各种实际问题奠定了基础。 通 过 上 面 的 讨 论 ,可 以 看 出 类 比 、 分 析 、 综 合 法 的优越性: 1.可 以 使 概 念 更 加 清 晰 、 形 象 化 、 便 于 记 忆 ,牢 固地掌握学过的知识。 2.可 以 发 现 概 念 或 规 律 之 间 的 异 同 、 相 似 及 内 在 联系,从而加深对概念、规律的深刻理解和掌握。 3.也 可 以 发 现 新 的 规
34、律 ,提 出 新 的 概 念 ,具 有 启 迪 思 维 和 不 可 忽 视 的 开 拓 作 用 ,从 而 推 动 本 学 科 的 进 一 步 发展。 爱因斯坦Einstein，Albert（18791955 年）物理学家。 生于德国， 1933 年 迁 居 美 国 。 在 物 理 学 的 许 多 部 门 中 都 有 重 要 贡 献 。 其 中 最 重 要 的 是 在 二 十 世 纪 初 的 一 些 新发现的推动下，建立了狭义相对论（1905 年） ；并 在这基础上推广为广义相对论（1916 年） 。还提出了 光 的 量 子 概 念 ， 并 用 量 子 理 论 解 释 了 光 电 效 应 ， 他
35、 在 阐 明 布 朗 运 动 、 辐 射 过 程 、 固 体 比 热 和 发 展 量 子 统 计 等 方 面 也 有 很 多 贡 献 。 爱 因 斯 坦 曾 访 问 过 中 国 ， 正 当电磁学小知识 15他 在 上 海 时 得 知 ， 由 于 他 在 理 论 物 理 和 对 量 子 理 论 方 面的贡献而被授予 1921 年诺贝尔物理奖，但由于当 时 对 相 对 论 还 有 争 议 ， 而 在 授 奖 时 并 未 提 及 他 这 一 伟 大 贡 献 后 期 致 力 于 相 对 论 “统 一 场 论 ”的 建 立 ， 企 图 把 电 磁 场 和 引 力 场 统 一 起 来 ， 但 无 成 效
36、。 爱 因 斯 坦 的 理论， 特别是相对论， 揭示了空间时间的辩证关系， 加 深 了 人 们 对 物 质 和 运 动 的 认 识 ， 具 有 重 要 的 历 史 意 义。他的理论反映了自然科学唯物主义的倾向。 “傻瓜”爱迪生托 马 斯 .爱 迪 生 是 举 世 闻 名 的 电 学 家 和 发 明 家 。 他 发 明 了 留 声 机 、 碳 金 送 话 器 、 白 炽 灯 、 电 话 机 话 筒 、 高 效 率 发 电 机 等 等 对 人 类 生 活 影 响 巨 大 的 产 品 。 他 发 现 的 热 电 子 发 射 现 象 为 电 子 工 业 ， 尤 其 是 无 线 电 和 电 视的发展奠定
37、了基础。 爱迪生从出生于美国俄亥俄州，少时生活贫困， 只读过 3 个 月 的 小 学 。 老 师 因 为 总 被 他 古 怪 的 问 题 问 得 张 口 结 舌 ， 竟 然 当 他 的 母 亲 的 面 说 他 是 个 傻 瓜 。 母 亲 一 气 之 下 让 他 退 学 ， 由 她 亲 自 教 育 。 爱 迪 生 的 天 资 得 以 充 分 展 露 。 在 母 亲 的 指 导 下 ， 他 阅 读 了 大 量 的 书 籍 ， 并 在 家 中 自 建 了 一 个 小 实 验 室 。 为 筹 措 必 要 的 开 支， 他只得外出打工， 在列车上卖报。 自办 先驱报 ，第 一 期 是 在 火 车 上 用
38、 自 购 的 旧 机 器 印 刷 的 。 他 用 积 攒电磁学小知识 16的钱在行李车上建了个小实验室，继续做化学实验。 后来化学药品起火， 几 乎 把 这 个 车 厢 烧 掉 。 暴 怒 的 行 李 员 把 他 的 实 验 设 备 扔 下 车 去 ， 还 打 了 他 几 记 耳 光 以 致终生耳聋。 1862 年 8 月 ， 爱 迪 生 勇 敢 地 救 出 一 个 在 火车轨道上即将遇难的男孩。孩子的父亲为感谢他， 愿 意 教 他 电 报 技 术 。 从 此 ， 爱 迪 生 便 和 这 个 神 秘 的 电 的世界发生了关系，踏上了科学的征途。 爱迪生一生共获 1093 个专利。他 21 岁时
39、发明 了 选 票 统 计 记 录 器 ， 这 是 他 的 第 一 项 发 明 ， 但 没 有 卖 出 去 。 从 此 他 决 心 不 搞 人 们 不 需 要 的 发 明 。 不 久 ， 爱 迪 生 发 明 了 股 票 行 情 电 报 传 送 机 ， 卖 得 4 万 美 元 。 接 下 来 的 发 明 让 他 成 了 富 翁 、 名 人 。 留 声 机 可 能 是 他 个 人 最 得 意 的 发 明 ， 但 对 世 界 来 说 ， 最 重 要 的 发 明 要 数 1879 年制成的白炽灯。1882 年，他的公司开始为纽 约市民发电，之后世界名地迅速开始使用电力。 爱 迪 生 在 发 明 的 艰
40、苦 中 跋 涉 中 历 尽 艰 辛 。 为 寻 找 灯丝，他试验了 6000 多种材料；为试制一种新的蓄电 池 ， 他 失 败 了 8000 多次。 “天才是百分之一的灵感 加上百分之九十九的勤奋” 是他著名的格言。 81 岁时， 爱 迪 生 成 功 地 从 野 草 中 提 炼 出 橡 胶 ， 受 到 极 高 的 评 价。 电磁学小知识 17初中物理中出现的物理学家1、 法拉第(英国)发现了电磁感应现象(1831 年)， 实现了磁生电 3、 欧 姆 (德 国 )定 律 的 内 容 是 ： 一 段 导 体 中 的 电 流 与 这 段 导 体 两 端 的 电 压 成 正 比 ， 与 这 段 导 体
41、 的 电 阻 成反比公式是：I=U/R 4、 焦 耳 (英 国 )定 律 的 内 容 是 ： 通 电 导 体 放 出 的 热 量 与 通 过 导 体 的 电 流 的 平 方 、 导 体 电 阻 、 通 电 时 间 成正比公式是：Q=I2Rt 5、 电 量 、 电 流 、 电 压 、 电 阻 、 电 功 率 的 单 位 分 别是库仑、安培、伏特、欧姆、瓦特 6、发现了地球磁偏角的中国人是：沈括 7、 真 空 中 的 光 速 是 物 体 运 动 的 极 限 速 度 是 爱 因 斯坦提出的 8、中国的墨翟首先进行了小孔成象的研究 9、 牛 顿 (英 国 )的 贡 献 是 ： 创 立 了 牛 顿 第
42、一 运 动 定律 10、 伽 利 略 (意 大 利 )率 先 进 行 了 物 体 不 受 力 运 动 问 题 的 研 究 ， 得 出 的 结 论 是 ： 一 切 运 动 着 的 物 体 ， 在 没 有 受 到 外 力 作 用 时 ， 它 的 速 度 保 持 不 变 ， 并 一 直 运 动下去 11、 意 大 利 的 托 里 拆 利 首 先 测 定 了 大 气 压 的 值 为电磁学小知识 181.013103 帕 12、 阿 基 米 德 原 理 的 内 容 是 ： 浸 在 液 体 里 的 物 体 受 到 液 体 竖 直 向 上 的 浮 力 ， 浮 力 的 大 小 等 于 物 体 排 开 液体受到
43、的重力公式是：F 浮=G 排 13、 迪 卡 尔 (法 国 )研 究 了 物 体 不 受 其 他 物 体 的 作 用，它的运动就不会改变运动方向 14、 力 、 压 强 、 功 率 、 功 、 能 、 频 率 的 单 位 分 别 是牛顿、帕斯卡、瓦特、焦耳、焦耳、赫兹 15、瑞典的摄尔修斯制定了摄氏温标 16、热力学温标的创始人是英国的开尔文 17、 摄 氏 温 度 、 热 力 学 温 度 、 热 量 的 单 位 分 别 是 摄 氏 度、开尔文、焦耳 超越时代的詹姆斯麦克斯韦最 近 ， 英 国 广 播 公 司 评 选 出 了 近 一 千 年 最 伟 大 的 十 位 思 想 家 ， 英 国 物
44、理 学 家 詹 姆 斯 麦 克 斯 韦 （ JamesMaxwell） 榜 上 有 名 。 由 于 不 少 人 对 麦 克 斯 韦 的 科 学 贡 献 、 对 麦 克 斯 韦 于 人 类 社 会 的 深 刻 思 想 影 响 知之不多，故在此作一简单介绍。 19 世 纪 末 是 经 典 物 理 学 向 现 代 物 理 学 转 化 的 时 期 ， 麦 克 斯 韦 则 是 科 学 革 命 前 的 重 要 转 折 人 物 。 一 方 面 ， 他 是 近 代 物 理 学 的 巨 匠 、 经 典 物 理 学 大 厦 的 主 要 完 成 者 之 一 ； 另 一 方 面 ， 他 由 于 加 速 了 牛 顿 力
45、 学 观 的电磁学小知识 19崩 溃 而 成 为 现 代 物 理 学 的 先 驱 。 麦 克 斯 韦 对 科 学 的 伟 大 贡 献 在 于 他 提 出 和 发 展 了 新 的 世 界 观 ， 为 未 来 的 科 学 研 究 指 明 了 方 向 。 他 的 电 磁 学 理 论 通 向 相 对 论 ； 他 的 气 体 动 力 学 理 论 对 量 子 论 起 过 作 用 ； 他 筹 建 并 领 导 的 卡 文 迪 许 实 验 室 引 导 了 实 验 原 子 物 理 学 的 发 展 。 这 一 切 使 他 成 为 牛 顿 之 后 、 爱 因 斯 坦 之 前 最 重 要 的 物 理 学家。 麦克斯韦于
46、 1831 年 6 月 13 日出生在苏格兰爱丁堡 的 一 个 名 门 望 族 ， 从 小 便 显 露 出 数 学 天 才 。 他 在 14 岁 时 就 写 了 第 一 篇 科 学 论 文 ， 次 年 发 表 在 爱 丁 堡 皇 家 学会的刊物上。 1847 年中学毕业后进入爱丁堡大学学 习 数 学 、 物 理 学 和 哲 学 。 1850 年转入剑桥大学三一学 院，主攻数学和物理学。1854 年以优异成绩毕业。 19 世 纪 上 半 叶 ， 电 磁 学 的 实 验 研 究 发 展 迅 速 ， 二 三 十 年 代 发 现 了 电 流 的 磁 效 应 和 电 磁 感 应 现 象 ， 打 破 了
47、电 与 磁 是 孤 立 现 象 的 传 统 观 念 。 但 是 电 磁 学 的 理 论 研 究 进 展 相 对 缓 慢 ， 无 法 建 立 把 电 现 象 和 磁 现 象 统 一 起来的理论体系。到 1850 年前后，电和磁的实验和 理论研究都积累了大量的、然而又是不全面的成果， 迫 切 要 求 在 更 加 普 遍 的 观 点 下 加 以 概 括 和 总 结 。 但 是 当 时 的 人 们 受 牛 顿 力 学 观 的 影 响 ， 认 为 电 力 和 磁 力 的 作 用 和 引 力 作 用 一 样 是 “超 距 作 用 ”。 正 是 这 种 传 统电磁学小知识 20观 念 阻 碍 了 电 和 磁
48、 的 统 一 。 直 到 法 拉 第 提 出 “场 ”的 概 念 之 后 ， 这 种 错 误 的 观 念 才 被 打 破 ， 但 是 法 拉 第 的 思想却为当时绝大多数科学家所轻视。 麦 克 斯 韦 从 剑 桥 大 学 毕 业 后 不 久 就 开 始 研 究 电 磁 学 。 他 选 择 了 “场 ”的 概 念 作 为 研 究 的 出 发 点 。 在 1855 年到 1864 年间，麦克斯韦从场的观点对法拉第 电 磁 感 应 定 律 进 行 了 理 论 分 析 ， 提 出 了 著 名 的 麦 克 斯 韦 方 程 组 。 这 组 方 程 不 仅 标 志 着 经 典 物 理 学 大 厦 的 最 后
49、 完 成 ， 而 且 预 见 了 电 磁 波 的 存 在 ， 并 证 明 电 磁 波 传 播 的 速 度 与 真 空 中 的 光 速 是 相 同 的 。 在 此 基 础 上 ， 麦 克 斯 韦 认 为 光 是 频 率 介 于 某 一 范 围 之 内 的 电 磁 波 。 这 是 人 类 在 认 识 光 的 本 性 方 面 的 又 一 大 进 步 。 正 是 在 这 一 意 义 上 ， 人 们 认 为 麦 克 斯 韦 把 光 学 和 电 磁 学 统 一 起 来了，这是 19 世纪科学史上最伟大的综合之一。 今天看来，至少到 19 世纪末为止，没有哪一种 理 论 所 起 的 作 用 能 比 得 上 电 磁 理 论 对 人 类 社 会 生 活 发生的极其伟大的指导作用。在电磁理论形成以前， 人 类 的 活 动 中 没 有 电 报 、 电 灯 、 电 话 、 收 音 机 、 雷 达 、 电 视 机 ， 更
