自然科学基础知识课件第四章 电与磁

第四章 电与磁
自然科学基础知识
目录
• 第一节电与磁的现象 • 第二节库仑定律 • 第三节欧姆定律和安培定律 • 第四节电磁感应现象和麦克斯韦的电磁理论 • 第五节无线电波
本章导读
• 人类对电、磁现象的认识、研究以至利用，经历 了相当长的历史时期。开始人们对电、磁的认识 发展得十分缓慢，在较长的时期内仅仅停留在观 察电作用、磁作用的现象方面。真正对电磁现象 的研究自16世纪开始，然而其研究方法也很原始 ；对电磁的近代科学方法研究直到18世纪才开始 。
目标透视
• 1.了解两种电荷的吸引和排斥。 • 2.掌握库仑定律、欧姆定律、安培定律。 • 3.熟悉法拉第电磁感应现象。 • 4.了解麦克斯韦的电磁理论。 • 5.了解无线电技术的发展。
第一节 电与磁的现象
• 一、吉尔伯特对磁和电的研究
•
在古代，人们就已经知道了一些电现象和磁
现象。有些经过摩擦的物体，如用丝绸摩擦过的
• (3)铁制物品在磁体的影响下会磁化。
• 这是在英国诞生的第一部重要的物理学著作，它 曾引起了同时代许多科学家的重视。伽利略在他 的《对话》一书中称吉尔伯特的著作“伟大到令 人妒忌”，开普勒也曾在他的《新天文学》中多 次提到并赞扬了吉尔伯特的工作。
• 吉尔伯特把电和磁加以比较，发现它们有以下几 个方面的深刻差异：
使用方法。这样，用莱顿瓶进行电学实验的知识 很快就传到了北美。
•
富兰克林是美国18世纪名列华盛顿之后的最
著名的人物，他的才华不仅在政治和外交方面，
而且在电的研究中也充分显露出来。富兰克林对
• 吉尔伯特在40岁左右时，对磁和电产生了浓厚的 兴趣，花费了18年或更长的时间进行了关于磁和 电的研究，于1600年出版了他的巨著《论磁》， 开创了电磁学研究的新纪元。他系统地观察了电 和磁现象，并经过反复实验，得出了一些经验性 的结论。他指出：
• (1)只有磁性物体才具有磁的吸引和斥力。
• (2)磁体恒有南北两极；同名极相斥，异名极相吸 ；不能找到单独的磁极。
玻璃棒、用毛皮摩擦过的胶木棒，能吸引轻小物 体(如纸屑、灯草屑等)。当物体具有这种吸引轻小 物体(如纸屑、灯草屑等)的性质时，我们就说它带
了电，或有了电荷。人们对类似的电磁现象虽有
不少的知识记载，但多数属于定性的观察和认识 。真正对这些现象进行比较系统的研究，是到欧
洲文艺复兴时期才开始的，第一批系统的科学研 究工作是被称为“磁学之父”的英国人威廉·吉尔 伯特进行的。
• 约在1720年，英国的斯蒂芬·格雷重新发现了电沿 某些物体传播的事实，并引入了导体这一概念。
他还发现不是任何物体都具有传播电的性质。于 是，他把物质分为两类：一类是非电性物体(导体) ；另一类是电性物体(非导体)。1729年，格雷还发 现了电荷分布在导体表面的事实。
• 1733年，杜菲发现绝缘的金属也可以通过摩擦的 方法起电，他认为所有的物体都可以摩擦起电。 为了对电现象作深入的研究，杜菲对吉尔伯特首 先制作的验电器作了改进，他将金属棒用金箔代 替，用它对摩擦后带电的玻璃棒及琥珀做检Байду номын сангаас， 发现两者产生的电是不同的。他总结实验结果指 出，有两种实质不同的电：一种电是在玻璃、宝 石、毛皮和其他物质上出现，称为“玻璃电”； 另一种电表现在琥珀、虫漆、丝等物上，称为“ 树脂电”。两种电的特殊标志是同种电互相排斥 ，而异种电互相吸引。不带电的物体可以从另一 带电物体获得电性，两者所带电性是相同的。
• 1745年，德国物理学家克莱斯特有一次用导线将摩擦所起 的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他后来用手触及铁钉时， 受到猛烈的一击。几个月后在荷兰莱顿大学，物理学家穆 欣布罗克也提出了类似的发现。他在一次试图用起电机使 玻璃瓶内的水带电时，也受到了猛烈的电击。并由此得出 结论：把带电体放在玻璃瓶内，可以把电保存下来。但当 时还搞不清楚起保存电作用的究竟是瓶子还是瓶内的水， 人们把这样可以蓄电的瓶子称为“莱顿瓶”，这就是最初 的电容器。后来，莱顿瓶实验被人们重复进行着并逐步完 善，如将瓶内放盐水，瓶内外贴锡箔，以至于发展成为各 种形式的电容器，使之在物理学和电子技术方面得到了广 泛的应用。
三、“天电”与“地电”的统一
• 18世纪中叶，起电装置的改善和大气电现象的研 究，吸引了许多物理学家的兴趣。
• （一）莱顿瓶的发现
•
人们在电现象的研究中常常遇到这样的问题
，好不容易获得的电荷，往往会在空气中逐渐地
消失，于是就非常想寻找一种贮电仪器。“莱顿
瓶”就是在人们的这种迫切愿望下发明出来的， 这也是电学发展史上重要的一步。
•
莱顿瓶的发现为科学界提供了一种贮电的有效方法，
一方面为进一步研究电现象提供了条件，另一方面对电知
识的传播也起到了重要的促进作用。
（二）“天电”和“地电”
•
莱顿瓶的发展及其放电现象为研究大气电现
象奠定了基础。1746年，伦敦有一位名叫考林森
的人，通过邮寄向远在美国费城的朋友本杰明·富
兰克林赠送了一只莱顿瓶，并在信中向他介绍了
•
(1)磁性质是磁体本身具备的一种性质，而电
性质是需要通过摩擦来激发的。
•
(2)磁石只对可以磁化的物质有力的作用，而
带电体可以吸引任何轻小的物体。
•
(3)磁体之间的作用不受中间的纸片、亚麻布
等物体的影响；当带电体浸在水中时，电力的作
用消失，而磁体浸在水中磁力不会消失。
•
(4)磁力是一种定向力，而电力是一种移动力
。
• 吉尔伯特还制作了第一只实验用的验电器。他用 一根极细的金属棒，中心固定在支座上，可以自 由转动，由于金属棒极轻，因此当摩擦后的带电 物体靠近它时，金属棒会被吸引而向带电体转来 。由此可以以金属棒是否转动探测物体是否带电 。
二、两种电荷的发现
• 1663年，盖利克制造的第一台能产生大量电荷的 摩擦起电机。它是用一只带有转动轴的硫黄球放 在一个支架上制成的，起电时一手使硫黄球转动 ，一手放在硫黄球上与转动的球发生摩擦，结果 人体和硫黄都带上了电。盖利克就是使用他发明 的起电机发现了摩擦产生的电可以通过一根金属 杆传给其他物体。同时还发现带电体能吸引轻小 物体，对轻小物体也有排斥作用，从而纠正了吉 尔伯特的观点。