物理学史第三章_电磁学和光学史
【物理学史】4振动和波、电磁场和电磁波、光学、相对论（选修3-4）
【物理学史】4振动和波、电磁场和电磁波、光学、相对论（选修3-4）学无捷径，但有方法；任何事情的成功，都有一定的方法可循！——坤哥物理- 1 - 【物理学史】4振动和波、电磁场和电磁波、光学、相对论（选修3-4）《振动和波》1、17世纪，荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。
周期是2s 的单摆叫秒摆。
2、1690年，荷兰物理学家惠更斯提出了机械波的波动现象规律——惠更斯原理。
3、奥地利物理学家多普勒（1803-1853）首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象——多普勒效应。
【相互接近，f 增大；相互远离，f 减少】《电磁场和电磁波》1、1864年，英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。
电磁波是一种横波2、1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的传播速度等于光速。
3、1894年，意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报，揭开无线电通信的新篇章。
4、1800年，英国物理学家赫歇耳发现红外线；1801年，德国物理学家里特发现紫外线；1895年，德国物理学家伦琴发现X 射线（伦琴射线），并为他夫人的手拍下世界上第一张X 射线的人体照片。
《光学》1、1621年，荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律——折射定律。
2、1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。
3、1818年，法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射—泊松亮斑。
4、1864年，英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波；1887年，赫兹证实了电磁波的存在，光是一种电磁波。
5、关于光的本质：17世纪明确地形成了两种学说：一种是牛顿主张的微粒说，认为光是光源发出的一种物质微粒；另一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说，认为光是在空间传播的某种波。
电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响
电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响电、磁、光是我们生活中非常重要的三个物理现象，早期对于电、磁、光的研究是相互独立的。
随着物理学的发展，人类对电、磁、光有了更深入的理解，其发展也逐渐从一开始的独立发展最终走向了统一，对近现代物理的发展产生了重大影响。
对这三门学科统一过程的探讨虽有文献[1，2]，但都有各自偏重的方面，且大部分缺少对近现代物理影响的必要探讨。
2 电学、磁学和光学的独立发展2.1 电学人类对于电的研究起始于被记录在公元前2750年的古代埃及的文献中的放电的鱼，在随后的几千年里，古代希腊、罗马以及阿拉伯的自然学家和医生也对这种会放电的鱼有相应的描述。
另外一方面，当时地中海附近的文化已经知道了有些物质，比如棒状的琥珀可以在与猫的皮毛摩擦后产生吸引轻小物质的性质，哲学家Thales对这一现象进行了一系列的观察，但他错误地认为摩擦造成的原因是琥珀具有磁性。
直到1600年，英国科学家William Gilbert才对这个现象给出了正确的解释，并引入了电这个概念。
关于电的本性的探讨在最初的电学科学史上占据了重要的地位，Benjamin Franklin通过风筝实验，证实了闪电也是电（1752年）；随后，Luigi Galvani证明了生物电也是电（1791年）。
18世纪电学发展的另一个重要内容是电的产生和储存。
Otto Vou Guoricke发明了摩擦起电机，Pieter Van Musschenbroke发明了莱顿瓶储存电荷，Alessandro Volta发明伏打电池，使用的是电化学反应，为科学研究电学现象提供了稳定的电源。
电学早期的科学史上的一个高峰是1785年Charles-Augustin de Coulomb通过扭秤实验得到的库仑定律，该定律指出了电荷之间相互作用的定量结果。
2.2 磁学磁（magnetism）来自于希腊语。
古代的人们注意到磁铁矿的碎片可以吸引铁，由此发现了磁。
物理学史——第三章电磁学的建立
遗憾的是，中国古代关于磁的认识尽管极为丰富，但关于 磁现象的本质及解释，往往又是含糊的，缺乏深入细致的研 究。就连被称作“中国科学史上的坐标”的沈括，对磁现象 也认为，“莫可原其理”，“未深考耳”，致使在我国历史 上，一直未能产生可与英国吉尔伯特《论磁》比美的著作。
§2 电磁现象的早期研究
在古代，人们对静电和静磁现象已分别有一些认识。公元前7 世纪，古希腊哲学家泰勒斯已经发现用毛织物摩擦过的琥珀 能吸引某些轻小物体。Electricity（电）这个字的起源就来 自希腊文的“琥珀” (elec tron) 。我国东汉时期，王充在 《论衡》一书中提到 " 顿牟掇芥 " 等问题，也是说摩擦过的琥 珀能吸引轻小物体。指南针是我国四大发明之一。我国在北 宋初就知道利用人工磁化方法制成指南针。当时还发现磁偏 角、磁倾角等问题。
《磁石论》共分六卷。 • 第一卷介绍了他的磁性“小地球”实验， 得出结论：地球本身就是一个巨大的磁体， 其两极位于地理的南极和北极附近； • 第二卷详细地论述了电现象的实验研究与 结论，还把电与磁的性质进行了比较； • 第三卷记载了天然磁石的定向性； • 第四卷说明了磁偏角与不同地点和高度的 关系； • 第五卷介绍了测定磁倾角的仪器及各地磁 倾角的大小； • 第六卷试图用物体的磁力来解释行星运动， 当然，他没有成功。
（二） 静电学的早期研究
1、1720年，格雷(S.Gray，1675—1736)研究了电的传导现象， 发现导体与绝缘体的区别。随后，他又发现导体的静电感应现 象。
2、1734年法国人杜菲（Charles-Francois du Fay，1696～1739）在实验中发现带电的玻璃和 带电的琥珀是相互吸引的，但是两块带电的琥 珀或者两块带电的玻璃则是相互排斥的。杜菲 根据大量的实验事实断定电有两种：一种是与 琥珀带的电性质相同，叫做“琥珀电”；一种 是与玻璃带的电性质相同，叫做“玻璃电”。 3、1745年普鲁士（德国的前身）的一位副主教克莱斯特(Ewald Georg von Kleist ，1700-1748)在实验中利用导线将摩擦所起 的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他用手触及铁钉时，受到猛烈 的一击，他由此发现了放电现象。
物理学史高中总结电磁
物理学史高中总结：电磁1. 引言电磁学是物理学中一门重要的学科，研究电（电荷）和磁（磁场）之间的相互作用以及它们的产生、传播和应用。
本文将以高中物理学的角度，总结电磁学在物理学史中的重要里程碑。
2. 电磁学的起源2.1 古代电磁学电磁学的起源可以追溯到古代希腊时期。
古希腊哲学家泰勒斯和希波达墨斯观察到琥珀经摩擦后可以吸引轻物体，这是最早的电现象。
在古希腊和古罗马时期，一些学者也注意到磁石具有吸引铁器的能力。
2.2 法拉第电磁学理论电磁学的发展真正迈进一个新阶段是在19世纪。
英国物理学家法拉第通过一系列实验，揭示了电流通过导线时会产生磁场，并且变化的磁场又会诱导出电流。
他提出了法拉第电磁学理论，奠定了电磁学的基础。
3. 电磁学的重要事件3.1 麦克斯韦方程组的发展19世纪末，苏格兰物理学家麦克斯韦对法拉第电磁学理论进行了深入研究，从而发展出了著名的麦克斯韦方程组。
麦克斯韦方程组将电磁学描述为一组微分方程，统一了电磁现象的描述和预测体系，极大地推动了电磁学的发展。
3.2 电磁波的发现根据麦克斯韦方程组的推导，麦克斯韦预测存在可传播的电磁波。
1895年，意大利物理学家马兹韦尔·普朗克通过实验证实了电磁波的存在，这是电磁学史上的重要突破之一。
电磁波的发现不仅证明了麦克斯韦方程组的正确性，也为之后的无线电通信技术的发展提供了基础。
3.3 电磁学与相对论的统一当时被麦克斯韦方程组预言的电磁波的传播速度与光速一致，这引起了爱因斯坦的兴趣。
1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，将电磁学与相对论统一起来。
他的理论认定光速是宇宙中最大的固定速度，并改变了人们对时空观念的理解。
4. 电磁学的应用4.1 电磁学在电力工业中的应用电磁学的理论和实验成果在电力工业中有着广泛的应用。
通过将电能转换成机械能，我们可以实现发电和输电，为人类提供便利的电力服务。
电动机、变压器、发电机等设备的设计和制造离不开电磁学的理论支持。
电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响
电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响作者：谢悦希来源：《中国科技纵横》2018年第21期摘要：电、磁、光是生活中常见的三种物理现象。
本文梳理了物理学对于这三种现象研究的独立发展与相互统一的科学史过程；总结了该过程中出现的重要的物理事件和人物；文章最后探讨了电、磁、光的物理统一对于近现代物理的两大重要分支（量子力学和相对论）产生的重要影响，旨在为更深入的研究提供思路。
关键词：电磁学；光学；科学史中图分类号：O31 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0239-021 引言电、磁、光是我们生活中非常重要的三个物理现象，早期对于电、磁、光的研究是相互独立的。
随着物理学的发展，人类对电、磁、光有了更深入的理解，其发展也逐渐从一开始的独立发展最终走向了统一，对近现代物理的发展产生了重大影响。
对这三门学科统一过程的探讨虽有文献[1，2]，但都有各自偏重的方面，且大部分缺少对近现代物理影响的必要探讨。
2 电学、磁学和光学的独立发展2.1 电学人类对于电的研究起始于被记录在公元前2750年的古代埃及的文献中的放电的鱼，在随后的几千年里，古代希腊、罗马以及阿拉伯的自然学家和医生也对这种会放电的鱼有相应的描述。
另外一方面，当时地中海附近的文化已经知道了有些物质，比如棒状的琥珀可以在与猫的皮毛摩擦后产生吸引轻小物质的性质，哲学家Thales对这一现象进行了一系列的观察，但他错误地认为摩擦造成的原因是琥珀具有磁性。
直到1600年，英国科学家William Gilbert才对这个现象给出了正确的解释，并引入了电这个概念。
关于电的本性的探讨在最初的电学科学史上占据了重要的地位，Benjamin Franklin通过风筝实验，证实了闪电也是电（1752年）；随后，Luigi Galvani证明了生物电也是电（1791年）。
18世纪电学发展的另一个重要内容是电的产生和储存。
Otto Vou Guoricke发明了摩擦起电机，Pieter Van Musschenbroke发明了莱顿瓶储存电荷，Alessandro Volta发明伏打电池，使用的是电化学反应，为科学研究电学现象提供了稳定的电源。
物理中的光学与电磁学(物理知识点)
物理中的光学与电磁学（物理知识点）光学与电磁学是物理学中重要的分支领域，研究光的传播、反射、折射以及电磁波的性质和行为。
这两个领域的发展和应用对现代科学和技术产生了巨大的影响。
本文将介绍光学与电磁学的基本概念和重要知识点，包括光的特性、光的传播、光的反射和折射、电磁波的特性和电磁波的传播。
1. 光的特性光是一种电磁波，具有粒子性和波动性。
它是由光子组成的，具有能量和动量。
光的颜色是由它的频率决定的，不同频率的光有不同的颜色。
光的速度在真空中是恒定的，为光速，约为3×10^8米/秒。
2. 光的传播光的传播可以用光线和光波两种模型来描述。
光线模型认为光是沿着直线传播的，可以用来解释光的反射和折射现象。
光波模型认为光是以波动方式传播的，可以用来解释光的干涉和衍射现象。
3. 光的反射光线照射到物体表面时，会发生反射现象。
根据反射定律，入射角等于反射角。
反射现象在我们日常生活中随处可见，例如光线照射到镜子上时会产生镜面反射。
4. 光的折射光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
根据折射定律，入射角的正弦与折射角的正弦的比值等于两种介质的折射率的比值。
这一现象在光的折射透镜和棱镜中得到广泛应用。
5. 电磁波的特性电磁波是由互相垂直的电场和磁场组成的波动现象。
电场和磁场的振幅、频率和相位决定了电磁波的性质和行为。
电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
6. 电磁波的传播电磁波在真空中传播的速度也是恒定的，等于光速。
根据波长和频率的关系，电磁波可以分为不同的区域，包括无线电波、可见光和X射线等。
电磁波在传播过程中能量的损耗和衰减可以通过衍射和透射等现象来解释。
总结：光学与电磁学是物理学中重要的分支领域，研究光的传播和电磁波的特性和行为。
光学研究光的反射和折射现象，电磁学研究电磁波的传播和性质。
光的特性包括粒子性和波动性，光的传播可以用光线和光波模型描述。
光的反射和折射现象可以用反射定律和折射定律来解释。
光学和电磁学
光学和电磁学吴大猷1．光学有关光现象的研究领先于电和磁现象的研究一个世纪。
最早知道的光传播的特征是直线传播以及由W．斯涅耳（1591-1676）于1621年实验发现的反射和折射定律。
但是，光理论发展的历史（在17～18世纪期间）是一段复杂的历史，其中包含了许多伟大人物的名字，像笛卡儿、惠更斯（1629-1695）、胡克（1635-1703）、牛顿、杨（1773-1829）、菲涅耳（1788-1827）等等，都卷入了微粒说和波动说之间的争论。
下面我们只能提供一个非常简要的梗概。
笛卡儿有一个关于事物的总纲要：宇宙的机械论观点。
他把以太概念作为具有机械性质的介质引入物理学。
他关于（微粒）光的折射定律的演绎暗示，它在（比方说）水中的速度大于在空气中的速度。
顺便说一句，牛顿的光微粒说也导致了同样的错误结论。
费马（1601-1665）于1657年提出了光传播的最小时间原理（Principle of Least Time）。
这个变分原理形式的数学定律具有普遍性和重要性，他是在物理学中以这种形式表达定律（或原理）的先驱；这个定律也优于笛卡儿的理论，因为它作了正确的假定，即光速在（比方说）水中比在空气中要小。
然而，该原理的推导是基于形而上学考虑而非物理学考虑的。
罗伯特·胡克是一位比牛顿稍年长的同代人。
他赞成光的波动说（1667年），而牛顿坚持微粒说。
牛顿于1666年发现棱镜分离太阳光成光谱，并于1671-1672年批评胡克的理论，由此在他们两人之间展开了一场争论，弄得关系紧张。
人们认为，这可能是造成牛顿后来不愿出版他的著作的因素之一。
牛顿拒绝接受波动说，是由于波动说不能说明光的直线传播，因为在托马斯·杨1801-1803年的实验之前，衍射现象尚不知道。
另一方面，偏振和双折射现象已由牛顿于1717年在光的两侧性（two sidedness）基础上得到“解释”，而且值得注意的是，他事实上利用偏振现象作为反对“波动说”的强有力证据，因为那时理解的波动说考虑的是纵向声波的那种波。
高三物理学史《电磁学的发展历史》课件(共52张PPT)
现象正式定名为电磁感应。
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法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一闭合电路的磁 通变化率成正比。
感应电动势用 表示，即 （负号反映感应电动势的方向 与磁通量变化的关系）
这就是法拉第电磁感应定律。
直到70年代才逐渐被爱迪生发明的白炽灯所代替。此 外伏打电池也促进了电镀的发展，电镀是1839年由西 门子等人发明的。
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3.2 电磁学的建立
电磁感应现象的发现，对科学技术的发展意义重大。
它揭示了电与磁相互联系和转变的又一重要性质，推 动了电磁学理论的的发展。
在应用方面，为大规模地利用电能开辟了广阔的道路
记载了电学方面的研究。
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盖利克和起电机
盖利克 起电机
最早的静电起电机出现在17世纪，O.von.盖利克 利用摇柄使一个硫磺球（后改用玻璃球）迅速旋转 ，用人手（或皮革）与之摩擦起电。
到19世纪，这种摩擦起电机为感应起电机所取代。
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18世纪电的研究——电流趣闻
斯蒂芬·格雷 （Stephen Gray）
闪电可以使罗盘的磁针旋转
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奥斯特实验
在1820年4月发现电流的磁效应：当电流 通过导线时，引起导线近旁的磁针偏转。
丹麦物理学家奥斯特 (Hans Christian Oersted，
1777—1851)
通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场。 25
同年7月21日以《关于磁针上电冲突作用的实验》 为题发表了他的发现。
安培研究电流相互 作用的仪器 28
即两个电流元之间的作用力跟它们之间距离的平方成反比 ，这就是著名的安培定律。
物理学史电磁学
奥斯特寻找电与磁的关系的想法酝酿已久: 1803年:“我们将把整个宇宙容纳在一个体系中。”他认为
“自然力之统一”。 1812年:“我们应该检验的是，究竟电是否以其最隐蔽的方
式对磁体有类似的作用。” 1818-1819年，与奥共事的人说:“奥斯特经常在寻找这两
种大自然力之间的关系。” 机会来了，1820年4月，奥斯特在一次讲课中，发现磁针
友谊和共同的信念。米切尔得知库仑发明扭秤后，曾建议 卡文迪什用类似的方法测试万有引力。这项工作使卡文迪 什后来成了第一位直接测定引力常数的实验者。正是由于 米切尔的鼓励，卡文迪什做了同心球的实验。
物理学史电磁学
但是卡文迪什的同心球实验结果和他自己 的许多看法，却没有公开发表。直到19 世 纪中叶，开尔文（即W.汤姆生）发现卡文 迪什的手稿中有圆盘和同半径的圆球所带 电荷的正确比值，才注意到这些手稿的价 值，经他催促，才于1879 年由麦克斯韦整 理发表。卡文迪什的许多重要发现竟埋藏 了一百年之久。
用盐水浸湿的纸片中，重复地叠成
1.伏打
一堆，形成了很强的电源，这就是 著名的伏打电堆。把锌片和铜片插
意大利帕维大学教入授盐，水或否稀定酸了杯中伽，伐也尼可以动形物成电 说。他认为，电来源拿自，破两叫仑做授种伏予不打的同电一池枚金。 金属由质的此奖他章接得。触到并，了成 青蛙只不过是起了为验法电国科器学的院作的院用士。。今天电学中
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。
物理学史电磁学
3.发明避雷针: 富兰克林并不满足，将他的发现转化为了新的发
明。避雷针诞生了。 4.科学兴趣广泛
命名了正电，负电，发现了电荷守恒定律，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。 5.富兰克林是独立宣言和美国宪法的起草人之一，
物理：光学和电磁学的进一步研究
光学实验技术： 利用激光、干涉 仪、光谱仪等现 代光学仪器进行 精密测量和实验 验证。
电磁学实验技术： 利用磁共振、粒 子加速器、电磁 波干涉等实验手 段研究电磁现象 和物质相互作用。
光学和电磁学实验 技术的交叉应用： 例如量子光学、量 子电磁学等领域， 利用光学和电磁学 实验技术进行微观 粒子观测和操纵。
添加标题
医疗健康：光学和电磁学的发展有望在医疗领域发 挥重要作用，如医学影像技术、无创检测等，提高 医疗诊断和治疗的准确性和安全性。
添加标题
能源领域：光学和电磁学的进步将为新能源的开发 和利用提供技术支持，如太阳能、风能等可再生能 源的转换和储存。
添加标题
交通出行：光学和电磁学的进一步研究将为交通出 行领域带来革新，如自动驾驶汽车、高速磁悬浮列 车等，提高出行效率和安全性。
汇报人：XXX
麦克斯韦方程组：英国物理学家詹姆 斯 ·克 拉 克 ·麦 克 斯 韦 提 出 的 麦 克 斯 韦 方程组，统一了电场和磁场，预言了 电磁波的存在
光学和电磁学的起源：古希腊时期，人们开始研究光的传播和折射等现象，电磁学的研究也开始于这一时 期。
光学和电磁学的早期发展：文艺复兴时期，科学家们开始重新审视古希腊的学术成果，并进行了大量的实 验研究。这一时期，光学和电磁学得到了初步的发展。
医疗领域：激光治疗、光学仪 器等
能源领域：太阳能电池、风力 发电等
军事领域：激光武器、红外侦 查等
激光光谱学：利用激光与物质相互 作用产生的光谱信息研究物质结构 和性质
超快光学：研究超短脉冲光的产生、 传播和与物质相互作用等，应用于 时间分辨光谱学等领域
[理学]物理学史第三章_电磁学和光学史
![[理学]物理学史第三章_电磁学和光学史](https://img.taocdn.com/s3/m/96d126abcc22bcd126ff0c5a.png)
位移电流的假设
dD iD dt
麦克斯韦的理论预言光是起源于电磁现象的横波。 既然电介质中的粒子位移可以看成是电流，就可以把 电流与磁力线的相互作用推广到绝缘体 柯尔劳胥（R.H.A. Kohlrausch）和 W.韦伯 1857年 E=310740千米/秒；斐索(Fizeau)1849年用齿轮法测 到的光速c=315000千米/秒。 麦克斯韦： “我们难以排除如下的推论：光是由引起电现象和磁 现象的同一介质中的横波组成的。”
2、五年以后，《论物理力线》
分四个部分，载于1861年和1862年的《哲学杂志》 “目的是研究介质中的应力和运动的某些状态的力学效果 ，并将它们与观察到的电磁现象加以比较，从而为了解力线 的实质作准备。”
两件事使麦克斯韦重新考虑他的研究方法： （1）伯努利的流体力学预言流线越密的地方压力越小，流速 越快；根据法拉第的力线思想，力线有纵向收缩、横向扩张 的趋势，力线越密，应力越大。 （2）电的运动和磁的运动也无法简单类比。 电的运动是平移运动，磁的运动更象是介质中分子的旋转 运动。 借用兰金（W.J. M.Rankine）的“分子涡流”假设： 假设在磁场作用下的介质中，有规则地排列着许多分子涡 旋，绕磁力线旋转，旋转角速度与磁场强度成正比，涡旋物 质的密度正比于介质的磁导率。
物理学史之电磁学篇
问苍天巧借雷电向暴君争取民权富兰克林及其电荷守恒定律和电的本质的发现从远古开始，无论是中国还是西方都有对电、磁现象观察的记载。
16世纪后半叶以 后，实验风气逐渐兴起，人们发明了产生电荷和储存电荷的起电机、莱顿瓶，发现了电 流，制成了最早的电源一一电堆。
这不仅加深了人们对电现象和磁现象的认识，并且为进 一步探索电磁现象的规律作好了物质准备。
在静电学发展过程中不得不提到一位美国物理学家的重要贡献，那就是本节的主人公一一富兰克林。
本杰明.富兰克林(BenjaminFranklin,1706-1790)一个贫穷的制烛工人家庭，在家里十七个孩子中排行 是美国政治家、物理学家，同时也是出版商、印刷 商、、、；更是杰出的及。
他是时重要的领导人之 与了多项重要文件的草拟，并曾出任美国驻大使，成 法国支持美国独立。
富兰克林富兰克林的初期创造才能表现在许多发明上，尤 的是改进火炉和双焦眼镜。
但他的最大成就是在电学方面, 是发现了电荷守恒定律。
1746年，居于美国费城的富兰克林收到了英国皇家学会朋友赠送 的一只莱顿瓶及使用方法，这样莱顿瓶带来的电学知识很快就传播到了北美。
富兰克林利 用莱顿瓶做了大量的静电方面的实验，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。
根裾这种相消性和数学上的正、负数的概念，他把“阳电”称为正电，把“阴电”称为负电，并进一步从电荷的相消性，推出如下结论 ：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，总是形成等量的异种电荷；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。
于是，在上述推论的基础上，他总结出 一个普遍的原理：电荷既不能创生也不能消灭，只不过是从某一个带电体转移到另外一个 带电体；在电荷转移过程中，电荷的总量是不变的。
这就是电荷守恒定律的最原始的表述 方式。
电荷守恒定律是物理学中一条比较普遍的守恒定律，富兰克林为电磁学大厦建立了 第一块颇为重要的奠基石。
物理学史--电磁学的建立
在 1752 年 7 月的一个雷雨 天富兰克林做了著名的费城实验: 天富兰克林做了著名的费城实验 : 风筝上安上一根尖细的铁丝, 风筝上安上一根尖细的铁丝 , 用 来捕捉电, 来捕捉电 , 并用麻绳与这铁丝相 麻绳的末端拴一把铜钥匙, 连 , 麻绳的末端拴一把铜钥匙 , 钥匙塞在莱顿瓶中间. 钥匙塞在莱顿瓶中间.
(一) 吉尔伯特与<<磁石论>> 吉尔伯特与<<磁石论>> <<磁石论
首先对电和磁现象进行系统实验研究的是英国的威廉吉尔 首先对电和磁现象进行系统实验研究的是英国的威廉 吉尔 伯特( Gilbert, 1544—1603 1603) 伯特 ( William Gilbert , 1544 1603 ) . 他认识到电力和磁 力是性质不同的两种力. 力是性质不同的两种力 . 他第一个将琥珀和毛皮摩擦后吸引轻 小物体的性质叫做" 1600年 吉尔伯特发表了《论磁, 小物体的性质叫做 " 电 " . 1600 年 , 吉尔伯特发表了 《 论磁 , 磁 体 和 地 球 作 为 一 个 巨 大 的 磁 体 》 ( De magnete , magneticisque corporibus et de magnomag nete tellure , 简称《磁石论》 他总结了前人对磁的研究, 简称 《 磁石论 》 ) . 他总结了前人对磁的研究 , 周密地讨论了 地磁的性质,记载了大量实验,使磁学从经验转变为科学. 地磁的性质 , 记载了大量实验 , 使磁学从经验转变为科学 . 书 中他也记载了电学方面的研究. 中他也记载了电学方面的研究.
富兰克林出身于相当贫寒的家庭,一生只念过两年书.但 富兰克林出身于相当贫寒的家庭, 一生只念过两年书. 他利用业余时间刻苦自学,广泛地接受了多方面的知识, 他利用业余时间刻苦自学,广泛地接受了多方面的知识,终于 成为电学研究的先驱.他曾说过; 你热爱生命吗? 成为电学研究的先驱.他曾说过;"你热爱生命吗?那么别浪 费时间,因为时间是组成生命的材料. 费时间,因为时间是组成生命的材料."
物理学中的光学与电磁学
物理学中的光学与电磁学物理学中的光学与电磁学是两个重要的领域，它们对于我们理解光、电磁波和光学现象起着关键作用。
本文将介绍光学与电磁学的基本概念、原理和应用。
一、光学光学是物理学中研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的学科。
光学的研究可以追溯到古代，人类对光的性质和行为有着浓厚的兴趣。
随着时间的推移，人们对光的研究逐渐深入，发展出了现代光学的理论和实验基础。
1. 光的传播光是由电磁波组成的。
在光的传播过程中，光的速度与介质相关。
在真空中，光的速度为299,792,458米/秒，通常记为c。
当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，即光线的传播方向会发生偏转。
折射现象可以用斯涅尔定律来描述。
2. 光的反射光的反射是指光线遇到界面时，部分能量被原来的介质反射回去。
反射现象也可以用斯涅尔定律来解释。
光的反射有两种类型：镜面反射和漫反射。
镜面反射是指当光线遇到光滑的界面时，光线以相同的角度反射出去。
漫反射是指当光线遇到粗糙的表面时，光线以不同的角度反射。
3. 光的折射光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时发生的偏折现象。
折射现象可以用斯涅尔定律来解释。
当光从光疏介质传播到光密介质时，它会向法线成一个较小的角度偏折；当光从光密介质传播到光疏介质时，它会向法线成一个较大的角度偏折。
4. 光的干涉光的干涉是指两束或多束光线相互叠加时所产生的干涉现象。
根据干涉的性质，可以将光的干涉分为两类：构造干涉和破坏干涉。
构造干涉是指干涉光的相位差为整数倍时，光强增强；破坏干涉是指干涉光的相位差为半整数倍时，光强减弱。
二、电磁学电磁学是物理学中研究电磁现象和电磁场的学科。
电磁学是物理学的一个重要分支，它结合了电和磁的相互作用关系，揭示了自然界中电和磁的统一本质。
1. 电场和电荷电场是指由电荷引起的空间中的力场。
电荷是电场的源，它可以是正电荷或者负电荷。
正电荷和负电荷之间存在相互排斥的力，而同种电荷之间存在相互吸引的力。
物理学公开课电磁学与光学
物理学公开课电磁学与光学物理学公开课：电磁学与光学近年来，物理学在科学研究和现代技术的发展中扮演着重要角色。
电磁学和光学作为物理学的两大重要分支，在我们的日常生活和科学实验中起着关键的作用。
本次公开课将向大家介绍电磁学和光学的基本概念、原理及其应用。
第一章：电磁学基本概念1. 电磁学的定义与发展历程电磁学研究电、磁及其相互作用的学科，是经典物理学的重要组成部分。
从电磁感应到电磁波，电磁学的发展为我们揭示了自然界中电磁现象的本质。
2. 电场与电荷电场是由电荷产生的力场，通过描述电荷与其周围的相互作用来研究电场的性质。
库仑定律揭示了电荷之间的相互作用规律。
3. 磁场与电流根据安培定律，电流通过导线时会产生磁场。
磁场对电荷和电流产生力的作用被研究在磁场理论中。
第二章：电磁学原理与应用1. 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁学的基本规律。
它由四个方程组成，分别是高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培环路定律和法拉第定律。
2. 电磁波与通信技术电磁波是由变化的电流或电场产生的，在空间中具有传播特性。
我们将探讨电磁波的性质及其与通信技术的应用，如无线电、微波和光信号传输等。
第三章：光学基本原理1. 光的性质与传播光是一种电磁波，其波长范围在可见光区域。
我们将学习光的波动性和粒子性，光的干涉、衍射和偏振等基本特性。
2. 光的反射与折射光的反射与折射是光在与介质界面相交时的基本现象。
根据斯涅尔定律和菲涅尔公式，我们可以计算出光的反射角和折射角。
第四章：光学应用与发展1. 反射和折射的应用反射和折射现象被广泛应用于透镜、镜子、眼镜等光学器件中，从而实现光的聚焦和成像。
另外，光纤通信技术也是基于光的反射和折射。
2. 光的色散与光谱学色散现象是指在介质中，不同波长的光被折射角度不同的现象。
这个现象在光谱学中有广泛的应用，用来研究光的波长和频率。
总结：电磁学和光学作为物理学的重要分支，对于我们理解自然现象和推动科技发展起着关键的作用。
高中物理学史知识点总结
《高中物理学史知识点总结》物理学的发展是一部波澜壮阔的历史画卷，它不仅展现了人类对自然规律的不懈探索，也为现代科技的进步奠定了坚实的基础。
在高中物理学习中，了解物理学史对于深入理解物理概念和规律至关重要。
本文将对高中物理学史知识点进行全面总结。
一、力学部分1. 亚里士多德亚里士多德是古希腊著名的哲学家和科学家。
他认为力是维持物体运动的原因，重物下落比轻物快。
虽然他的观点在现在看来存在错误，但在当时对物理学的发展起到了一定的推动作用。
2. 伽利略伽利略是近代科学的奠基人之一。
他通过理想斜面实验推翻了亚里士多德的观点，指出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。
他还发明了天文望远镜，对天文学的发展做出了巨大贡献。
3. 牛顿艾萨克·牛顿是英国著名的物理学家、数学家和天文学家。
他提出了万有引力定律和牛顿运动三定律，奠定了经典力学的基础。
万有引力定律解释了天体运动的规律，牛顿运动三定律则描述了物体在力的作用下的运动规律。
二、热学部分1. 布朗英国植物学家布朗在 1827 年发现了布朗运动，即悬浮在液体中的微粒不停地做无规则运动。
布朗运动间接证明了分子的无规则运动。
2. 克劳修斯和开尔文德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文分别独立地提出了热力学第二定律。
克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
开尔文表述为：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
三、电磁学部分1. 库仑法国物理学家库仑通过扭秤实验得出了库仑定律，即真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。
2. 奥斯特丹麦物理学家奥斯特在 1820 年发现了电流的磁效应，即通电导线周围存在磁场。
这一发现打破了长期以来认为电与磁没有联系的观念。
3. 法拉第英国物理学家法拉第经过十年的不懈努力，终于在 1831 年发现了电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。
高中物理学史(最全)
新课程高考高中物理学史必修部分：一、力学：1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）；2、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。
3、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。
同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。
4、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。
5、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。
6、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。
7、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律；8、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量；9、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。
10、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同；俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。
11、1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星；1961年4月，世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。
物理学史之电磁学篇
问苍天巧借雷电,向暴君争取民权——富兰克林及其电荷守恒定律和电的本质的发现从远古开始,无论是中国还是西方都有对电、磁现象观察的记载;16世纪后半叶以后,实验风气逐渐兴起,人们发明了产生电荷和储存电荷的起电机、莱顿瓶,发现了电流,制成了最早的电源——电堆;这不仅加深了人们对电现象和磁现象的认识,并且为进一步探索电磁现象的规律作好了物质准备;在静电学发展过程中不得不提到一位美国物理学家的重要贡献,那就是本节的主人公——富兰克林;本杰明.富兰克林BenjaminFranklin,1706-1790出生于一个贫穷的制烛工人家庭,在家里十七个孩子中排行十五,是美国政治家、物理学家,同时也是出版商、印刷商、、、；更是杰出的及;他是时重要的领导人之一,参与了多项重要文件的草拟,并曾出任美国驻大使,成功取得法国支持美国独立;富兰克林富兰克林的初期创造才能表现在许多发明上,尤其着名的是改进火炉和双焦眼镜;但他的最大成就是在电学方面,其中他对静电学的最重要贡献是发现了电荷守恒定律;1746年,居于美国费城的富兰克林收到了英国皇家学会朋友赠送的一只莱顿瓶及使用方法,这样莱顿瓶带来的电学知识很快就传播到了北美;富兰克林利用莱顿瓶做了大量的静电方面的实验,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;根裾这种相消性和数学上的正、负数的概念,他把“阳电”称为正电,把“阴电”称为负电,并进一步从电荷的相消性,推出如下结论: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,总是形成等量的异种电荷；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;于是,在上述推论的基础上,他总结出一个普遍的原理：电荷既不能创生也不能消灭,只不过是从某一个带电体转移到另外一个带电体；在电荷转移过程中,电荷的总量是不变的;这就是电荷守恒定律的最原始的表述方式;电荷守恒定律是物理学中一条比较普遍的守恒定律,富兰克林为电磁学大厦建立了第一块颇为重要的奠基石;富兰克林的科学成就使得他于1756年当选为英国皇家学会的会员;富兰克林在公众中的名声除发现电荷守恒定律外还有他的大气电实验,并以发现避雷针而达到了顶峰;当时人们关于火、燃烧、闪电、火花和放电等现象的认识还很不清楚;特别对雷电的危害性之大有一种惧怕的心理,大多数人认为雷电是“上帝之火”,是天神发怒的结果;富兰克林为破除这股迷信,一直思考着雷电的电与摩擦电本质上是否一样,区别在什么地方,从而导致了他所做的着名的天电实验;1752年7月的一天,天气闷热,乌云密布,电闪雷鸣,就在这大雷雨就要来临的时候,美国费城郊区上空升起了一只神竒的风筝,它是用丝绸做成的,顶部安装一根尖细的铁丝,风筝用麻绳系住,麻绳末端挂着一把钥匙,兴致勃勃地放风筝的那两个人就是富兰克林和他的儿子;他们放风筝不是为了玩,而是冒着遭受雷击丧生的危险,在进行吸取“天电”的实验,他把从云端“吸取”的电荷收集在莱顿瓶中,并进行实验;他发现由此得来的电火可以使酒精燃烧,并可用来进行别的有关电的实验；而这些实验平常是靠摩擦小球或小管来做的;”从而使雷电和摩擦起电统一了起来;富兰克林写了一篇论闪电和电气的相同的论文,阐述了雷电的本质;他明确指出：雷电现象不是“雷公雷母的发怒”,它是自然界一种大规模的放电现象,耀眼的火花就是电闪,震耳欲聋的声音就是打雷;电闪不但可以在天空中离得很近的带异种电荷的云块之间发生,也可以在云地之间发生;当云地之间发生闪电的时候,在极强的闪电经过的路上,树木、房屋、人畜等就被击毁或者烧焦;富兰克林还根据风筝上尖细铁丝能够吸引天电的发现,提出了制造避雷针的设想,使建筑物免遭雷击;富兰克林的避雷针能使云层安全放电,因而能保护建筑物本身;避雷针确实是灵验的,富兰克林以他电学上划时代的研究成果,成为蜚声世界的第一流科学家;关于避雷针在欧洲的普及和形状的设计还有一个插曲：1769年,意大利威尼斯的一座教堂被雷击毁,引起地下室火药爆炸,导致3000多人丧生;1772年,英国成立了讨论仓库免遭雷击对策委员会,首先提出制造避雷针方案的富兰克林作为英国皇家学会会员也被任命为委员,在讨论中对避雷针的顶端形状发生了尖头、圆头之争;有人想当然地认为圆头避雷针好；但富兰克林坚持尖头的,他力排众议,言之有理,最后被采纳了;1776年,美国独立战争爆发以后,富兰克林因为积极参加独立运动,又是独立宣言的起草人之一,被作为叛逆者的领导人,而到英国人的憎恶,连他发明的避雷针也受到冷遇,横遭摒弃;英王乔治三世带头把宫殿和弹药仓库上的尖头避雷针砸掉,命令一律换为圆头避雷针,为了寻找扼杀富兰克林发明的“科学依据”,使尖头避雷针在英国绝迹,偏执而愚蠢的国王还亲自向皇家学会会长普林格尔施加压力,要他公开宣布圆头避雷针比尖头更安全;好在普林格尔正直且坚持真理,拒绝执行国王的圣旨,义正辞严地说:“陛下,许多事情都可以按您的愿望去办,但是,不能做违背自然规律的事啊”美国独立战争期间,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法国的援助,事实证明,他是担任这项使命的理想人选;或许这与人类进人了理性时代,有知识的法国人完全拜倒在这位曾经驯服了空中闪电,并将它引到地面的伟人脚下有很大关系;富兰克林集科学与政治成就于一身,他发明了摇椅,,改进了路灯,对气象、地质、及海洋航行等方面都有研究,并取得了不少成就；制定了新闻传播法,最先组织了消防厅,创立了近代的邮信制度,创立了议员的近代;他把政治活动作为一种公民义务占据了他一生中的主导地位;这位“问苍天借雷电,向暴君取民权”的英雄1790年卒于费城,终年84岁,费城人民为他举行了空前的葬礼;岁月难掩遗珠光泽——能称量地球质量的“科学怪人”卡文迪什和库仑定律18世纪中叶以后,人们在已知同种电荷相互排斥和异神电荷相互吸引的基础上,提出了相互作用力的测量问题;人们借助已经确立的万有引力定律,对电力和磁力的规律做出种种猜测;有人从实验上加以证明;其中最早的是一位英国着名的科学家卡文迪什HenryCavendish,1731—1810;卡文迪什出身贵族豪门,照例卡文迪什这等身份的人或者出入官场,扬威域内,或者放浪形骸,寄情声色犬马之中,可是他生性古僻,平时连生人都不愿见到一个,在剑桥大学攻读四年,由于害怕教授而不参加考试;临终时甚至固执地要求单独死去;这个怪癖的人有一个而且仅有一个爱好,那就是科学研究,他倾尽毕生精力,独自进行研究度过了几乎60年;这是一个纯粹的爱好,因为卡文迪许并不关心他研究的成果是否发表和他是否能得到荣誉,也不关心与他的好奇心无关的任何事情,他将详细记录一系列实验数据和结论的手稿及论文锁在柜子里直至他离开这个世界;卡文迪什终身未婚,他的侄子继承了一大笔财产和一大柜手稿后,捐钱给剑桥大学彼得豪斯学院实验室,这个实验室就是后来名闻天下的卡文迪什实验室,人类在那里第一次揭开原子的秘密,从1904年至1989年的85年间一共产生了29位得主,占诺奖总数的三分之一;其实早在1773年,在库仑之前12年卡文迪什就发现了“库仑定律”,甚至其实验的精度超过后者;直到1879年,作为卡文迪什实验室的第一任主任的麦克斯韦出版了一本题为尊敬的亨利·卡文迪什的电学研究一书,才杷卡文迪什的工作公布于世：是他最早精确测定了万有引力的常数,是他最早提出了电荷间的作用力和距离平方成反比,是他在法拉第之先用实验演示了电容器的电容和填充的物质相关,早在欧姆定律公开发表的三十年前他就发现了导体两端的电势和流过的电流成正比;在化学上他甚至享有“化学家中的牛顿”的美誉,是他最早提出水是由氢氧两种元素组成的;麦克斯韦在书中说:“这些论文证明卡文迪什几乎预料到电学上所有的伟大事实,这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的着作而闻名于科学界;”人们公认库仑定律是在1785年被发现的,库仑定律是电磁学中的一个基本定律,它的建立使电磁学进人了定量的研究,从而使电磁学真正成为一门科学,并为后人研究电磁学打开了道路,为继续发展电动力学奠定了基础,因此它在静电学中的地位相当于力学中的万有引力定律;库仑CharlesAugustindeCoulomb1736--1806,工程师、;1736年6月14日生于法国富裕家庭;在青少年时期,他就受到了良好的教育,1761年毕业于巴黎军事工程学院,并作为军事工程师服役多年;后因健康日坏,被迫回家,因此有闲暇从事科学研究;由于他写的一篇题为简单机械论的报告而获得法国科学院的奖励,并由此于当选为法国科学院院士;时期,他辞去公职,在布卢瓦附近乡村过隐居生活,执政后,他返回,继续进行研究工作;1806年8月23日在巴黎逝世;库仑制造的扭秤的构造是：在一个直径和高度均为12英寸30厘米的玻璃圆筒上,盖一块直径为13英寸的玻璃板,板的正中钻有一孔,并装上高为2460厘米英寸的玻璃管,管子上端装有扭转测微计;端部中间有一只夹子,夹持一根极细的银丝,银丝连着一根浸过西班牙蜡的横秆,杆的一端有一小木髓球,另一端贴一小纸片与之平衡,使横秆呈水平位置,这一部分都装在玻璃筒内;在玻璃盖板上另开有侧孔,孔内放入另一只小木髓球,它可以与横杆上的小木髓球接触;这样,只要使侧孔处的小木髓球带电,然后与横杆上的另一只小木髓球接触,两只小球就带同种电荷,相互排斥而分开,银丝就呈现扭转;多次实验结果表明,扭转角的大小与扭力成正比,库仑在论文中举了一组数据：两小球相距36个刻度、18个刻度和个刻度,即间距大体上是4：2：1,得到银丝分别扭转了36个刻度、144个刻度和576个刻度;即电力约为1：22：42;于是库仑得出了“带同号电的两球之间的斥力,与两球中心之间的距离的平方成反比”的结论;库仑虽然直接测量了电荷之间作用力与距离的关系,但精确度毕竟有限,如果用平方反比关系表示,其指数偏差可达;显然他是在模仿万有引力定律库仑在另一篇论文中还提到磁力的平方反比关系,写道：“看来,磁流体即使不在本质上,至少也在性质上与电流体相似;基于这种相似性,可以假定这两种流体遵从若干相同的定律;也就是说,库仑在研究电力和磁力时也是把它们跟万有引力类比,事先建立了平方反比的概念;从库仑定律的发现经过我们可以看到类比在科学研究中所起的作用;如果不是先有万有引力定律的发现,单靠实验具体数据的积累,不知要到何年才能得到严格的库仑定律的表达式;实际上,整个静电学的发展,都是在借鉴和利用引力理论的已有成果的基础上取得的;在库仑之后,科学家们沿着牛顿引力理论开辟的道路继续走下去;欧拉、拉格朗日、拉普拉斯、泊松、格林、高斯等人相继在电学理论上取得了成就;科学之路多波折,三尺讲台逐真理——欧姆、奥斯特和安培18世纪末,电学从静电领域发展到电流领域;这个大飞跃发端于动物电的研究,意大利学者伽伐尼和伏打在这方面起了先锋作用;1800年,伏打进一步把锌片和铜片夹在用盐水浸湿的纸片中,重复地叠成一堆,形成了很强的电源,这就是着名的伏打电堆;把锌片和铜片插入盐水或稀酸杯中,也可以形成电源,叫做伏打电池;伏打为了尊重伽伐尼的先驱性工作,在自己的着作中总是称之为伽伐尼电池;所以,以他们两人名字命名的电池,实际上是一回事;伏打电堆电池的发明,提供了产生恒定电流的电源,使人们有可能从各方面研究电流的各种效应;从此,电学进入了一个飞速发展的时期一一研究电流和电磁效应的新时期;电学基本定律之一欧姆定律,发现于1826年;乔治·西蒙·欧姆,物理学家;1789年3月16日生于德国埃尔朗根城,虽然欧姆的父母从未受过正规教育,但是他的父亲是一位受人尊敬的人,自学了数学和物理方面的知识并且高水平的自学程度足以让他给孩子们出色的教育;16岁时欧姆进入埃尔朗根大学研究数学、物理与哲学,由于经济困难,中途辍学,到1813年才完成博士学业;欧姆长期担任中学教师,由于缺少资料和仪器,给他的研究工作带来不少困难,但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究,自己动手制作仪器;欧姆对中的电流进行了研究;他从傅立叶发现的规律受到启发,导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差;因而欧姆认为,电流现象与此相似,猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力,即所称的;欧姆花了很大的精力在这方面进行研究;开始他用作电源,但是因为电流不稳定,效果不好;后来他接受别人的建议改用作电源,从而保证了电流的稳定性;但是如何测量电流的大小,这在当时还是一个没有解决的难题;开始,欧姆利用电流的,用的方法来测量电流,但这种方法难以得到精确的结果;后来他把关于的发现和结合起来,巧妙地设计了一个电流扭秤,用一根扭丝悬挂一磁针,让通电导线和都沿方向平行放置；再用和铜温差电池,一端浸在沸水中,另一端浸在碎冰中,并用两个槽作电极,与铜线相连;当导线中通过电流时,磁针的偏转角与导线中的电流成正比;实验中他用粗细相同、长度不同的八根铜导线进行了测量,得出了如下的等式：X=a/b+x欧姆实验仪示意图式中X为磁效应强度,即电流的大小；a是与激发力即温度差有关的常数,即电动势；x表示导线的长度,b是与电路其余部分的电阻有关的常数,b+x实际上表示电路的总电阻;这个结果于1826年发表;1827年欧姆又在动电电路的数学研究一书中,把他的实验规律总结成如下公式：S=γE;式中S表示电流；E表示,即导线两端的,γ为导线对电流的传导率,其倒数即为电阻;欧姆定律发现初期,科学界仍不承认欧姆的科学发现,许多人对他还抱有成见,甚至认为定律太简单,不足为信;当然这也有时代背景,欧姆定律诞生于德国理论物理学产生的前夕;19世纪末,德法的政治矛盾使德国科学家对法国数学物理方法采取排斥的态度,在老年的实验物理学家中间更为盛行,而欧姆定律所采用的温差电池和丝悬磁针扭力实验是最新颖实验手段,而其定律的基本理论部分也模仿了法国物理学家傅里叶的热分析方法;欧姆定律在当时的德国得不到公开承认是必然的;这一切使欧姆感到万分痛苦和失望,直到1841年,英国皇家学会授予他科普利金质奖章,并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”,他得到了应有的荣誉;1854年欧姆与世长辞;十年之后英国科学促进会为了纪念他,决定用欧姆的名字作为电阻单位的名称;使人们每当使用这个术语时,总会想起这位勤奋顽强、卓有才能的中学教师;电和磁有没有联系“顿牟缀芥,磁石引针”说明电现象和磁现象的相似性;电力和磁力都遵守平方反比定律,说明它们有类似的规律;但是相似性并不等于本质上有联系;17世纪初,吉尔伯特就断言,它们之间没有因果关系,库仑也持同样观点;然而实际事例不断吸引人们注意;例如：1731年有一名英国商人诉述,雷闪过后,他的一箱新刀叉竟带上了磁性;1751年富兰克林发现在莱顿瓶放电后,缝纫针磁化了;电真的会产生磁吗这个疑问促使1774年德国一家研究机构悬奖征解,题目是：“电力和磁力是否存在实际和物理的相似性”许多人纷纷作实验进行研究,但是,在伏打发明电堆以前,这类实验很难成功,因为没有产生稳恒电流的条件;不过,即使有了伏打电堆,也不一定能立即找到电和磁的联系;电流使原来和它平行的磁针发生1820年7月末,磁学领域宣布了一条激动人心的消息；了偏转;于是开辟了一个前景远大的新领域,这个消息来自于丹麦哥本哈根大学物理学教授奥斯特—1851;奥斯特是丹麦一个小镇上药店商人的儿子,12岁时他已受过很好的教育,在店里担任他父亲的助手,这项工作激发了他对科学的兴趣;按照常理,这种早期教育应将他直接引向化学行业,但却导致他研究物理学;青年时,他在哥本哈根大学学习医学、物理学和天文学;18世纪和19世纪之交,当全欧洲正处于骚动之中时,他在哥本哈根开始了药剂师的职业生涯;当他听到伏打的发现后,立即开始电流实验;1801年,他进行了传统的欧洲游历,1803年他回到了哥本哈根,希望能在大学里当物理学教授,三年后他如愿以偿;他是一位热情洋溢重视科研和实验的教师,他说：“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课,所有的科学研究都是从实验开始的”;1819年冬到1820年春,奥斯特在哥本哈根开办了一个讲座,专门为精通哲学和具备相当物理知识的学者讲授电、电流和磁方面的知识;1820年4月的一个晚上,奥斯特在讲课中,突然想起,过去许多人在电流方向上寻找电流对磁体的效应都没有获得成功,电流对磁体的作用很可能是“横”向的,而不是“纵”向的;于是,他“把导线和磁针平行放置”进行试验;当他接通电源时,果然发现导线附近的小磁针向垂直于导线的方向摆动起来了;小磁针的摆动,对听课的听众来说,几乎无动于衷,但对奥斯特来说,实在太重要了他激动万分,他意识到自己已作出了重大发现;奥斯特为了进一步弄清楚电流对磁针的作用,于1820年4月到7月,花了三个月的时间,做了六十多个实验,并把小磁针放在不同方位,使他得到了明确的结果;1820年7月21日,奥斯特用拉丁文以四页的篇幅简洁地报告了他的实验结果,随即论文很快被译成法文,英文和德文传便了整个欧洲;奥斯特发现电流磁效应,是电学史上的新篇章;这以后的一二十年,成了电磁学大发展的辉煌时期;1908年丹麦自然科学促进协会建立“奥斯特奖章”,以表彰做出重大贡献的物理学家;1934年以“奥斯特”命名CGS单位制中的单位;1937年物理教师协会设立“奥斯特奖章”,奖励在物理教学上做出贡献的物理教师;奥斯特发现电流磁效应的消息传到世界各地,在瑞士参加曰内瓦科学会议的法国物理学家阿拉果得知此消息后,随即赶回法国;于同年9月11日在法国科学院重复了奥斯特的实验,引起了法国数学家安培,1775—1836的兴趣：既然磁体和磁体之间有相互作用,电流和磁体之间也有相互作用,如此说来电流和电流之间也应该有相互作用呀;安德烈·玛丽·安培André-MarieAmpère,1775年1月20日—1836年6月10日,人,法国物理学家、化学家和数学家;安培是一位很有才能的数学家,掌握了各种现代的分析工具,他在巴黎理工大学教授数学;安培马上集中精力研究,几周内就提出了安培定则即右手螺旋定则;随后很快在几个月之内连续发表了3篇论文,并设计了9个着名的实验,其中安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验,并运用高度的数学技巧总结出电流元之间作用力的定律,描述两电流元之间的相互作用同两电流元的大小、间距以及相对取向之间的关系;后来人们把这定律称为安培定律;安培是第一位把研究动电的理论称为“电动力学”的科学家;1827年安培将他的电磁现象的研究综合在电动力学现象的数学理论一书中;这是电磁学史上一部重要的经典论着;为了纪念他在电磁学上的杰出贡献,电流的单位“安培”以他的姓氏命名;1821年安培根据磁是由运动的电荷产生的这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性,提出了着名的分子电流假说;安培认为构成磁体的分子内部存在一种——分子电流;由于分子电流的存在,每个磁分子成为小磁体,两侧相当于两个磁极;通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的,它们产生的磁场互相抵消,对外不显磁性;当外界磁场作用后,分子电流的取向大致相同,分子间相邻的电流作用抵消,而表面部分未抵消,它们的效果显示出宏观磁性;安培的分子电流假说在当时物质结构的知识甚少的情况下无法证实,它带有相当大的臆测成分;在今天已经了解到物质由分子组成,而分子由原子组成,原子中有绕核运动的电子,安培的分子电流假说有了实在的内容,已成为认识物质磁性的重要依据;自学成才科学先锋何必问出处淡泊名利平民巨匠必定有缘由——法拉第与电磁感应定律1812年冬季的一天,正当拿破仑军队在俄罗斯平原上遭到溃败的时候,一位21岁的靑年人来到了伦敦皇家学院,他要求和院长戴维见面谈话,作为自荐书,他带了一本装订好的听戴维演讲的笔记,这本笔记装订得非常精致美观,直接发挥出装订工的最大才能,这位青年给戴维留下很好的印象;戴维正好缺少一位助手,不久他就雇用了这位申请者,他就是历史上最伟。
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第二次工业革命 电、磁、光学现象的大统一 粒子 ~ 场
§3.1 早期人类的电、磁知识
古希腊 泰勒斯
磁石吸铁；摩擦后的琥珀吸引轻小物体
管子》 古中国 《管子》 “上有慈石者，下有铜金” 古中国（约战国时期） 古中国（约战国时期） 司南
《韩非子.有度》：“立司南，以端朝夕” 《鬼谷子.谋篇》：“郑子取玉，必载司南，为其不惑也”
1660年摩擦起电机 摩擦起电机（德国 奥托·冯·盖里克 酿酒 摩擦起电机 商、工程师 大硫磺球 、布帛摸抚 ）
认识到电力和地球引力不同 1745年 莱顿瓶 莱顿瓶（克莱斯特、马森布洛克） 贮存 静电
静电作用的经验规律
1720年 格雷 电的传导；导体的静电感应 静电感应 1733年 杜菲 区分松脂电（负电）和玻璃 电（正电） 同性相斥、 同性相斥、异性相吸 富兰克林 天电和地电的同一性，避雷针 电的单流体假说 电荷守恒原理 电荷守恒
早期对电磁现象的理解
泰勒斯 “万物有灵” 万物有灵”
卢克莱修 磁石中发射不可见的细小粒子，进入
铁中，引起两者的吸引作用 西汉刘安 《淮南子》 刘安 淮南子》 “阴阳相薄为雷，激扬为电” 陈显微（ 陈显微（宋） “磁石吸铁，皆阴阳相感，阻碍相通之理”
1544-1603） 威廉 吉尔伯特 （1544-1603）
奥斯特（丹麦，1777-1851） 电流的磁效应 奥斯特 1820年，电流驱动磁针转动 电流驱动磁针转动，电流的磁效应沿着 电流驱动磁针转动 磁效应沿着 围绕导线的螺旋方向。 螺旋方向 围绕导线的螺旋方向 （安培右手法则） 毕奥-萨伐尔定律 毕奥 萨伐尔定律
Idl dB = 2 sin θ r
r r r Idl × r dB = r3
卡文迪什 1773年
空心金属球试验 示零法
库仑 1785年 电扭秤实验 静电斥力、引力， 以及磁力均符合平方反比定律
§3.3 稳恒电流的产生及其性质
一条蛙腿引发的论战
华尔士 1772 电鱼的放电实验 伽伐尼 1780年 蛙腿实验 年
雷雨天和晴天看到同样现象 两种不同金属或同一种金属做成的杆子给出同样的效应 结论：金属杆仅起了导体的作用，蛙腿神经中有电源 伽伐尼：“生物电！” 1791,《肌肉运动中的电力》 生物电！ 生物电
从类比中借鉴方法和思路：处理新现象的第一步 从类比中借鉴方法和思路 目的：将力线思想翻译成数学公式，利用热传导理 论和弹性理论。 （傅立叶 1824年《热的分析理论》：热传导方程） W.汤姆孙 W.汤姆孙 1842年《论热在均匀固体中的均匀运动及其与电的数 学理论的联系》 等势面~等温面；电荷~热源；把力线思想与拉普拉 等势面~等温面；电荷~热源 斯、泊松等人的静电理论结合起来 1847年《论电力、磁力和伽伐尼力的力学特征》 不可压缩性流体的流线连续性，类比电磁现象和流 不可压缩性流体的流线连续性 体力学
电动机的工作基础！ 电动机 （亨利 1831年）
安培定律和分子电流假说
1827年 安培定律 1827年
两个电流元之间的作用力为
r r r r µ0 I 2 dl2 × ( I1dl1 × R) dF12 = 3 4π R
安培： 安培：电流元间作用力是电磁现象的核心
不仅宏观电流直接产生了磁场，磁铁的磁 场也是由内部的“分子电流”产生的。 分子电流” 分子电流 （地球磁场；带电粒子的角动量）
麦克斯韦分子涡旋模型
分子涡旋具有弹性， 分子涡旋具有弹性，粒子受 电力作用产生位移时， 电力作用产生位移时，使涡 旋产生切向形变， 旋产生切向形变，磁力的转 动能发生变化； 动能发生变化；而电力表现 为位移回复的弹性位能。 为位移回复的弹性位能。
“在一个受到感应的电介质中， 在一个受到感应的电介质中， 在一个受到感应的电介质中 每个分子中的电都发生这样的 位移：一端为正电， 位移：一端为正电，另一端为 负电， 负电，而这些电仍然完全同分 子联系在一起， 子联系在一起，不会从一个分 子转移到另一个分子。 子转移到另一个分子。 “这种作用对于整个电介质是沿 某一方面产生了总的位移。这 一位移并不形成电流。 但当电流开始时，和当位移时 增时减因而形成不断变化时， 就会根据位移的增加或减少， 形成沿正方向或负方向的电流。” 。
北宋 虞翻：琥珀不取腐芥；都邛：“吴绫出火” 梦溪笔谈》 沈括 《梦溪笔谈》 导体绝缘体的描述 “内侍李舜家为爆雷所震， 银悉熔流于地，漆器曾不烧灼。”（明朝末年， 庄绰：雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。） 庄绰 地磁倾角 “常微偏东，不全南也。” 避雷装置：庙宇“雷公柱” 避雷装置 天坛
欧姆定律 1826年 年
和傅里叶热传导规律类比： 温度差~“电张力” 引入电动势、电流强度、电阻刻划实验 a X = kw l 电路理论的基础
§3.3 电磁感应的发现
电流生磁 VS 磁场生电
科拉顿 1825年 将试验线圈和电流计放在两个房间 阿拉果 1822年 磁针摆动受到附近金属的阻尼 安培 1822年 论证分子电流的铜环实验（其实是线圈通断电瞬间 的宏观感应电流） 亨利 1829年 自感现象；1830年 电磁感应现象
1731年 雷闪过后，一箱刀叉带上磁性 1751年，富兰克林：莱顿瓶放电使缝纫针磁化 1774年，德国巴伐利亚电学研究所： “电力和磁力是否存在实际的和物理的相似性？” 多数科学家（如库仑、安培、毕奥） 仍认为电和磁无关。 奥斯特：自然力是统一的，且可以相互转化 奥斯特
奥斯特效应： 奥斯特效应：电磁学的起点
伏打 1794年 年 金属接触电： 金属接触电： 没有蛙腿，两种金属接触也会有
电产生；同种金属组成的杆的效应源于杆不同部 分状态的差异（温差电）
金属带电顺序：锌—铅—锡—铁—铜—银— 金属带电顺序 金—石墨 接触时，前面的倾向于带正电 伏打电堆和电池 1800年 年 第一个电池
奥斯特效应
电和磁有无关联？ 电和磁有无关联？
五年以后， 论物理力线》 2、五年以后，《论物理力线》
分四个部分，载于1861年和1862年的《哲学杂志》 “目的是研究介质中的应力和运动的某些状态的力学效果 ，并将它们与观察到的电磁现象加以比较，从而为了解力线 的实质作准备。” 两件事使麦克斯韦重新考虑他的研究方法： （1）伯努利的流体力学预言流线越密的地方压力越小，流速 越快；根据法拉第的力线思想，力线有纵向收缩、横向扩张 的趋势，力线越密，应力越大。 （2）电的运动和磁的运动也无法简单类比。 电的运动是平移运动，磁的运动更象是介质中分子的旋转 运动。 借用兰金（W.J. M.Rankine）的“分子涡流”假设 “分子涡流”假设： 假设在磁场作用下的介质中，有规则地排列着许多分子涡 分子涡 绕磁力线旋转，旋转角速度与磁场强度成正比 涡旋物 角速度与磁场强度成正比，涡旋物 旋，绕磁力线旋转 角速度与磁场强度成正比 质的密度正比于介质的磁导率。 质的密度正比于介质的磁导率
∂A r ε = − ∫ ⋅ dl ∂t
（矢势）A的线积分等价于磁场的面积分
§3.4
电磁场理论的建立
一. 法拉第力线思想
电极与磁极周围充满力线，纵向力 图收缩，横向力图扩张； 电介质对电力作用的影响，表明电 力不可能是超距作用 力线本身是一种物质，在真空中也 可以存在：场，物质的空间分布 场
二. W. 汤姆孙的类比研究
库仑定律的建立
平方反比关系的猜测 爱皮努斯（德国） 1759年 假设电荷间的斥力或引力随距离增大而减小 D. 伯努利 1760年 富兰克林空罐实验 1755年 普利斯特利（ 1767年）猜想平方反比力 （类比 类比引力） 类比
库仑定律的建立
平方反比关系的验证 罗比逊 1769年
转臂试验 （斥力平方反比）
三. 麦克斯韦电磁场理论 Maxwell的三部曲 Maxwell的三部曲
介绍：比W.汤姆孙小7岁（都获得过数学竞赛 奖） ；15岁发表几何学论文，注意斯托克斯 的工作；阅读《电学实验研究》 1、1856年《论法拉第的力线》 1856年 论法拉第的力线》 力线与流线 力线 流线，不中断；两类概念：一类如力 流线 ，E、 H, 另类如流量，D、B，流量服从连续 性方程，可以沿曲面积分，而力则应沿曲线 积分。
6个 定 律：
定律I : 沿面元边 界 电应力强度 的 总和等于 穿过 该面积 的磁感应 或磁力线 总数：
∫ A ⋅ dl = Φ
定律II : 任一点的磁 强 度 经一组 叫做 传导方程的线 性 方程与磁感应 相联 系
“在这6个定律中， 在这6个定律中， 在这 定律III : 沿任一面元边 界的磁 强度等于穿过该面的电流： 我要表达的思想， 我要表达的思想， ∫ H ⋅ dl = ∑ I 我相信是 定律IV : 电流的量与强度由一系列 传导方程 联 系： 电学实验研究》 《电学实验研究》 j = σE 中所提示的思想模 定律V :电 磁能等于电路中 电流与感应 所生磁通的乘积 式的数学基础。 式的数学基础。”
v=E/ µ
电磁场的动力学理论》 1865年 3、《电磁场的动力学理论》 1865年
已放弃分子涡旋的假设，但仍坚持近距作用 假设电磁作用 坚持近距作用，假设电磁作用 坚持近距作用 是由物体周围介质引起的。 是由物体周围介质引起的 “我提出的理论可以称为电磁场理论 电磁场理论，因为它必须涉及 电磁场理论 电体和磁体附近的空间，它也可以称为动力理论 动力理论，因为它假 动力理论 设在这一空间存在着运动的物质，观测到的电磁现象正是这 一运动物质引起的。” “电磁场 电磁场是包含和围绕着处于电或磁状态的物体的那部 电磁场 分空间，它可能充有任何一种物质”，“介质可以接收和贮 存两类能量，即由于各部分运动的‘实际能’（动能）和介 质因弹性从位移恢复时要作功的‘位能’。” 关于电磁感应：再次运用类比方法来说明电流的电磁动量（ “电应力状态”，矢势A）。 A 提出了电磁场的普遍方程组 电磁场的普遍方程组，共20个方程，含20个变量 。 电磁场的普遍方程组 赫兹 简化麦克斯韦方程组