物理与文化物理与文化物理与文化 (14).pdf

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1、1第三讲经典电磁场理论“自从牛顿奠定理论物理学基础以物理学是科学技术发展的主要源泉，三次产业革命（蒸汽机、电气化、信息化）均来自物理学或与物理学紧密相关。其中第二次产业革命电气化的科学基础就是经典电磁场理论！“自从牛顿奠定理论物理学基础以来，物理学的公理基础换句话说，就是我们关于实在结构的概念最伟大的变革，是由法拉第和麦克斯韦在电磁学方面的工作所引起的”爱因斯坦 爱因斯坦爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）目电与磁的早期发展0101电磁感应0202录电与磁的统一0303电磁学中的思想方法04043.1电与磁的早期发展01古代的有关记载电现象和磁现象是人类很早就认识的两

2、种自然现象公元前585年，古希腊哲学家泰勒斯：琥珀磨擦可以吸引轻小物体东汉王充论衡乱龙“顿牟掇芥，磁石引针，皆以其真是，不假他类。”顿牟即琥珀（玳瑁的甲壳）成语引针拾芥比喻事物互相感应鬼谷子书中有“磁石招铁”的记载琥珀晋朝：“今人梳头，解著衣时，有随梳解结有光者，亦有诧声”顿牟即琥珀（玳瑁的甲壳），成语：引针拾芥，比喻事物互相感应。中国古代：最早文字记载“雷”、“电”，发明指南针等01古代的有关记载甲骨文中的“雷”（電）字，来自于雷电这种自然现象，被称为天电象形文字：云南丽江东巴文字2指南针的发展：司南 指南鱼 指南针 罗盘7北宋初年的军事著作武经总要中说：行军的时候，如果遇到阴天黑夜，无法辨

3、明方向，就应当让老马在前面带路，或者用指南车和指南鱼辨别方向。北宋初年，武经总要（约1044年）中介绍的一种“指南鱼”“用薄针叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，用薄针叶剪裁，长二寸阔五分，首尾锐如鱼形，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤（钳）钤鱼首出火，置炭火中烧之，候通赤，以铁钤（钳）钤鱼首出火，以尾对正子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收以尾对正子位，蘸水盆中，没尾数分则止，以密器收之。用时，置水碗于无风处平放，鱼在水面，令浮，之。用时，置水碗于无风处平放，鱼在水面，令浮，其首常向午也。”其首常向午也。”东北师范大学物理系刘秉正教授在1956年就给于了科学的解释：铁片东北师范大学物理系刘秉正

4、教授在1956年就给于了科学的解释：铁片烧红后，温度高于居里点，铁片中的磁畴便瓦解而成为顺磁体，蘸水烧红后，温度高于居里点，铁片中的磁畴便瓦解而成为顺磁体，蘸水淬火后，磁畴又形成，但在地磁场作用下磁畴排列有方向性，故能指淬火后，磁畴又形成，但在地磁场作用下磁畴排列有方向性，故能指南北。南北。北宋时期，著名科学家沈括在梦溪笔谈中第一次明确地记载了“指南针”：“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”01古代的有关记载沈括与梦溪笔谈最早总结前人对电磁研究的大量经验，开创电磁实验研究的是英国女王御医吉尔伯特（W.Gilbert,1544160

5、3）02吉尔伯特的发现在电现象方面，吉尔伯特研究了摩擦起电现象，制作了第一只验电器。吉尔伯特（1544-1603）为表明与磁性的不同，吉尔伯特采用希腊文SKpov一词的字母拼音表示电的（electric）性质02吉尔伯特的发现在磁石论1（1600年）中，吉尔伯特在定性地描述了磁石的基本性质后，指出电与磁是两种不同的现象性质1628版的封面1伽利略对这部著作的评价是：“伟大到令人妒忌的程度”。“伟大到令人妒忌的程度”。02吉尔伯特的发现在 磁石论 中，吉尔伯特描述了磁石的基本性质，指出地球本身就是一个巨大磁石，提出了“磁轴”、“磁子午线”等概念。吉尔伯特向伊丽沙白女王介绍磁学新成果3地球是有地球

6、是有磁性的，好像有一个条形磁铁蕴含其中磁性的，好像有一个条形磁铁蕴含其中北北南南地磁的影地磁的影响向太空绵延响向太空绵延5万公里，形成了一个泪珠形状的气泡保护在万公里，形成了一个泪珠形状的气泡保护在地球表面地球表面历史中曾历史中曾出现多次磁极出现多次磁极逆转的现逆转的现象，最近一次象，最近一次发生在发生在78万年以前万年以前发生在发生在78万年以前万年以前下一次逆下一次逆转会发生在不远转会发生在不远的将来，的将来，毫无疑问，我们毫无疑问，我们将经受考验将经受考验03富兰克林的贡献富兰克林（Benjamin Franklin,17061790）对物体的带电本性做出了创造性研究，得出电荷守恒定律，提出了正负电概念，制作了避雷针1752年，富兰克林进行了一项著名的风筝实验：证明他认为电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素，摩擦的作用可以使它从一个物体转移另一个他认为电是以一定的量存在于所有物质中的一种元素，摩擦的作用可以使它从一个物体转移另一个物体，但不能创造；任何孤立物体的电的总量是不变的物体，但不能创造；任何孤立物体的电的总量是不变的了雷闪就是放电现象