第五章_经典电磁学-3.ppt

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1、第五章第五章 经典电磁学的建立与发展经典电磁学的建立与发展(3)1.对电磁现象的早期认识对电磁现象的早期认识 2.富兰克林对雷电现象的研究富兰克林对雷电现象的研究 3.从定性到定量从定性到定量库仑定律的发现库仑定律的发现 4.由静电到动电由静电到动电电流的发现电流的发现 5.电流的磁效应与安培定律电流的磁效应与安培定律 6.电磁感应现象的发现与研究电磁感应现象的发现与研究 7.麦克斯韦电磁场理论的建立麦克斯韦电磁场理论的建立 8.电磁波的发现与应用电磁波的发现与应用背景：背景：1919世纪中期，描述电场、磁场的性质以及电、磁场相世纪中期，描述电场、磁场的性质以及电、磁场相互关系的互关系的库仑定

2、律库仑定律、高斯定律高斯定律、安培定律安培定律、法拉第电磁感法拉第电磁感应定律应定律已相继建立，法拉第关于力线和场的概念已经提出。已相继建立，法拉第关于力线和场的概念已经提出。1847-18531847-1853年间，年间，W.W.汤姆逊汤姆逊提出了铁磁质内磁场强度提出了铁磁质内磁场强度H H和磁和磁感应强度感应强度B B的定义，并导出了的定义，并导出了H=H=B B，同时还导出了磁场的，同时还导出了磁场的能量密度为能量密度为H H2 2/8/8、载流导线的磁能、载流导线的磁能LILI2 2/2/2 ，并且于，并且于18511851年提出了年提出了磁的数学理论磁的数学理论。为后来迈克斯韦的研究

3、做出。为后来迈克斯韦的研究做出了典范。总之到了十九世纪五六十年代，创立电磁场理论了典范。总之到了十九世纪五六十年代，创立电磁场理论的条件已趋成熟。的条件已趋成熟。7.麦克斯韦电磁场理论的建立麦克斯韦电磁场理论的建立从从出出生生地地来来说说他他属属于于爱爱丁丁堡堡，从从功功绩绩上上来来说说他他属于全世界。属于全世界。普朗克普朗克麦麦 克克 斯斯 韦韦 电电 磁磁 场场 理理 论论 的的 建建 立立一一.麦克斯韦（麦克斯韦（1831-1879）简介）简介二二.建立电磁场理论的工作建立电磁场理论的工作三三.麦克斯韦成功的基本要素麦克斯韦成功的基本要素四四.意义意义麦麦 克克 斯斯 韦韦 电电 磁磁

4、场场 理理 论论 的的 建建 立立麦麦克克斯斯韦韦一一.麦克斯韦（麦克斯韦（1831-1879）简介）简介 麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学之大成的伟大科学麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学之大成的伟大科学家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉家。他依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的又一次大光、电、磁现象的本质的统一性，完

5、成了物理学的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。电子工业和无线电工业的基础。麦克斯韦麦克斯韦18311831年年6 6月出生于英国爱丁月出生于英国爱丁堡，他的父亲是一位律师，但对研究科学堡，他的父亲是一位律师，但对研究科学问题有强烈爱好，这对麦克斯韦的一生有问题有强烈爱好，这对麦克斯韦的一生有深刻影响。深刻影响。18791879年年1111月月3 3日日，4 4麦麦克克斯斯韦韦逝逝世世，时时年年49 49 岁岁，在在他他的一生中共写了的一生中共写了100100多篇有价值的论文。多篇有价值的论

6、文。麦克斯韦麦克斯韦1010岁进入爱丁堡中学，岁进入爱丁堡中学，1414岁在中学时期就发表岁在中学时期就发表了第一篇科学论文了第一篇科学论文论卵形曲线的机械画法论卵形曲线的机械画法，反映了他在几，反映了他在几何和代数方面的丰富知识。何和代数方面的丰富知识。1616岁进入爱丁堡大学学习物理，三岁进入爱丁堡大学学习物理，三年后，他转学到剑桥大学三一学院。在剑桥学习时，打下了扎年后，他转学到剑桥大学三一学院。在剑桥学习时，打下了扎实的数学基础，为他以后把数学分析和实验研究紧密结合创造实的数学基础，为他以后把数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。了条件。他精心研究了法拉第的他精心研究了法拉第的电学的实

7、验研究电学的实验研究，以法拉，以法拉第的力线概念为指导，透过这些似乎杂乱无章的实验记录，第的力线概念为指导，透过这些似乎杂乱无章的实验记录，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁场理论。于运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁场理论。于1873年出版的年出版的电学和磁学论电学和磁学论一书。这是一部可以同牛一书。这是一部可以同牛顿的顿的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理、达尔文的、达尔文的物种起源物种起源和和赖尔的赖尔的地质学原理地质学原理相媲美的里程碑式的著作。相媲美的里程碑式的著作。1.1.类比：类比：2.2.麦克斯韦的麦克斯韦的“以太涡旋以太涡旋”模型和模型和“位移电流位移电流”3.

8、3.麦克斯韦电磁方程组：麦克斯韦电磁方程组：4.4.电磁波的预言电磁波的预言5.5.光波就是电磁波的提出光波就是电磁波的提出 二二.麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论1.1.类比：类比：18551855年发表年发表论法拉第力线论法拉第力线，从几何观点，从几何观点，为法拉第为法拉第力线作出了数学描绘力线作出了数学描绘。麦克斯韦。麦克斯韦用类比的方法用类比的方法，把力线看作，把力线看作不可压缩的流体的流线。如把正、负电荷比作流体的源和汇，不可压缩的流体的流线。如把正、负电荷比作流体的源和汇，电力线比作流管，电场强度比作流速等，引入了诺埃曼的矢电力线比作流管，电场强度比作流速等，引入了诺埃曼的矢势

9、函数势函数A A，用于表示导体中引起的电动势。并指出，用于表示导体中引起的电动势。并指出，“电紧张电紧张态态”是场的一种运动性质，是一个物理真实。是场的一种运动性质，是一个物理真实。再论文末尾，迈克斯韦总结了六条定律，为以后建立电再论文末尾，迈克斯韦总结了六条定律，为以后建立电磁场理论奠定了基础。磁场理论奠定了基础。从而将法拉第的观念和直观的力线抽象为数学。从而将法拉第的观念和直观的力线抽象为数学。麦麦克克斯斯韦韦曾曾写写道道：“为为了了采采用用某某种种物物理理知知识识而而获获得得物物理理思思想想，我我们们应应当当了了解解物物理理相相似似性性的的存存在在。利利用用这这种种类类似似，可可以以用用

10、其其中中之之一一，说说明明其其中中之之二二。”18601860年，年，麦克斯韦麦克斯韦(30(30岁岁)带着上述论文拜访了的法拉带着上述论文拜访了的法拉第第(70(70岁岁)。当法拉第看到麦可斯韦的文章后赞叹到：。当法拉第看到麦可斯韦的文章后赞叹到：“我惊我惊讶的看到，这个主题居然处理的如此之好！讶的看到，这个主题居然处理的如此之好！”。法拉第对麦。法拉第对麦克斯说克斯说:“:“你不要停留在用数学来解释我的观点上，而应该你不要停留在用数学来解释我的观点上，而应该突破它。突破它。”2.2.麦克斯韦的麦克斯韦的“以太涡旋以太涡旋”模型和模型和“位移电流位移电流”18621862年，年，麦可斯韦发表

11、了第二篇电磁学论文麦可斯韦发表了第二篇电磁学论文论物理力线论物理力线。提出了。提出了“电磁以太模型电磁以太模型”，把电学量和磁学量之间的，把电学量和磁学量之间的关系，形象的表现出来。关系，形象的表现出来。电磁以太模型：电磁以太模型：如右图，如右图，充满空间的媒充满空间的媒质分子在磁作用下具有旋转质分子在磁作用下具有旋转的性质，的性质，它们以磁力线为轴它们以磁力线为轴形成涡旋管，形成涡旋管，涡旋管转动的涡旋管转动的角速度正比于磁场强度角速度正比于磁场强度H，涡旋媒质的密度正比于媒质涡旋媒质的密度正比于媒质磁导率磁导率。对磁极相互作用的解释：对磁极相互作用的解释：涡旋管旋转的离心效应，使管在横向扩

12、张，同时产生涡旋管旋转的离心效应，使管在横向扩张，同时产生纵向收缩。因此磁力线在纵向表现为张力，即异性磁极的纵向收缩。因此磁力线在纵向表现为张力，即异性磁极的吸引；在横向表现为压力，即同性磁极的排斥。吸引；在横向表现为压力，即同性磁极的排斥。由于相互紧密连接的涡旋管的表面是沿相反方向运动的，由于相互紧密连接的涡旋管的表面是沿相反方向运动的，为了互不妨碍对方的运动，麦可斯韦设想在相临涡旋管之间为了互不妨碍对方的运动，麦可斯韦设想在相临涡旋管之间充满着一层充满着一层起滚珠轴承作用的微小粒子起滚珠轴承作用的微小粒子。它们是些远比涡旋。它们是些远比涡旋的线度小、质量可以忽略的的线度小、质量可以忽略的带

13、电粒子带电粒子。粒子和涡旋的作用是。粒子和涡旋的作用是切向的。粒子可以滚动，但没有滑动；切向的。粒子可以滚动，但没有滑动；在均匀恒定磁场中的情况：在均匀恒定磁场中的情况：每个涡旋管转动速度相同的情况下，这些粒子只绕自每个涡旋管转动速度相同的情况下，这些粒子只绕自身的轴自转，不产生位移。身的轴自转，不产生位移。对于非均匀磁场：对于非均匀磁场：随位置不同磁力的强度不同，因而涡旋管的转速也不随位置不同磁力的强度不同，因而涡旋管的转速也不同的情况，涡旋管间的粒子则发生位移。如果此非均匀磁同的情况，涡旋管间的粒子则发生位移。如果此非均匀磁场为稳恒磁场，则粒子在产生一个位移之后到达一个新的场为稳恒磁场，则

14、粒子在产生一个位移之后到达一个新的平衡。此时并无电流产生。平衡。此时并无电流产生。对于磁场随时间变化的情况：对于磁场随时间变化的情况：对于一非稳恒磁场，当磁场随时间变化时，涡旋管的对于一非稳恒磁场，当磁场随时间变化时，涡旋管的转速发生变化，粒子和涡旋管间的平衡被破坏，粒子的位转速发生变化，粒子和涡旋管间的平衡被破坏，粒子的位移也随之变化，移也随之变化，从而产生感生电流，产生感应电场从而产生感生电流，产生感应电场。其数。其数学关系式可表示为：学关系式可表示为：此式为电磁场的此式为电磁场的动力学方程。动力学方程。对于静电场中的情况：对于静电场中的情况：麦克斯韦把涡旋模型又进一步推广到静电场。无外磁

15、场麦克斯韦把涡旋模型又进一步推广到静电场。无外磁场时，由于时，由于H=0，涡旋管静止。但当处于电场中时，粒子层将，涡旋管静止。但当处于电场中时，粒子层将受到电力受到电力E的作用而发生位移的作用而发生位移D，并给涡旋管以切向力使之，并给涡旋管以切向力使之发生形变。当两力平衡时，粒子和涡旋管保持相对静止状发生形变。当两力平衡时，粒子和涡旋管保持相对静止状态。这时电场能在媒质中转变为弹性势能。这时并无磁感态。这时电场能在媒质中转变为弹性势能。这时并无磁感应产生。应产生。对于变化电场的情况：对于变化电场的情况：当电场发生变化的时候，介质中粒子的总位移当电场发生变化的时候，介质中粒子的总位移D D也跟着

16、也跟着发生变化，从而形成正负方向上的电流。麦克斯韦发生变化，从而形成正负方向上的电流。麦克斯韦称之为称之为“位移电流位移电流”,并表示为并表示为ii E/E/t t 。粒子位移的变化，使涡旋管所受到的切向力发生变化，粒子位移的变化，使涡旋管所受到的切向力发生变化，使涡旋管和粒子间的平衡被破坏，涡旋管旋转，使涡旋管和粒子间的平衡被破坏，涡旋管旋转，从而产生从而产生感应磁场。感应磁场。麦克斯韦利用他所构造的电磁以太力学模型。不仅麦克斯韦利用他所构造的电磁以太力学模型。不仅说明了法拉第磁力线的应用性质，还建立了全部主要电说明了法拉第磁力线的应用性质，还建立了全部主要电磁现象之间的联系；磁现象之间的联

17、系；但麦克斯韦清楚的认识到上述模型但麦克斯韦清楚的认识到上述模型的暂时性，的暂时性，他仅仅把他看做是一个他仅仅把他看做是一个“力学上可以想象和力学上可以想象和便于研究的适宜于揭示已知电磁现象之间真实的力学联便于研究的适宜于揭示已知电磁现象之间真实的力学联系系”的的模型模型。所以。所以在在1864186418651865年的论文年的论文电磁场的动电磁场的动力学理论力学理论中，他完全中，他完全放弃了这个模型放弃了这个模型，去掉了关于媒，去掉了关于媒质结构的假设，只以几个基本的实验事实为基础，以场质结构的假设，只以几个基本的实验事实为基础，以场论的观点对自己的理论进行了重建。论的观点对自己的理论进行

18、了重建。对对“以太涡旋以太涡旋”模型的放弃模型的放弃 他说他说“我所提出的理论可以称为电磁场理论，因我所提出的理论可以称为电磁场理论，因为它必须涉及到带电体和磁性物质周围的空间；它也为它必须涉及到带电体和磁性物质周围的空间；它也可以叫做动力学理论，因为它假定在该空间存在着正可以叫做动力学理论，因为它假定在该空间存在着正在运动的物质，从而才产生了我们所观察到的电磁现在运动的物质，从而才产生了我们所观察到的电磁现象。象。”“”“电磁场就是处于电磁状态的物体周围的空间，电磁场就是处于电磁状态的物体周围的空间，包括这些物体本身在内：场中可以只有某种物质，也包括这些物体本身在内：场中可以只有某种物质，也

19、可以抽成没有宏观物质的空间，象盖斯勒管或其它叫可以抽成没有宏观物质的空间，象盖斯勒管或其它叫真空的情形那样真空的情形那样”。麦克斯韦假设真空中虽没有。麦克斯韦假设真空中虽没有“宏宏观物质观物质”存在，但有以太媒质。这种以太媒质充满整存在，但有以太媒质。这种以太媒质充满整个空间，渗透物体内部，具有能量密度，并能以有限个空间，渗透物体内部，具有能量密度，并能以有限速度传播电磁作用。速度传播电磁作用。至此，电磁场理论的统一基本完成。至此，电磁场理论的统一基本完成。电磁场理论确立：电磁场理论确立：3.麦克斯韦电磁方程组：麦克斯韦电磁方程组：18731873年，麦克斯韦出版年，麦克斯韦出版电磁学通论电磁

20、学通论，创造性的建，创造性的建立了电磁场理论的完整体系。把以前的电磁场理论都综合立了电磁场理论的完整体系。把以前的电磁场理论都综合在一组方程式中，得到了电磁场的数学方程在一组方程式中，得到了电磁场的数学方程-麦克斯麦克斯韦电磁方程组。以简洁的数学结构，揭示了电场和磁场内韦电磁方程组。以简洁的数学结构，揭示了电场和磁场内在的完美对称。在的完美对称。最初，在最初，在电磁学通论电磁学通论书中，麦克斯韦共列出了书中，麦克斯韦共列出了2020个分量方程，如果采用矢量方程，则仅有个分量方程，如果采用矢量方程，则仅有8 8个个。后来简化。后来简化成成四个四个。18901890年前后，德国物理学家年前后，德国

21、物理学家赫兹赫兹和英国物理学家和英国物理学家亥维赛亥维赛，又两次简化麦克斯韦方程组，才得到我们现在通，又两次简化麦克斯韦方程组，才得到我们现在通用的微分形式。用的微分形式。1电场中的高斯定理电场中的高斯定理2法拉第电磁感应定法拉第电磁感应定律律3磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理4安培环路定律安培环路定律麦克斯韦方程组：麦克斯韦方程组：当有介质时，需要补充三个描述介质性质的方程式。当有介质时，需要补充三个描述介质性质的方程式。对于各向同性介质，有：对于各向同性介质，有：D D=r r0 0 E E B=B=r r0 0 H H j j=E E 式中，式中，r r、r r、分别是介质的相对介电常数

22、、相对分别是介质的相对介电常数、相对磁导率、电导率。磁导率、电导率。方程组中，方程组中，1 1表示电量守恒，指出静电场是有源场；表示电量守恒，指出静电场是有源场；2 2是电磁感应定律的推广，表明变化着的磁场产生涡旋电场；是电磁感应定律的推广，表明变化着的磁场产生涡旋电场；3 3是表明磁场是有旋场；是表明磁场是有旋场；4 4是安培定律的推广，表明电流和变是安培定律的推广，表明电流和变化着的电场在其周围产生磁场。化着的电场在其周围产生磁场。4.电磁波的预言电磁波的预言 麦克斯韦方程组的一个重要结果，就是预言了电磁波麦克斯韦方程组的一个重要结果，就是预言了电磁波的存在。麦克斯韦通过计算，的存在。麦克

23、斯韦通过计算，从方程组中导出了自由空从方程组中导出了自由空间中电场强度间中电场强度EE和磁感应强度和磁感应强度B B的的波动方程波动方程为：为：式中式中vv是波在介质中的传播速度。是波在介质中的传播速度。式中式中是介电常数，是介电常数，为磁导率。为磁导率。它表示：电或磁的扰动，将在以太媒质里以速度它表示：电或磁的扰动，将在以太媒质里以速度vv传播传播着。并且推出了电磁波的传播速度为：着。并且推出了电磁波的传播速度为：5.5.光波就是电磁波的提出：光波就是电磁波的提出：18561856年年 韦韦 伯伯 测测 定定 上上 述述 速速 度度 值值 为为：vv=31.074=31.074万万公公里里/

24、秒秒,麦麦克克斯斯韦韦发发现现这这个个值值与与18491849年年斐斐索索测测得得的的光光速速31.5031.50万万公公里里/秒秒十十分分接接近近。他他认认为为这这不不是是巧巧合合，而而是是由由于于光光的的本本质质与与电电磁磁波波相相同同，从从而而提提出出了了光光的的电电磁磁理理论论。它它表表明明“光光本本身身乃乃是是以以波波的的形形式式在在电电磁磁场场中中按按电电磁磁规规律律传传播播的的一一种种电电磁磁振振动动”。从从而而将将电、磁、光理论进行了一次伟大的综合。电、磁、光理论进行了一次伟大的综合。把数学分析和实验研究联合使用所得到的物理知识，把数学分析和实验研究联合使用所得到的物理知识，比

25、之一个单纯实验人员或单纯的数学家能具有的知识更比之一个单纯实验人员或单纯的数学家能具有的知识更坚实、有益和巩固。坚实、有益和巩固。麦克斯韦麦克斯韦1.对不同现象之间的联系的坚定信念。对不同现象之间的联系的坚定信念。2.重视科学方法的应用（建模、数学推理，理论综重视科学方法的应用（建模、数学推理，理论综合）。合）。麦麦 克克 斯斯 韦韦 电电 磁磁 场场 理理 论论 的的 建建 立立三三.麦克斯韦成功的基本要素麦克斯韦成功的基本要素3.丰富的想象力及大胆猜测和假设。丰富的想象力及大胆猜测和假设。4.深厚的数学和物理知识底蕴。深厚的数学和物理知识底蕴。5.对理论完美和谐的不懈追求。对理论完美和谐的

26、不懈追求。麦麦克克斯斯韦韦认认为为：自自然然界界是是和和谐谐的的，一一种种反反映映自自然然规规律律的的理理论论，如如果果框框架架上上不不完完善善，不不和和谐谐，也也就就意意味着要进一步改进和探索。味着要进一步改进和探索。麦麦 克克 斯斯 韦韦 电电 磁磁 场场 理理 论论 的的 建建 立立四四.意义意义经典电磁理论的确立，完成了物理学理论经典电磁理论的确立，完成了物理学理论的第二次大综合，也掀起了第二次工业革命，的第二次大综合，也掀起了第二次工业革命，进一步说明了科学技术是第一生产力。进一步说明了科学技术是第一生产力。尽尽管管麦麦克克斯斯韦韦理理论论具具有有内内在在的的完完美美性性并并和和一一

27、切切经经验验相相符符合合，但但它它只只能能逐逐渐渐地地被被物物理理学学家家接受。接受。劳厄劳厄电电 磁磁 波波 的的 发发 现现8.电磁波的发现电磁波的发现一一.赫兹（赫兹（1857-1894）二二.电磁波的发现电磁波的发现三三.成果成果赫赫兹兹像像电电 磁磁 波波 的的 发发 现现一一.赫兹（赫兹（1857-1894）：德国物理学家）：德国物理学家 1878 1878 年是基尔霍夫和亥姆霍兹年是基尔霍夫和亥姆霍兹的学生，的学生，18801880年获博士学位。年获博士学位。18851885年发现电磁波，年发现电磁波，18891889年到波恩大学任教。年到波恩大学任教。18941894年因血中毒

28、而去世。年因血中毒而去世。电电 磁磁 波波 的的 发发 现现二二.电磁波的发现电磁波的发现 麦克斯韦麦克斯韦电磁论电磁论发表后，由于理论难懂，无实验发表后，由于理论难懂，无实验验证，在相当长的一段时间里并未受到重视和普遍承认。验证，在相当长的一段时间里并未受到重视和普遍承认。18791879年，年，柏林科学院设立了有奖征文，要求证明以下三柏林科学院设立了有奖征文，要求证明以下三个假设：个假设：如果位移电流存在，必定会产生磁效应；如果位移电流存在，必定会产生磁效应；变化变化的磁力必定会使绝缘体介质产生位移电流；的磁力必定会使绝缘体介质产生位移电流；在空气或真空在空气或真空中，上述两个假设同样成立

29、。这次征文成为赫兹进行电磁波中，上述两个假设同样成立。这次征文成为赫兹进行电磁波实验的先导。实验的先导。1885 1885年，年，赫兹利用一个具有初级和次级两个绕组的振荡赫兹利用一个具有初级和次级两个绕组的振荡线圈进行实验，偶然发现：线圈进行实验，偶然发现：当初级线圈中输入一个脉冲电流当初级线圈中输入一个脉冲电流时，次级绕组两端的狭缝中间便产生电火花，时，次级绕组两端的狭缝中间便产生电火花，赫兹立刻想到，赫兹立刻想到，这可能是一种电磁共振现象。既然初级线圈的振荡电流能够这可能是一种电磁共振现象。既然初级线圈的振荡电流能够激起次级线圈的电火花，那么它就能在邻近介质中产生振荡激起次级线圈的电火花，

30、那么它就能在邻近介质中产生振荡的位移电流，这个位移电流又会反过来影响次级绕组的电火的位移电流，这个位移电流又会反过来影响次级绕组的电火花发生的强弱变化。花发生的强弱变化。18861886年，年，赫兹设计了一种直线型开放振荡器（下图），赫兹设计了一种直线型开放振荡器（下图），留留有间隙的环状导线有间隙的环状导线C C作为感应器，放在直线振荡器作为感应器，放在直线振荡器ABAB附近，附近，当将脉冲电流输入当将脉冲电流输入ABAB并在间隙产生火花时，在并在间隙产生火花时，在C C的间隙也产的间隙也产生火花。生火花。实际这就是电磁波的产生、传播和接收。实际这就是电磁波的产生、传播和接收。1887188

31、7年年又设计了又设计了“感应平衡器感应平衡器”（如右图示）：即将（如右图示）：即将18861886年的装置一侧放置了一块金属板年的装置一侧放置了一块金属板D D，然后，然后将将C C调远使间隙不出现调远使间隙不出现火花，火花，再将金属板再将金属板D D逐渐靠近逐渐靠近ABAB，这时，这时C C的间隙又出现电火花。的间隙又出现电火花。这是因为这是因为D D中感应出来的振荡电流产生一个附加电磁场作用于中感应出来的振荡电流产生一个附加电磁场作用于C C，当，当D D靠近时，靠近时，C C的平衡遭到破坏。的平衡遭到破坏。这一实验说明：这一实验说明：振荡器振荡器ABAB使附近使附近的介质交替极化而形成变

32、化的位的介质交替极化而形成变化的位移电流，这种位移电流又影响移电流，这种位移电流又影响“感应平衡器感应平衡器C C”的平衡状态。使的平衡状态。使C C出现电火花。当出现电火花。当D D靠近靠近C C时，平衡时，平衡状态再次被破坏，状态再次被破坏，C C再次出现火花。再次出现火花。从而证明了从而证明了“位移电流位移电流”的存在。的存在。证明电磁波和光波的一致性：证明电磁波和光波的一致性：18881888年年3 3月赫兹对月赫兹对电磁波的速度电磁波的速度进行了测定，并在论文进行了测定，并在论文论空气中的电磁波和它们的反射论空气中的电磁波和它们的反射介绍了介绍了测定方法：测定方法：赫兹赫兹利用电磁波

33、形成的驻波测定相邻两个波节间的距离（半波长）利用电磁波形成的驻波测定相邻两个波节间的距离（半波长），再结合振动器的频率计算出电磁波的速度。他在一个大屋，再结合振动器的频率计算出电磁波的速度。他在一个大屋子的一面墙上钉了一块铅皮，用来反射电磁波以形成驻波。子的一面墙上钉了一块铅皮，用来反射电磁波以形成驻波。在相距在相距1313米的地方用一个支流振动器作为波源。用一个感应米的地方用一个支流振动器作为波源。用一个感应线圈作为检验器，沿驻波方向前后移动，在波节处检验器不线圈作为检验器，沿驻波方向前后移动，在波节处检验器不产生火花，在波腹处产生的火花最强。用这个方法测出两波产生火花，在波腹处产生的火花最

34、强。用这个方法测出两波节之间的长度，从而确定电磁波的速度等于光速。节之间的长度，从而确定电磁波的速度等于光速。赫兹又用金属面使电磁波做赫兹又用金属面使电磁波做4545角的角的反射反射；用金属凹面；用金属凹面镜使电磁波镜使电磁波聚焦聚焦；用金属栅使电磁波发生；用金属栅使电磁波发生偏振偏振；以及用非金；以及用非金属材料制成的大棱镜使电磁波发生属材料制成的大棱镜使电磁波发生折射折射等。从而证明麦克斯等。从而证明麦克斯韦光的电磁理论的正确性。至此麦克斯韦电磁场理论才被人韦光的电磁理论的正确性。至此麦克斯韦电磁场理论才被人们承认。们承认。电电 磁磁 波波 的的 发发 现现 至此由法拉第开创，麦克斯韦建立

35、，赫兹至此由法拉第开创，麦克斯韦建立，赫兹验证的电磁场理论向全世界宣告了它的胜利。验证的电磁场理论向全世界宣告了它的胜利。插曲：插曲：比比赫兹实验赫兹实验早七年，一位叫早七年，一位叫戴维戴维的人也接收的人也接收到了电磁波信号，他随即向英国皇家协会会长到了电磁波信号，他随即向英国皇家协会会长GG斯托克斯斯托克斯汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电汇报，但斯托克斯认为这只是普通的电磁感应现象，戴维过于迷信权威，对于这一个天磁感应现象，戴维过于迷信权威，对于这一个天赐良机未予重视，使发现被埋没了。赐良机未予重视，使发现被埋没了。三三 成果成果18961896年年，俄国科学家，俄国科学家波波夫波波夫第一

36、个成功进行了无线电通讯第一个成功进行了无线电通讯实验：通讯距离实验：通讯距离250250米，电文米，电文“海因里希海因里希赫兹赫兹”.18971897年年，意大利青年发明家，意大利青年发明家马克尼马克尼成功实现了成功实现了布里斯托布里斯托尔尔海湾两岸之间的通讯，通讯距离海湾两岸之间的通讯，通讯距离14.5 Km14.5 Km。18981898年年马克尼开发了电磁波的商业应用，在伦敦成立了无马克尼开发了电磁波的商业应用，在伦敦成立了无线电报公司，进行消息的快速传递和海上救护等。线电报公司，进行消息的快速传递和海上救护等。18991899年年实现英法海峡两岸的无线电联络，距离实现英法海峡两岸的无线

37、电联络，距离45Km45Km。19011901年年又成功实现了跨越大西洋的无线电通讯，从此马克又成功实现了跨越大西洋的无线电通讯，从此马克尼的名字和无线电紧紧相连，无线电也在全世界逐步加尼的名字和无线电紧紧相连，无线电也在全世界逐步加以推广应用。以推广应用。19091909年年马克尼和德国物理学家、无线电技术的发明者马克尼和德国物理学家、无线电技术的发明者卡尔卡尔布朗布朗一起荣获诺贝尔物理学奖。一起荣获诺贝尔物理学奖。无无 线线 电电 报报(1901)(1901)广广 播播(1906(1906)电电 话话(1916)(1916)传传 真真(1923)(1923)电电 视视(1929)(1929)微微 波波(1933)(1933)雷雷 达达(1935)(1935)卫卫星星通通讯讯电电子子计计算算机机、因特网等都与电磁波理论相关。因特网等都与电磁波理论相关。电电 磁磁 波波 的的 发发 现现