物理電磁學史下:課堂上的一次偶然發現

2020-12-03 物理佬初九

他突然打開了科學中一個黑暗領域之門,使其充滿光明。---------法拉第

1731年,一名英國商人發現,雷電過後,他的一箱刀叉竟然有了磁性。1751年,富蘭克林發現萊頓瓶放電能使縫衣針磁化。但直到19世紀初,科學家仍然認為電與磁之間是互不相關的兩回事。不過在十九世紀初,受自然界中各種運動形式之間的相互轉化思想的影響,丹麥科學家奧斯特相信電和磁之間也應該存在的某種聯繫。

劃時代的發現

受歷史觀念的影響,奧斯特剛開始的實驗研究都一失敗告終。直到1840年4月,在一次講課中,奧斯特偶然把一根導線放在帶玻璃罩的指南針上面,通電時指針發生轉動。經過反覆試驗,奧斯特終於查明電流的磁效應是沿圍繞導體的螺旋方向。他的這一發現引起的科學界的震動,被作為劃時代的一頁載入史冊。

安倍定則和電動力基礎

此後不久,畢奧和薩伐爾提出了著名了畢奧-薩伐爾定律,可以算出任意電流在空間產生的磁場大小。再後來,安倍通過大量實驗研究,發現總結出電流方向和磁場方向的規律,這就是右手定則(右手螺旋定則)。還得出了普通的電動力公式,這為電動力學的研究提供了基礎。

法拉第的電磁感應

1820年電磁熱席捲歐洲,法拉第通過反覆的實驗,終於在1931年取得突破性的進展,提出電磁感應定律,並引入電場和磁場的概念,指出電和磁周圍都有場的存在。其實早在1930年美國物理學家亨利就先於法拉第發明電磁感應現象,但他並沒有馬上發表實驗結果。1931年,俄國物理學家楞次,通過實驗研究發現電流感應方向的規律。

然而,法拉第是一名實驗物理學家,他後面並未能通過數學能力來證明自己的理論。隨後湯姆生等人運用類比方法把法拉第思量轉變為定量的表述,他們的研究也為麥克斯韋的工作提供了十分有益的經驗。

電磁場理論的建立

在法拉第發現電磁感應後的一個月麥克斯韋出世,自幼天資聰穎,得到精心培養。1850年進入劍橋大學,對於湯姆生的電磁理論早有了解;大學剛畢業,就著手把法拉第的力線思想用數學分析方法進行表述。對電磁理論的洞悉和研究,他發現了內部的不對稱性和矛盾,大膽地提出了「位移電流」和「渦旋電場」假說。

通過對前輩和自己的研究,麥克斯韋將電磁場理論用簡單,對稱,完美的數學形式表示出來,成為了經典的電動力學主要基礎的麥克斯韋方程式。

而後,1865年,麥克斯韋預言電磁波的存在,認為電場磁場共同構成的電磁場以橫波的形式在空間傳播,並推算出電磁波傳播速度等於光速,得出結論:光也是電磁波的一種形式,從而揭示了光與電磁之間的關係。1888年,在麥克斯韋逝世的9年後,德國物理學家赫茲通過實驗驗證了電磁波的存在。

對於麥克斯韋來說,他沒有辜負時代的要求,站在法拉第和湯姆生兩位巨人的肩膀上,開創了物理學的新領域。他的成果也不是一蹴而就,在創建電磁場理論的奮鬥中,前後經歷了十餘年。對電磁場這樣一次偉大的綜合,實現了科學的革命性變革。

相關焦點

  • 演奏《小星星》傳授聲學原理,中學老師將音樂搬上物理課堂
    三湘都市報11月2日訊(記者 劉鎮東 黃京)「一閃一閃亮晶晶,滿天都是小星星……大家發現聲音的差異與水高低的關係了嗎?」近日,周南實驗中學的物理實驗室裡傳出了一陣悅耳動聽的旋律,該校物理老師蒲德榮正拿著一根短棍熟練的敲擊裝有不同高度水的燒杯,演奏出歌曲《小星星》,生動的向學生展示聲音是如何產生及傳播的。
  • 物理電磁學史上:從靈性現象到科學認識
    1720年,格雷研究了電的傳導現象,發現導體與絕緣體的區別。1233年,杜菲經過實驗區分出兩種電荷,即正電和負電。接下來富蘭克林發現尖端放電,發明避雷針,提出電荷守恆原理。隨後康頓用電流體假說解釋的靜電感應。至此,經典學相關原理已經建立,人們多點有看初步認識,但當時更多的知識停留在理論方面,對於定量的規律研究尚未發展。
  • 盤點化學史上的偶然發現
    在科學發展史上,尤其在化學發展史上,有很多發明與發現被人們認為是源於偶然因素,下面列舉幾例。1、石蕊指示劑17世紀的一個夏天,英國著名化學家波義耳正急匆匆地向自己的實驗室走去,剛剛跨入實驗室大門,陣陣醉人的香味撲鼻而來,他這才發現花圃裡的玫瑰花開了,他本想好好欣賞一下迷人的花香,但想到一天的實驗安排,便小心翼翼地摘下幾朵紫羅蘭插入一個盛水的燒瓶中,然後開始和助手們做實驗。
  • 【物理】從2020高考物理看未來的物理課堂
    從2020高考物理看未來的物理課堂 近期有時間把試卷詳細分析了一下,只是為了從高考題目上得出未來高中物理的教學方向,也讓學生對物理的學習有一個清楚的認識。
  • 一次偶然的發現,世界最黑物質誕生了
    更加出乎意料的是,其顏色非常黑:進一步測量發現,這種材料可以吸收99.96%以上的入射光,成為有史以來最黑的材料。 世界上最黑的東西是什麼? 很多人可能會第一時間想起黑洞,因為黑洞依靠強大引力吞噬一切物質,包括以每秒299792458米的光線,黑到人類望遠鏡都無法捕捉。
  • 物理英語詞彙:川大副教授課堂上表演單手劈磚(視頻)
    新東方網>英語>英語學習>語法詞彙>詞彙指導>正文物理英語詞彙:川大副教授課堂上表演單手劈磚(視頻) 2012-10-26 09:52 來源:滬江英語網 作者:
  • 如何做好物理課堂筆記
    同學們都知道做課堂筆記的重要性和必要性,但在實際操作時又不明白記什麼和怎樣記,要使物理課堂記錄明晰而實用,應側重以下幾個方面。   1.記好提綱   課堂上,老師講的內容那麼多,全部記下來沒有必要,上課時又疲勞又緊張,根本沒有時間去思考老師講的問題,其實提綱是一堂課的骨架和脈絡,它反映了課堂教學內容的結構、系統和要點,老師一般都要板書出來,記提綱可以條理知識,鞏固記憶、筆記時要邊記邊體會,力爭不重不漏。
  • 高中物理課堂的導入策略
    導入新課是物理課堂教學過程的重要環節之一,成功地引入課題,可以集中學生的注意力,引起學生濃厚的學習興趣,將其迅速地帶入物理情境之中。導入環節需要聯繫學生的實際,具有啟發性和趣味性。在實際的教學中,有如下幾種導入方法對物理教學有不錯的效果。1.利用演示實驗引入新課的方法。
  • 「VR雲上課堂」在線營業,物理原來可以這麼好玩!
    △你以為這個是一顆顆彈珠 ,其實它是熱分子!通過移動雲VR雲上課堂,你不僅能跟隨阿基米德一起去測量皇冠黃金,零距離感受阿基米德原理的全過程;還能身臨水壺,全景模擬熱分子傳遞過程,更加直觀地了解熱傳遞的原理和本質。在各種災害中,火災是最經常、最普遍地威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一。生活中,我們隨時都有可能遭遇火災,通過VR鏡頭,你可以360度實景模擬,既能身臨其境了解物理原理,更能夠教你學會火災逃生技巧。
  • 一次偶然的相遇 他把黑石頭變出了花樣
    沒想到一次偶然的接觸,黃延軍對這黑石頭產生了濃厚的興趣。2014年,黃延軍和朋友參加一個戶外活動,活動地點恰巧就在黑石頭的產處——蓮花洋畔。「當時的石頭還沒有什麼『價值』,就隨手撿了一些。回去後,我細細觀察發現這裡面大有文章。」黃延軍介紹說,這黑石頭顏色以黑為主,兼有青黑、墨綠、青黃等色,石質細膩油潤,且密度在3.0左右,硬度6.5到7.0之間,相當於新疆的和田玉。
  • 超導現象發現者,原來發現即是偶然
    19世紀,英國物理學家法拉第在一次實驗中偶然液化了氯氣,由此,他認為一切氣體在低溫高壓的情況下都可以被液化
  • 我國學者因「偶然失誤」發現「點鐵成氫」技術
    原標題:我國學者因「偶然失誤」發現「點鐵成氫」技術  我國專家從實驗時的一次「偶然失誤」中找到突破口,利用新方法實現低成本的材料加氫相變,發明了堪稱神奇的「點鐵成氫」技術。這對開發新型功能材料與器件及促進基礎理論的發展有重要意義。
  • 課堂上徒手劈磚,這位物理老師想幹啥?
    近日,雲南紅河一位物理老師在課堂上表演徒手劈磚「手到磚斷」 看呆學生這位老師是紅河彌勒第四中學物理老師張輝當天,張輝老師共劈磚兩次第一次沒有成功第二次,張輝老師翻閱「武(wù)功(lǐ)秘(kè)籍(běn)」後利用知識帶來的力量將磚頭的一頭翹起
  • 暑假新作—瘋狂唱物理《勾指起誓》【簡單機械版】
    開學之際,趕作業之時,瘋狂物理的小朋友送來一首《勾指起誓》,回顧簡單機械,也一起拉鉤起誓:「我愛物理,物理愛我!」
  • 「細推物理須行樂,何懼疫情絆此身」——清華物理系線上教學一周記
    2月16日,周日的上午,物理系全體授課老師對新版雨課堂進行最後一次集體測試和功能演示,並與學校雨課堂項目負責人實時溝通,針對可能出現的各種問題進行預判和分析,最終彙編成《第一次線上授課問題應對流程建議》。
  • 偶然發現了麥芽糖製作方法,試著做一次就成功,以後可以當作女兒的...
    在那個物質匱乏的年代,吃上一點糖,是非常高興的事,拿在手裡先不著急吃,用兩根棍子不停的拉,挺好玩的,直到麥芽糖變白才吃掉。現在外面已經找不到賣這種攪攪糖的了,偶然發現了製作方法,試著做一次就成功,以後可以當作女兒的零食了。原料:糯米、玉米、麥芽。
  • 全球背景下的課堂教學是否有共同元素(下)
    但是,對於英國政治人物和媒體來說,缺乏深入了解中國基礎教育特徵、課堂教學特色,其結果只能是像旅行者視角內看到的中國教育:滿眼是教師權威、統一要求下的課堂紀律、不斷被強化的外部動機激勵。然而,在筆者看來,中國基礎教育最重要的經驗還是體現在中國課堂教學的特點上。2009年和2012年以上海學生為主體參加國際學生學業能力測試(簡稱PISA)兩次都以絕對領先的成績名列全球第一的優異成績,與我國數學、物理、化學等學科的課程理念、教學策略的運用有很大關係。
  • 七三課堂:八年級物理知識點——聲音的產生與傳播
    物理與我們的生活息息相關,並時時刻刻影響著我們的生活,生活也缺不了各種各樣的聲音。今天,七三課堂為大家整理了「聲現象」的系統知識,希望能夠給努力學習的你帶來幫助。七三課堂知識講解:聲音的產生與傳播七三課堂演示:聲音的產生與傳播1.聲音的產生與聽到聲音。
  • 「物理微課堂」自感現象的DIS實驗
    近幾年,為推進我校「信息技術與課堂教學深度融合」,各科教師積極參與學校組織的微課製作與線上應用培訓。並將製作好的微課有效應用於課堂教學;同時通過班級微信群或學校微信公眾平臺傳播,為廣大學生無邊界的學習提供優質教學資源。
  • 作業幫新匠師蔡天天:美女老師講物理,有趣又有料
    在教育行業,女老師想打造生動詼諧的課堂,就像小品界出現女喜劇演員一樣難。能讓學生興致盎然地把物理聽進去,還能考出好成績,這背後是一個醉心於物理的故事。蔡天天老師來自河北保定,父親從事電學相關工作。從小時候起,家裡各式各樣的儀表、電壓表、萬能表就讓她對電學產生了濃厚的興趣,在父親的薰陶下,她的理科思維得到了很好的啟蒙,整個學生時代,蔡天天的理科成績一直名列前茅。