物理学史——第三章电磁学的建立

1、电磁学的建立和发展电磁学的建立和发展1.中国古代的电磁学知识中国古代的电磁学知识2.电磁现象的早期研究（富兰克林）电磁现象的早期研究（富兰克林）3.从定性到定量从定性到定量库仑定律的发现（库仑）库仑定律的发现（库仑）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(奥斯特奥斯特)6.电磁感应现象的发现与研究（法拉第）电磁感应现象的发现与研究（法拉第）7.麦克斯韦电磁场理论的建立（麦克斯韦）麦克斯韦电磁场理论的建立（麦克斯韦） 1 中国古代的电磁学知识中国古代的电磁学知识 1 1、雷电现象、雷电现象王充在论衡王充在论衡雷虚篇中写道：雷虚篇中写道：“

2、云雨至则雷电击云雨至则雷电击”，明确，明确地提出云与雷电之间的关系。在其后的古代典籍中，关于雷电地提出云与雷电之间的关系。在其后的古代典籍中，关于雷电及其灾害的记述十分丰富，其中尤以明代张居正（及其灾害的记述十分丰富，其中尤以明代张居正（1525152515821582）关于球形闪电的记载最为精彩，他在细致入微的关于球形闪电的记载最为精彩，他在细致入微的观察观察的基础上，的基础上，详细地记述了闪电火球大小、形状、颜色、出现的时间等，留详细地记述了闪电火球大小、形状、颜色、出现的时间等，留下了可靠而宝贵的文字资料。下了可靠而宝贵的文字资料。( (一一) ) 中国古代的电学知识中国古代的电学知识

3、我国古代对电的认识，是从雷电及摩擦起电现象开始的。我国古代对电的认识，是从雷电及摩擦起电现象开始的。早在早在30003000多年前的殷商时期，甲骨文中就有了多年前的殷商时期，甲骨文中就有了“雷雷”及及“电电”的形声字。西周初期，在青铜器上就已经出现加雨字偏旁的的形声字。西周初期，在青铜器上就已经出现加雨字偏旁的“電電”字。字。 在细致观察的同时，人们也在探讨在细致观察的同时，人们也在探讨雷电的成因雷电的成因。淮南淮南子子坠形训坠形训认为，认为，“阴阳相薄为雷，激扬为电阴阳相薄为雷，激扬为电”，即雷电是，即雷电是阴阳两气对立的产物。阴阳两气对立的产物。王充也持类似看法。明代刘基（王充也持类似看法

4、。明代刘基（1311131113751375）说得更为明确）说得更为明确：“雷者，天气之郁而激发也。阳气困于雷者，天气之郁而激发也。阳气困于阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电阴，必迫，迫极而迸，迸而声为雷，光为电”。 尖端放电尖端放电也是一种常见的电现象。古代兵器多为长矛、剑、也是一种常见的电现象。古代兵器多为长矛、剑、戟，常常可导致尖端放电发生，因这一现象多有记述。如戟，常常可导致尖端放电发生，因这一现象多有记述。如汉汉书书西域记西域记中就有中就有“元始中（公元元始中（公元3 3年）年）矛端生火矛端生火”，晋，晋代代搜神记搜神记中也有相同记述：中也有相同记述：“戟锋皆有火光，遥望如悬戟锋

5、皆有火光，遥望如悬烛烛”。避雷针避雷针是尖端放电的具体应用，我国古代地采用各种措是尖端放电的具体应用，我国古代地采用各种措施防雷。古塔的尖顶多涂金属膜或鎏金，高大建筑物的瓦饰制施防雷。古塔的尖顶多涂金属膜或鎏金，高大建筑物的瓦饰制成动物形状且冲天装设，都起到了成动物形状且冲天装设，都起到了避雷避雷作用。如作用。如武当山主峰峰武当山主峰峰顶矗立着一座金殿，至今已有顶矗立着一座金殿，至今已有500500多年历史，虽高耸于峰巅却从多年历史，虽高耸于峰巅却从没有受过雷击。金殿是一座全铜建筑，顶部设计十分精巧。除没有受过雷击。金殿是一座全铜建筑，顶部设计十分精巧。除脊饰之外，曲率均不太大，这样的脊饰就起

6、到了避雷针作用。脊饰之外，曲率均不太大，这样的脊饰就起到了避雷针作用。武当山主峰金殿武当山主峰金殿最为奇特的地方就是它本身是良导体，每逢电闪雷鸣的时候，光球在金殿四周滚动，但霹雳却击不到金殿，金殿经受多次雷击后，不仅豪无损伤，无痕无迹，反而其上的烟尘锈垢被烧去，雨水一洗，辉煌如初。这一奇观被称为“雷火炼殿”。金殿造了已经有六七百年了，但还是完好如初，仍然光彩夺目。 【原因：其实这是一种自然现象。金殿本身就是一座庞大的导电体，雷雨前夕，带电荷的积雨云向金殿移动，当达到一定距离时，云层与金殿的电位差增大，使空气电离，金殿上的电荷与云中的电荷间频频闪击，火球滚动，于是产生了“雷火炼殿”奇观。古代屋脊

7、上的避雷装置古代屋脊上的避雷装置法国旅行家卡勃里欧别法国旅行家卡勃里欧别戴马甘兰戴马甘兰1688年所年所著的著的中国新事中国新事一书中记有：中国屋脊一书中记有：中国屋脊两头，都有一个仰起的龙头，龙口吐出曲两头，都有一个仰起的龙头，龙口吐出曲折的金属舌头，伸向天空，舌根连结一根折的金属舌头，伸向天空，舌根连结一根细的铁丝，直通地下。这种奇妙的装置，细的铁丝，直通地下。这种奇妙的装置，在发生雷电的时刻就大显神通，若雷电击在发生雷电的时刻就大显神通，若雷电击中了屋宇，电流就会从龙舌沿线睛行至地中了屋宇，电流就会从龙舌沿线睛行至地底，避免雷电击毁建筑物。这说明，中国底，避免雷电击毁建筑物。这说明，中国

8、古代建筑上的避雷装置，在大批量和结构古代建筑上的避雷装置，在大批量和结构上已和现代避雷针基本相似。上已和现代避雷针基本相似。我国古人还通过仔细观察，准确地记述了我国古人还通过仔细观察，准确地记述了雷电对不同物质雷电对不同物质的作用的作用。南齐书南齐书中有对雷击的详细记述：中有对雷击的详细记述：“雷震会稽山阴雷震会稽山阴恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异也恒山保林寺，刹上四破，电火烧塔下佛面，而窗户不异也”。即强大的放电电流通过佛面的金属膜，全属被融化。而窗户为即强大的放电电流通过佛面的金属膜，全属被融化。而窗户为木制，仍保持原样。木制，仍保持原样。 沈括在沈括在梦溪笔谈梦溪笔谈中

9、对类似现象叙述更为详尽：中对类似现象叙述更为详尽：“内侍内侍李舜举家，曾为暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗间出，赫然李舜举家，曾为暴雷所震。其堂之西室，雷火自窗间出，赫然出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然。墙壁出檐。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然。墙壁窗纸皆黔。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银者，银悉熔流窗纸皆黔。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银者，银悉熔流在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢（刚），就刀室中熔在地，漆器曾不焦灼。有一宝刀，极坚钢（刚），就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火当先焚草木，然后流金石。今乃为汁，而室亦俨然。人必谓火当先焚草木，然后流金石。今乃

10、金石皆铄，而草木无一毁者，非人情所测也。金石皆铄，而草木无一毁者，非人情所测也。”明代方以智：明代方以智：“雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。雷火所及，金石销熔，而漆器不坏。”2 2、摩擦起电、摩擦起电 在我国，在我国，摩擦起电现象摩擦起电现象的记述颇丰，其常用材料早期多为琥的记述颇丰，其常用材料早期多为琥珀及玳瑁。早在西汉，春秋纬中就载有珀及玳瑁。早在西汉，春秋纬中就载有“瑇瑁（玳瑁）瑇瑁（玳瑁）吸衤若（细小物体）吸衤若（细小物体）”。论衡中也有。论衡中也有“顿牟掇芥顿牟掇芥dn mu dn mu du gdu gi i”，这里的顿牟也是指玳瑁。三国时的虞翻，少年，这里的顿牟也是指玳瑁。三国时

11、的虞翻，少年时曾听说时曾听说“琥珀琥珀不取腐芥不取腐芥”。腐芥因含水分，已成为导体，。腐芥因含水分，已成为导体，所以不被带电琥珀吸引。所以不被带电琥珀吸引。 西晋张华（西晋张华（232232300300）记述了梳子与丝绸摩擦起电引起）记述了梳子与丝绸摩擦起电引起的放电及发声现象：的放电及发声现象：“今人梳头，脱著衣时，有随梳、解结今人梳头，脱著衣时，有随梳、解结有光者，亦有咤声有光者，亦有咤声”。唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑猫皮。唐代段成式描述了黑暗中摩擦黑猫皮起电：起电：“猫黑者，暗中逆循其毛，即若火星猫黑者，暗中逆循其毛，即若火星”。摩擦起电也。摩擦起电也有具体应用。据宋代的张邦基有具体应

12、用。据宋代的张邦基墨庄漫录墨庄漫录记载：孔雀毛扎记载：孔雀毛扎成的翠羽帚可以吸引龙脑（可制香料的有机化合物碎成的翠羽帚可以吸引龙脑（可制香料的有机化合物碎屑）屑）“皇宫中每幸诸阁，掷龙脑以辟（避）秽。过则以翠皇宫中每幸诸阁，掷龙脑以辟（避）秽。过则以翠羽扫之，皆聚，无有遗者羽扫之，皆聚，无有遗者”。关于摩擦起电的记载还很多。关于摩擦起电的记载还很多。 近代电学正是在对雷电及摩擦起电的大量记载和近代电学正是在对雷电及摩擦起电的大量记载和认识的基础上发展起来的，我国古代学者对电的研究，认识的基础上发展起来的，我国古代学者对电的研究，大大地丰富了人们对电的认识。大大地丰富了人们对电的认识。 ( (二

13、二) ) 中国古代对磁的认识中国古代对磁的认识（1 1） 磁石的吸铁性及其应用磁石的吸铁性及其应用磁性：磁性：我国是对磁现象认识最早的国家之一，公元前我国是对磁现象认识最早的国家之一，公元前4 4世世纪左右成书的纪左右成书的管子管子中就有中就有“上有慈石者，其下有铜金上有慈石者，其下有铜金”的的记载，这是关于磁的最早记载。记载，这是关于磁的最早记载。吕氏春秋吕氏春秋：“慈石召铁，或引之也慈石召铁，或引之也”。鬼谷子鬼谷子：“慈石取针慈石取针”；高诱注释；高诱注释吕氏春秋吕氏春秋时指出：时指出：“石，铁之母也，以有慈石，故能引其子。石之不慈者，亦不石，铁之母也，以有慈石，故能引其子。石之不慈者，

14、亦不能引也能引也”在东汉以前的古籍中，一直将磁写作慈。相映成趣的是磁石在在东汉以前的古籍中，一直将磁写作慈。相映成趣的是磁石在许多国家的语言中都含有慈爱之意。许多国家的语言中都含有慈爱之意。 磁石只能吸铁磁石只能吸铁：而不能吸金、银、铜等其他金属，也早为：而不能吸金、银、铜等其他金属，也早为我国古人所知。淮南子中有我国古人所知。淮南子中有“慈石能吸铁，及其于铜则不慈石能吸铁，及其于铜则不通矣通矣”，“慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣慈石之能连铁也，而求其引瓦，则难矣”。 屏蔽：屏蔽：明末刘献廷广阳杂记：明末刘献廷广阳杂记：“慈石吸铁，隔碍潜通。慈石吸铁，隔碍潜通。或问余曰：或问余曰：慈石吸铁

15、，何物可以隔之？慈石吸铁，何物可以隔之？犹子阿儒曰：犹子阿儒曰：唯唯铁可以隔之耳铁可以隔之耳。其人去而复来，曰：。其人去而复来，曰：试之果然试之果然。” 应用：应用：1 1、晋书、晋书马隆传记载：相传马隆传记载：相传3 3世纪时智勇双全的马隆在一世纪时智勇双全的马隆在一次次战役战役中，命士兵将大批磁石堆垒在一条狭窄的小路上。身穿中，命士兵将大批磁石堆垒在一条狭窄的小路上。身穿铁甲的敌军个个都被磁石吸住，而马隆的兵将身穿犀甲，行动铁甲的敌军个个都被磁石吸住，而马隆的兵将身穿犀甲，行动如常。敌军以为马隆的兵是神兵，故而大败。如常。敌军以为马隆的兵是神兵，故而大败。 2 2、古代，还常常将磁石用于、

16、古代，还常常将磁石用于医疗医疗。史记中有用。史记中有用“五石散五石散”内服治病的记载，磁石就是五石之一。内服治病的记载，磁石就是五石之一。 晋代有用磁石吸出体内铁针的病案。晋代有用磁石吸出体内铁针的病案。 到了宋代，有人把磁石放在耳内，口含铁块，因而治愈耳聋。到了宋代，有人把磁石放在耳内，口含铁块，因而治愈耳聋。 古人在制造中药时，采用磁引方法吸取中药中的铁渣。古人在制造中药时，采用磁引方法吸取中药中的铁渣。 南北朝时期的医生陶弘景南北朝时期的医生陶弘景“炼水，亦令人有人。炼水，亦令人有人。”3 3、制陶制陶：用磁石吸取釉水中的铁屑，烧出的瓷器洁白细腻。：用磁石吸取釉水中的铁屑，烧出的瓷器洁白

17、细腻。（2 2） 磁石的指向性及其应用磁石的指向性及其应用在我国很早就发现了磁石的指向性，并制出了指向仪器在我国很早就发现了磁石的指向性，并制出了指向仪器 司南。司南。鬼谷子鬼谷子中有中有“郑子取玉，必载司南，为其不惑也郑子取玉，必载司南，为其不惑也”的记载。稍后的的记载。稍后的韩非子韩非子中有中有“故先王立司南，以端朝夕故先王立司南，以端朝夕”的记载。东汉王充在的记载。东汉王充在论衡论衡中记有中记有“司南之杓（勺子），投司南之杓（勺子），投之于地（中央光滑的地盘），其柢（勺的长柄）指南之于地（中央光滑的地盘），其柢（勺的长柄）指南”。不言而喻，司南的指向性较不言而喻，司南的指向性较差 。 北

18、 宋 时 曾 公 亮 与 丁 度差 。 北 宋 时 曾 公 亮 与 丁 度（99099010531053）编撰的）编撰的武经武经总要总要（10441044年）在前集卷十年）在前集卷十五记载了指南鱼的使用及其制五记载了指南鱼的使用及其制作方法，极为清晰地论述了热作方法，极为清晰地论述了热退磁现象的应用。当烧至通赤退磁现象的应用。当烧至通赤时，温度超过居里点，磁畴瓦时，温度超过居里点，磁畴瓦解，这时成为顺磁体。再用水解，这时成为顺磁体。再用水冷却，磁畴又重新恢复。这时冷却，磁畴又重新恢复。这时鱼尾正对子位（北方），在地鱼尾正对子位（北方），在地磁场作用下，磁畴排列具有方磁场作用下，磁畴排列具有方向

19、性，因而被磁化。从司南到向性，因而被磁化。从司南到指南鱼，无疑是一个重大进步，指南鱼，无疑是一个重大进步，但在使用上仍多有不便。但在使用上仍多有不便。人造磁体人造磁体指南指南鱼鱼我国古籍中关于我国古籍中关于指南针指南针的最早记载，始见于沈括的的最早记载，始见于沈括的梦溪笔梦溪笔谈谈。该书介绍了指南针的四种用法：。该书介绍了指南针的四种用法：水法水法，用指南针穿过灯，用指南针穿过灯芯草而浮于水面；芯草而浮于水面；指法指法，将指南针搁在指甲上；，将指南针搁在指甲上；碗法碗法，将指南，将指南针放在碗沿；针放在碗沿；丝悬法丝悬法，将独股蚕丝用蜡粘于针腰处，在无风处，将独股蚕丝用蜡粘于针腰处，在无风处悬

20、挂。磁针的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南针的悬挂。磁针的制作，采用了人工磁化方法。正是由于指南针的出现，出现，沈括最先发现了磁偏现象沈括最先发现了磁偏现象，“常微偏东，不全南也常微偏东，不全南也”。 南宋时，陈元靓在南宋时，陈元靓在事林广记事林广记中记述了将指南龟支在钉中记述了将指南龟支在钉尖上。由水浮改为支撑，对于指南仪器这是在结构上的一次较尖上。由水浮改为支撑，对于指南仪器这是在结构上的一次较大改进，为将指南针用于航海提供了方便条件。大改进，为将指南针用于航海提供了方便条件。 指南针用于航海的记录，最早见于宋代朱彧的指南针用于航海的记录，最早见于宋代朱彧的萍洲可萍洲可谈谈：“舟师识

21、地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针舟师识地理，夜则观星，昼则观日，阴晦观指南针”。以后，关于指南针的记载极丰。到了明代，遂有郑和下西洋，以后，关于指南针的记载极丰。到了明代，遂有郑和下西洋，远洋航行到非洲东海岸之壮举。西方远洋航行到非洲东海岸之壮举。西方“关于指南针航海的记载，关于指南针航海的记载，是在是在12071207年英国纳肯（年英国纳肯（A. NeckamA. Neckam，1157115712171217）的）的论器具论器具中。中。指南龟指南龟 元代的元代的事林广记事林广记中记载有中记载有木刻指南鱼和木刻指南龟。木木刻指南鱼和木刻指南龟。木鱼、木龟都只有拇指大，腹开鱼、木龟都只有

22、拇指大，腹开一窍，嵌入天然磁石，然后用一窍，嵌入天然磁石，然后用蜡封住。木鱼没入水中即可指蜡封住。木鱼没入水中即可指南；木龟则是采用有固定支点南；木龟则是采用有固定支点的装置，于其腹部下方挖一小的装置，于其腹部下方挖一小穴，安放在竹钉子上，可以自穴，安放在竹钉子上，可以自由旋转，旋定以后也会指南由旋转，旋定以后也会指南（3 3） 其他与磁有关的自然现象其他与磁有关的自然现象 极光源于宇宙中的高能荷电粒子，它们在地磁场作用下折极光源于宇宙中的高能荷电粒子，它们在地磁场作用下折向南北极地区，与高空中的气体分子、原子碰撞，使分子、原向南北极地区，与高空中的气体分子、原子碰撞，使分子、原子激发而发光。

23、我国自公元前子激发而发光。我国自公元前20002000年到公元年到公元17511751年，有关极光年，有关极光的记载达的记载达474474次。在公元次。在公元1 11010世纪的世纪的180180余次记载中，有确切余次记载中，有确切日期的达日期的达140140次之多。在西方最早记载极光的，当推亚里士多次之多。在西方最早记载极光的，当推亚里士多德，他称极光为德，他称极光为“天上的裂缝天上的裂缝”。“极光极光”这一名称，始于法这一名称，始于法国哲学家伽桑迪。国哲学家伽桑迪。 太阳黑子太阳黑子也是一种磁现象。在欧洲人还一直认为太阳是也是一种磁现象。在欧洲人还一直认为太阳是完美无缺的天体时，我国先人早

24、已发现了太阳黑子。自公元完美无缺的天体时，我国先人早已发现了太阳黑子。自公元前前165165年年16431643年（明崇祯十六年）史书中观测黑子的记录为年（明崇祯十六年）史书中观测黑子的记录为127127次。这些古代观测资料为今人研究太阳活动提供了极为珍次。这些古代观测资料为今人研究太阳活动提供了极为珍贵、翔实可靠的资料。贵、翔实可靠的资料。 遗憾的是，中国古代关于磁的认识尽管极为丰富，但关于遗憾的是，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。就连被称作究。就连被称作“中国科学史上的坐标中

25、国科学史上的坐标”的沈括，对磁现象的沈括，对磁现象也认为，也认为，“莫可原其理莫可原其理”，“未深考耳未深考耳”，致使在我国历史，致使在我国历史上，一直未能产生可与英国吉尔伯特上，一直未能产生可与英国吉尔伯特论磁论磁比美的著作。比美的著作。2 电磁现象的早期研究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 7世纪，古希腊哲学家世纪，古希腊哲学家泰勒斯泰勒斯已经发现用毛织物摩擦过的琥珀已经发现用毛织物摩擦过的琥珀能吸引某些轻小物体。能吸引某些轻小物体。ElectricityElectricity（电）这个字的起源就来

26、（电）这个字的起源就来自希腊文的自希腊文的“琥珀琥珀”(elec tron)(elec tron)。我国东汉时期，王充在。我国东汉时期，王充在论衡论衡一书中提到一书中提到 顿牟掇芥顿牟掇芥 等问题，也是说摩擦过的琥等问题，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。角、磁倾角等问题。 首先对电和磁现象进行系统实验研究的是英国的威廉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吉尔伯特（伯特（Wi

27、lliam GilbertWilliam Gilbert，1544154416031603） 。他认识到电力和磁他认识到电力和磁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小物体的性质叫做“电电”。16001600年，吉尔伯特发表了年，吉尔伯特发表了论磁、论磁、磁 体 和 地 球 作 为 一 个 巨 大 的 磁 体磁 体 和 地 球 作 为 一 个 巨 大 的 磁 体 （ D e m a g n e t eD e m a g n e t e ， magneticisque corporibus et de magn

28、omag nete telluremagneticisque corporibus et de magnomag nete tellure，简称简称磁石论磁石论）。他总结了前人对磁的研究，周密地讨论了）。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。书地磁的性质，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。 (一) 吉尔伯特与吉尔伯特与 第一卷介绍了他的磁性第一卷介绍了他的磁性“小地球小地球”实验，实验，得出结论：得出结论：地球地球本身就是一个巨大的磁体，本身就是一个巨大的磁体，其两极位于地理的南极

29、和北极附近；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第二卷详细地论述了电现象的实验研究与结论，还把结论，还把电与磁电与磁的性质进行了比较；的性质进行了比较； 第三卷记载了天然磁石的第三卷记载了天然磁石的定向性定向性； 第四卷说明了第四卷说明了磁偏角磁偏角与不同地点和高度的与不同地点和高度的关系；关系； 第五卷介绍了第五卷介绍了测定测定磁倾角的仪器及各地磁磁倾角的仪器及各地磁倾角的大小；倾角的大小； 第六卷试图第六卷试图用物体的磁力来解释行星运动用物体的磁力来解释行星运动，当然，他没有成功。当然，他没有成功。磁石论磁石论共分六卷。共分六卷。（二）（二） 静电学的早期

30、研究静电学的早期研究 1 1、17201720年，格雷年，格雷(S.Gray(S.Gray，167516751736)1736)研究了电的传导现象，研究了电的传导现象，发现发现导体与绝缘体的区别导体与绝缘体的区别。随后，他又发现导体的静电感应现。随后，他又发现导体的静电感应现象。象。 2 2、17341734年法国人杜菲（年法国人杜菲（Charles-Francois du Charles-Francois du FayFay，1696169617391739）在实验中发现带电的玻璃和）在实验中发现带电的玻璃和带电的琥珀是相互吸引的，但是两块带电的琥带电的琥珀是相互吸引的，但是两块带电的琥珀或

31、者两块带电的玻璃则是相互排斥的。杜菲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根据大量的实验事实断定电有两种电有两种：一种是与：一种是与琥珀带的电性质相同，叫做琥珀带的电性质相同，叫做“琥珀电琥珀电”；一种；一种是与玻璃带的电性质相同，叫做是与玻璃带的电性质相同，叫做“玻璃电玻璃电”。 3 3、17451745年普鲁士（德国的前身）的一位副主教克莱斯特年普鲁士（德国的前身）的一位副主教克莱斯特(Ewald (Ewald Georg von KleistGeorg von Kleist，1700-1748)1700-1748)在实验中利用导线将摩擦所起在实验中利用导线将摩擦所

32、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，他由此发现了的一击，他由此发现了放电现象放电现象。 1746 1746年，荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克（年，荷兰莱顿大学的物理学教授马森布罗克（Pieter Pieter von Musschenbrock, 1692von Musschenbrock, 169217611761）在克莱斯特发现的启发下）在克莱斯特发现的启发下发明了收集电荷的发明了收集电荷的“莱顿瓶莱顿瓶”。 马森布罗克看到好不容易取得的电很容易地在空气中消失，马森布罗克看到好不容易取得的电很容易地在空气

33、中消失，所以想寻找一种保存电的方法。有一天，他用一支枪管悬在空所以想寻找一种保存电的方法。有一天，他用一支枪管悬在空中，用起电机与枪管连着，另用一根铜线从枪管中引出，浸入中，用起电机与枪管连着，另用一根铜线从枪管中引出，浸入一个盛有水的玻璃瓶中，他让一个助手一只手握着玻璃瓶，马一个盛有水的玻璃瓶中，他让一个助手一只手握着玻璃瓶，马森布罗克在一旁使劲摇动起电机。这时他的助手不小心将另一森布罗克在一旁使劲摇动起电机。这时他的助手不小心将另一只手碰到枪管上，他猛然感到一次强烈的电击，喊了起来。马只手碰到枪管上，他猛然感到一次强烈的电击，喊了起来。马森布罗克于是与助手互换了一下，让助手摇起电机，他自己

34、一森布罗克于是与助手互换了一下，让助手摇起电机，他自己一手拿水瓶子，另一只手去碰枪管。手拿水瓶子，另一只手去碰枪管。 “我想告诉你一个新奇但是可怕的实验事实，但我警告你无我想告诉你一个新奇但是可怕的实验事实，但我警告你无论如何也不要再重复这个实验论如何也不要再重复这个实验突然，我的手受到了一下力量突然，我的手受到了一下力量很大的打击，使我的全身都震动了很大的打击，使我的全身都震动了手臂和身体产生了一种无手臂和身体产生了一种无法形容的恐怖感觉。一句话，我以为我命休矣！法形容的恐怖感觉。一句话，我以为我命休矣！” 虽然马森布罗克不愿再做这个实验，但他由此得出结论：把虽然马森布罗克不愿再做这个实验，

35、但他由此得出结论：把带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来。只是当时搞不清楚起带电体放在玻璃瓶内可以把电保存下来。只是当时搞不清楚起保存电作用的究竟是瓶子还是瓶子里的水，后来人们就把这个保存电作用的究竟是瓶子还是瓶子里的水，后来人们就把这个蓄电的瓶子称作蓄电的瓶子称作“莱顿瓶莱顿瓶”，这个实验称为，这个实验称为“莱顿瓶实验莱顿瓶实验”。这种这种“电震电震”现象的发现，轰动一时，极大的增加了人们对莱现象的发现，轰动一时，极大的增加了人们对莱顿瓶的关注。顿瓶的关注。莱顿瓶的发明，使物理学家们第莱顿瓶的发明，使物理学家们第一次有办法存储大量电荷，并对一次有办法存储大量电荷，并对其性质进行研究。其性质进行

36、研究。原始的莱顿瓶是一个玻璃瓶，瓶原始的莱顿瓶是一个玻璃瓶，瓶里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡里瓶外分别贴有锡箔，瓶里的锡箔通过金属链跟金属棒连接，棒箔通过金属链跟金属棒连接，棒的上端是一个金属球，这就构成的上端是一个金属球，这就构成以瓶子玻璃为电介质的电容器。以瓶子玻璃为电介质的电容器。法国人诺莱特在巴黎进行的莱顿瓶表演（法国国王路易十五法国人诺莱特在巴黎进行的莱顿瓶表演（法国国王路易十五及皇室成员临场观看）及皇室成员临场观看） 富兰克林（富兰克林（Benjamin FranklinBenjamin Franklin，1706170617901790年）是年）是1818世纪美国的实业家、世纪美国

37、的实业家、科学家、社会活动家、思想家和外交家，科学家、社会活动家、思想家和外交家，美国美国独立宣言独立宣言和美国宪法的起草人和美国宪法的起草人之一。之一。 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。但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；成为电学研究的先驱。他曾说过； 你热爱生命吗？那么别浪你热爱生命吗？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。 4 4、17461746年，美国人富兰克林年，美国人富兰克林

38、对雷电现象研究对雷电现象研究。1 1）电荷守恒定律的发现：电荷守恒定律的发现：他发现他发现两个带有不同性质电荷的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。把电荷分为带电体，相互接触后可以呈现中性。把电荷分为“正电正电”和和“负电负电”，并进一步得出结论，并进一步得出结论正电和负电在本质上正电和负电在本质上不应有什么差别；不应有什么差别；摩擦起电过程中，总是形成等量异摩擦起电过程中，总是形成等量异种电荷；种电荷； 摩擦起电过程中，一方失去的电荷与另一方摩擦起电过程中，一方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。从而得到了电荷守恒定律。得到的电荷在数量上相等。从而得到了电荷守恒定律。

39、2）费城实验费城实验-天电和地电的统一天电和地电的统一3 3）发明避雷针发明避雷针4 4）独立宣言和美国宪法的起草人之一独立宣言和美国宪法的起草人之一，为美国的独立和解，为美国的独立和解放作出了贡献的政治活动家。放作出了贡献的政治活动家。费城实验费城实验 在在 1752 1752 年年 7 7 月的一个雷雨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，用风筝上安上一根尖细的铁丝，用来捕捉电，并用麻绳与这铁丝相来捕捉电，并用麻绳与这铁丝相连，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。 在实验之前

40、，富兰克林已经认识到电流体与闪电有很多共同点。但是，他认为仅靠对比，不足以做出科学论断，需要捉住天电做对比实验。首先做了岗亭实验，由此发明了避雷针。但是，他又认为岗亭的铁杆不够高，不足以论证，由此做了风筝实验1.电力作用的猜测电力作用的猜测 1759年，德国柏林科学院院士年，德国柏林科学院院士爱皮努斯爱皮努斯（F.U.T.Aepinus)发现：发现：电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减小而电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减小而增大；增大；当一个导体靠近一带电体时，该导体的远端会获得当一个导体靠近一带电体时，该导体的远端会获得与带电体相同的电荷，近端则获得相反的电荷（静电感应）。与带电

41、体相同的电荷，近端则获得相反的电荷（静电感应）。 1760年，年，D.伯努利伯努利首先猜测电力会不会跟万有引力一样，首先猜测电力会不会跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法在当时具有一定的代表性。服从平方反比定律。他的想法在当时具有一定的代表性。一一.类比法类比法3.库仑定律的发现库仑定律的发现从定性到定量从定性到定量 不过，普利斯特利的结论并没有得到科学界的普遍重视，因不过，普利斯特利的结论并没有得到科学界的普遍重视，因为他并没有特别明确地进行论证，仍然停留在猜测的阶段，一为他并没有特别明确地进行论证，仍然停留在猜测的阶段，一直拖了直拖了1818年，才由库仑正式提出。年，才由库仑正式提出

42、。2.富兰克林的空罐实验富兰克林的空罐实验 用丝线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近，软用丝线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近，软木受到吸引。但把它悬挂在罐内时，不论在罐内何处，它木受到吸引。但把它悬挂在罐内时，不论在罐内何处，它都不受电力。都不受电力。 富兰克林写信将这一现象告之他的英国朋友富兰克林写信将这一现象告之他的英国朋友普利斯特普利斯特利利（J.Priestleuy,J.Priestleuy,化学家，氧气的发现者），化学家，氧气的发现者），普利斯特利普利斯特利想到想到:1687:1687年牛顿曾证明年牛顿曾证明: :万有引力若服从平方反比定律，万有引力若服从平方反比定律，则均匀

43、的物质球壳对壳内物体应无作用。则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。 普利斯特利重复了上述实验，并将空罐实验与牛顿推普利斯特利重复了上述实验，并将空罐实验与牛顿推理类比。理类比。3. 3. 罗比逊实验罗比逊实验同种电荷斥力的同种电荷斥力的测量测量 1769年，英国爱丁堡大学的年，英国爱丁堡大学的约翰约翰.罗宾森罗宾森（John RobisoJohn Robiso，苏格兰人），苏格兰人）设设计了一个杠杆装置，如图。通过实验计了一个杠杆装置，如图。通过实验直接推测了平方反比关系：同种电荷直接推测了平方反比关系：同种电荷间的斥力反比于距离的间的斥力反比于距离的2.06次幂，异次幂，异种电荷间的吸引力反

44、比于小于距离的种电荷间的吸引力反比于小于距离的2次幂。由此他推测：在实验误差范围次幂。由此他推测：在实验误差范围内，正确的关系应为反比于距离的内，正确的关系应为反比于距离的2次次幂。幂。罗比逊是库仑定律的最早发现罗比逊是库仑定律的最早发现者。遗憾的是，罗比逊对自己者。遗憾的是，罗比逊对自己的工作缺乏信心，没有及时发的工作缺乏信心，没有及时发表表二二 库仑定律的建立库仑定律的建立 库仑（库仑（Charlse-Augustin de CoulombCharlse-Augustin de Coulomb 1736173618061806年）是法国工程师和物理学家。年）是法国工程师和物理学家。青少年时

45、期，库仑受过良好的教育。离开青少年时期，库仑受过良好的教育。离开学校后，库仑当过军事工程队的工程师，学校后，库仑当过军事工程队的工程师，对材料的性质、物体上应力和应变的计算对材料的性质、物体上应力和应变的计算十分在行。十分在行。 1781 1781年库仑研究了摩擦定律，研究了丝线和金属丝的扭转，年库仑研究了摩擦定律，研究了丝线和金属丝的扭转，确立了弹性扭转的定律。根据这些成果，确立了弹性扭转的定律。根据这些成果，17841784年库仑制成了测年库仑制成了测量力的仪器量力的仪器-扭秤。扭秤。库仑扭秤库仑扭秤斥力与距离关系的实验库仑电摆实验库仑电摆实验 和牛顿单摆类比：和牛顿单摆类比：由于地球对物

46、体的作用力反比于两者由于地球对物体的作用力反比于两者之间距离的平方，所以存在地面上的单摆的摆动周期正之间距离的平方，所以存在地面上的单摆的摆动周期正比于摆锤离地心的距离。比于摆锤离地心的距离。 若电荷间的引力也遵循距离平方的反比关系若电荷间的引力也遵循距离平方的反比关系，则由带电体，则由带电体间引力产生的物体的摆动，其摆动周期间引力产生的物体的摆动，其摆动周期T T必定也正比于必定也正比于两带电体之间的距离两带电体之间的距离r r。从而设计电摆实验。从而设计电摆实验。库仑单摆实验：库仑单摆实验：17851785年在法国科学院发表论文，年在法国科学院发表论文， 提出著名的库仑定律。提出著名的库仑

47、定律。意义：意义：库仑定律的建立使电磁学进库仑定律的建立使电磁学进入了定量研究，数学的引入使电磁入了定量研究，数学的引入使电磁学真正成为一门科学。类比实验的学真正成为一门科学。类比实验的重要性重要性 其实早在其实早在17731773年，卡文迪许比库仑早年，卡文迪许比库仑早1212年就发现了年就发现了“库仑定库仑定律律”。可惜他没有发表他的研究结果。可惜他没有发表他的研究结果。（一）伽伐尼电流的发现（一）伽伐尼电流的发现 1780 1780年，意大利科学家年，意大利科学家伽伐尼伽伐尼（Luigi Luigi Galvani,1737Galvani,17371798)1798)在一次解剖青蛙时有一

48、个在一次解剖青蛙时有一个偶然的发现，一只已解剖的青蛙放在一个潮湿的偶然的发现，一只已解剖的青蛙放在一个潮湿的铁案上，当解剖刀无意中触及蛙腿上外露的神经铁案上，当解剖刀无意中触及蛙腿上外露的神经时，死蛙的腿猛烈地抽搐了一下。伽伐尼立即重时，死蛙的腿猛烈地抽搐了一下。伽伐尼立即重复了这个实验，又观察到同样的现象。复了这个实验，又观察到同样的现象。 他以严谨的科学态度，选择各种不同他以严谨的科学态度，选择各种不同的金属，例如铜和铁或铜和银，接在一起，的金属，例如铜和铁或铜和银，接在一起，而把另两端分别与死蛙的肌肉和神经接触，而把另两端分别与死蛙的肌肉和神经接触，青蛙就会不停地屈伸抽动。如果用玻璃、青

49、蛙就会不停地屈伸抽动。如果用玻璃、橡胶、松香、干木头等代替金属，就不会橡胶、松香、干木头等代替金属，就不会发生这样的现象。他认为这是一种生物电发生这样的现象。他认为这是一种生物电现象，并于现象，并于17911791年发表了题为年发表了题为关于电对关于电对肌肉运动的作用肌肉运动的作用的论文。的论文。 4.电流的发现电流的发现由静电到动电由静电到动电 1791 1791年意大利物理学家年意大利物理学家亚历山德罗亚历山德罗 伏打伏打(Alessandro (Alessandro VoltaVolta，174517451827)1827)得知伽伐尼的这一发现，引起了他的极大得知伽伐尼的这一发现，引起了

50、他的极大兴趣，作了一系列实验，甚至还在自己身上做实验。他用两种兴趣，作了一系列实验，甚至还在自己身上做实验。他用两种金属接成一根弯杆，一端放在嘴里，另一端和眼睛接触，在接金属接成一根弯杆，一端放在嘴里，另一端和眼睛接触，在接触的瞬间就有光亮的感觉产生。他用舌头舔着一枚金币和一枚触的瞬间就有光亮的感觉产生。他用舌头舔着一枚金币和一枚银币，然后用导线把硬币连接起来，就在连接的瞬间，舌头有银币，然后用导线把硬币连接起来，就在连接的瞬间，舌头有发麻的感觉。这些实验证明：电不仅能够产生颤动，而且还会发麻的感觉。这些实验证明：电不仅能够产生颤动，而且还会影响视觉和味觉神经。影响视觉和味觉神经。 1793

51、1793年伏打发表一篇论文，总结了自己的实验，不同意伽伐年伏打发表一篇论文，总结了自己的实验，不同意伽伐尼关于动物生电的观点。伏打在伽伐尼实险的基础上，致力研尼关于动物生电的观点。伏打在伽伐尼实险的基础上，致力研究两种不同金属的接触。他得出了新的结论，认为两金属不仅究两种不同金属的接触。他得出了新的结论，认为两金属不仅仅是导体，而且是由它们产生电流的。用伏打自己的话来说：仅是导体，而且是由它们产生电流的。用伏打自己的话来说：金属是真正的电流激发者，而神经是被动的。伏打并把这种电金属是真正的电流激发者，而神经是被动的。伏打并把这种电流命名为流命名为“金属的金属的”或或“接触的接触的”电流。他为了

52、尊重伽伐尼的电流。他为了尊重伽伐尼的最先发现权，把这种电流称为最先发现权，把这种电流称为“伽伐尼电流伽伐尼电流”。 伏打发现当金属浸入某些液体时，也会发生同样的伏打发现当金属浸入某些液体时，也会发生同样的电流效应。伏打开始是用几只碗盛了盐水，把几对黄电流效应。伏打开始是用几只碗盛了盐水，把几对黄铜和锌做成的电极连接起来，就有电流产生。铜和锌做成的电极连接起来，就有电流产生。18001800年年3 3月月2020日，伏打宣布了一个重要的发现，这就是著名的日，伏打宣布了一个重要的发现，这就是著名的“伏打电池伏打电池”（左图）。他用（左图）。他用3030块、块、4040块、块、6060块或更块或更多

53、的铜片（最好是用银片），每一片都和一块锡片多的铜片（最好是用银片），每一片都和一块锡片（最好是锌片）接触，并且用相同数目的水层或比纯（最好是锌片）接触，并且用相同数目的水层或比纯水更好些的导电液体层，好食盐水或碱水等，或是浸水更好些的导电液体层，好食盐水或碱水等，或是浸透这些液体的纸壳或皮革透这些液体的纸壳或皮革。银片和锌片是两种不。银片和锌片是两种不同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构同的金属，盐水或其他导电溶液作为电解液，它们构成了电流回路。成了电流回路。这是一种比较原始的电池，是由很多这是一种比较原始的电池，是由很多银锌电池连接而成的电池组。银锌电池连接而成的电池组。 伏打（伏

54、打（Alessandro Volta,1745Alessandro Volta,174518271827）意大利物理学）意大利物理学家。家。17451745年年2 2月月1818日生于科莫。学生时代就会对自然科学有日生于科莫。学生时代就会对自然科学有浓厚兴趣。浓厚兴趣。1774177417791779年任科莫大学预科物理学教授。年任科莫大学预科物理学教授。1779177918151815年任帕多瓦大学哲学系主任。年任帕多瓦大学哲学系主任。18191819年退休后回年退休后回到故乡科莫。到故乡科莫。18271827年年3 3月月5 5日在该地逝世。日在该地逝世。（二）伏打电堆的发明（二）伏打电堆

55、的发明 伏打证明这个堆的一端带正电，另一端带负电，当时引起伏打证明这个堆的一端带正电，另一端带负电，当时引起极大的轰动。极大的轰动。这是第一个能人为产生稳定、持续电流的装置这是第一个能人为产生稳定、持续电流的装置，为电流现象的研究提供了物质基础，也为电流效应的应用打开为电流现象的研究提供了物质基础，也为电流效应的应用打开了前景，并很快成为进行电磁学和化学研究的有力工具，促使了前景，并很快成为进行电磁学和化学研究的有力工具，促使电学研究有一个巨大的进展。电学研究有一个巨大的进展。伏打的成就受到各界普遍赞赏，伏打的成就受到各界普遍赞赏，科学界用他的姓氏命名电势，电势差（电压）的单位，为科学界用他的

56、姓氏命名电势，电势差（电压）的单位，为“伏伏特特”（就是伏打，音译演变的），简称（就是伏打，音译演变的），简称“伏伏”。 自吉尔伯特开始以来的二百多年，电和自吉尔伯特开始以来的二百多年，电和磁一直是毫无关系的两门学科，围绕电与磁寻磁一直是毫无关系的两门学科，围绕电与磁寻找自然现象之间的联系，成为一种潮流。找自然现象之间的联系，成为一种潮流。18201820年，丹麦的奥斯特发现了电流的磁年，丹麦的奥斯特发现了电流的磁效应，从而建立了电与磁的联系。效应，从而建立了电与磁的联系。5.电流的磁效应与安培定律电流的磁效应与安培定律一一.发现电流磁效应发现电流磁效应-丹麦丹麦 奥斯特奥斯特二二.安培和安培

57、定律安培和安培定律（一）（一） 奥斯特的发现奥斯特的发现 奥斯特奥斯特 丹麦物理学家奥斯特丹麦物理学家奥斯特(Hans (Hans Christian OerstedChristian Oersted，177717771851)17771851)1777年年8 8月月1414日生于丹麦朗格兰德岛一个药剂师家日生于丹麦朗格兰德岛一个药剂师家庭庭1212岁开始帮助父亲在药房里干活，同时岁开始帮助父亲在药房里干活，同时坚持学习化学由于刻苦攻读，坚持学习化学由于刻苦攻读，1717岁以优异岁以优异的成绩考取了哥本哈根大学的免费生他一的成绩考取了哥本哈根大学的免费生他一边当家庭教师，一边在学校学习药物学、

58、天边当家庭教师，一边在学校学习药物学、天文、数学、物理、化学等文、数学、物理、化学等18061806年任哥本哈年任哥本哈根大学物理学教授，根大学物理学教授，18211821年被选为英国皇家年被选为英国皇家学会会员，学会会员，18231823年被选为法国科学院院士，年被选为法国科学院院士，后来任丹麦皇家科学协会会长后来任丹麦皇家科学协会会长 电和磁有没有联系？这是先人经常思索的问题。电和磁有没有联系？这是先人经常思索的问题。 1717世纪初，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。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：

59、然而实际事例不断吸引人们注意。例如：17311731年有一名英国商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。人诉述，雷闪过后，他的一箱新刀叉竟带上了磁性。17511751年富年富兰克林发现在莱顿瓶放电后，缝纫针磁化了。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？这个疑问促使电真的会产生磁吗？这个疑问促使17741774年德国一家研究机构年德国一家研究机构悬奖征解，题目是：悬奖征解，题目是：“电力和磁力是否存在实际和物理的相似电力和磁力是否存在实际和物理的相似性？性？”许多人纷纷作实验进行研究，但是，在伏打发明电堆以许多人纷纷作实验进行研究，但是，在伏打发明电堆

60、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，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。即使有了伏打电堆，也不一定能立即找到电和磁的联系。 1819 1819年冬，奥斯特在哥本哈根开设了一个讲座，讲授电磁学年冬，奥斯特在哥本哈根开设了一个讲座，讲授电磁学方面的课题。在备课中，奥斯特分析了前人在电流方向上寻找方面的课题。在备课中，奥斯特分析了前人在电流方向上寻找磁效应都未成功的事实，想到磁效应可能像电流通过导线产生磁效应都未成功的事实，想到磁效应可能像电流通过导线产生热和光那样是向四周散射的，即是一种横向力，而不是纵向的