电磁波讨论课-类比法

1、微波与电磁场三级项目14-4班3组2张曌蒲琼小组成员组长组员郑岚方陈春马欢组员组员组员组员组员邱悦E-T分支H-T分支双T分支信号的截取过程讨论内容01E-T分支Coulombs law5富兰克林最早观察到电荷只分布在导体表面。普利斯特利重复了富兰克林的实验，在电学的历史和现状一书中他根据牛顿的自然哲学的数学原理最先预言电荷之间的作用力只能与距离平方成反比。罗宾逊认为电力服从平方反比律，并且得到指数n=2.06，从而电学的研究也就开始进行精确研究卡文迪许17721773年间，他做了双层同心球实验，第一次精确测量出电作用力与距离的关系。发现带电导体的电荷全部分布在表面而内部不带电。卡文迪许进一步

2、分析， 得到n=20.02。他的这个同心球实验结果在当时的条件下是相当精确的库仑定律同时期的电力研究过程6建立三维模型建立波导端口激励场求解分析模型设计的整体流程不同71773年，卡文迪许用两个同心金属球壳做实验，如左图，外球壳由两个半圆装配而成，两半球合起来正好把内球封在其中。通过一根导线将内外球连在一起，外球壳带电后，取走导线，打开外壳，用木髓球验电器试验有没有带电，结果发现木髓球验电器没有指示，内球不带电荷。根据这个实验，卡文迪许确定指数偏差 ，比罗宾逊1769年得出的0.06更精确。 1873年，麦克斯韦和麦克阿利斯特改进了卡文迪许的这个实验。麦克斯韦亲自设计实验装置和实验方法，并推算

3、了实验的处理公式。他们将F表示为 ，其中q不超过1/21600 。这个实验做得十分精确，以致直到1936年未曾有人超过他们。具体内容及贡献123卡文迪许的实验库伦扭秤实验扭秤实验结构图扭秤实验可以测量微弱的作用，关键在于它把微弱的作用经过了两次放大：1. 微小的力通过较长的力臂可以产生较大的力矩，使悬丝产生一定角度的扭转； 2. 在悬丝上固定一平面镜，它可以把入射光线反射到距离平面镜较远的刻度尺上，从反射光线射到刻度尺上的光点的移动，就可以把悬丝的微小扭转显现出来。 最终成功地将微量变宏观化。8库伦扭秤实验验证了库仑定律。9相应公式库仑定律的描述库仑定律（Coulombs law）是静止点电荷

4、相互作用力的规律。1785年法国科学家C,-A.de库伦由实验得出，真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力同它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上，同名电荷相斥，异名电荷相吸。库仑定律10那么库仑定律在什么时候适用呢？有什么条件呢？111.库仑定律适用于均匀介质中。真空中的库仑力 (d指的是两电荷之间的距离)，k是一个普适常量。根据高斯定理，在均匀无限大介质中，两个点电荷之间的相互作用力的形式与真空的完全一样。因此，库仑定律不仅适用于真空，还适用于介质中。2.在库仑定律的常见表述中，通常会有真空和静止，是因为库仑定律的实验基础扭秤实验，为了排除其他因素

5、的影响，是在亚真空中做的。另外，一般讲静电现象时，常由真空中的情况开始，所以库仑定律中有“真空”的说法。实际上，库仑定律不仅适用于真空中，还适用于均匀介质中，也适用于静止的点电荷之间。 适用条件及范围12将自罗宾逊以后各次主要实验所得到的偏差值列表如下：各实验者的实验结果比较经过科学家们的不断实验与探索，实验结果越来越精确，误差越来越小。02毕奥-萨瓦尔定律biot-savart law 毕奥-沙瓦尔定律毕奥-萨伐尔定律定律是由H.C.奥斯特实验（见电流磁效应）引起的，这个实验表明，长直载流导线对磁极的作用力是横向力。为了揭示电流对磁极作用力的普遍定量规律，J.B.毕奥和F.萨伐尔认为电流元对

6、磁极的作用力也应垂直于电流元与磁极构成的平面，即也是横向力。他们通过长直和弯折载流导线对磁极作用力的实验，得出了作用力与距离和弯折角的关系。在P.S.M.拉普拉斯的帮助下，经过适当的分析，得到了电流元对磁极作用力的规律。根据近距作用观点，它现在被理解为电流元产生磁场的规律。1415 1820年，奥斯特称之为“电磁学”的新学科诞生了，电转化为磁成为现实，表明电和磁是可以统一的，使“自然力统一的思想”得到了一个例证其次，电流磁效应的发现，表明作用力是一种旋转力，它和力学中力表现出来的形式是不同的，人们认识到一种新的相互作用形式第三，这一发现为制造灵敏电流指示器创造了条件，同时，它本身就包含了未来的

7、电力技术应用的内容。奥斯特的发现一经传播，到处都在重复这一实验。1820年9月11日，在法国科学院举办的每周的科学例会上，法国物理学家安培（Andr Marie Ampe，17751201836106）听到了两个月前在哥本哈根发现的这个重要的实验事例，并且看到电流磁效应的演示实验后，对此极感兴趣，立即对它进行研究，仅仅几个星期，便在科学院举办的科学例会连续发表报告，进一步揭示电和磁之间的内在联系。奥斯特的电流磁效应实验奥斯特发现了电流的磁效应，把电和磁统一起来。在19世纪前，人们普遍认为电和磁之间是没有什么关联的当时德国的自然哲学家们，从另一个角度对电和磁发生了兴趣，即对极化现象感到兴趣，因为

8、这一例子好像表明他们所假定的两个对立极之间的辩证张力或者使杂乱变为有序的力的存在自然哲学家谢林（FSchelling，17751854）认为宇宙间具有普遍的自然力的统一谢林的思想对他的挚友奥斯特具有深刻的影响，导致奥斯特去研究电和磁之间的联系16显示通电导线周围存在着磁场的实验。如果在直导线附近（导线需要南北放置），放置一枚小磁针，则当导线中有电流通过时，磁针将发生偏转。这一现象由丹麦物理学家奥斯特（Hans Christian Oersted,17771851）于1820年7月通过试验首先发现。奥斯特实验表明通电导线周围和永磁体周围一样都存在磁场.奥斯特实验揭示了一个十分重要的本质电流周围存

9、在磁场，电流是电荷定向运动产生的，所以通电导线周围的磁场实质上是运动电荷产生的。 奥斯特的实验17在研究中，我们常常遇到研究对象为微小单元的问题，此时我们可以取小单位物理量为研究对象经行研究，再对其积分，成为宏观量。例如，取电流元作为研究单元可以实现微量元素的宏观化。毕奥-萨伐尔的研究课题寻找电流元对磁极作用力的定量规律认为电流对刺激的作用力是自然界的基本力受奥斯特横向力的影响，认为每一个电流元对磁极的作用力也垂直于导线与磁极构成的平面让-巴蒂斯特毕奥菲利克斯萨伐尔03类比法Method of analogy类比是将一类事物的某些相同方面进行比较，以另一事物的正确或谬误证明这一事物的正确或谬误。这是运用类比推理形式进行论证的一种方法。19普利斯特利研究有关电荷之间的相互作用与牛顿万有引力定律的类比惠更斯通过光的传播类比声音的传播创立光的波动学说、推导出光的反射定律和折射定律、纠正了光的微粒学说这一片面理论。库仑定律与万有引力定律的类比法拉第从磁力线类比提出了电力线，提出了“场”的概念，成为电磁场理论的麦克斯韦仿照流体力学方程，建立了电磁场理论的麦克斯韦方程组物理学发展中用到类比法的典型例子牛顿万有引力库仑定律类比引入公式毕奥-萨伐尔定律20磁场和电场一样都是看不见、摸不着的特殊物质，磁场跟电场是否有相似的特性。电场对放入其中的电荷有力的作用及描述这一特性