2021-2022学年高二物理竞赛课件：根据天文观测数据的测量来估算

1、根据天文观测数据的测量来估算 在广阔的宇宙空间存在着稀薄的星际物质和磁场，如果光子的静止质量不为零，就需要用Proca的电磁场方程取代Maxwell方程，这将对磁流体力学中的许多现象产生微弱的影响。由于宇宙介质的尺度惊人地巨大，因此，某些在实验中微弱的难以察觉的效应在宇宙中则可能显得突出起来。利用宇宙中的这些磁流体力学效应，可以为估算光子静止质量的上限提供更有效的方法和更精确的结果。根据天文观测数据的测量来估算目前最好的结果是：在物理学史中，Maxwell电磁场理论是继Newton力学之后划时代的卓越贡献。它被誉为19世纪物理学最伟大的成就，由此，Maxwell和Faraday也当之无愧地被誉

2、为19世纪最伟大的物理学家.Maxwell电磁场理论是一个完整的理论体系，它的建立不仅为电磁学领域已有的研究成果作了很好的总结，而且为进一步的研究提供了理论基础，从而迎来了电磁学全面蓬勃发展的新时期.Maxwell电磁场理论的建立开辟了许多新的研究课题和新的研究方向.例如：电磁波的研究带来了通讯、广播和电视事业的发展；物质电磁性质的研究推动了材料科学的进展;带电粒子和电磁场相互作用的探讨，与许多其他分支学科有关，导致不少交叉学科（如等离子体物理、磁流体力学等）的形成与发展. 所有这些，对于20世纪科学的发展、技术的进步以及物质文化生活的繁荣昌盛，都起了重要的作用。光的电磁理论是Maxwell电

3、磁场理论的重大成果之一，它证明光波就是电磁波，从而把光现象纳入了电磁学领域，实现了光学与电磁学的统一。Maxwell电磁场理论的历史意义还在于引起了物理实在观念的深刻变革。 在电磁场理论建立之前，所谓物理实在指的就是质点即实物粒子，当时认为世间万物无非都是质点的组合，别无其他。质点的运动遵循Newton定律。 对于非接触物体之间的各种作用（如引力，磁力，电力），超距作用观点占据统治地位，即认为既无需媒介物传递，也无需传递时间. 电磁场理论使人们认识到除了实物粒子外，还有电磁场这种完全不同于实物粒子的另一类物理实在，电磁场具有能量、动量等基本物理性质，电磁场可以脱离物质单独存在，并且能够与物质交

4、换能量和动量，电磁场的运动变化遵循Maxwell方程，非接触的电磁物体之间的电磁作用，是以电磁场为媒介物传递的，是需要传递时间的，即是近距作用。 因此，Maxwell电磁场理论的建立及其实验证实，引起了物理学在观念的深刻变革，打破了超距作用一统天下的局面. Einstein在评价电磁场理论时强调指出：“实在概念的这一变革是物理学自Newton以来的一次最深刻和最富有成效的变革”.1864年12月8日，Maxwell在英国皇家学会宣读了他的论文电磁波的动力学理论，导出了电磁波的波动方程，得到电磁波的传播速度等于光速，同时得出结论：光是电磁波的一种形式，揭示了光现象和电磁现象之间的联系。在这篇论文

5、中用醒目的斜体字写道：“我们不可避免地推论，光是媒介中起源于电磁现象的横波”。值得一提的是， Maxwell在论文中一直运用力学模型。他本人清醒地认识到他的力学模型是暂时的，它仅适用于显示已知电磁现象之间真实的力学联系，不是最终理论。事实上，电磁波正是借助于这个力学模型而诞生的。1885年德国物理学家赫兹用实验验证了电磁波的存在。平面波的特点：其场量随时间变化外，只与波传播方向的坐标有关。若电磁波沿直角坐标的X轴传播，则场量只是t和x的函数。 场强在与x轴正交的平面上各点具有相同的值，即：E,B是E(x,t)、B(x,t)与y,z无关，这种电磁波为平面电磁波。迄今，与光子静止质量有关的探测和估

6、算工作已做过许多，它们分别给出了可能存在的非零值。1. 根据真空中光速色散效应的测量来估算mg的上限若mg不为0，m不为0，则真空中不同频率电磁波的群速应不同。对于频率分别为n1和n2的两个电磁波，若wl、w2mc，略去小量后，得出两电磁波的群速之差为:如果测出Dn，即可估算出光子静止质量mg。 人们利用各种方法对各种频率的电磁辐射在真空中的传播速度作了精密的测量。电磁辐射的频率分布很广，从108 Hz到 1015 Hz实验测量得出，在10-5到10-6的精度范围内，仍无所得.因此即使不同频率的真空光速有所不同，也不应超过实验精度的范围，即有:根据对电力平方反比律偏离的测量来估算 在半径为R1的导体球A外，同心地放置另一半径为R2（R2R1）的球壳B，两者互不接触。开始时两者都不带电，然后给球壳B充电，再测出A和B的电势，分别记为V1和V2，若电力平方反比律严格成立，则应有V1=V2，若电力平方反比律有所偏差，V1与V2也应有