电磁学的发展

电磁学的发展第1页，课件共94页，创作于2023年2月从摩擦起电和磁石引铁开始前6、7世纪：发现磁石吸铁、磁石指南、摩擦生电。1600年：英国人吉尔伯特出版《磁石》，认为电和磁是截然无关的现象。1660年：格里凯发明摩擦起电机1745年：发明莱顿瓶。3.1

历史概述第2页，课件共94页，创作于2023年2月1750年：米切尔提出磁极之间的作用力服从平方反比定律。1785年：库仑公布了用扭秤实验得到电力的平方反比定律。1780年：伽伐尼发现动物电1800年：伏打发明电堆1820年：奥斯特发现电流的磁效应。3.1

历史概述第3页，课件共94页，创作于2023年2月1820年：安培提出右手定则，解释地磁起因，建立了安培定律。1831年：法拉第发现电磁感应，证实了电与磁的统一性。电磁的近距作用理论。1826年：确定欧姆定律。1865：麦克斯韦建立电磁场理论，预测了光的电磁性质——大综合。3.1

历史概述第4页，课件共94页，创作于2023年2月3.2

早期的磁学和电学研究从摩擦起电和磁石引铁开始。指南针。司南，春秋战国第5页，课件共94页，创作于2023年2月1600年，英国医生吉尔伯特(WilliamGilbert,1540～1603)作出了第一批系统的研究工作。出版了英国的第一部科学著作《磁石》。1660年左右，德国科学家格里凯(1602～1686)发明摩擦起电机（带有转动轴的硫磺球）。1729年，英国的格雷（1670～1736），引入导体概念1733年，法国的杜菲（1698～1739）发现绝缘的金属也可以通过摩擦的办法起电，认为所有的物体都可以摩擦起电。3.2

早期的磁学和电学研究第6页，课件共94页，创作于2023年2月对磁现象的研究---“小地球”实验：在《论磁性、磁体和巨大地磁体》书中，记录了他把一块大天然磁石磨成球形，把小磁针放在球的表面，发现小磁针的方向和在地球上的情况完全一样。由此他认为，地球本身就是一个大磁体，存在南北两磁极。并且存在同性磁极相斥，异性磁极相吸。第7页，课件共94页，创作于2023年2月莱顿瓶1745年，荷兰莱顿大学教授马森布洛克（Musschenbrock)发明了收集电荷的莱顿瓶。第8页，课件共94页，创作于2023年2月1746年：德国的克莱斯特和荷兰穆欣布罗克几乎同时发明莱顿瓶——一种储存电的玻璃瓶。1746年：富兰克林（1706～1790）近10年的电学研究。证明闪电是一种电现象——从云中收集电荷给莱顿瓶充电,得到电火花，证明天电和地电一致。发现了电荷守恒定律——1750年，“电不因摩擦玻璃管而创生，而只是从摩擦者转移到了玻璃管，摩擦者失去的电与玻璃管获得的电严格相同”——电荷守恒原理。3.2

早期的磁学和电学研究第9页，课件共94页，创作于2023年2月3.3

库仑定律的发现1755年，富兰克林发现，电荷只分布在导体表面，导体内部没有静电效应。1767年，的普列斯特利(英，1733～1804)推论：“电的吸引遵从与万有引力相同的定律”1771年，卡文迪什（英，1731-1810）由电荷只分布在带电体表面的事实，推测出电吸引力或排斥力“很可能反比于电荷间距离的平方”。卡文迪什在电学方面的绝大部分研究成果都没有及时发表,对于电学研究的历史发展没有起到实际的作用。第10页，课件共94页，创作于2023年2月1785年至1789年间，法国军事工程师库仑（1736～1806）通过扭秤实验和电摆实验研究了静电的排斥力和吸引力，发表了4篇关于电学研究的论文，得出库仑定律。库仑还分别通过扭秤法和摆动法来测定磁力，也得出了同距离平方成反比的规律。库仑定律的建立，使电磁学进入了定量研究。3.3

库仑定律的发现第11页，课件共94页，创作于2023年2月3.3

库仑定律的发现第12页，课件共94页，创作于2023年2月3.4

动物电的研究和伏打电堆的发明发现电流的第一人：1791年，伽伐尼（意）在青蛙身上发现“动物电”－电流。电流的发现，把电学的研究工作从静电推进到动电的领域。第13页，课件共94页，创作于2023年2月电池的发明：意大利物理学家伏打（A.Volta,1745-1827）1792年，重复了伽伐尼的实验。否定了伽伐尼动物电说。认为电来自两种不同金属的接触。只要将相联接的两种金属浸在液体或潮湿的物质中，就会产生电势差。1800年，制成了伏打电池。得到了拿破仑授予的金质奖章。并成为法国科学院的院士。伏打的电堆能够提供莱顿瓶无法给出的持续而强大的电流，为研究电流的各种效应提供了条件。从此电学进入了飞速发展时期。3.4

动物电的研究和伏打电堆的发明第14页，课件共94页，创作于2023年2月出生:1745年2月18日

米兰公国科莫逝世:1827年3月5日（82岁）

伦巴第-威尼斯王国科莫职业:物理学家第15页，课件共94页，创作于2023年2月目前已知的全球第一个电池DrawingofAlessandroVolta'svoltaicpile,inventedin1800,thefirstelectricbattery.Itwasbuiltofmanyindividualcells,eachconsistingofadiskofcopperandadiskofzincorsilverseparatedbyadiskofclothsoakedinacidorbrine.A23cellpilelikethiswouldhaveproducedaround36volts.Alterations:removedcaption第16页，课件共94页，创作于2023年2月Volta'soriginalillustationofaCrownofCupsandaVoltaicpilebatteries.Publishedin1800第17页，课件共94页，创作于2023年2月3.5

电流的磁效应吉尔伯特正确地区分了电力和磁力，但把它们视作无关的两种现象。这种认识持续了二百多年。1735年，一份刊物上记载了雷电使刀、钢针磁化的现象。1751年，富兰克林也发现了用莱顿瓶放电的方法可以使钢针磁化或退磁。第18页，课件共94页，创作于2023年2月1820年丹麦物理学家奥斯特(1777～1851)发现电流的磁效应。电磁学进入到一个迅速发展的时期。3.5

电流的磁效应第19页，课件共94页，创作于2023年2月1812年，奥斯特发表了《关于化学力和电力的同一性的研究》，总结了他关于电、伽伐尼电流、磁、光、热及化学亲和力的研究成果。推测电流或许就会产生磁效应。1820年4月，奥斯特在一次讲课中，发现磁针在通电导线的作用下动了一下!这才恍然大悟，原来以前总把电流的磁力想象为纵向，实际应为横向。经过反复实验，查明了电流具有磁效应。1820年7月21日，发表了《电流对磁针的作用的实验》。重大意义：第一个解释出了电与磁之间的内在联系。为电报和电机的发明开辟了道路。为电磁场理论的发展奠定了基础。3.5

电流的磁效应第20页，课件共94页，创作于2023年2月奥斯特的发现与牛顿力学的基本原理是尖锐矛盾的。牛顿力学认为自然界的力只能是作用于物体连线上的吸引或排斥——“中心力”，奥斯特的所发现——“旋转力”。打破了电与磁的无关性的传统信条。3.5

电流的磁效应第21页，课件共94页，创作于2023年2月3.6

安培奠定电动力学基础奥斯特的新发现使法国的安培、阿拉果、毕奥、萨伐尔等人作出迅速反应。安培的一篇论文（9月18日）：提出了著名的右手定则；还提出磁铁类似于有电流流通的线圈。用实验证明了线圈对磁铁有作用，进而又考察了线圈之间的相互作用。在发现圆电流的相互作用后，安培转而研究线电流的相互作用。第22页，课件共94页，创作于2023年2月为了把一切磁的现象都归结为电流间的相互作用，安培提出了著名的分子电流假说。这是一个超越了他的时代的假说。3.6

安培奠定电动力学基础第23页，课件共94页，创作于2023年2月安培定律的提出为解释奥斯特效应，安培把磁的本质归结为电流，认为所有电磁作用都是电流与电流的作用，称为“电动力”。为了把当时已发现的电磁作用定律综合成一个系统的理论体系，安培像牛顿把质量分解为无数质点那样，把电流设想为无数电流元的集合，认为只要找到电流元之间相互作用力的关系式，就可以通过数学方法推导出所有电磁现象的定量结果。安培认为最核心的概念应该是与质点相对应的实体“电流元”以及它们之间超距作用的有心力，他把这种理论称之为“电动力学”。3.6

安培奠定电动力学基础第24页，课件共94页，创作于2023年2月从1820年10月开始寻找“电流元”之间的作用力公式1820年12月4日，提出了著名的安培定律又一个平方反比规律的发现，是人们对大自然力之间的内在联系有了一个新的认识。安培的工作，为以后电动力学的研究和发展，开拓了一个新的基础。1827年，安培才推导出安培定律中的系数K。3.6

安培奠定电动力学基础第25页，课件共94页，创作于2023年2月安培一开始就决心严格地参照牛顿力学的全套方法处理电磁现象。他说：“首先观察事实，尽可能地变换条件以精确的测量来实现这一步，以便推导出以经验为唯一基础的一般定律，并独立于所有关于产生现象的力的性质的假说来推导这些力的数学值，也就是获得表示它们的公式。这就是牛顿所走过的道路，也是对物理学作出重大贡献的法兰西学术界近年普遍遵循的途径。同样，它也引导着我全力投入到电动力学现象的研究中。”第26页，课件共94页，创作于2023年2月他所说的“牛顿所走过的道路”，即从观察运动现象入手，通过精确的实验研究以找到关于力的规律，然后再以这些力的规律对有关自然现象作出解释和预测。所以安培认为最核心的概念应该是与质点相对应的实体“电流元”以及它们之间超距作用的有心力，他把这种理论称之为“电动力学”。第27页，课件共94页，创作于2023年2月安培(1775-1836)3.6

安培奠定电动力学基础第28页，课件共94页，创作于2023年2月麦克斯韦对安培的评价：“安培借以建立电流之间机械作用定律的实验研究，是科学上最辉煌的成就之一”。“整个的理论和实验看来似乎是从这位‘电学中的牛顿’的头脑中跳出来的并且已经成熟和完全装备完了的，它在形式上是完整的，在准确性方面是无懈可击的，并且它汇总成为一个必将永远是电动力学的基本公式的关系式，由之可以导出一切现象。”3.6

安培奠定电动力学基础第29页，课件共94页，创作于2023年2月欧姆，德国人，家境贫困，中断大学学业后当了中学老师。后被慕尼黑大学任命为教授。3.7欧姆定律的发现第30页，课件共94页，创作于2023年2月欧姆在傅里叶的热传导理论的启发下进行电学研究。傅里叶假设导热杆中两点之间的热流量与这两点的温度差成正比，然后用数学方法建立了热传导定律。欧姆将付里叶在热学中提出的热流、热阻，类比电学中的电流、电阻，温度差类比电势差，猜想导线中两点之间电流也许正比于这两点的某种推动力之差。欧姆称之为电张力（electrictension）。通过实验验证，在1826年发现了欧姆定律，由此与电流相关的物理量可以测定和推出。3.7欧姆定律的发现第31页，课件共94页，创作于2023年2月欧姆开始用伏打电堆作电源。1821年塞贝克发明温差电偶后，改用温差电偶做电源。1826年，欧姆先后发表了两篇论文。第一篇题为：《论金属传导接触电的定律及伏打仪器和希外格尔倍加器的理论》，报导了他的实验结果。第二篇题为《由伽伐尼电力产生的电现象的理论》，仿照傅里叶的热传导理论，从理论上推出欧姆定律。1827年，欧姆发表《用数学推导的伽伐尼电路》一书，严格推导了电路定律。3.7欧姆定律的发现第32页，课件共94页，创作于2023年2月小结吉尔伯特：正确地区分了电力和磁力的同时，认为电和磁是两种截然无关的现象，这个论断影响了二百多年。1660年，德国格里凯发明摩擦起电机。德国克莱斯特和荷兰穆欣布罗克于1745、1746年发明莱顿瓶，提供了储存电的有效方法。1746年，富兰克林证明了证明天电和地电的一致。发现了电荷守恒定律。1767年，英国普列斯特利推论：“电的吸引遵从与万有引力相同的定律，即按距离的平方而变化…”他是真正从实验结果出发进行科学论证而提出电力反平方律的第一人。第33页，课件共94页，创作于2023年2月1771年，卡文迪什已推测出电力“很可能反比于电荷间距离的平方”。1785～1789年，库仑得出完整的库仑定律。静电力平方反比定律的实验验证工作，一直进行着。1971年测量出，同2的差值约小于3×10-16

。1791年伽伐尼发现电流，从静电到动电。1792-1800，伏打发明电堆。1820年，奥斯特发现电流的磁效应，电磁学研究进入一个迅速发展的时期。第34页，课件共94页，创作于2023年2月奥斯特的发现引起的普遍思考：能不能用磁体使导线中产生出电流来？

第35页，课件共94页，创作于2023年2月迈克尔·法拉第(MichaelFaraday,1791—1867)19世纪电磁学领域最伟大的实验物理学家。铁匠的儿子，兄妹10人。小学没毕业就失学，当了装订工。后成为戴维助手。1821年受任为皇家研究所试验室主任。1824年被选为皇家学会会员。1825年任皇家研究院院长。

3.8

电磁感应的发现第36页，课件共94页，创作于2023年2月法拉第的贡献主要贡献发现电磁感应；提出力线的思想，为场的理论建立作出贡献；对光的磁化、电流的化学现象、反磁性发现等有独到见解。第37页，课件共94页，创作于2023年2月广泛的研究课题

铁合金研究（1818－1824）；氯和碳的化合物（1820）；电磁转动（1821）；气体液化（1823，1845）；光学玻璃（1825－1831）；苯的发现（1825）；电磁感应现象（1831）；不同来源的电的同一性（1832）；电化学分解（1832年起）；静电学，电介质（1835年起）；气体放电（1835年）；光、电和磁（1845年起）；抗磁性（1845年起）；“射线振动思想”（1846年起）；重力和电（1849年起）；时间和磁性（1857年起）。3.8

电磁感应的发现第38页，课件共94页，创作于2023年2月1830年以前，法拉第主要是一位化学家。具有卓越的化学才能和工艺才能。化学著作：1827年出版《化学操作》（六百多页）。电学和其他研究之外唯一的书。3.8

电磁感应的发现第39页，课件共94页，创作于2023年2月其他人关于电磁感应的探索：菲涅耳、安培、阿拉果、科拉顿等。3.8

电磁感应的发现第40页，课件共94页，创作于2023年2月日内瓦年轻的科拉顿（JeansDenielColladon,1802～1892）在1825年曾试图用一块磁铁在螺线管中移动使线圈中产生出感应电流。为了排除磁铁移动对灵敏电流计的影响，他用很长的导线把连接于螺线管的电流计放在另一个房间内，他在两个房间里跑来跑去进行实验和观察3.8

电磁感应的发现第41页，课件共94页，创作于2023年2月电磁感应的发现：1831年8月29日，当开关合上有电流通过线圈A的瞬间，小磁针发生了偏转，随后又停在原来的位置上…..。法拉第想到这就是他寻找近十年的由磁产生电流的现象，并称之为“伏打电感应”。3.8

电磁感应的发现第42页，课件共94页，创作于2023年2月10月17日，他在一个圆纸筒上绕了多层线圈，将一个圆柱形的磁棒插入线圈的一端。然后把磁棒迅速地插入螺线圈中，这时线圈所连的电流计的指针动了；抽出磁棒时….。每次把磁棒塞进或抽出时，这种效应都会重现，这就是所谓“磁电感应”现象。第43页，课件共94页，创作于2023年2月1831年11月24日，向皇家学会提交报告，把这种现象定名为“电磁感应”，并概括了五种类型：变化的电流，变化的磁场，运动的稳恒电流，运动的磁铁，磁场中运动的导体。1831年11月和1832年1月，提出了“电紧张态”和“磁力线”两个新概念。通过对实验现象的思考，意识到了磁力线的传播是需要时间的。引入了“电力线”的概念，设想电力也像磁力一样是通过力线传播的。1851年，论文《论磁力线》，系统地阐述了他所用到的概念，总结了电磁感应定律。3.8

电磁感应的发现第44页，课件共94页，创作于2023年2月法拉第的力线思想：电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线将电荷（或磁极）联系在一起。力线就象是从电荷（或磁极）发出、又落到电荷（或磁极）的一根根皮筋一样，具有在长度方向力图收缩，在侧向力图扩张的趋势。法拉第力线的实质是场，是近距理论的核心。3.8

电磁感应的发现第45页，课件共94页，创作于2023年2月铁屑显示的磁力线。取自法拉第的实验笔记，他在笔记中把铁屑固定下来。这种图象帮助法拉第证明和发展了场的概念。3.8

电磁感应的发现第46页，课件共94页，创作于2023年2月他设想，在带电体、磁体和电流周围的空间存在着某种由电或磁产生的象以太那样的连续介质，起着传递电力和磁力的媒介作用，并称其为“电场”和“磁场”。第一次提出的作为近距作用的“场”的概念。类比流体力学，对场的物理图象作了直观的描述。他关于力线和场的概念，对传统的科学观念是一个重大突破，把近距媒递作用观念引进了物理学中，对电磁学以及整个物理学的发展都产生了深远的影响。劳厄：“正确理解电磁现象的带路人”。

3.8

电磁感应的发现第47页，课件共94页，创作于2023年2月1845年，他用强电磁铁进行实验发现，物质对磁力的作用类似于介质对电力的作用。定义了“抗磁体”和“顺磁体”。并发现，无论是在顺磁体或抗磁体中，磁力线都是连续的曲线，不存在作为“极”的力线的终点。3.8

电磁感应的发现第48页，课件共94页，创作于2023年2月1833年11月，楞茨（俄）得出“楞茨定律”。1847年,赫姆霍兹揭示出，楞茨定律正是电磁现象符合能量转化与守恒定律的具体表现。3.8

电磁感应的发现第49页，课件共94页，创作于2023年2月五十年代，法拉第的科学活动能力有所减弱。他力图找出重力和电之间的相互作用，结果是否定的。但这种探索从法拉第到爱因斯坦，一直到现在仍在继续进行。1862年（71岁），做了最后一批实验，试图发现磁场对放在磁场内的光源发出的光线的影响，未有结果。原因是仪器还不够灵敏，不能探测到这种微细的效应。34年后，塞曼直接从阅读法拉第的实验计划受到启发，他用更精密的仪器重新做实验，发现了塞曼效应。3.8

电磁感应的发现第50页，课件共94页，创作于2023年2月3.8

电磁感应的发现第51页，课件共94页，创作于2023年2月法拉第的研究思路对自然力的统一性、可转化性坚信不移：“我早已持有一种见解，…即物质之力所表现出来的各种形式具有普遍的起源。”3.8

电磁感应的发现第52页，课件共94页，创作于2023年2月2146.长期以来，我就持有一种观点，几乎是一种信仰，我相信其他许多爱好自然知识的人也会共同有的，就是物质的力表现出来时所具有的各种形态，都有一个共同的根源，或者换句话说，它们是相互直接联系的，也是相互依赖的，所以它们似乎是可以相互转化的，而且它们的作用的本领是等效的。现在它们相互转化的证据已积累到庞大的程度，因而可以开始确定它们的等效力。3.8

电磁感应的发现第53页，课件共94页，创作于2023年2月法拉第的非凡才智丰富的想象力加上足智多谋的实验才能，工作热情和相应的耐性，能够迅速地分辨假象与真正发现的能力，统观一切的广阔视野。他还具有一些健全的哲学思想，他的深刻的几何学上和空间上的洞察力，以及善于持久思考的能力，正好补偿了他数学上的不足。3.8

电磁感应的发现第54页，课件共94页，创作于2023年2月“我一直冥思苦索什么是使哲学家获得成功的条件。是勤奋和坚韧精神加上良好的感觉能力和机智吗？难道适度的自信和认真精神不是必要的条件吗？许多人的失败难道不是因为他们所向往的是猎取名望，而不是纯真地追求知识，以及因获得知识而使心灵得到满足的快乐吗？我相信，我已见到过许多人，他们是矢志献身于科学的高尚的和成功的人，他们为自己获得了很高名望，但是还有一种他们朝思暮想的名声和奖赏，这就是世界对他们的赞扬和奖赏。因此在他们心灵上总是存在着妒忌或后悔的阴影，我不能设想一个人有了这种感情能够作出科学发现。至于天才及其威力，可能是存在的，我也相信是存在的，但是，我长期以来为我们实验室寻找天才却从未找到过。不过我看到了许多人，如果他们真能严格要求自己，我想他们已成为有成就的实验哲学家了。”3.8

电磁感应的发现第55页，课件共94页，创作于2023年2月缺陷法拉第提出了“力线”和“场”这样深刻而伟大的思想，但未能把他的成果用数学术语概括为精确的定量理论，他的形象直观的表述也被科学界看作是缺乏理论的严谨性。3.8

电磁感应的发现第56页，课件共94页，创作于2023年2月法拉第在科学上没有直接的学生和合作者。他的工作方法，尤其是他思考物理问题的方法，都妨碍了他建立自己的学派。形式数学知识的缺乏，加上他的丰富和敏捷的想象力，使他难于和别人进行学术交往。只有麦克斯韦能够真正地探测出他的思想。“我从来没有学生来帮助我，我总是自己动手准备实验和做实验，一边工作，一边思考。我认为我不能和别人一起工作，或者把所想的讲出来，或者及时地解释我的思想。有时我和我的助手一起在实验室里好几小时或好几天，他准备讲演用的仪器，或者做清洗工作，我们之间几乎不说一句话。”3.8

电磁感应的发现第57页，课件共94页，创作于2023年2月1813年起，法拉第总共工作了40多年。1860年前后法拉第的研究活动结束时，写下8册日记，达到一万六千多条，记录他的研究成果、计划、设想和实验经过、成功经验、失败教训。电磁学方面的工作，汇总在巨著《电学的实验研究》中，共30篇，3362条。全书几乎没有一个数学公式，详尽描述了他的各个实验，深刻分析了它们的物理实质。3.8

电磁感应的发现第58页，课件共94页，创作于2023年2月高度评价"他的敏捷和活跃的品质，难以用言语形容。他的天才光辉四射，使他的出现呈现出智慧之光，他的神态有一种独特之美，这有幸在他家里--皇家学院见过他的任何人都会感觉到的，从思想最深刻的哲学家到最质朴的儿童。"——开尔文一生最大的发现，是发现了法拉第。——戴维我们把法拉第首先看作是科学家中最有成效最高尚的典型。——麦克斯韦铁匠的儿子法拉第，在青年时代的早期，作过装订工人的学徒，临死时是所有科学学会的会员，是那时物理学家公认的领袖。——斯托列托夫3.8

电磁感应的发现第59页，课件共94页，创作于2023年2月3.9

电磁理论的两大学派大陆派电动力学：主张超距论，没有场的概念安培的超距电动力学：理论不能说明电磁感应，也没有包括库仑定律，对静电领域无能为力。1846年，德国的韦伯：提出“电的力学的一般法则”，把库仑的静电力、安培的电动力和法拉第的电磁感应力统一于一个公式中。韦伯把电流看作是由数量相等的正负两种电荷在同一导线上沿相反方向以同一速度运动构成的，突破了经典力学的中心力概念。1845－1848年，德国的纽曼：在超距作用力的基础上运用安培的电动力学，发展了电磁感应理论，第一次给这个定律确定了数学形式。第60页，课件共94页，创作于2023年2月法拉第学派：主张近距作用和力线的思想(场的观念)。高斯曾企图把通过介质传递电作用的过程表示成数学公式，没有取得成功。1853年，德国数学家黎曼曾用弹性以太模型说明电磁现象，提出了电力传播方程。麦克斯韦继承了法拉第的力线思想和近距作用观点，同时吸取了大陆派电动力学的成果，创建了电磁场理论。3.9

电磁理论的两大学派第61页，课件共94页，创作于2023年2月建立经典电动力学，统一了电、磁、光现象。统计力学的创建人之一。与牛顿、爱因斯坦齐名。Maxwell麦克斯韦(JamesClerkMaxwell,1831-1879)第62页，课件共94页，创作于2023年2月第63页，课件共94页，创作于2023年2月3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立法拉第——十九世纪最伟大的实验物理学家麦克斯韦——十九世纪最伟大的理论物理学家。现代电学理论的奠基人，热力学和统计力学的创建者之一。普朗克：“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界”。第64页，课件共94页，创作于2023年2月1831年6月13日出生于爱丁堡。1847年入爱丁堡大学，三年后转入剑桥大学学习数学，威廉·汤姆孙当时已是这个学院的教授。

1854年以一等优异成绩毕业,留校任教。曾在阿伯丁和伦敦的国王学院执教.在父亲1865年死后即回苏格兰家乡继承产业，并从事个人研究。1871年，被说服返剑桥大学，受聘创建剑桥大学卡文迪什实验室，并任第一任主任。1879年11月5日，麦克斯韦在剑桥死于癌症，年仅48岁。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第65页，课件共94页，创作于2023年2月麦克斯韦第一任卡文迪许教授,立下了建设实验室的宗旨:“主的作为是精深博大的,发掘你所感兴趣的东西吧!”(圣经名言,刻在实验室的大门上)第66页，课件共94页，创作于2023年2月在剑桥时，打下了扎实的数学基础，为数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。阅读了W.汤姆生的科学著作，十分赞同法拉第提出的新观点，精心研究法拉第的《电学的实验研究》。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，看出了它们之间实际上贯穿着一些简单的规律。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第67页，课件共94页，创作于2023年2月依据库仑、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磁理论体系；预言了电磁波的存在；揭示了光和电磁现象本质的统一性；完成了物理学的又一次大综合。奠定了现代的电力、电子和无线电的基础。在天体物理学、气体分子运动论、统计物理学等方面，也作出了卓越的成绩。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第68页，课件共94页，创作于2023年2月麦克斯韦建立了完整的电磁理论体系；预言了电磁波的存在；揭示了光的电磁本性；完成了物理学的第二次大综合；奠定了现代电力、电子和无线电的基础。库仑高斯欧姆安培毕奥、萨伐尔法拉第1234563.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第69页，课件共94页，创作于2023年2月麦克斯韦电磁场理论的建立过程W·汤姆逊以理论物理学家的素养，对法拉第的理论进行了类比研究和数学概括，有力地支持了法拉第通过力线表达出来的近距作用观点，为麦克斯韦电磁学数学理论的研究提供了方向性和方法论的启示。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第70页，课件共94页，创作于2023年2月麦克斯韦电磁场理论的建立过程第一篇论文——《论法拉第力线》（1856年）。法拉第的力线概念获得了精确的数学表述，并由此导出了库仑定律和高斯定律。只是限于把法拉第的思想翻译成数学语言，还没有引导到新的结果。认识到类比只能对各种物理现象的共性作出几何学的抽象。电磁现象有别于流体力学现象，电与磁也各有其特殊的性质。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第71页，课件共94页，创作于2023年2月第二篇论文——《论物理力线》（1861年）。从物理的角度研究法拉第力线，提出力线的机械模型－电磁以太模型。提出位移电流和涡旋电场两大重要假设。取得了对电磁现象认识的决定性突破，为最终创立电磁场理论奠定了基础。进一步发展了法拉第的思想，扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。第72页，课件共94页，创作于2023年2月第三篇论文——《电磁场的动力学理论》(1864年)。运用场论观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。用场的观点总结了电磁理论，构建了全新的理论框架。从他的方程组直接推导出磁干扰传播的波动方程，证明了磁扰动的横波性质，并再次证明了这个传播速度就等于韦伯实验中的数值。他写道：“这个速度与光的速度如此接近，因而我们有充分理由得出结论说，光本身（包括热辐射和其他辐射）是一种电磁扰动，它按照电磁定律以波的形式通过电磁场传播。”3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第73页，课件共94页，创作于2023年2月1873年出版《电磁通论》。集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第74页，课件共94页，创作于2023年2月1856年《论法拉第力线》。运用类比方法研究法拉第力线，成功地实现了关于法拉第力线的数学表述。1861年《论物理力线》。从物理的角度去研究法拉第力线，提出一个关于力线的机械模型，即电磁以太模型。创造性地提出位移电流和涡旋电场的两大重要假设。取得了对电磁现象认识的决定性突破，为最终创立电磁场理论奠定了基础。1865年《电磁场的动力学理论》。用场的观点总结了电磁理论，构建了全新的理论框架。从他的方程组直接推导出磁干扰传播的波动方程，证明了磁扰动的横波性质，并再次证明了这个传播速度就等于韦伯实验中的数值。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第75页，课件共94页，创作于2023年2月1856年1861年1865年《论法拉第力线》。运用类比方法研究法拉第力线，成功地实现了关于法拉第力线的数学表述。

《论物理力线》。从物理的角度去研究法拉第力线，提出一个关于力线的机械模型，即电磁以太模型。创造性地提出位移电流和涡旋电场的两大重要假设。取得了对电磁现象认识的决定性突破，为最终创立电磁场理论奠定了基础。《电磁场的动力学理论》。用场的观点总结了电磁理论，构建了全新的理论框架。从他的方程组直接推导出磁干扰传播的波动方程，证明了磁扰动的横波性质，并再次证明了这个传播速度就等于韦伯实验中的数值。Process3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第76页，课件共94页，创作于2023年2月麦克斯韦成功的基本要素寻找不同现象之间的联系。重视科学方法的应用。“为了采用某种物理知识而获得物理思想，我们应当了解物理相似性的存在。……利用这种类似，可以用其中之一，说明其中之二。”想象力丰富，大胆猜测假设。对理论完美和谐的不懈追求。他认为：自然界是和谐的，一种反映自然规律的理论，如果框架上不完善，不和谐，也就意味着要进一步改进和探索。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第77页，课件共94页，创作于2023年2月麦克斯韦成功的要素寻找不同现象之间的联系重视科学方法的应用。“为了采用某种物理知识而获得物理思想，我们应当了解物理相似性的存在。”想象力丰富，大胆猜测假设。对理论完美和谐的不懈追求。他认为：自然界是和谐的，一种反映自然规律的理论，如果框架上不完善，不和谐，也就意味着要进一步改进和探索。3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第78页，课件共94页，创作于2023年2月麦克斯韦理论完美的对称性电场和磁场的对称性空间和时间的对称性3.10

麦克斯韦电磁场理论的建立第79页，课件共94页，创作于2023年2月3.11

赫兹发现电磁波实验德国物理学家，生于汉堡。基尔霍夫和亥姆霍兹的学生。1888年，用实验证实了电磁波的存在。于1894年元旦因血中毒逝世，年仅36岁。赫兹(HeinrichRudolfHertz,1857～1894)第80页，课件共94页，创作于2023年2月贡献及意义最伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在。由法拉第开创，麦克斯韦总结的电磁理论，至此才取得决定性的胜利。1888年是近代科学史上的一座里程碑。赫兹的发现具有划时代意义：证实了麦克斯韦的理论，开创了无线电电子技术的新纪元。3.11

赫兹发现电磁波第81页，课件共94页，创作于2023年2月赫兹之前的工作：赫姆霍茨在1847年得出结论：莱顿瓶的放电具有振荡的性质；1853年，W．汤姆逊对这个现象给予了数学处理。1879年，柏林科学院有奖征文：“用实验建立电磁力和绝缘体介质极化的关系”，要求证明以下假设：（1）如果位移电流存在，必定会产生磁效应；（2）变化的磁力必定会使绝缘体介质产生拉移电流；（3）在空气或真空中，上述两个假设同样成立。成为赫兹进行电磁波实验的先导。3.11

赫兹发现电磁波实验第82页，课件共94页，创作于2023年2月赫兹的研究：1885年：利用振荡线圈发现当初级绕组中输入一个脉动电流时，次级绕组两端的狭缝中间便会产