物理学史第五讲电学从定性到定量的过程

1、提纲 电学的早期研究 来自引力的启示 卡文迪什和米切尔的工作 库仑的扭秤实验 对比方法 库仑定律的进一步验证,电学从定性到定量的过程,早期研究（点击可看详情） 公元前5世纪 古希腊人 Electron (琥珀） 1660 盖里克 起电机 1705 豪克斯比 起电机 1720 格雷 电的传导 1733 杜芳 两种不同的电 1745 克雷斯第 姆士布雷克 莱顿瓶的发明 1747 富兰克林 电的守恒 1754 康顿 静电感应 1750 米切尔 提出磁极之间的作用力 服从平方反比定律 1785 库仑 平方反比的电力定律 库仑定律的发现是转折点 从此电学从定性走向定量 这是电学的第一个基本定律,来自引力

2、的启示 1755 Flanklin 根据罐头实验提出疑问 1759 Aepinus 想象电力随距离减弱 1760 D.Bernoulli 提出平方反比思想 1767 Priestley 运用牛顿的推理 1769 Robison 用平衡秤做实验 1750 Mitchell 提出磁极之间的作用力服从平方反比定律 1773 Cavendish 用同心球做实验 1785 Coulomb 用扭秤做实验 1873 Maxwell 改进Cavendish的实验 1936 Plimpton 等人 运用电子放大器 1971 Williams等人 运用光导纤维和锁定技术,详情请看专题“库仑定律的发现与验证”,富兰

3、克林的空罐实验（也叫冰桶实验）对电力规律有重要启示。1755年，他在给兰宁(John Lining)的信中，提到过这样的实验： “我把一只品脱银罐放在电支架（按：即绝缘支架）上，使它带电，用丝线吊着一个直径约为1英寸的木椭球，放进银罐中，直到触及罐的底部，但是，当取出时，却没有发现接触使它带电，象从外部接触的那样。”,Priestley 运用牛顿的推理,推断电力服从平方反比规律。 左图为牛顿自然哲学数学原理中的一页。,牛顿对自然力的分类 长程力 引力 电力 磁力 短程力 光与物质相互作用力 聚合力 发酵（化学作用力） 米切尔 1750年提出磁力的平方反比定律。 卡文迪什 1773年证明电力的平

4、方反比定律； 1798年用扭秤测量地球密度。,H.卡文迪什,H.卡文迪什的论文,详情请看专题 “库仑定律的发现与验证”,如果电力不遵守平方反比，情况会怎样？,几点启示： 类比方法很有用，静电学的发展得益于牛顿力学的基本框架 实验技术和实验精度日新月异，实验思想往往一脉相承 经典实验有现实意义,类比的方法 现象之间类比 声光对比、机械振动与电磁振荡的相似性 借形 抽象 具体 模型、 数学形式有共性 力学中的平移和转动 拉普拉斯方程普遍适用于有位场 作用 明确方向 借鉴、移殖 抓住共性,0,静电学的发展明显地得益于牛顿力学的启示：,“这些关于数学和电学实验的手稿近20捆，”其中“物体上电荷（分布）的实验，卡文迪什早就写好了详细的叙述，并且费了很大气力书写得十分工整（就象要拿出去发表的样子），而且所有这些工作在1774年以前就已完成，但卡文迪什（并不急于发表）仍是兢兢业业地继续做电学实验，直到1810年去世时，手稿仍在他自己身边。”,“卡文迪什对研究的关心远甚于对发表著作的关心。他宁愿挑起最繁重的研究工作，克服那些除他自己没有别人会重视甚至也没有别人知道的那些困难。我们毋庸怀疑，他所期望的结果一旦获得成功，他会得到多么大的满足，但他并不因此而急于把自己的发现告诉别人