电磁波的发现
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二、电磁波的发现(1)发现者——海因里希·鲁道夫·赫兹海因里希·鲁道夫·赫兹(Heinrich Rudolf Hertz,1857年(丁巳年)2月22日-1894年(甲午年)1月1日),德国物理学家。
(2)发现过程——“赫兹实验”1886年,赫兹制成了一种仪器。
这种一起上有两个抛光的金属球,两球之间有很小的间隙。
这两个金属球接到一个感应圈两端。
由于两求见电压很高,间隙中的气场很强,空气分子被电离,从而形成了一个导电通路。
当有一簇电荷通过时,看上去就是火花。
赫兹还把一根导线弯成环状,导线两端安装两个金属球,其间留有空隙。
当把这个导线环放在距离感应线圈不太远的位置时,他观察到:当感应圈两个金属球间有火花跳过时,导线环两个小球间也跳过了火花。
赫兹推断:当火花在感应圈两个金属球间跳动时,必定建立了一个迅速变化的磁场。
按照麦克斯韦的理论:这种变化的磁场以电磁波形式在空间中传播。
当电磁波经过导线环是,迅速变化的电磁场在导线环中激发了感应电动势,使得导线环的空隙中也产生了火花。
因此,这个导线环便是电磁波的检测器。
而也正是这个导线环,证明了电磁波的存在。
(3)实验延伸——赫兹的贡献在著名的系列实验“赫兹实验”后,赫兹又进行了一系列关于电磁波反射、折射、衍射、干涉和偏振等现象,证明了电磁波与光具有相同的性质。
他还测得,电磁波在真空中具有与光相同的传播速度c。
这样,赫兹证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。
赫兹关于电磁波的实验,为无线电技术的发展开拓了道路。
因此,他被誉为无线电通信的先驱。
后人为了纪念塔,把频率的单位定为赫兹。
电磁波的发现——近代科学史上的一座里程碑1887年,德国物理学家赫兹(H·R·Hertz,1857~1894)用其著名的实验证实了电磁波的存在,为人类科学的发展树立了一个发现不仅证实了麦克斯韦的预言,从而彻底否定了电磁的超距作用,而且导致了无线电的诞生,开辟了电于技术的新纪元。
20世纪以来,电磁波的理论和应用不断取得重大成就,使电磁波成为人类传递信息和能量的最重要的形式之一,使通信(包括卫星通信、光纤通信)、广播、电视、遥测、遥控、遥感、雷达、无线电导航、制导等得以实现;并成为探索宇宙空间和研究微观世界的重要途径。
赫兹,1857年2月22日生于汉堡,他的父亲是一位律师和市参议员,赫兹少年时代就表现出对实验的兴趣,12岁时就有了木工工具和工作台,以后有了车床,常作简单实验仪器。
他先在汉堡市的一所市立初中学习,后来进了当地的一所高中。
1876年赫兹进人德累斯顿工学院学习工程。
由于对自然科学的爱好,转入慕尼黑工学院学习数学和物理。
1878年又转入柏林大学,师从以提出能量守恒而闻名于世的亥姆霍兹(H·Helmboltz,l821一1894)学习物理学。
1880年,赫兹以纯理论性论文《旋转导体电磁感应》获博士学位。
大学毕业后他留校作助教,1883年到基尔大学任讲师。
1885—1888年在卡尔斯鲁厄高等工程学院任实验物理学教授1889年应聘至波恩大学任物理学教授,并接替克劳修斯担任物理研究所所长。
一直在那里工作到1894年1月逝世。
他的著名的证实电磁波存在的实验是在卡尔斯鲁厄高等工程学院完成的。
1864年;英国物理学家麦克斯韦在向皇家学会提出的题为《电磁场的动力学原理》论文中全面阐述了他的电磁理论。
他提出了位移电流概念,预言了电磁波的存在。
电磁理论问世以后,相当长时间里并未得到普遍的承认。
不少著名学者都对这个未经证明的新理论表示怀疑。
当时由于受牛顿力学的影响,不少学者不习惯用“场”来思考问题。
电磁波的发现历程(1831-1888)英国实验科学家法拉第在1831年开始⼀连串重⼤的实验,并发现了电磁感应。
这个重要的发现来⾃于,当他将两条独⽴的电线环绕在⼀个⼤铁环,固定在椅⼦上,并在其中⼀条导线通以电流时,另外⼀条导线竟也产⽣电流。
他因此进⾏了另外⼀项实验,并发现若移动⼀块磁铁通过导线线圈,则线圈中将有电流产⽣。
同样的现象也发⽣在移动线圈通过静⽌的磁铁上⽅时。
他的展⽰向世⼈建⽴起“磁场的改变产⽣电场”的观念。
此关系由法拉第电磁感应定律建⽴起数学模型,并成为四条麦克斯韦⽅程组之⼀。
这个⽅程组之后则归纳⼊场论之中。
法拉第并依照此定理,发明了早期的发电机,此为现代发电机的始祖。
1839年他成功了⼀连串的实验带领⼈类了解电的本质。
法拉第使⽤“静电”、电池以及“⽣物⽣电”已产⽣静电相吸、电解、磁⼒等现象。
在他⽣涯的晚年,他提出电磁⼒不仅存在于导体中,更延伸⼊导体附近的空间⾥。
这个想法被他的同僚排斥,法拉第也终究没有活着看到这个想法被世⼈所接受。
法拉第也提出电磁线的概念:这些流线由带电体或者是磁铁的其中⼀极中放射出,射向另⼀电性的带电体或是磁性异极的物体。
这个概念帮助世⼈能够将抽象的电磁场具象化,对于电⼒机械装置在⼗九世纪的发展有重⼤的影响。
法拉第如浩瀚宇宙般深邃的物理思想,强烈地吸引了同在英国的⼀位年轻⼈——来⾃英国苏格兰爱丁堡的麦克斯韦(詹姆斯麦克斯韦,James Clerk Maxwell,1831~1879)。
麦克斯韦认为,法拉第的电磁场理论⽐当时流⾏的超距作⽤电动⼒学更为合理,他抱着⽤严格的数学语⾔来描述法拉第理论的决⼼闯⼊了电磁学领域,并成为继法拉第之后集电磁学⼤成的伟⼤科学家。
麦克斯韦于1855年左右开始研究电磁学。
在潜⼼研究了法拉第关于电磁学⽅⾯的新理论和思想之后,他坚信法拉第的新理论包含着真理。
他在前⼈成就的基础上,对整个电磁现象作了系统、全⾯的研究,凭借他⾼深的数学造诣和丰富的想象⼒接连发表了电磁场理论的三篇论⽂:《论法拉第的⼒线》(On Faraday’s Lines of Force,1855年12 ⽉);《论物理的⼒线》(On Physical Lines of Force,1862年);《电磁场的动⼒学理论》(A dynamical theory of the electromagnetic field,1864年12⽉8⽇)。
【高二】电磁波的发现1、理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱:变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场。
了解变化的电场和磁场相互联系形成同一的电磁场。
2.了解电磁场在空间中的传播,形成电磁波。
3、了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在物理学发展中的贡献。
体会两位科学家研究物理问题的思想方法。
过程:一、伟大的预言说明:法拉第发现电磁感应现象时,麦克斯韦出生在苏格兰爱丁堡附近。
他从小就在数学和物理方面表现出惊人的天赋。
他热爱科学和思想。
1854年从剑桥大学毕业后,他仔细研究了法拉第的作品。
法拉第关于“场”和“力线”的思想深深吸引了麦克斯韦,但麦克斯韦也发现了法拉第定性描述的弱点,即不能定量描述电场和磁场之间的关系。
因此,这位初出茅庐的科学家决定用他的数学天赋来弥补这一点。
1860年初秋,麦克斯韦打算去法拉第。
尽管他们的年龄不同,气质、爱好和特长也不同,但他们对物质世界的看法却产生了共鸣。
法拉第鼓励麦克斯韦尔:“你不应该停留在数学领域来解释我的观点”,而是要突破它。
说明:麦克斯韦学习了库仑、安培、奥斯特、法拉第、亨利的研究成果,结合了自己的创造性工作,最终建立了经典电磁场理论。
说明:法拉第电磁感应定律告诉我们,当闭合线圈中的磁通量发生变化时,会产生感应电流。
我们知道电荷的定向运动形成电流。
为什么会产生感应电流?一定有感应电场。
因此,麦克斯韦认为法拉第电磁感应的本质是变化的磁场产生电场,电路中的电荷在该电场的作用下定向移动,产生感应电流。
即使在变化的磁场周围没有闭合回路,也应该产生电场。
改变磁场产生电场是一条普遍规律说明:自然规律存在着对称性与和谐性,例如有作用力就有反作用力。
既然变化的磁场能够产生电场,那么变化的电场能否产生磁场呢?麦克斯韦大胆地假设,变化的电场能够产生磁场。
问:什么现象可以解释变化的电场可以产生磁场?(例如,如果通电电磁阀中的电流发生变化,电磁阀内的磁场也会发生变化)说明:根据这两个基本论点,麦克斯韦推断:如果在空间在空间某区域中有不均匀变化的电场,那么这个变化的电场能够引起变化的磁场,这个变化的磁场又引起新的变化的电场.........这样变化的电场引起变化的磁场,变化的磁场又引起变化的电场,变化的电场和磁场交替产生,由近及远传播就形成了电磁波。