物理学史第三章_电磁学和光学史

【物理学史】4振动和波、电磁场和电磁波、光学、相对论（选修3-4）学无捷径，但有方法；任何事情的成功，都有一定的方法可循！——坤哥物理- 1 - 【物理学史】4振动和波、电磁场和电磁波、光学、相对论（选修3-4）《振动和波》1、17世纪，荷兰物理学家惠更斯确定了单摆周期公式。

周期是2s 的单摆叫秒摆。

2、1690年，荷兰物理学家惠更斯提出了机械波的波动现象规律——惠更斯原理。

3、奥地利物理学家多普勒（1803-1853）首先发现由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象——多普勒效应。

【相互接近，f 增大；相互远离，f 减少】《电磁场和电磁波》1、1864年，英国物理学家麦克斯韦发表《电磁场的动力学理论》的论文，提出了电磁场理论，预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波，为光的电磁理论奠定了基础。

电磁波是一种横波2、1887年，德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测定了电磁波的传播速度等于光速。

3、1894年，意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电报，揭开无线电通信的新篇章。

4、1800年，英国物理学家赫歇耳发现红外线；1801年，德国物理学家里特发现紫外线；1895年，德国物理学家伦琴发现X 射线（伦琴射线），并为他夫人的手拍下世界上第一张X 射线的人体照片。

《光学》1、1621年，荷兰数学家斯涅耳找到了入射角与折射角之间的规律——折射定律。

2、1801年，英国物理学家托马斯·杨成功地观察到了光的干涉现象。

3、1818年，法国科学家菲涅尔和泊松计算并实验观察到光的圆板衍射—泊松亮斑。

4、1864年，英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存在，指出光是一种电磁波；1887年，赫兹证实了电磁波的存在，光是一种电磁波。

5、关于光的本质：17世纪明确地形成了两种学说：一种是牛顿主张的微粒说，认为光是光源发出的一种物质微粒；另一种是荷兰物理学家惠更斯提出的波动说，认为光是在空间传播的某种波。

电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响电、磁、光是我们生活中非常重要的三个物理现象，早期对于电、磁、光的研究是相互独立的。

随着物理学的发展，人类对电、磁、光有了更深入的理解，其发展也逐渐从一开始的独立发展最终走向了统一，对近现代物理的发展产生了重大影响。

对这三门学科统一过程的探讨虽有文献[1，2]，但都有各自偏重的方面，且大部分缺少对近现代物理影响的必要探讨。

2 电学、磁学和光学的独立发展2.1 电学人类对于电的研究起始于被记录在公元前2750年的古代埃及的文献中的放电的鱼，在随后的几千年里，古代希腊、罗马以及阿拉伯的自然学家和医生也对这种会放电的鱼有相应的描述。

另外一方面，当时地中海附近的文化已经知道了有些物质，比如棒状的琥珀可以在与猫的皮毛摩擦后产生吸引轻小物质的性质，哲学家Thales对这一现象进行了一系列的观察，但他错误地认为摩擦造成的原因是琥珀具有磁性。

直到1600年，英国科学家William Gilbert才对这个现象给出了正确的解释，并引入了电这个概念。

关于电的本性的探讨在最初的电学科学史上占据了重要的地位，Benjamin Franklin通过风筝实验，证实了闪电也是电（1752年）；随后，Luigi Galvani证明了生物电也是电（1791年）。

18世纪电学发展的另一个重要内容是电的产生和储存。

Otto Vou Guoricke发明了摩擦起电机，Pieter Van Musschenbroke发明了莱顿瓶储存电荷，Alessandro Volta发明伏打电池，使用的是电化学反应，为科学研究电学现象提供了稳定的电源。

电学早期的科学史上的一个高峰是1785年Charles-Augustin de Coulomb通过扭秤实验得到的库仑定律，该定律指出了电荷之间相互作用的定量结果。

2.2 磁学磁（magnetism）来自于希腊语。

古代的人们注意到磁铁矿的碎片可以吸引铁，由此发现了磁。

物理学史高中总结：电磁1. 引言电磁学是物理学中一门重要的学科，研究电（电荷）和磁（磁场）之间的相互作用以及它们的产生、传播和应用。

本文将以高中物理学的角度，总结电磁学在物理学史中的重要里程碑。

2. 电磁学的起源2.1 古代电磁学电磁学的起源可以追溯到古代希腊时期。

古希腊哲学家泰勒斯和希波达墨斯观察到琥珀经摩擦后可以吸引轻物体，这是最早的电现象。

在古希腊和古罗马时期，一些学者也注意到磁石具有吸引铁器的能力。

2.2 法拉第电磁学理论电磁学的发展真正迈进一个新阶段是在19世纪。

英国物理学家法拉第通过一系列实验，揭示了电流通过导线时会产生磁场，并且变化的磁场又会诱导出电流。

他提出了法拉第电磁学理论，奠定了电磁学的基础。

3. 电磁学的重要事件3.1 麦克斯韦方程组的发展19世纪末，苏格兰物理学家麦克斯韦对法拉第电磁学理论进行了深入研究，从而发展出了著名的麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组将电磁学描述为一组微分方程，统一了电磁现象的描述和预测体系，极大地推动了电磁学的发展。

3.2 电磁波的发现根据麦克斯韦方程组的推导，麦克斯韦预测存在可传播的电磁波。

1895年，意大利物理学家马兹韦尔·普朗克通过实验证实了电磁波的存在，这是电磁学史上的重要突破之一。

电磁波的发现不仅证明了麦克斯韦方程组的正确性，也为之后的无线电通信技术的发展提供了基础。

3.3 电磁学与相对论的统一当时被麦克斯韦方程组预言的电磁波的传播速度与光速一致，这引起了爱因斯坦的兴趣。

1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论，将电磁学与相对论统一起来。

他的理论认定光速是宇宙中最大的固定速度，并改变了人们对时空观念的理解。

4. 电磁学的应用4.1 电磁学在电力工业中的应用电磁学的理论和实验成果在电力工业中有着广泛的应用。

通过将电能转换成机械能，我们可以实现发电和输电，为人类提供便利的电力服务。

电动机、变压器、发电机等设备的设计和制造离不开电磁学的理论支持。

电磁学与光学的历史及其对近现代物理的影响作者：谢悦希来源：《中国科技纵横》2018年第21期摘要：电、磁、光是生活中常见的三种物理现象。

本文梳理了物理学对于这三种现象研究的独立发展与相互统一的科学史过程；总结了该过程中出现的重要的物理事件和人物；文章最后探讨了电、磁、光的物理统一对于近现代物理的两大重要分支（量子力学和相对论）产生的重要影响，旨在为更深入的研究提供思路。

关键词：电磁学；光学；科学史中图分类号：O31 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0239-021 引言电、磁、光是我们生活中非常重要的三个物理现象，早期对于电、磁、光的研究是相互独立的。

随着物理学的发展，人类对电、磁、光有了更深入的理解，其发展也逐渐从一开始的独立发展最终走向了统一，对近现代物理的发展产生了重大影响。

对这三门学科统一过程的探讨虽有文献[1，2]，但都有各自偏重的方面，且大部分缺少对近现代物理影响的必要探讨。

2 电学、磁学和光学的独立发展2.1 电学人类对于电的研究起始于被记录在公元前2750年的古代埃及的文献中的放电的鱼，在随后的几千年里，古代希腊、罗马以及阿拉伯的自然学家和医生也对这种会放电的鱼有相应的描述。

另外一方面，当时地中海附近的文化已经知道了有些物质，比如棒状的琥珀可以在与猫的皮毛摩擦后产生吸引轻小物质的性质，哲学家Thales对这一现象进行了一系列的观察，但他错误地认为摩擦造成的原因是琥珀具有磁性。

直到1600年，英国科学家William Gilbert才对这个现象给出了正确的解释，并引入了电这个概念。

关于电的本性的探讨在最初的电学科学史上占据了重要的地位，Benjamin Franklin通过风筝实验，证实了闪电也是电（1752年）；随后，Luigi Galvani证明了生物电也是电（1791年）。

18世纪电学发展的另一个重要内容是电的产生和储存。

Otto Vou Guoricke发明了摩擦起电机，Pieter Van Musschenbroke发明了莱顿瓶储存电荷，Alessandro Volta发明伏打电池，使用的是电化学反应，为科学研究电学现象提供了稳定的电源。

物理中的光学与电磁学（物理知识点）光学与电磁学是物理学中重要的分支领域，研究光的传播、反射、折射以及电磁波的性质和行为。

这两个领域的发展和应用对现代科学和技术产生了巨大的影响。

本文将介绍光学与电磁学的基本概念和重要知识点，包括光的特性、光的传播、光的反射和折射、电磁波的特性和电磁波的传播。

1. 光的特性光是一种电磁波，具有粒子性和波动性。

它是由光子组成的，具有能量和动量。

光的颜色是由它的频率决定的，不同频率的光有不同的颜色。

光的速度在真空中是恒定的，为光速，约为3×10^8米/秒。

2. 光的传播光的传播可以用光线和光波两种模型来描述。

光线模型认为光是沿着直线传播的，可以用来解释光的反射和折射现象。

光波模型认为光是以波动方式传播的，可以用来解释光的干涉和衍射现象。

3. 光的反射光线照射到物体表面时，会发生反射现象。

根据反射定律，入射角等于反射角。

反射现象在我们日常生活中随处可见，例如光线照射到镜子上时会产生镜面反射。

4. 光的折射光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。

根据折射定律，入射角的正弦与折射角的正弦的比值等于两种介质的折射率的比值。

这一现象在光的折射透镜和棱镜中得到广泛应用。

5. 电磁波的特性电磁波是由互相垂直的电场和磁场组成的波动现象。

电场和磁场的振幅、频率和相位决定了电磁波的性质和行为。

电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

6. 电磁波的传播电磁波在真空中传播的速度也是恒定的，等于光速。

根据波长和频率的关系，电磁波可以分为不同的区域，包括无线电波、可见光和X射线等。

电磁波在传播过程中能量的损耗和衰减可以通过衍射和透射等现象来解释。

总结：光学与电磁学是物理学中重要的分支领域，研究光的传播和电磁波的特性和行为。

光学研究光的反射和折射现象，电磁学研究电磁波的传播和性质。

光的特性包括粒子性和波动性，光的传播可以用光线和光波模型描述。

光的反射和折射现象可以用反射定律和折射定律来解释。

光学和电磁学吴大猷1．光学有关光现象的研究领先于电和磁现象的研究一个世纪。

最早知道的光传播的特征是直线传播以及由W．斯涅耳（1591-1676）于1621年实验发现的反射和折射定律。

但是，光理论发展的历史（在17～18世纪期间）是一段复杂的历史，其中包含了许多伟大人物的名字，像笛卡儿、惠更斯（1629-1695）、胡克（1635-1703）、牛顿、杨（1773-1829）、菲涅耳（1788-1827）等等，都卷入了微粒说和波动说之间的争论。

下面我们只能提供一个非常简要的梗概。

笛卡儿有一个关于事物的总纲要：宇宙的机械论观点。

他把以太概念作为具有机械性质的介质引入物理学。

他关于（微粒）光的折射定律的演绎暗示，它在（比方说）水中的速度大于在空气中的速度。

顺便说一句，牛顿的光微粒说也导致了同样的错误结论。

费马（1601-1665）于1657年提出了光传播的最小时间原理（Principle of Least Time）。

这个变分原理形式的数学定律具有普遍性和重要性，他是在物理学中以这种形式表达定律（或原理）的先驱；这个定律也优于笛卡儿的理论，因为它作了正确的假定，即光速在（比方说）水中比在空气中要小。

然而，该原理的推导是基于形而上学考虑而非物理学考虑的。

罗伯特·胡克是一位比牛顿稍年长的同代人。

他赞成光的波动说（1667年），而牛顿坚持微粒说。

牛顿于1666年发现棱镜分离太阳光成光谱，并于1671-1672年批评胡克的理论，由此在他们两人之间展开了一场争论，弄得关系紧张。

人们认为，这可能是造成牛顿后来不愿出版他的著作的因素之一。

牛顿拒绝接受波动说，是由于波动说不能说明光的直线传播，因为在托马斯·杨1801-1803年的实验之前，衍射现象尚不知道。

另一方面，偏振和双折射现象已由牛顿于1717年在光的两侧性（two sidedness）基础上得到“解释”，而且值得注意的是，他事实上利用偏振现象作为反对“波动说”的强有力证据，因为那时理解的波动说考虑的是纵向声波的那种波。

问苍天巧借雷电向暴君争取民权富兰克林及其电荷守恒定律和电的本质的发现从远古开始，无论是中国还是西方都有对电、磁现象观察的记载。

16世纪后半叶以 后，实验风气逐渐兴起，人们发明了产生电荷和储存电荷的起电机、莱顿瓶，发现了电 流，制成了最早的电源一一电堆。

这不仅加深了人们对电现象和磁现象的认识，并且为进 一步探索电磁现象的规律作好了物质准备。

在静电学发展过程中不得不提到一位美国物理学家的重要贡献，那就是本节的主人公一一富兰克林。

本杰明.富兰克林(BenjaminFranklin,1706-1790)一个贫穷的制烛工人家庭，在家里十七个孩子中排行 是美国政治家、物理学家，同时也是出版商、印刷 商、、、；更是杰出的及。

他是时重要的领导人之 与了多项重要文件的草拟，并曾出任美国驻大使，成 法国支持美国独立。

富兰克林富兰克林的初期创造才能表现在许多发明上，尤 的是改进火炉和双焦眼镜。

但他的最大成就是在电学方面, 是发现了电荷守恒定律。

1746年，居于美国费城的富兰克林收到了英国皇家学会朋友赠送 的一只莱顿瓶及使用方法，这样莱顿瓶带来的电学知识很快就传播到了北美。

富兰克林利 用莱顿瓶做了大量的静电方面的实验，他发现，两个带有不同性质电荷的带电体相互接触 后可以呈现中性。

根裾这种相消性和数学上的正、负数的概念，他把“阳电”称为正电，把“阴电”称为负电，并进一步从电荷的相消性，推出如下结论 ：①正电和负电，在本质上 不应有什么差别；②摩擦起电过程中，总是形成等量的异种电荷；③摩擦起电过程中，一 方失去的电荷与另一方得到的电荷在数量上相等。

于是，在上述推论的基础上，他总结出 一个普遍的原理：电荷既不能创生也不能消灭，只不过是从某一个带电体转移到另外一个 带电体；在电荷转移过程中，电荷的总量是不变的。

这就是电荷守恒定律的最原始的表述 方式。

电荷守恒定律是物理学中一条比较普遍的守恒定律，富兰克林为电磁学大厦建立了 第一块颇为重要的奠基石。

物理学中的光学与电磁学物理学中的光学与电磁学是两个重要的领域，它们对于我们理解光、电磁波和光学现象起着关键作用。

本文将介绍光学与电磁学的基本概念、原理和应用。

一、光学光学是物理学中研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的学科。

光学的研究可以追溯到古代，人类对光的性质和行为有着浓厚的兴趣。

随着时间的推移，人们对光的研究逐渐深入，发展出了现代光学的理论和实验基础。

1. 光的传播光是由电磁波组成的。

在光的传播过程中，光的速度与介质相关。

在真空中，光的速度为299,792,458米/秒，通常记为c。

当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象，即光线的传播方向会发生偏转。

折射现象可以用斯涅尔定律来描述。

2. 光的反射光的反射是指光线遇到界面时，部分能量被原来的介质反射回去。

反射现象也可以用斯涅尔定律来解释。

光的反射有两种类型：镜面反射和漫反射。

镜面反射是指当光线遇到光滑的界面时，光线以相同的角度反射出去。

漫反射是指当光线遇到粗糙的表面时，光线以不同的角度反射。

3. 光的折射光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时发生的偏折现象。

折射现象可以用斯涅尔定律来解释。

当光从光疏介质传播到光密介质时，它会向法线成一个较小的角度偏折；当光从光密介质传播到光疏介质时，它会向法线成一个较大的角度偏折。

4. 光的干涉光的干涉是指两束或多束光线相互叠加时所产生的干涉现象。

根据干涉的性质，可以将光的干涉分为两类：构造干涉和破坏干涉。

构造干涉是指干涉光的相位差为整数倍时，光强增强；破坏干涉是指干涉光的相位差为半整数倍时，光强减弱。

二、电磁学电磁学是物理学中研究电磁现象和电磁场的学科。

电磁学是物理学的一个重要分支，它结合了电和磁的相互作用关系，揭示了自然界中电和磁的统一本质。

1. 电场和电荷电场是指由电荷引起的空间中的力场。

电荷是电场的源，它可以是正电荷或者负电荷。

正电荷和负电荷之间存在相互排斥的力，而同种电荷之间存在相互吸引的力。

物理学公开课电磁学与光学物理学公开课：电磁学与光学近年来，物理学在科学研究和现代技术的发展中扮演着重要角色。

电磁学和光学作为物理学的两大重要分支，在我们的日常生活和科学实验中起着关键的作用。

本次公开课将向大家介绍电磁学和光学的基本概念、原理及其应用。

第一章：电磁学基本概念1. 电磁学的定义与发展历程电磁学研究电、磁及其相互作用的学科，是经典物理学的重要组成部分。

从电磁感应到电磁波，电磁学的发展为我们揭示了自然界中电磁现象的本质。

2. 电场与电荷电场是由电荷产生的力场，通过描述电荷与其周围的相互作用来研究电场的性质。

库仑定律揭示了电荷之间的相互作用规律。

3. 磁场与电流根据安培定律，电流通过导线时会产生磁场。

磁场对电荷和电流产生力的作用被研究在磁场理论中。

第二章：电磁学原理与应用1. 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁学的基本规律。

它由四个方程组成，分别是高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培环路定律和法拉第定律。

2. 电磁波与通信技术电磁波是由变化的电流或电场产生的，在空间中具有传播特性。

我们将探讨电磁波的性质及其与通信技术的应用，如无线电、微波和光信号传输等。

第三章：光学基本原理1. 光的性质与传播光是一种电磁波，其波长范围在可见光区域。

我们将学习光的波动性和粒子性，光的干涉、衍射和偏振等基本特性。

2. 光的反射与折射光的反射与折射是光在与介质界面相交时的基本现象。

根据斯涅尔定律和菲涅尔公式，我们可以计算出光的反射角和折射角。

第四章：光学应用与发展1. 反射和折射的应用反射和折射现象被广泛应用于透镜、镜子、眼镜等光学器件中，从而实现光的聚焦和成像。

另外，光纤通信技术也是基于光的反射和折射。

2. 光的色散与光谱学色散现象是指在介质中，不同波长的光被折射角度不同的现象。

这个现象在光谱学中有广泛的应用，用来研究光的波长和频率。

总结：电磁学和光学作为物理学的重要分支，对于我们理解自然现象和推动科技发展起着关键的作用。

《高中物理学史知识点总结》物理学的发展是一部波澜壮阔的历史画卷，它不仅展现了人类对自然规律的不懈探索，也为现代科技的进步奠定了坚实的基础。

在高中物理学习中，了解物理学史对于深入理解物理概念和规律至关重要。

本文将对高中物理学史知识点进行全面总结。

一、力学部分1. 亚里士多德亚里士多德是古希腊著名的哲学家和科学家。

他认为力是维持物体运动的原因，重物下落比轻物快。

虽然他的观点在现在看来存在错误，但在当时对物理学的发展起到了一定的推动作用。

2. 伽利略伽利略是近代科学的奠基人之一。

他通过理想斜面实验推翻了亚里士多德的观点，指出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。

他还发明了天文望远镜，对天文学的发展做出了巨大贡献。

3. 牛顿艾萨克·牛顿是英国著名的物理学家、数学家和天文学家。

他提出了万有引力定律和牛顿运动三定律，奠定了经典力学的基础。

万有引力定律解释了天体运动的规律，牛顿运动三定律则描述了物体在力的作用下的运动规律。

二、热学部分1. 布朗英国植物学家布朗在 1827 年发现了布朗运动，即悬浮在液体中的微粒不停地做无规则运动。

布朗运动间接证明了分子的无规则运动。

2. 克劳修斯和开尔文德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔文分别独立地提出了热力学第二定律。

克劳修斯表述为：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。

开尔文表述为：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。

三、电磁学部分1. 库仑法国物理学家库仑通过扭秤实验得出了库仑定律，即真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。

2. 奥斯特丹麦物理学家奥斯特在 1820 年发现了电流的磁效应，即通电导线周围存在磁场。

这一发现打破了长期以来认为电与磁没有联系的观念。

3. 法拉第英国物理学家法拉第经过十年的不懈努力，终于在 1831 年发现了电磁感应现象，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。

新课程高考高中物理学史必修部分：一、力学：1、1638年，意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快；并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验，证明了他的观点是正确的，推翻了古希腊学者亚里士多德的观点（即：质量大的小球下落快是错误的）；2、1687年，英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律（即牛顿三大运动定律）。

3、17世纪，伽利略通过构思的理想实验指出：在水平面上运动的物体若没有摩擦，将保持这个速度一直运动下去；得出结论：力是改变物体运动的原因，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。

同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出：如果没有其它原因，运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。

4、20世纪初建立的量子力学和爱因斯坦提出的狭义相对论表明经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体。

5、1638年，伽利略在《两种新科学的对话》一书中，运用观察－假设－数学推理的方法，详细研究了抛体运动。

6、人们根据日常的观察和经验，提出“地心说”，古希腊科学家托勒密是代表；而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”，大胆反驳地心说。

7、17世纪，德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律；8、牛顿于1687年正式发表万有引力定律；1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量；9、1846年，英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈应用万有引力定律，计算并观测到海王星，1930年，美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。

10、我国宋朝发明的火箭是现代火箭的鼻祖，与现代火箭原理相同；俄国科学家齐奥尔科夫斯基被称为近代火箭之父，他首先提出了多级火箭和惯性导航的概念。

11、1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星；1961年4月，世界第一艘载人宇宙飞船“东方1号”带着尤里加加林第一次踏入太空。