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大學(xué)物理論文3000字
導(dǎo)語：回顧電磁學(xué)的歷史，是很有趣的。一直到十八世紀(jì)中，電磁似乎只是一種新奇的玩具──科學(xué)與藝術(shù)一樣，起步時(shí)都有游戲性質(zhì)──但到了后來，其產(chǎn)生的結(jié)果，竟然改造了世界。下面由小編為您整理出的大學(xué)物理論文3000字內(nèi)容，一起來看看吧。
摘要：電磁運(yùn)動是物質(zhì)的又一種基本運(yùn)動形式，電磁相互作用是自然界已知的四種基本相互作用之一，也是人們認(rèn)識得較深入的一種相互作用。在日常生活和生產(chǎn)活動中，在對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的深入認(rèn)識過程中，都要涉及電磁運(yùn)動。因此，理解和掌握電磁運(yùn)動的基本規(guī)律，在理論上和實(shí)際上都有及其重要的意義，這也就是我們所說的電磁學(xué)。
關(guān)鍵詞：電磁學(xué)，電磁運(yùn)動
1. 庫倫定律
17xx年法國物理學(xué)家?guī)靷愑门こ訉?shí)驗(yàn)測定了兩個(gè)帶電球體之間的相互作用的電力。庫倫在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用的規(guī)律，即庫侖定律：
在真空中，兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其大小和他們電荷的乘積成正比，與他們之間距離的二次方成反比;作用的方向沿著亮點(diǎn)電荷的連線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。
這是電學(xué)以數(shù)學(xué)描述的第一步。此定律用到了牛頓之力的觀念。這成為了牛頓力學(xué)中一種新的力。與駑鈍萬有引力有相同之處。此定律成了電磁學(xué)的基礎(chǔ)，如今所有電磁學(xué)，第一必須學(xué)它。這也是電荷單位的來源。
因此，雖然庫倫定律描述電荷靜止時(shí)的狀態(tài)十分精準(zhǔn)，單獨(dú)的庫倫定律卻不容易，以靜電效應(yīng)為主的復(fù)印機(jī)，靜電除塵、靜電喇叭等，發(fā)明年代也在1960以后，距庫倫定律之發(fā)現(xiàn)幾乎近兩百年。我們現(xiàn)在用的電器，絕大部份都靠電流，而沒有電荷(甚至接地以免產(chǎn)生多余電荷)。也就是說，正負(fù)電仍是抵消，但相互移動。──河中沒水，不可能有水流;但電線中電荷為零，卻仍然可以有電流!
2.安培定律
法國物理學(xué)家安培(Andre Marie Ampere, 1775-1836)提出：所有磁性的來源，或許就是電流。他在18xx年，聽到奧斯特實(shí)驗(yàn)結(jié)果之后，兩個(gè)星期之內(nèi)，便開始實(shí)驗(yàn)。五個(gè)月內(nèi)，便證明了兩根通電的導(dǎo)線之間也有吸力或斥力。這就是電磁學(xué)中第二個(gè)最重要的定理“安培定律”：
兩根平行的長直導(dǎo)線中皆有電流，若電流方向相同，則相吸引。反之，則相斥。力之大小與兩線之間距離成反比，與電流之大小成正比。
以后，安培又證實(shí)了通了電流的筒狀線圈之磁性，與磁鐵棒完全一樣。故他提出假說：物質(zhì)之磁性，皆是由物質(zhì)內(nèi)的電流而引起的。這使磁性成為電流的生成物──他后來被譽(yù)為“電磁學(xué)”的始祖(電與磁從此在物理中是分不開的)。他的名字，也成了電流的單位。
安培這個(gè)發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用上極為重要。它提出了用電流而發(fā)出動力，使物體動起來的方法，準(zhǔn)確而可靠。因此，它是電流計(jì)(以及各種電表)、電馬達(dá)、電報(bào)，電話之原理。特別是電報(bào)，在18xx年以后就成了新興事業(yè)，大賺其錢。
安培定律之后，電磁學(xué)理論與應(yīng)用之發(fā)展可以說是風(fēng)起云涌。
3.法拉第定律
法拉第早年是達(dá)維(18xx年發(fā)現(xiàn)金屬鈉和鉀)的助手，他對電解有很周密的研究。他發(fā)現(xiàn)了通電量與分解量有一定的關(guān)系，并且與被分解的元素之原子量有一定的關(guān)系。由此，可以大致導(dǎo)致兩個(gè)結(jié)論：
(1) 每個(gè)原子中有一定的電含量。
(2)原子在化合時(shí)，這些電量起了作用，而通電可使化合物分解。因此，牛頓尋求的分子中的化合之力，必與電有關(guān)。此想法在18xx年由達(dá)維提出，法拉第進(jìn)一步加以驗(yàn)證，至今尚是正確的。
牛頓的萬有引力定律提出之初，受到很多質(zhì)疑。其中之一是：很多人認(rèn)為，兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的物體，無所媒介，而相互牽引，是不可置信的。但是由于萬有引力之大獲成功，這種超距力的概念，不久便被普遍接受了。電磁學(xué)中的庫倫、安培等力之觀念，起始時(shí)亦是這種超距力。
在牛頓前一百年的英國人吉伯特是伊利莎白一世的御醫(yī)。他的一本”論磁” 是有系統(tǒng)地研究電磁現(xiàn)象的第一本書(大部份說磁，因其在當(dāng)時(shí)比較有用)，其重要性是揚(yáng)棄了磁性之神秘色彩，以一種客觀的自然現(xiàn)象來描述之。吉伯特的“論磁”中曾提出’力線’的觀念。這就是說：磁性物質(zhì)發(fā)出一種‘力線’，其它磁性物質(zhì)遇到了這‘力線’便受到力之作用。這樣就避過了‘超距力’的‘反直覺’。
(a)力線不斷、不裂、不交叉打結(jié)，但可以有起頭與終止。例如：電場之力線由正電荷發(fā)出，由負(fù)電荷接受。力線的數(shù)量與電荷之大小成正比。
(b)力線像有彈性的線，在空中互相排斥又盡量緊繃。其密度與施力之大小成正比。
(c)力線有方向性，電力線的方向是對正電荷的施力方向(負(fù)電受力方向相反)，在磁力線是對‘磁北極’的施力方向。
法拉第則更進(jìn)一步，提出了場的概念：空中任意一點(diǎn)，雖然空無一物，但有電場或磁場之存在，這種場可使帶電或帶磁之物質(zhì)受力。而’力線’則是表現(xiàn)‘場’的一種方式。但是，法拉第的‘場’觀念，當(dāng)時(shí)也受到強(qiáng)烈的質(zhì)疑與反對。最重要的理由是這觀念不及‘超距力’之精確。把‘場’觀念精確化，數(shù)學(xué)化的是后來的麥克斯韋。
法拉第發(fā)現(xiàn)，一個(gè)移動的磁鐵或通了電流的筒狀線圈，也可以使附近的線圈中，產(chǎn)生感應(yīng)電流──這就是電磁學(xué)中第三個(gè)最重要的法拉第定律。
這個(gè)定律與庫倫、安培都不同;它是動態(tài)的。第一線圈中的電流變化越快，第二線圈中的電流越大。或磁鐵、有電流的筒狀線圈，移動得越快，第二線圈中的電流也越大。這就是發(fā)電機(jī)的原理。
4.麥克斯韋電磁理論
與法拉第之實(shí)驗(yàn)天才對比，麥克斯韋則是長于數(shù)學(xué)的理論物理學(xué)家的典型。他生于蘇格蘭的一個(gè)小康之家。自幼便充份顯示了數(shù)學(xué)之才能。他先在阿伯丁大學(xué)任教，以后轉(zhuǎn)往劍橋。在物理中，今日麥克斯威之重要性，幾可與牛頓、愛因斯坦等量齊觀。但生前，麥克斯威并不受其故鄉(xiāng)蘇格蘭之歡迎。他在劍橋大學(xué)則受到重用。
他在18xx年，發(fā)表了《法拉第之力線》一文，受到將退休的法拉第的鼓勵(lì)。18xx年，他由理論推導(dǎo)出：電場變化時(shí)，也會感應(yīng)出磁場。這與法拉第的電感定律相對而相成，合稱電磁交感。此后他出版了《電磁場的動態(tài)理論》，《電磁論》，其重要性可以與牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》相提并論。
通過了數(shù)學(xué)中的向量分析，麥克斯韋寫下了著名的麥克斯威方程式，不但完整而精確地描述了所有的已知電磁場之現(xiàn)象，而且有新的預(yù)言。其中最重要的是電磁波：
(1)由于電磁交感，故電磁場可以在真空中以波的形式傳遞。
(2)計(jì)算之結(jié)果，這波之速度與光速一致，故光是一種可見的電磁波。
(3)這種波亦攜帶能量、動量等，并且遵從守恒律。
“光是一種電磁波!”這句話現(xiàn)在是常識，在當(dāng)年則駭人聽聞。麥克斯韋只靠紙上談兵，就做大膽宣言，也難怪當(dāng)年根本不信有電磁波的人居多。但他自己卻信心滿滿。有人告訴他有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不完全成功，他毫不在意。他有信心他的理論一定是對的。──以后的理論物理學(xué)家很多人就學(xué)了他這種態(tài)度。
德國人赫茲是第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室中證明電磁波存在的人。他先把麥克斯韋的電磁學(xué)改寫成今天常見的形式。然后在1886-18xx年，做了一系列的實(shí)驗(yàn)，不但證明電磁波存在，而且與光有相同波速，并有反射、折射等現(xiàn)象，也對電磁波性質(zhì)(波長、頻率)定量測定。當(dāng)然，也同時(shí)發(fā)展出發(fā)射、接收電磁波的方法──這是所有無線通訊的始祖。
5.總結(jié)
麥克斯威的電磁理論，成為現(xiàn)在理工科的學(xué)生都要修的電磁學(xué)。簡單的說來，電磁學(xué)核心只有四個(gè)部分：庫倫定律、安培定律、法拉第定律與麥克斯威方程式。并且順序也一定如此。這可以說與電磁學(xué)的歷史發(fā)展平行。其原因也不難想見;沒有庫倫定律對電荷的觀念，安培定律中的電流就不容易說清楚。不理解法拉第的磁感生電，也很難了解麥克斯威的電磁交感。
這套電磁理論，在物理學(xué)中，是與牛頓力學(xué)分庭抗禮的古典理論之一。如果以應(yīng)用之廣，經(jīng)濟(jì)價(jià)值之大而言，猶在牛頓力學(xué)之上。但也不能忘記，如果沒有牛頓力學(xué)中力之概念，電磁學(xué)也發(fā)生不了。電磁學(xué)中的各定律，也無法理解。因此，普通物理中，也必然先教力學(xué)再教電磁。
力學(xué)與電磁學(xué)被稱為古典理論有兩層意思：(1)它可以自圓其說，沒有內(nèi)在的矛盾。(2)但是到了廿世紀(jì)量子理論確立后，它們被修改了。力學(xué)后來被修改為量子力學(xué)，電磁學(xué)被修改為量子電動力學(xué)。然而，在原子之外，這兩個(gè)古典理論仍是非常精確，故理工學(xué)生仍然不得不學(xué)它們。
回顧電磁學(xué)的歷史，是很有趣的。一直到十八世紀(jì)中，電磁似乎只是一種新奇的玩具──科學(xué)與藝術(shù)一樣，起步時(shí)都有游戲性質(zhì)──但到了后來，其產(chǎn)生的結(jié)果，竟然改造了世界。當(dāng)然，并不是所有科學(xué)工作都有這樣大的威力。也有些科學(xué)的成果令人不敢恭維。然而，科學(xué)有這樣的可能，卻是我們不得不重視科學(xué)研究的終極原因。
參考文獻(xiàn)
1.倪光炯，李洪芳，近代物理，上�？茖W(xué)技術(shù)出版社，(1979)，393.
2. 人民教育出版社物理室編，高級中學(xué)課本，物理(第二冊)，人民教育出版社，(19xx年第二版)，266.
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