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1、主讲：主讲：陈永虎陈永虎 （物理系）（物理系） Tel:电话：电话：3606024（O），），3607661（H）助教：助教：周少帅周少帅 田秀娜田秀娜 李李 硕硕 教材：教材： 电磁学与电动力学电磁学与电动力学（上册）（上册）胡友秋，程福臻，叶邦角胡友秋，程福臻，叶邦角 编著，编著，2008年，科学出版社年，科学出版社 主要参考书主要参考书： 1. 电磁学电磁学，张玉民，戚伯云编，张玉民，戚伯云编，2007年，科学出版社年，科学出版社2. 电磁学电磁学，赵凯华、陈熙谋，赵凯华、陈熙谋，2003年年4月，高等教育出版社月，高等教育出版社 3.电磁学专题研究电磁学专题研究，陈秉乾、舒幼生、胡望雨

2、，陈秉乾、舒幼生、胡望雨，2001年年12月，高等教月，高等教 育出版社育出版社 4.电磁学电磁学伯克利物理学教程伯克利物理学教程第二卷，（美）第二卷，（美）E.M.珀塞尔著，南开珀塞尔著，南开 大学物理系大学物理系 译，译，1979年年6月，科学出版社月，科学出版社 5.物理学物理学第二卷第一册，第二卷第一册，美美D.哈里德，哈里德，R.瑞斯尼克著，李仲卿等译瑞斯尼克著，李仲卿等译 ，1979年年6月，科学出版社月，科学出版社 6.普通物理学普通物理学第二卷，第二卷，C.福里斯，福里斯，A.B.季莫列娃著，梁宝洪译，季莫列娃著，梁宝洪译，1958年年11月，月，高等教育出版社高等教育出版社

3、7.电磁学电磁学第二版，贾起民，郑永令，陈暨耀，第二版，贾起民，郑永令，陈暨耀，2001年年1月，高等教育出版社月，高等教育出版社 8.电磁学电磁学，陈秉乾、王稼军编著，陈秉乾、王稼军编著，2003年年5月，北京大学出版社月，北京大学出版社9物理型系学生用物理型系学生用:电磁学电磁学，胡友秋，程福臻，刘之景编，胡友秋，程福臻，刘之景编，1997年年3 月，高等教月，高等教育出版社育出版社 Electromagnetism，Gereald L. Pollack, Daniel R. Stump，高等教育出版社，高等教育出版社，2005年年Introduction to Electrodynami

4、cs, 3rd Edition, David J. Griffiths, 世界图书出版公司，世界图书出版公司，2005年年叶邦角教授在线课堂：叶邦角教授在线课堂：http:/ 论论电磁学的历史和前景电磁学的历史和前景经典电磁学的简要发展史经典电磁学的简要发展史电磁学在当代物理学（标准模型）电磁学在当代物理学（标准模型）中的位置中的位置一、早期的电磁研究一、早期的电磁研究从从電字说起電字说起公元前公元前16-11世纪，甲骨文出现世纪，甲骨文出现“雷雷”字，字，西周公元前西周公元前11世纪出现世纪出现“電電”字，字，康熙字典：陰陽激耀，從雨從申。康熙字典：陰陽激耀，從雨從申。淮南子公元前淮南子公元

5、前120年年“阴阳相搏为雷，激扬为电阴阳相搏为雷，激扬为电”西周的青銅器已出西周的青銅器已出現電字現電字ElectricityAn early Greek word - hlector - pronounced “elector” - was also used to describe amber(琥珀), because of its sunshiny color. Thales(泰勒斯) of Miletus (about 585B.C.) : the first known Greek philosopher and scientist.磁磁 性性磁：慈石磁：慈石， 管子管子 （公元前（

6、公元前？-645年）年）春秋春秋战国时期（公元前战国时期（公元前770-221年）年） “山上有慈石者，其下有铜金山上有慈石者，其下有铜金”。古希腊泰勒斯，苏格拉底曾提到磁石，法古希腊泰勒斯，苏格拉底曾提到磁石，法文，西班牙文和匈牙利文称文，西班牙文和匈牙利文称 “爱的石头爱的石头”古代电磁的应用古代电磁的应用 指南针指南针：鬼谷子鬼谷子（公元前（公元前4世纪）世纪） 韩非子韩非子（公元前（公元前3世纪）世纪） “司南司南” 沈括（沈括（1031-1095）梦溪笔谈梦溪笔谈 4种指南法，广泛应用于航海种指南法，广泛应用于航海 西方最早记载指南针用于航海的是西方最早记载指南针用于航海的是 120

7、7年。年。 汉（公元前汉（公元前206公元公元220年）。年）。 盘盘17.817.4厘米厘米,勺长勺长11.5，口径，口径4.2厘米。厘米。 司南由青铜地盘与磁勺组成。地盘内圆外方；中心圆面下凹；圆外盘面分司南由青铜地盘与磁勺组成。地盘内圆外方；中心圆面下凹；圆外盘面分层次铸有层次铸有10天干，十二地支、四卦，标示二十四个方位。磁勺是用天然天干，十二地支、四卦，标示二十四个方位。磁勺是用天然磁体磨成，置于地盘中心圆内，勺头为磁体磨成，置于地盘中心圆内，勺头为N，勺尾为，勺尾为S，静止时，因地磁作，静止时，因地磁作用，勺尾指向南方。用，勺尾指向南方。史记史记记载，磁石用于治疗疫病，李记载，磁石

8、用于治疗疫病，李时珍（时珍（1518-1593）本草纲目本草纲目详细详细总结了磁石治疗的十种应用。总结了磁石治疗的十种应用。古希腊医生加伦，磁石治疗腹痛。古希腊医生加伦，磁石治疗腹痛。磁石在建筑上的应用，秦阿房宫以磁石磁石在建筑上的应用，秦阿房宫以磁石为门。为门。磁石在军事、幻术、选矿等均有记载。磁石在军事、幻术、选矿等均有记载。二、 电磁学的诞生十三世纪欧洲文艺复兴，通过实验研究自然规律十三世纪欧洲文艺复兴，通过实验研究自然规律已蔚然成风，培根已蔚然成风，培根“应当靠实验来弄懂自然科应当靠实验来弄懂自然科学学”。法国法国Maricourt做了不少磁学实验，并于做了不少磁学实验，并于1269年

9、年写了一本小册子，描述了他的发现。他发现磁极写了一本小册子，描述了他的发现。他发现磁极有两极，并命名为有两极，并命名为N极和极和S极，异极相吸，同极极，异极相吸，同极相斥。相斥。十三世纪古罗马十三世纪古罗马Peregrines,1269.8.8论磁体论磁体的信的信，色，均匀性，重量，吸引力，极的概念，色，均匀性，重量，吸引力，极的概念，“同性相斥，异性相吸同性相斥，异性相吸”。William Gilbert英女王伊麗莎白一世的御醫，英女王伊麗莎白一世的御醫，1540 1603In his De magnete(論磁性論磁性), (1600), Gilbert founded the scien

10、ce of magnetism.Gilbert was the first to understand really clearly that the earth itself is a giant magnet.He introduced the term electricity into scientific discourse. electric force, magnetic pole, and electric attraction. Gilbert first distinguished Electricity and Magnetism.一个严重的错误一个严重的错误是把地球的自转

11、是把地球的自转归结于地磁力。归结于地磁力。17世紀的摩擦起电研究l 盖盖里克里克( (Guericke, 1602-1686) )发发現电的排斥現現电的排斥現象象，发明摩擦起电机。，发明摩擦起电机。l He built the first machine to create an electric spark.法国物理学家法国物理学家迪非迪非（16981739）论论电电经过实验表明，带电体与非电体之间经过实验表明，带电体与非电体之间并无本质的区别，所有物体都可以带电。并无本质的区别，所有物体都可以带电。 1734年，迪非发现两类不同的电荷，年，迪非发现两类不同的电荷，一种称为一种称为玻璃电玻璃

12、电，一类称为，一类称为树脂电树脂电。他实。他实际上发现了正负电荷，但命名不确切。并际上发现了正负电荷，但命名不确切。并提出提出二元电液理论二元电液理论。迪非的信迪非的信存在着两种判然不同的电。一种我称之为存在着两种判然不同的电。一种我称之为玻璃电；另一种为树脂电。玻璃电；另一种为树脂电。 第一种是玻璃、水晶、宝石、动物毛发、第一种是玻璃、水晶、宝石、动物毛发、羊毛和其他许多物体的电。羊毛和其他许多物体的电。 第二种是琥珀、树脂、丝、线绳、纸和无第二种是琥珀、树脂、丝、线绳、纸和无数其它物质的电。数其它物质的电。 这两种电的特征是，一个带玻璃电的物体这两种电的特征是，一个带玻璃电的物体排斥一切带

13、同类电的物体，相反却吸引一排斥一切带同类电的物体，相反却吸引一切带树脂电的物体切带树脂电的物体。 早期（早期（1717世纪）的靜电产生器世纪）的靜电产生器Benjamin Franklin(富兰克林) (1706-1790) 美国科學家、发明家、政美国科學家、发明家、政治家、社會慈善家治家、社會慈善家 首先定义正电、负电首先定义正电、负电 单流体说单流体说 电荷守恆原理电荷守恆原理 費城风箏实验費城风箏实验 連結天电和地电連結天电和地电 发明避雷针发明避雷针“他从天空抓到雷电，从专制统治者手中夺回权力。他从天空抓到雷电，从专制统治者手中夺回权力。”A AR RJ J杜尔哥杜尔哥费城实验费城实验

14、 富兰克林也因这项成就，而在富兰克林也因这项成就，而在1753年年11月荣获了伦月荣获了伦敦皇家学会颁发的科普勒金质奖章。敦皇家学会颁发的科普勒金质奖章。 卡文迪许与库仑卡文迪许与库仑卡文迪许（卡文迪许（17311810），英国贵族，终生），英国贵族，终生未婚独居，献身于科学事业，只问耕耘，不问未婚独居，献身于科学事业，只问耕耘，不问收获收获发明扭秤，在实验室中测定万有引力常数发明扭秤，在实验室中测定万有引力常数G1777年，提出电荷作用的平方反比律：年，提出电荷作用的平方反比律：“电电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方。平方。”法国物理学家库

15、仑（法国物理学家库仑（17361806）运用扭秤）运用扭秤测定电荷之间的相互作用，证明了电力与电荷测定电荷之间的相互作用，证明了电力与电荷量之积成正比，与距离平方成反比。量之积成正比，与距离平方成反比。G1785年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测年，库仑设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间定了两个静止点电荷的相互作用力与它们之间的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正的距离二次方成反比，与它们的电量乘积成正比。同年，他在给法国科学院的比。同年，他在给法国科学院的电力定律电力定律的论文中详细地介绍了他的实验装置，测试经的论文中详细地介绍了他的实验装置，测试经过和

16、实验结果。库仑的实验得到了世界的公认，过和实验结果。库仑的实验得到了世界的公认，从此电学的研究开始进入科学行列。从此电学的研究开始进入科学行列。G从从1785-1791年，库仑发表了年，库仑发表了7篇论文。篇论文。G1811年泊松把早先力学中拉普拉斯在万有引力年泊松把早先力学中拉普拉斯在万有引力定律基础上发展起来的势论用于静电，发展了定律基础上发展起来的势论用于静电，发展了静电学的解析理论。静电学的解析理论。 G二百多年来，许多科学家一直不懈地进行二百多年来，许多科学家一直不懈地进行平方反比律的验证，其精度不断提高，已平方反比律的验证，其精度不断提高，已成为物理学最精确的实验规律。成为物理学最

17、精确的实验规律。 Cavendish 210-2 Maxwell 510-5 Dlimpton, Lawton 2 10-9 Cochran, Franken 9.2 10-12 1970 Bartlett 1.3 10-131971 Willian (2.73.1) 10-13 电流的发现电流的发现18世纪后期电学的另一个重要的发展是世纪后期电学的另一个重要的发展是意大利物理学家伏打发明了电池，在这意大利物理学家伏打发明了电池，在这之前，电学实验只能用摩擦起电机的莱之前，电学实验只能用摩擦起电机的莱顿瓶进行，而它们只能提供短暂的电流。顿瓶进行，而它们只能提供短暂的电流。1780年，意大利的解

18、剖学家伽伐尼偶然年，意大利的解剖学家伽伐尼偶然观察到与金属相接触的蛙腿发生抽动。观察到与金属相接触的蛙腿发生抽动。伏打发现蛙腿的抽动是一种对电流的灵伏打发现蛙腿的抽动是一种对电流的灵敏反应。电流是两种不同金属插在一定敏反应。电流是两种不同金属插在一定的溶液内并构成回路时产生的，而肌肉的溶液内并构成回路时产生的，而肌肉提供了这种溶液。提供了这种溶液。1799年，他制造了第一个能产生持续电年，他制造了第一个能产生持续电流的化学电池，其装置为一系列按同样流的化学电池，其装置为一系列按同样顺序叠起来的银片、锌片和用盐水浸泡顺序叠起来的银片、锌片和用盐水浸泡过的硬纸板组成的柱体，叫做过的硬纸板组成的柱体

19、，叫做伏打电堆伏打电堆。 伏打电堆伏打电堆电流的磁效应电流的磁效应+1750年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢年富兰克林已经观察到莱顿瓶放电可使钢针磁化，甚至更早在针磁化，甚至更早在1640年，已有人观察到闪年，已有人观察到闪电使罗盘的磁针旋转。电使罗盘的磁针旋转。+但到但到19世纪初，科学界仍普遍认为电和磁是两世纪初，科学界仍普遍认为电和磁是两种独立的作用。种独立的作用。+与这种传统观念相反，丹麦的自然哲学家奥斯特与这种传统观念相反，丹麦的自然哲学家奥斯特接受了德国哲学家康德和谢林关于自然力统一的接受了德国哲学家康德和谢林关于自然力统一的哲学思想，坚信电与磁之间有着某种联系。哲学思想，坚信

20、电与磁之间有着某种联系。+经过多年的研究，他终于在经过多年的研究，他终于在1820年发现电流的年发现电流的磁效应：当电流通过导线时，引起导线近旁的磁磁效应：当电流通过导线时，引起导线近旁的磁针偏转。电流磁效应的发现开拓了电学研究的新针偏转。电流磁效应的发现开拓了电学研究的新纪元。纪元。 +1820年年7月月21日，丹麦奥斯特发现电流的磁效应。日，丹麦奥斯特发现电流的磁效应。+1820年年9月月18日，法国安培圆电流对磁针的作用。日，法国安培圆电流对磁针的作用。+1820年年9月月25日，两平行导线的相互作用。日，两平行导线的相互作用。+1820年年9月月25日，阿拉果关于钢片在电流作用下被磁日

21、，阿拉果关于钢片在电流作用下被磁化的实验。化的实验。+1820年年10月，螺线管与磁铁的等效性。月，螺线管与磁铁的等效性。+1820年年10月月30日，比奥和萨伐尔长直电流对磁极的日，比奥和萨伐尔长直电流对磁极的作用作用1/r. 比奥比奥-萨伐尔萨伐尔-拉普拉斯定律。拉普拉斯定律。+1821年年1月，安培分子电流学。月，安培分子电流学。+1821年，安培做了四个极为精巧的实验年，安培做了四个极为精巧的实验, 其构思之新其构思之新颖，结构之奇巧颖，结构之奇巧,堪称物理史上的不朽之作。堪称物理史上的不朽之作。+电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。1825年斯

22、特金发明年斯特金发明，为电的广泛应用创造了条，为电的广泛应用创造了条件。件。+1833年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报；年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报；1837年惠斯通和莫尔斯分别独立发明了年惠斯通和莫尔斯分别独立发明了，莫尔斯还发明了一套电码，利用他所制造的电报莫尔斯还发明了一套电码，利用他所制造的电报机可通过在移动的纸条上打上点和划来传递信息。机可通过在移动的纸条上打上点和划来传递信息。+ 1855年汤姆孙年汤姆孙(即开尔文即开尔文)解决了水下电缆信号输解决了水下电缆信号输送速度慢的问题，送速度慢的问题，1866年按照汤姆孙设计的年按照汤姆孙设计的铺设成功。铺设成功。+185

23、4年，法国电报家布尔瑟提出用电来传送声音年，法国电报家布尔瑟提出用电来传送声音的设想，但未变成现实；后来，赖斯于的设想，但未变成现实；后来，赖斯于1861年实年实验成功，但未引起重视。验成功，但未引起重视。+1861年贝尔发明了年贝尔发明了，作为收话机，它仍用于，作为收话机，它仍用于现代，而其发话机则被爱迪生的发明的碳发话机现代，而其发话机则被爱迪生的发明的碳发话机以及休士的发明的传声器所改进。以及休士的发明的传声器所改进。 欧姆定律欧姆定律+电流磁效应发现不久，几种不同类型的检流计设电流磁效应发现不久，几种不同类型的检流计设计制成，为欧姆发现电路定律提供了条件。计制成，为欧姆发现电路定律提供

24、了条件。+1826年，受到傅里叶关于固体中热传导理论的启年，受到傅里叶关于固体中热传导理论的启发，欧姆认为电的传导和热的传导很相似，电源发，欧姆认为电的传导和热的传导很相似，电源的作用好像热传导中的温差一样。为了确定电路的作用好像热传导中的温差一样。为了确定电路定律，开始他用伏打电堆作电源进行实验，由于定律，开始他用伏打电堆作电源进行实验，由于当时的伏打电堆性能很不稳定，当时的伏打电堆性能很不稳定， 实验没有成功实验没有成功.+后来他改用两个接触点温度恒定因而高度稳定的后来他改用两个接触点温度恒定因而高度稳定的热电动势做实验，得到电路中的电流强度与他所热电动势做实验，得到电路中的电流强度与他所

25、谓的电源的谓的电源的“验电力验电力”成正比，比例系数为电路成正比，比例系数为电路的电阻。的电阻。电磁感应电磁感应+杰出的英国物理学家法拉第从事电磁现象的实验研杰出的英国物理学家法拉第从事电磁现象的实验研究，对电磁学的发展作出极重要的贡献，其中最重究，对电磁学的发展作出极重要的贡献，其中最重要的贡献是要的贡献是1831年发现电磁感应现象。紧接着他做年发现电磁感应现象。紧接着他做了许多实验确定电磁感应的规律，他发现当闭合线了许多实验确定电磁感应的规律，他发现当闭合线圈中的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动圈中的磁通量发生变化时，线圈中就产生感应电动势，感应电动势的大小取决于磁通量随时间的变化势

26、，感应电动势的大小取决于磁通量随时间的变化率。率。+楞次于楞次于1834年给出感应电流方向的描述，而诺埃曼年给出感应电流方向的描述，而诺埃曼概括了他们的结果给出感应电动势的数学公式。概括了他们的结果给出感应电动势的数学公式。+美国亨利先于法拉第一年左右发现了电磁感应现象，美国亨利先于法拉第一年左右发现了电磁感应现象，但他等待积累更多的实验数据而立刻没有发表，当但他等待积累更多的实验数据而立刻没有发表，当他从一本杂志上介绍法拉第的工作时，他感到无比他从一本杂志上介绍法拉第的工作时，他感到无比的沮丧和郁闷。的沮丧和郁闷。+法拉第在电磁感应的基础法拉第在电磁感应的基础上制出了第一台发电机。上制出了第

27、一台发电机。此外，他把电现象和其他此外，他把电现象和其他现象联系起来广泛进行研现象联系起来广泛进行研究，在究，在1833年成功地证明年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产了摩擦起电和伏打电池产生的电相同，生的电相同，1834年发现年发现电解定律，电解定律，1845年发现磁年发现磁光效应，并解释了物质的光效应，并解释了物质的顺磁性和抗磁性，他还详顺磁性和抗磁性，他还详细研究了极化现象和静电细研究了极化现象和静电感应现象，并首次用实验感应现象，并首次用实验证明了电荷守恒定律。证明了电荷守恒定律。场的概念的建立场的概念的建立超距作用超距作用：l 牛顿和笛卡儿一样反对超距作用，并承认以太的存牛顿和笛卡儿一

28、样反对超距作用，并承认以太的存在。在他看来，以太不一定是单一的物质，因而能在。在他看来，以太不一定是单一的物质，因而能传递各种作用，如产生电、磁和引力等不同的现象。传递各种作用，如产生电、磁和引力等不同的现象。l 18世纪是以太论没落的时期。由于法国笛卡儿主世纪是以太论没落的时期。由于法国笛卡儿主义者拒绝引力的平方反比定律，而使牛顿的追随者义者拒绝引力的平方反比定律，而使牛顿的追随者起来反对笛卡儿哲学体系，因而连同他倡导的以太起来反对笛卡儿哲学体系，因而连同他倡导的以太论也一同进入了反对之列。论也一同进入了反对之列。l 18世纪超距作用盛行的另一个原因是世纪超距作用盛行的另一个原因是Lagra

29、nge, Leplace, Posisson等人从引力定律出发发展出数等人从引力定律出发发展出数学上简洁而优美的势论。学上简洁而优美的势论。l 1845年，年，Neumann用势得到到了电磁感应定律。用势得到到了电磁感应定律。 Neumann and Weber提出超距作用的电磁理论。提出超距作用的电磁理论。 Weber企图用势统一电磁理论。企图用势统一电磁理论。l 随着引力的平方反比定律在天体力学方面的随着引力的平方反比定律在天体力学方面的成功，以及探寻以太的试验并未获得实际结果，成功，以及探寻以太的试验并未获得实际结果，使得超距作用观点得以流行。光的波动说也被使得超距作用观点得以流行。光的

30、波动说也被放弃了，微粒说得到广泛的承认。到放弃了，微粒说得到广泛的承认。到18世纪后世纪后期，证实了电荷之间期，证实了电荷之间(以及磁极之间以及磁极之间)的作用力的作用力同样是与距离平方成反比。于是电磁以太的概同样是与距离平方成反比。于是电磁以太的概念亦被抛弃，超距作用的观点在电学中也占了念亦被抛弃，超距作用的观点在电学中也占了主导地位。主导地位。对于电磁现象的广泛研究使法拉第逐渐形成了他特有的对于电磁现象的广泛研究使法拉第逐渐形成了他特有的“场场”的观念。他认为：力线是物质的，它弥漫在全部的观念。他认为：力线是物质的，它弥漫在全部空间，并把异号电荷和相异磁板分别连结起来；电力和空间，并把异号

31、电荷和相异磁板分别连结起来；电力和磁力不是通过空虚空间的超距作用，而是通过电力线和磁力不是通过空虚空间的超距作用，而是通过电力线和磁力线来传递的，它们是认识电磁现象必不可少的组成磁力线来传递的，它们是认识电磁现象必不可少的组成部分，甚至它们比产生或部分，甚至它们比产生或“汇集汇集”力线的力线的“源源”更富有更富有研究的价值。研究的价值。 法拉第的丰硕的实验研究成果以及他的新颖的场的观念，法拉第的丰硕的实验研究成果以及他的新颖的场的观念，为电磁现象的统一理论准备了条件。诺埃曼、韦伯等物为电磁现象的统一理论准备了条件。诺埃曼、韦伯等物理学家对电磁现象的认识曾有过不少重要贡献，但他们理学家对电磁现象

32、的认识曾有过不少重要贡献，但他们从超距作用观点出发，概括库仑以来已有的全部电学知从超距作用观点出发，概括库仑以来已有的全部电学知识，在建立统一理论方面并未取得成功。这一工作在识，在建立统一理论方面并未取得成功。这一工作在1919世纪世纪6060年代由卓越的英国物理学家麦克斯韦完成。年代由卓越的英国物理学家麦克斯韦完成。法拉第力线法拉第力线Maxwell电磁理论电磁理论|16岁进入爱丁堡大学学习物理，岁进入爱丁堡大学学习物理，他阅读了他阅读了W.汤姆生的科学著作，汤姆生的科学著作，他十分赞同法拉第提出的新观点，他十分赞同法拉第提出的新观点，并且精心研究法拉第的并且精心研究法拉第的电学的电学的实验

33、研究实验研究一书。一书。|他发表了第一篇电磁学论文他发表了第一篇电磁学论文论论法拉第的力线法拉第的力线。在这篇论文中，。在这篇论文中，法拉第的力线概念获得了精确的法拉第的力线概念获得了精确的数学表述，并且由此导出了库仑数学表述，并且由此导出了库仑定律和高斯定律。这篇文章还只定律和高斯定律。这篇文章还只是限于把法拉第的思想翻译成数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。学语言，还没有引导到新的结果。|1862年他发表了第二篇论文年他发表了第二篇论文论物理力线论物理力线，不，不但进一步发展了法拉第的思想，扩充到磁场变化但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

34、新的结果：电场变化产生产生电场，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。这篇波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。果。|1864年他的第三篇论文年他的第三篇论文电磁场的动力学理论电磁场的动力学理论，从几个基本实验事实出发，运用场论的观点，以从几个基本实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。演绎法建立了系统的电磁理论。|1873年出版的年出版的电学和磁学论电学和磁学论一书是

35、集电磁学一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以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论体系。这是一部可以同牛顿的自然哲学的数自然哲学的数学原理学原理、达尔文的、达尔文的物种起源物种起源和赖尔的和赖尔的地地质学原理质学原理相媲美的里程碑式的著作。相媲美的里程碑式的著作。Maxwell方程组方程组tDjHtBEBD000r|麦克斯韦进而根据他的方程组预言了电磁作用以麦克斯韦进而根据他的方程组预言了电磁作用以波的形式传播，电磁波在真空中的传播速度与光波的形式传播，电磁

36、波在真空中的传播速度与光在真空中传播的速度相同，由此麦克斯韦预言光在真空中传播的速度相同，由此麦克斯韦预言光也是一种电磁波。也是一种电磁波。|1888年，赫兹根据电容器放电的振荡性质，设计年，赫兹根据电容器放电的振荡性质，设计制作了电磁波源和电磁波检测器，通过实验检测制作了电磁波源和电磁波检测器，通过实验检测到电磁波，测定了电磁波的波速，并观察到电磁到电磁波，测定了电磁波的波速，并观察到电磁波与光波一样，具有偏振性质，能够反射、折射波与光波一样，具有偏振性质，能够反射、折射和聚焦。和聚焦。|1895年，俄国的波波夫和意大利的马可尼分别实年，俄国的波波夫和意大利的马可尼分别实现了无线电信号的传送

37、。现了无线电信号的传送。|1901年马可尼第一次建立了横跨大西洋的无线电年马可尼第一次建立了横跨大西洋的无线电联系。电子管的发明及其在线路中的应用，使得联系。电子管的发明及其在线路中的应用，使得电磁波的发射和接收都成为易事，推动了无线电电磁波的发射和接收都成为易事，推动了无线电技术的发展，极大地改变了人类的生活。技术的发展，极大地改变了人类的生活。 20世纪和世纪和QEDp20世纪上半叶，物理学经历了量子革命，电世纪上半叶，物理学经历了量子革命，电磁学也获得更深刻认识。磁学也获得更深刻认识。p量子电动力学量子电动力学（Quantum Electrodynamics, QED）是经典电动力学是经

38、典电动力学的量子化版本，它更精确地描绘了微观粒子的量子化版本，它更精确地描绘了微观粒子的电磁运动规律。的电磁运动规律。p经典电磁学是经典电磁学是QED在宏观体系中的极限近似。在宏观体系中的极限近似。电荷是什么？电荷是什么？Electrons (10-18 m )Atom nucleus nucleon quark10-10 m 10-14 m 10-15 m 10-18 m Constituents of mattersee六种夸克和所带的电荷六种夸克和所带的电荷 电荷是带电基本粒子的一种属性。电荷是带电基本粒子的一种属性。e = 1.6x10-19 C电子电子 -e 质子（质子（uud） +

39、e中子（中子（udd） 0电荷守恒定律是一切宏观过程和一切微观过电荷守恒定律是一切宏观过程和一切微观过程都必须遵循的基本规律，它在所有的惯性程都必须遵循的基本规律，它在所有的惯性系中都成立，而且在不同的惯性系内的观察系中都成立，而且在不同的惯性系内的观察者对电荷进行测量所得到的量值都相同。者对电荷进行测量所得到的量值都相同。换句话说，电荷是一个相对论性不变量。换句话说，电荷是一个相对论性不变量。Q=QSSv电荷守恒定律是物理学的基本规律电荷守恒定律是物理学的基本规律规范不变的必然结果规范不变的必然结果电荷守恒定律与电荷的量子属性有关电荷守恒定律与电荷的量子属性有关eepn_0111102421

40、362228613822688HeRnRa2_ee场与场之间存在着场与场之间存在着4种基本的相互作用：种基本的相互作用：电磁相互作用电磁相互作用弱相互作用弱相互作用强相互作用强相互作用引力相互作用引力相互作用描述电磁相互作用的就是量子电动力学，描述电磁相互作用的就是量子电动力学，它利用相对论和量子理论对电磁力进行了它利用相对论和量子理论对电磁力进行了极为深入的阐述。极为深入的阐述。 标准模型（标准模型（the Standard Model）电磁力电磁力f现代物理学认为：电磁相互作用是带电粒现代物理学认为：电磁相互作用是带电粒子间交换子间交换“虚光子虚光子”而产生的交换力。而产生的交换力。f虚粒

41、子用于传递相互作用，因而总是限定虚粒子用于传递相互作用，因而总是限定在一定时空范围内。在一定时空范围内。f由于测不准原理，虚粒子可以由于测不准原理，虚粒子可以 不满足能量不满足能量- -动量守恒。动量守恒。 Feynman 图e-e-e-e-AB虚光子虚光子电磁理论：一门古老而年轻的学科，一门永远发展的学科。学习电磁学，掌握物理学思维特征学习电磁学，掌握物理学思维特征物理学思维特征主要表现在：物理学思维特征主要表现在： 1. 敢于想像。敢于想像。要认识敢想才有物理学，不敢想就没有物理学。要认识敢想才有物理学，不敢想就没有物理学。爱因斯坦说：爱因斯坦说：“想像力比知识更重要。想像力比知识更重要。

42、”例如，麦克斯韦的涡旋例如，麦克斯韦的涡旋电场、位移电流假说。电场、位移电流假说。 科学的历程就是在假设求证中不断进步。科学的历程就是在假设求证中不断进步。 2. 善于归纳。善于归纳。物理学的构架是一系列大大小小的定律。这些物理学的构架是一系列大大小小的定律。这些定律都是从实验（或观察）中归纳出来的。但这种所用的科学定律都是从实验（或观察）中归纳出来的。但这种所用的科学方法，只能是方法，只能是“不完全不完全”归纳法归纳法，而不是数学的完全归纳法。例，而不是数学的完全归纳法。例如如“势势”概念的应用。概念的应用。学好电磁学，关键是勤于思考，悟物穷理。学好电磁学，关键是勤于思考，悟物穷理。 3.

43、创设模型。创设模型。物理学并不讳言自身只研究模型。模型并不全同物理学并不讳言自身只研究模型。模型并不全同于真实，但物理学的成功正在于创造出许多成功的模型。模型是于真实，但物理学的成功正在于创造出许多成功的模型。模型是“理想化理想化”的，但不是的，但不是“伪劣伪劣”的，它突出了许多表面上看是千差万的，它突出了许多表面上看是千差万别的物体最本质的特征，例如法拉第的别的物体最本质的特征，例如法拉第的“力线力线”模型的建立。模型的建立。悟物穷理悟物穷理“细推物理须行乐，何用浮名绊此身细推物理须行乐，何用浮名绊此身”唐朝唐朝 杜甫（中文的杜甫（中文的“物理物理”一词源出此）一词源出此）“求学问，需学问；只学答，非学问求学问，需学问；只学答，非学问”李政道（李政道（1957年与杨振宁同获诺贝尔年与杨振宁同获诺贝尔 物理学奖）物理学奖）