奧斯特夢(mèng)圓電生磁-上海第八中學(xué)

1、14“電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)”啟示錄啟示錄山東省青島市第五十八中學(xué)山東省青島市第五十八中學(xué)高守凱高守凱選自選自《中學(xué)物理教學(xué)參考中學(xué)物理教學(xué)參考》2009年第年第5期很多科學(xué)故事對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)家的處理，總是簡(jiǎn)單化和偶像化，突出勝利，忽略失敗，彰顯成功，無(wú)視曲折。例如，奧斯特和法拉第關(guān)于電和磁間聯(lián)系的重要發(fā)現(xiàn)，在今天的學(xué)生看來(lái)似乎并非十分困難，但教科書中卻寫到，科學(xué)家們都是經(jīng)過(guò)多年堅(jiān)持不懈的研究才取得突破性成功的。在他們的科學(xué)生涯

2、中，往往是已經(jīng)面臨那個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，卻又視而不見，徘徊良久，而在這相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，無(wú)數(shù)英才竟然沒(méi)有一人捷足先登。是什么原因?qū)е铝怂麄兊氖『统晒δ?？本文試圖通過(guò)簡(jiǎn)要回顧電和磁間聯(lián)系的發(fā)現(xiàn)歷程，以對(duì)后學(xué)者有所教益和啟迪。一、奧斯特夢(mèng)圓一、奧斯特夢(mèng)圓“電生磁電生磁”1為什么是他為什么是他電和磁間有沒(méi)有聯(lián)系？這是前人經(jīng)常思索的問(wèn)題?！邦D牟綴芥，磁石引針”說(shuō)明了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的相似性，但是相似并不等于本質(zhì)上有聯(lián)系。實(shí)際上，庫(kù)侖等人“已經(jīng)證明”，電和

3、磁間沒(méi)有直接聯(lián)系。18世紀(jì)末到19世紀(jì)初，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些自然現(xiàn)象間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)化，如康德關(guān)于基本力向其他種類力轉(zhuǎn)化的哲學(xué)思想；黑格爾、謝林等人關(guān)于自然力的統(tǒng)一的思想，均對(duì)物理學(xué)界產(chǎn)生了很大的影響。作為他們思想的追隨者，丹麥的物理學(xué)家奧斯特（HansChristianOersted，1777～1851）相信電和磁之間一定有某種聯(lián)系，尤其是富蘭克林關(guān)于萊頓瓶放電能使鋼針磁化的發(fā)現(xiàn)，更堅(jiān)定了他的觀點(diǎn)。1803年他曾寫道：“我們的物理學(xué)將不再

4、是關(guān)于運(yùn)動(dòng)、熱、光、電、磁以及我們所知道的任何其他現(xiàn)象的零散的匯總，我們將把整個(gè)宇宙容納到一個(gè)體系中?！闭怯捎谡麄€(gè)社會(huì)的學(xué)術(shù)水平已經(jīng)發(fā)展到了這一程度，奧斯特恰好又是這一主流思潮中的積極分子，因此，在這個(gè)時(shí)間，由他來(lái)追尋這一問(wèn)題也應(yīng)是歷史的必然而絕非巧合。2為什么追尋十余年之久為什么追尋十余年之久偉大的發(fā)現(xiàn)往往都曾被世俗陳見所遮蔽，奧斯特尋找電和磁之間聯(lián)系的試驗(yàn)也屢屢失敗。因?yàn)樵诖酥?，服從牛頓定律和庫(kù)侖定律的引力、電場(chǎng)力、磁與磁間的作

5、用力都是沿著連接相互吸引或相互排斥物體的一條直線產(chǎn)生的。奧斯特和當(dāng)時(shí)的人們一樣，也認(rèn)為力的作用只能像有心力那樣是“縱向”的，他未曾料到電與磁之間的聯(lián)系表現(xiàn)為“橫向力”，因而總是把磁針?lè)佩e(cuò)位置！舊的觀念阻礙了成功，奧斯特不是先知，他當(dāng)然也不能超越時(shí)代。其實(shí)現(xiàn)在想來(lái)此事也夠奇妙的：一個(gè)電荷凌空飛過(guò)，它下面的小磁針竟然橫向受力！34電流計(jì)中未發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流。?令導(dǎo)線穿載流線圈而過(guò)，再接于電流計(jì)，也未發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流。再將導(dǎo)線繞成線圈置于載流線圈內(nèi)，

6、仍未發(fā)現(xiàn)感應(yīng)電流……盡管“磁轉(zhuǎn)化為電”的跡象還未找到，但法拉第的信念始終沒(méi)有動(dòng)搖。他在實(shí)驗(yàn)日記里記錄了多次不成功的嘗試，頑強(qiáng)的意志躍于紙上。法拉第從奧斯特的發(fā)現(xiàn)知道，只要有電流就會(huì)有磁場(chǎng)，不管這電流是恒定的還是變化的，因而他期望只要有磁場(chǎng)就會(huì)有電流。他因?yàn)闆](méi)有預(yù)料到電與磁之間聯(lián)系的某種“非對(duì)稱性”而失敗了多次。他只研究了穩(wěn)定狀態(tài)效應(yīng)，思想上還沒(méi)有暫態(tài)效應(yīng)的概念，更沒(méi)有創(chuàng)造條件去展現(xiàn)暫態(tài)效應(yīng)。在1831年之前，法拉第以及他同時(shí)代的科學(xué)家們

7、還都不習(xí)慣用能量的觀點(diǎn)思考問(wèn)題。時(shí)代的局限性滯遲了偉大的發(fā)現(xiàn)。因此，即使是掌握最偉大真理的英雄，也不能完全擺脫偏見的束縛。他們必須與埋伏中途的一個(gè)個(gè)錯(cuò)誤與偏見英勇斗爭(zhēng)，堅(jiān)持到底，才有可能將其擊敗。3為什么最終還是他為什么最終還是他1831年8月29日，法拉第終于取得突破性進(jìn)展。這次他是用一個(gè)軟鐵圓環(huán)，環(huán)上繞兩個(gè)互相絕緣的線圈。法拉第在日記中詳細(xì)記錄了這次成功的實(shí)驗(yàn)。法拉第繼續(xù)試驗(yàn)，注意到如果維持通電狀態(tài)，磁針毫無(wú)反應(yīng)。法拉第這才猛醒，原

8、來(lái)這類感應(yīng)現(xiàn)象是和瞬間變化聯(lián)系在一起的。接著，法拉第又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。他取來(lái)一根鐵棒，在鐵棒上繞以線圈，再和電流計(jì)相接。鐵棒兩端各放一根磁棒，當(dāng)磁棒張合之時(shí)，電流計(jì)的指針也不斷擺動(dòng)。一個(gè)月后，法拉第對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)作了總結(jié)，向英國(guó)皇家學(xué)會(huì)報(bào)告說(shuō)，產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況可以分為五類：①變化中的電流；②變化中的磁場(chǎng)；③運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)恒電流；④運(yùn)動(dòng)中的磁鐵；⑤運(yùn)動(dòng)中的導(dǎo)線。至此，法拉第用實(shí)驗(yàn)修正了原來(lái)的想法：不是磁體的存在可以使導(dǎo)線產(chǎn)生電流，而是磁體的運(yùn)動(dòng)可以

9、使導(dǎo)線產(chǎn)生電流。他在總結(jié)這段生活時(shí)寫道：“對(duì)于新聞我一無(wú)所知，因?yàn)槲以絹?lái)越遠(yuǎn)離社會(huì)……我一直在工作和寫論文，這使我的健康下降了。但是現(xiàn)在我又感覺好多了，并且可以繼續(xù)從事這個(gè)課題的研究了?！蔽覀儾坏貌徽f(shuō)，這個(gè)發(fā)現(xiàn)與其說(shuō)是他思想的結(jié)果，不如說(shuō)是他堅(jiān)韌不拔精神的結(jié)果。經(jīng)歷了豈止是八十一難。蘇東坡在《留侯論》中說(shuō)：“古之成大事者，不唯有超世之才，亦有堅(jiān)韌不拔之志?！惫沤裣嗤ǎ瑬|西無(wú)異。三、結(jié)語(yǔ)三、結(jié)語(yǔ)做出一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)是如此的困難，其原因在于他