文科物理（第2版）_何国兴_9787566908704

《文科物理》（第二版）以提高学生科学素质、培养学生科学思想、科学方法、科学精神为目的，介绍物理学基本知识以及物理学在现代高新技术中的应用，强调物理学与人文学科的关系，特别采用美学观审视物理概念、物理规律和物理研究方法，同时结合物理史介绍著名物理学家的科学和美学思想方法，一丝不苟的科学态度及勇于探索、敢于突破、善于发扬的创新精神。全书编写力求深入浅出，集专业性与通俗性、科学性与美学性于一身，图文并茂，并附有一定的习题。本书主要读者对象是人文、管理、经济、艺术等文科学生，也适合非物理学专业理工科学生的阅读，也可作为一般读者了解现代科技与物理学关系的参考读物。

　　《文科物理（第2版）》：
　　电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。1833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电报机。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。这时期越洋海底电报的实验研究也在进行。1855年汤姆孙解决了水下电缆信号输送速度慢的问题，1866年按照汤姆孙设计的大西洋电缆铺设成功。另一方面的发展是1854年法国电报家布尔瑟提出用电来传送语言的设想，但未变成现实，后来，赖斯于1861年实验成功，但未引起重视。1876年贝尔发明了电话。作为收话机，它仍用于现代，而其发话机则被爱迪生的发明（碳发话机）以及休士的发明（传声器）所改进。
　　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。1826年，受到傅里叶关于固体中热传导理论的启发，认为电的传导和热的传导很相似，电流好像热流，电源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，由于当时的伏打电堆性能很不稳定，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热电动势做实验，得到电路中的电流强度与他所谓的电源的“验电力”成正比，比例系数为电路的电阻。由于当时的能量守恒定律尚未确立，验电力的概念是含混的，直到1848年基尔霍夫从能量的角度考查，才澄清了电位差、电动势、电场强度等概念，使得欧姆理论与静电学概念协调起来。在此基础上，基尔霍夫解决了分支电路问题。
　　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，其中最重要的贡献是1831年发现电磁感应现象（美国物理学家亨利几乎在同时也发现了电磁感应现象，但发表稍晚些）。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率。后来，楞次于1834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。法拉第在电磁感应的基础上制出了第一台发电机。此外，他把电现象和其他现象联系起来广泛进行研究，1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电相同，1834年发现电解定律，1845年发现磁光效应，并统一解释物质的顺磁性和抗磁性，他还详细研究了极化现象和静电感应现象，并首次用实验证明了电荷守恒定律。
　　电磁感应的发现为能源的开发和广泛利用开创了崭新的前景。1866年西门子发明了可供实际应用的自激发电机，19世纪末实现了电能的远距离输送，电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，从而极大地改变了工业生产的面貌。
　　对于电磁现象的广泛研究使法拉第逐渐形成了“场”的观念。他深信在带电体和磁体的周围存在着某种特殊的“紧张”状态，他用电力线和磁力线来描述这种状态。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极分别连结起来；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“汇集”力线的“源”更富有研究的价值。
　　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19世纪60年代由卓越的英国物理学家麦克斯韦完成。早在1842-1854年，汤姆孙通过热传导、弹性现象和电磁力线的对比研究，建立了它们共同的数学描述。汤姆孙的类比方法鼓舞了麦克斯韦致力于将法拉第的力线思想写成便于数学处理的形式。开始他仅仅是通过力学现象与电磁现象的类比试图建立电磁学的理论体系，后来他觉得需要建立一种媒质理论来体现法拉第的力线思想。他认为变化的磁场在其周围的空间激发涡旋电场，此外他又引入了“位移电流”的概念，变化的电场引起媒质电位移的变化，电位移的变化与电流一样在周围的空间激发涡旋磁场。麦克斯韦明确地用数学公式把它们表示出来，从而得到了今天以他的姓氏命名的电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组。法拉第的力线思想以及电磁作用传递的思想在其中得到了充分的体现。
　　麦克斯韦进而根据他的方程组推论电磁作用以波的形式传播，电磁波在真空中的传播速度等于电量的电磁单位与静电单位的比值。根据1856年韦伯和科尔劳施纯电学方法测量得到其值与光在真空中传播的速度相同，由此麦克斯韦预言光是电磁波。
　　麦克斯韦理论的推论和预言被德国物理学家赫兹的实验证实。1888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，并能够反射、折射和聚焦。从此麦克斯韦的理论逐渐被人们所接受。
　　麦克斯韦电磁理论通过赫兹电磁波实验的证实，开辟了一个全新的领域——电磁波的应用和研究。1895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。后来马可尼将赫兹的振子改进为竖直的天线；德国的布劳恩进一步将发射器分为两个振荡线路，为扩大信号传递范围创造了条件。1901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（1904年夫累铭，1906年德福雷斯特）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，推动了无线电技术的发展，极大地改变了人类的生活。
　　虽然麦克斯韦的电磁理论对光在真空中的传播作了完备的描述，但它不能很好地揭示出物质的光学特性，特别是不能解释色散现象，此外，把电磁理论用于运动介质的情形也未获得成功。1896年洛伦兹提出的电子论，将麦克斯韦方程组应用到微观领域，并把物质的电磁性质归结为原子中电子的效应。这样不仅可以解释物质的极化、磁化、导电等现象以及物质对光的吸收、散射和色散现象，而且还成功地说明了关于光谱在磁场中分裂的正常塞曼效应，此外，洛伦兹还根据电子论导出了关于运动介质中的光速公式，把麦克斯韦理论向前推进了一步。
　　……

我要评论