奧斯特夢圓電生磁-上海第八中學

1、14“電磁感應的發(fā)現(xiàn)電磁感應的發(fā)現(xiàn)”啟示錄啟示錄山東省青島市第五十八中學山東省青島市第五十八中學高守凱高守凱選自選自《中學物理教學參考中學物理教學參考》2009年第年第5期很多科學故事對科學發(fā)現(xiàn)和科學家的處理，總是簡單化和偶像化，突出勝利，忽略失敗，彰顯成功，無視曲折。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)，在今天的學生看來似乎并非十分困難，但教科書中卻寫到，科學家們都是經(jīng)過多年堅持不懈的研究才取得突破性成功的。在他們的科學生涯

2、中，往往是已經(jīng)面臨那個重大發(fā)現(xiàn)，卻又視而不見，徘徊良久，而在這相當長的時間里，無數(shù)英才竟然沒有一人捷足先登。是什么原因?qū)е铝怂麄兊氖『统晒δ?？本文試圖通過簡要回顧電和磁間聯(lián)系的發(fā)現(xiàn)歷程，以對后學者有所教益和啟迪。一、奧斯特夢圓一、奧斯特夢圓“電生磁電生磁”1為什么是他為什么是他電和磁間有沒有聯(lián)系？這是前人經(jīng)常思索的問題?！邦D牟綴芥，磁石引針”說明了電現(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。實際上，庫侖等人“已經(jīng)證明”，電和

3、磁間沒有直接聯(lián)系。18世紀末到19世紀初，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)化的哲學思想；黑格爾、謝林等人關(guān)于自然力的統(tǒng)一的思想，均對物理學界產(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)，更堅定了他的觀點。1803年他曾寫道：“我們的物理學將不再

4、是關(guān)于運動、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，我們將把整個宇宙容納到一個體系中。”正是由于整個社會的學術(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，在這個時間，由他來追尋這一問題也應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)系的試驗也屢屢失敗。因為在此之前，服從牛頓定律和庫侖定律的引力、電場力、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。奧斯特和當時的人們一樣，也認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”，因而總是把磁針放錯位置！舊的觀念阻礙了成功，奧斯特不是先知，他當然也不能超越時代。其實現(xiàn)在想來此事也夠奇妙的：一個電荷凌空飛過，它下面的小磁針竟然橫向受力！34電流計中未發(fā)現(xiàn)感應電流。?令導線穿載流線圈而過，再接于電流計，也未發(fā)現(xiàn)感應電流。再將導線繞成線圈置于載流線圈內(nèi)，

6、仍未發(fā)現(xiàn)感應電流……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有動搖。他在實驗日記里記錄了多次不成功的嘗試，頑強的意志躍于紙上。法拉第從奧斯特的發(fā)現(xiàn)知道，只要有電流就會有磁場，不管這電流是恒定的還是變化的，因而他期望只要有磁場就會有電流。他因為沒有預料到電與磁之間聯(lián)系的某種“非對稱性”而失敗了多次。他只研究了穩(wěn)定狀態(tài)效應，思想上還沒有暫態(tài)效應的概念，更沒有創(chuàng)造條件去展現(xiàn)暫態(tài)效應。在1831年之前，法拉第以及他同時代的科學家們

7、還都不習慣用能量的觀點思考問題。時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個錯誤與偏見英勇斗爭，堅持到底，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展。這次他是用一個軟鐵圓環(huán)，環(huán)上繞兩個互相絕緣的線圈。法拉第在日記中詳細記錄了這次成功的實驗。法拉第繼續(xù)試驗，注意到如果維持通電狀態(tài)，磁針毫無反應。法拉第這才猛醒，原

8、來這類感應現(xiàn)象是和瞬間變化聯(lián)系在一起的。接著，法拉第又做了一個實驗。他取來一根鐵棒，在鐵棒上繞以線圈，再和電流計相接。鐵棒兩端各放一根磁棒，當磁棒張合之時，電流計的指針也不斷擺動。一個月后，法拉第對各項試驗作了總結(jié)，向英國皇家學會報告說，產(chǎn)生感應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；③運動的穩(wěn)恒電流；④運動中的磁鐵；⑤運動中的導線。至此，法拉第用實驗修正了原來的想法：不是磁體的存在可以使導線產(chǎn)生電流，而是磁體的運動可以

9、使導線產(chǎn)生電流。他在總結(jié)這段生活時寫道：“對于新聞我一無所知，因為我越來越遠離社會……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)從事這個課題的研究了。”我們不得不說，這個發(fā)現(xiàn)與其說是他思想的結(jié)果，不如說是他堅韌不拔精神的結(jié)果。經(jīng)歷了豈止是八十一難。蘇東坡在《留侯論》中說：“古之成大事者，不唯有超世之才，亦有堅韌不拔之志?！惫沤裣嗤?，東西無異。三、結(jié)語三、結(jié)語做出一個偉大的發(fā)現(xiàn)是如此的困難，其原因在于他