法拉第

　　邁克爾·法拉第(MichaelFaraday,1791—1867)是19世紀(jì)電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。他于1791年9月22日生于倫敦附近的紐因格頓，父親是鐵匠。由于家境貧苦，他只在7歲到9歲讀過兩年小學(xué)。12歲當(dāng)報(bào)童，13歲在一家書店當(dāng)了裝訂書的學(xué)徒。他喜歡讀書，利用在書店的條件，讀了許多科學(xué)書籍，并動(dòng)手做了一些簡(jiǎn)單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

　　1812年秋，法拉第有機(jī)會(huì)聽了著名化學(xué)家戴維的四次講演，激起對(duì)科學(xué)研究的極大興趣。他把戴維的講演精心整理并附上插圖后寄給戴維，希望戴維幫助他實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究的愿望。1813年3月，戴維推薦法拉第到皇家研究院實(shí)驗(yàn)室作了自己的助理實(shí)驗(yàn)員。1813年10月，法拉第跟隨戴維到歐洲大陸進(jìn)行學(xué)術(shù)考察18個(gè)月。在這期間他有機(jī)會(huì)參觀了各國(guó)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室，結(jié)交了安培、蓋·呂薩克等著名科學(xué)家，了解了他們的科學(xué)研究方法。回到英國(guó)后，法拉第就開始了獨(dú)立的研究工作，并于1816年發(fā)表了第一篇化學(xué)論文，以后又接連發(fā)表了幾篇。

　　1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，受到科學(xué)界的關(guān)注，促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展。1821年英國(guó)《哲學(xué)年鑒》的主編約請(qǐng)戴維撰寫一篇文章，評(píng)述奧斯特發(fā)現(xiàn)以來電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論發(fā)展概況。戴維把這一工作交給了法拉第。法拉第在收集資料的過程中，對(duì)電磁現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了極大的熱情，并開始轉(zhuǎn)向電磁學(xué)的研究。他仔細(xì)地分析了電流的磁效應(yīng)等現(xiàn)象，認(rèn)為既然電流能產(chǎn)生磁，磁能否產(chǎn)生電呢?1822年他在日記中寫下了自己的思想：“磁能轉(zhuǎn)化成電”。他在這方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。起初，他試圖用強(qiáng)磁鐵靠近閉合導(dǎo)線或用強(qiáng)電流使另一閉合導(dǎo)線中產(chǎn)生電流，做了大量的實(shí)驗(yàn)，都失敗了。經(jīng)過歷時(shí)十年的失敗、再試驗(yàn)，直到1831年8月29日才取得成功。他接連又做了幾十個(gè)這類實(shí)驗(yàn)。1831年11月24日的論文中，他把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場(chǎng)；運(yùn)動(dòng)的恒定電流；運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)；在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。他指出：感應(yīng)電流與原電流的變化有關(guān)，而不是與原電流本身有關(guān)。他將這一現(xiàn)象與導(dǎo)體上的靜電感應(yīng)類比，把它取名為“電磁感應(yīng)”。為了解釋電磁感應(yīng)現(xiàn)象，法拉第曾提出過“電張力”的概念。后來在考慮了電磁感應(yīng)的各種情況后，認(rèn)為可以把感應(yīng)電流的產(chǎn)生歸因于導(dǎo)體“切割磁力線”。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)二十年后，直到1851年才得出了電磁感應(yīng)定律。

　　1833年到1834年，法拉第從實(shí)驗(yàn)得出了電解定律，這是電荷不連續(xù)性的最早的有力證據(jù)。

　　法拉第的另一貢獻(xiàn)是提出了場(chǎng)的概念。他反對(duì)超距作用的說法，設(shè)想帶電體、磁體周圍空間存在一種物質(zhì)，起到傳遞電、磁力的作用，他把這種物質(zhì)稱為電場(chǎng)、磁場(chǎng)。1852年，他引入了電力線(即電場(chǎng)線)、磁力線(即磁感線)的概念，并用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線形狀。場(chǎng)的概念和力線的模型，對(duì)當(dāng)時(shí)的傳統(tǒng)觀念是一個(gè)重大的突破。

　　法拉第從近距作用的物理圖景出發(fā)，還預(yù)見了電、磁作用傳播的波動(dòng)性和它們傳播的非瞬時(shí)性。他在1832年3月12日寫給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的一封密封信中，信封上寫著“現(xiàn)在應(yīng)當(dāng)收藏在皇家學(xué)會(huì)檔案館里的一些新觀點(diǎn)”，這封信直到1938年才啟封公布，信中法拉第說明了他的上述新觀點(diǎn)。表現(xiàn)了法拉第深邃的物理洞察力和深刻的物理思想。

　　法拉第把他做過的實(shí)驗(yàn)整理成《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》一書，書中收集了三千多個(gè)條目，詳細(xì)記述了他做過的實(shí)驗(yàn)和結(jié)論，是一本珍貴的科學(xué)文獻(xiàn)。

　　法拉第是靠自學(xué)成才的科學(xué)家，在科學(xué)的征途上辛勤奮斗半個(gè)多世紀(jì)，不求名利。1825年，他參與冶煉不銹鋼材和折光性能良好的重冕玻璃工作，不少公司和廠家出重金聘請(qǐng)法拉第為他們的技術(shù)顧問。面對(duì)15萬鎊的財(cái)富和沒有報(bào)酬的學(xué)問，法拉第選擇了后者。1851年，法拉第被一致推選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，他也堅(jiān)決推辭掉了這個(gè)職務(wù)。把全身心獻(xiàn)給了科學(xué)研究事業(yè)，終生過著清貧的日子。

　　1855年他從皇家學(xué)院退休。1867年8月25日在倫敦去世。遵照他“一輩子當(dāng)一個(gè)平凡的邁克爾·法拉第”的意愿，遺體被安葬在海格特公墓。為了紀(jì)念他，用他的名字命名電容的單位──法拉。

選自：《物理教師手冊(cè)》

            知    識(shí)    點(diǎn)

                 應(yīng)  用

1．聲吶

測(cè)海深

2．密度

鑒別物質(zhì)  判斷是否空心  判斷浮沉。

3．在一定范圍內(nèi)，拉力越大，彈簧被拉得越長(zhǎng)

制成測(cè)力計(jì)

4．重力的方向總是豎直向下的

制成重垂線  水平器

5．關(guān)于摩擦力的大小

增減摩擦的方法

6．慣性

解釋現(xiàn)象

7．二力平衡

測(cè)滑動(dòng)摩擦力

驗(yàn)證液體內(nèi)部的壓強(qiáng)公式p=ρgh

8．力使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變

   物體在非平衡力作用下的運(yùn)動(dòng)。

解釋物體由靜變動(dòng)，由動(dòng)變靜，加速，減速，改變運(yùn)動(dòng)方向作曲線運(yùn)動(dòng)等

9．壓強(qiáng)

增減壓強(qiáng)的方法

10．液體的壓強(qiáng)

水壩下部建造得比上部寬，潛水深度有限度

11．連通器

茶壺、鍋爐水位器……

12．托里拆利實(shí)驗(yàn)

制成水銀氣壓計(jì)

13．大氣壓

自來水筆吸墨水，抽水機(jī)，茶壺蓋上開有一小孔，用吸管吸飲料，高度計(jì)，醫(yī)院輸液打針

14．氣體壓強(qiáng)跟體積的關(guān)系

風(fēng)箱，噴霧器，打氣筒，抽氣機(jī)，空氣壓縮機(jī)等

15．物體的浮沉條件

密度計(jì)，輪船，氣球，飛艇，潛水艇，孔

明燈，鹽水選種，測(cè)人體血液的密度，解

釋煮餃子時(shí)，生沉熟浮等

16．杠桿的平衡條件

判斷杠桿類型，求最小動(dòng)力，判斷動(dòng)力變

化情況進(jìn)行有關(guān)計(jì)算

17．光的直線傳播

射擊時(shí)的瞄準(zhǔn)，解釋小孔成像，影的形成，

日食，月食的形成“坐井觀天，所見甚小”，

確定視野，判斷能否看見物體或像，激光

準(zhǔn)直測(cè)距等

18．鏡面反射

解釋黑板“反光”，看不清上面的字

19．漫反射

解釋能從各個(gè)方向都看到不發(fā)光的物體

20．平面鏡 

成像、鏡前整容，糾正姿勢(shì)，制成潛望鏡、

萬花筒，墻上掛大平面鏡，擴(kuò)大視覺空間、

改變光路(如將斜射的陽光，豎直向下反

射照亮井底)，測(cè)微小角度，平面鏡轉(zhuǎn)過θ角，反射光線改變2θ角……

21．光的折射

筷子斜插入水中，浸在水中部分向上偏折視深度小于實(shí)際探度，視高大于真高

22．凸透鏡對(duì)光線有會(huì)聚作用

粗測(cè)凸透鏡的焦距

23．凸透鏡成像規(guī)律

u>2f,照相機(jī)；f<u<2f幻燈機(jī)、投影儀、

電影放映機(jī)；u<f放大鏡；確定凸透鏡f

的范圍，照相機(jī)、幻燈機(jī)的調(diào)節(jié)

24．液體的熱脹冷縮

制成常用的液體溫度計(jì)

25．液化技術(shù)

分離空氣的組成氣體，提取純凈的氣體

26．蒸發(fā)致冷

解釋現(xiàn)象：吹電風(fēng)扇涼快，潑水降溫，包有酒精棉花的溫度計(jì)示數(shù)低于室溫

27．液化放熱

用高溫水蒸氣做飯、燒水。

28．升華致冷

用干冰人工降雨、滅火，在舞臺(tái)上形成 “煙”霧

29．液體的沸點(diǎn)隨液面上方氣壓的增大(減小)而升高(降低)

在高山上煮飯用高壓鍋

30．氣體的加壓液化

生活用液化石油氣用增加壓強(qiáng)的方法使石油氣在常溫下液化后裝入鋼罐

31．三表：熔點(diǎn)表  密度表  比熱容表

白熾燈泡燈絲用鎢做，在很冷的地區(qū)宜用酒精溫度計(jì)而不用水銀溫度計(jì)測(cè)氣溫；水的比熱容比較大，解釋在沿海地區(qū)白天和晚上的氣溫變化不大。

注意：固體和液體相比較，不能說液體密度總比固體的小

32．電流的熱效應(yīng)

制成各種電熱器，白熾電燈，保險(xiǎn)絲

33．電流的化學(xué)效應(yīng)

提煉鋁、銅、電解、電鍍

34．電流的磁效應(yīng)

制成電磁起重機(jī)，電鈴，電話聽筒，利用電磁鐵制成電磁繼電器，用于自動(dòng)控制

35．決定電阻大小的因素

制成變阻器(通過改變電阻絲的長(zhǎng)度來改變電阻)，油量表

36．歐姆定律

解題，測(cè)電阻

37．串聯(lián)電路的規(guī)律

制成簡(jiǎn)單調(diào)光燈，說明電阻箱的結(jié)構(gòu)和原理

38．磁  

磁屏蔽      防磁手表    

用磁性材料做成錄音帶和錄像帶，磁懸浮列車

39．通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)

制成直流電動(dòng)機(jī) 

40．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

制成發(fā)電機(jī)