科学技术进化论

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电是一种电火花,云层中产生的电与实验室里磨擦产生的电具有相同的特性。

1753年,他发现的金属尖端放电现象被他用于避雷针的发明上,这使电学的研究第一次找到了实际的应用。

富兰克林不仅是一个科学家,还是一个政治活动家。1775年,69岁的他参加了美国的独立战争,并于次年参加了著名的“美国独立宣言”的起草工作。1783年77岁的富兰克林等3人代表美国与英国签订了“巴黎和约”,从此英国正式承认了美国的独立。 1785年,79岁的富兰克林当选为宾夕法尼亚州长,1790年4月17日,富兰克林在费城去世,享年84 岁。在他的墓碑上只写着“印刷工富兰克林”。 【5】电的库仑定律发现过程的逻辑分析

发现实例:人们知道,磁体之间能相互吸引(排斥),那么带电体之间是否也能相互吸引(排斥)呢?

1773年,法国皇家植物园园长杜?菲(du Fay , 1698~1739)做了如下实验:他将两个悬挂着的包有金箔的软木带电,发现软木带上同种电荷则互相排斥,若带上异种电荷则互相吸引。这就表明电荷之间存在着作用力。

1785年,法国工程师库仑(C.A.Coulomb, 1736~1806)将电荷之间的作用力和磁极之间的作用力进行类比后推测:电荷之间的作用力和磁极之间的作用力是否具有相似的规律呢?

于是,他设计制造了一台精密的扭秤,用以测定电荷之间作用力大小的实验:库仑在一个直径和高均为12英寸的玻璃圆缸上端安一银质悬丝,悬丝下挂一横杆,杆的一端为木制小球,另一端贴一纸片作配平用,圆缸上有360个刻度。悬丝自由放松时,横杆上的小木球指到〇。他先使悬挂的小球带电,然后使另一小球与其接触后分开,这样两个小球就带上了等量的同种电荷。库仑使两小球先后相距36、18、8.5个刻度,结果悬丝分别扭转了36、144、、575.5个刻度,其比例:间距为1:0.5:0.25,而转角为1:4:16;库仑又用相同金属球相互接触使其带上各种大小的电荷进行实验。通过一系列实验证实电荷间

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的作用力(不管是斥力和引力)与两电荷电量的乘积成正比,与电荷间距离的平方成反比,作用力的方向在这两个电荷的连线上。其数学式为:

F = K?Q1.Q2∕R2 ( K=9×109牛?米2∕库仑2) 这就是被称为电相互作用力的库仑定律。 创新逻辑分析: ①相似推理:

已知:磁体之间 → 相互引斥 联想:磁体~带电体(相似关系) 推论:带电体之间 → 相互引斥 实验:带电体之间 → 相互引斥 (法国:杜菲) ②相似推理:

已知:磁体间作用力 → F = K?Q1.Q2∕R2 联想: 磁力 ~电荷间作用力(相似关系)

推论:电荷间作用力 → F = K?Q1.Q2∕R2 实验:电荷间作用力 → F = K?Q1.Q2∕R2 (法国:库仑) 人物简介:

库仑(C.A.Coulomb, 1736~1806)是法国军事工程师。生于昂古莱姆。1761年毕业于军事工程学校,并作为军事工程师服役多年。由于他写的一篇题为《简单机械论》(Theorie des Machines Simples)的报告而获得法国科学院的奖励,并由此于1781年当选为法国科学院院士。法国大革命时期,他辞去公职,在布卢瓦附近乡村过隐居生活,拿破仑执政后,他返回巴黎,继续进行研究工作。

库仑一生致力于电和磁的研究,在实验的基础上他和英国物理学家卡文迪许(Henry Cavendish, 1731~1810)各自独立地发现了磁和电的库仑定律。库仑还

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对电荷的分布问题进行了研究,他将两个金属半球壳盖在一个金属球上,使整个系统带电。然后将两个半球壳移开,发现中间的金属不带电,而两个半球壳带电。这表明电荷分布在导体表面上。

【6】伽伐尼电流发现过程的逻辑分析

发现实例:1780年,意大利医生伽伐尼(L.Galvani,1737~1798)在用蛙腿进行动物电实验中,发现解剖刀(铁)触及放在铜板上的青蛙腿时(这时起电机刚好飞过来一个电火花),青蛙腿便猛烈地抽动了一下。于是他立即重复了这个实验,并观察到了同样的现象。因此他认为用金属接触蛙腿并和电火花相撞就是青蛙腿抽动的原因。他想既然起电机放电能使蛙腿抽动,那么雷雨天放电是否也会使青蛙腿抽动呢?当他把青蛙腿用铜钩挂到庭院的铁栏上时,结果仍然如此。他想,若在晴天不放电时是否青蛙腿也会抽动呢?实验发现无论是晴天还是雨天青蛙腿都会发生抽动,与放电毫无关系。那么是否“大气电”在起作用呢?于是他找了一个密闭的房间(无“大气电”),将青蛙腿放在铁板上,用铜丝接触它,结果像以前一样,蛙腿也发生了痉挛性收缩。这就排除了“大气电”的可能性。以上实验表明,两种不同的金属和青蛙腿接触,青蛙腿就会抽动。

伽伐尼由此想到,既然两种不同的金属接触青蛙腿,蛙腿就会抽动,那么用两种不同的非金属接触青蛙腿,蛙腿是否也会抽动呢?于是他用诸如玻璃、松香、橡胶、石头、干木头等来代替金属导体进行实验,结果青蛙腿并未发生抽动现象。

伽伐尼通过上述实验表明,只有两种不同的金属彼此连接又同时接触蛙腿,蛙腿才会发生抽动。于是他依据某些鱼类(电铺、电鳗)有动物电的现象推测青蛙腿中也有动物电,但未得到实验证实。

1791年,伽伐尼发表了《论肌肉运动中的电作用》一文,这篇文章引起了意大利巴维亚大学自然哲学教授伏打的注意,伏打想,既然两种不同金属与蛙腿接触就像莱顿瓶一样可产生通电一样的效果(通电能使蛙腿抽动),那么两种不同金属与蛙腿接触是否可以产

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生电流呢?于是伏打用自制的微量电荷验电器发现了两种不同金属和蛙腿接触时所产生的电流。那么这种电流真的会像伽伐尼推测的那样是蛙腿中隐含的动物电被接触的两种金属所激发出来的吗?如果用湿物体代替青蛙腿来接触两种不同的金属是否也会产生电流呢?

1800年伏打将两块不同的金属与浸有酸溶液的湿布接触,再用导线将两块金属连接起来成一回路,便得到了电流。他把这种电流称做伽伐尼电流,他把这个装置叫作伽伐尼电池。并发现当把若干个这种电池串联起来时,就能得到更强的电流。1800年3月20日,伏打将这一发现写信告诉了英国皇家学会会长班克斯(J.Banks),信中说:“你们对我所要介绍的装置无疑会感到惊讶,这种装置是用一些不同的导体按一定方式叠置起来的——用30片、40片、60片甚至更多的铜片(最好是银片),将它们中的每一片与一片锡片(最好是锌片)接触,然后充一层水或导电性能比纯水更好的食盐水、碱水等液层,或填上一层用这些液体浸透的纸皮或皮革等,……,就会有更强的电流产生。”这一装置就是著名的伏打电堆。

伏打据此否定了伽伐尼关于青蛙腿隐含动物电的猜想。他指出,青蛙的肌肉和神经中是不存在电的,电流在本质上是由不同金属(包括黄铁矿等矿石和木炭称干导体)与湿的物体(含有金属元素的液体如盐、碱、酸等称湿导体)的接触产生的,蛙腿只起到了验电器的作用。

伽伐尼电流的发现使电磁学的研究从静电转入了动电的研究,从此,电磁学的研究进入到一个蓬勃发展的新时期。 创新逻辑分析: ①相似推理:

已知:起电机放电 → 接触铁铜的蛙腿抽动 联想:起电机放电~雷雨天放电(相似关系) 推论:雷雨天放电 → 接触铁铜的蛙腿抽动 实验:雷雨天放电 → 接触铁铜的蛙腿抽动

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