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圖書簡介
走進物理世界——電子技術與光本質探索
- 作 者：邢春飛
- ISBN:978-7-5723-0225-1
- 出版社：山東科學技術出版社
- 出版時間：2020.08
- 版次：1
- 字數：
- 頁數：212
- 開本：大32開
內容提要
本書介紹了電子技術的發展史和光本質探索的歷史，從電磁科學的建立到電子戰，從火的神話傳說到光的波粒二象性。其中既有深刻的思想，也有生動的故事，可以幫助讀者消除對物理的隔膜，培養學習物理的興趣。內容分為兩大部分——電子技術和光本質探索，共包含63篇相對獨立的文章，其中與電子技術有關的文章34篇，與光本質探索有關的文章29篇。
1.1? 奧斯特的發現
奧斯特（1777—1851）是丹麥物理學家，1777 年 8 月 14 日生于丹麥一個藥劑師家庭。由于家庭清貧，只能在家自學，沒有進入正規學校讀書。不過受家庭的影響，奧斯特小時候就對藥物學、化學實驗和物理學產生了濃厚的興趣。
1794 年，通過中學畢業考試后，奧斯特以同等學力考入哥本哈根大學攻讀醫學和哲學，同時學習了一些別的自然科學課程，并于 1799 年獲得哲學博士學位。 受到康德哲學的影響，他堅信電現象和磁現象具有共同的根源，并開始了電與磁的研究。1806 年，奧斯特任哥本哈根大學自然哲學教授。18世紀中葉，美國科學家和社會活動家富蘭克林發現，借助萊頓瓶（類似于一種電容器）放電能使鋼針磁化。這一現象使奧斯特更加堅信電轉化為磁是可以實現的?？删烤箲绾螌崿F呢？這個問題一直困擾著他。
*初，根據電流通過較細金屬絲會發熱的現象，奧斯特推測：如果金屬絲更細，就會發熱更多，以至于發光；如果金屬絲再細，電就會轉化為磁。按照這個思路，奧斯特的實驗始終沒有任何進展。
直到 1820 年的一天，作為哥本哈根大學教授的奧斯特，在向學生演示電流和熱的關系時，意想不到的現象出現了。他的助手在講桌上放置了一個伏打電堆，用很細的鉑絲把它的兩極連起來，鉑絲被“燒”得通紅。奧斯特在向學生解釋這種現象時，無意中發現懸掛在一根金屬絲下的小磁針發生了偏轉，偏轉后的小磁針已經不再指南北方向，而是在垂直于通電鉑絲的方向停了下來?！半姾痛努F象之間，必然存在著某種聯系……”
這是他 1807 年的想法，現在研究多年的電（流）生磁現象終于出現了。雖然聽課的學生對此沒有任何反應，但奧斯特卻激動萬分，他極力控制著自己的情緒。課后他吩咐助手，實驗桌上的東西都保持原樣。待學生離開后，他又沖到實驗桌前，一遍又一遍地重復剛剛發現的這個極不尋常的現象。在實驗之后，他還把這一喜訊立即寫信告訴了他的好朋友、法國科學家安培。
起初，奧斯特認為，磁針的轉動也許是由于電流生熱使周圍空氣流動引起的。為驗證這種觀點，他把一塊硬紙板放在導線與小磁針之間以阻擋氣流，后來又在通電導線與磁針間放置各種物體，甚至把磁針放在水里。他發現，這些改變了的條件對實驗結果毫無影響，即通電前磁針指南北，通電后磁針立即偏轉，并在與鉑絲垂直的方向上停下來。此后，他不斷改變磁針的位置、改變鉑絲的方向，*后得出電流對磁針的作用是使磁針偏轉的原因。后來他又用了 8 種不同材料的導線做實驗，發現磁針的偏轉與導線的材料無關，只與電流有關。
通過 3 個月不斷的實驗，奧斯特終于在 1820 年 7 月 21 日在法國《化學與物理學年鑒》雜志上發表了他的論文。該雜志不僅破例予以全文發表，還加上了這樣不同尋常的按語：“年鑒的讀者都知道，本刊從不輕易支持宣稱有驚人發現的報告，至今我們都因為能夠堅持這一方針而自詡。但是，至于說到奧斯特先生的文章，則其所得結果無論顯得多么奇特，都有極詳細的記錄為證，以至于無任何懷疑其為謬誤的余地?！庇纱丝梢婋娏鞯拇判陌l現，在當時的科學界中就被認為具有里程碑的意義。電流磁效應的發現，推動了歐姆、安培和法拉第的研究工作，也間接影響了麥克斯韋、赫茲等人的研究。這一發現揭開了電磁學研究與發展的序幕，標志著電磁學時代的到來。
奧斯特發現電流的磁效應，既有偶然性，也有其必然性。之所以說是偶然的，首先是因為機會轉瞬即逝，要看能否抓得??；其次假設當時實驗時鉑絲沿東西方向放置，或近似沿東西方向放置，偏轉現象就會大打折扣，或者根本就觀察不到小磁針的偏轉，也就發現不了電流的磁效應，可見在科學發現中有很多偶然因素。之所以說又是必然的，是因為奧斯特深受康德關于自然界的統一性思想的影響，而且人類對電學的認識越來越深入，尤其是在富蘭克林發現鋼針磁化現象后，發現電流的磁效應令人感到是水到渠成的事。
奧斯特還是一位杰出的教育家，他編寫的教材《自然界普遍規律的科學》，使用時間超過了半個世紀。他還熱衷于普及科學知識的工作。一直到晚年，奧斯特仍然積極從事各種社會活動，深受丹麥人民的愛戴。他晚年還研究了物質的順磁性和抗磁性。
1851 年 3 月 9 日，74 歲的奧斯特卒于哥本哈根。為了紀念他，1934 年，磁場強度單位被命名為奧斯特。
精彩導讀
目 錄
上篇 電子技術
一、電磁科學的發展 …………………………………………… 2
1.1奧斯特的發現 ……………………………………… 2
1.2安培的貢獻 ………………………………………… 6
1.3法拉第的發現 ……………………………………… 9
1.4麥克斯韋的總結 ………………………………14
1.5赫茲的證明 ………………………………………18
1.6馬可尼和波波夫的發明 …………………………20
二、電子的發現 ……………………………………………… 24
2.1愛迪生效應 ………………………………………24
2.2陰極射線的本質之爭 ……………………………27
2.3湯姆遜發現電子 …………………………………33
2.4電子發現的啟示 …………………………………39
三、電通信與電子設備的發明 ……………………………… 41
3.1早期的電報 ………………………………………41
3.2莫爾斯發明電報 …………………………………44
3.3電話的發明 ………………………………………47
3.4電子管的發明 ……………………………………53
3.5晶體管的發明 ……………………………………58
3.6失敗的硅谷第一人——肖克利 …………………62
3.7集成電路的發明 …………………………………67
四、神奇的雷達 ……………………………………………… 72
4.1雷達的原理 ………………………………………72
4.2二戰中英國的雷達網 ……………………………75
4.3二戰中英國靠雷達制勝 …………………………78
4.4二戰中英國與德國的雷達戰 ……………………80
4.5缺少雷達葬送日本海軍 …………………………83
4.6二戰后雷達的發展 ………………………………85
4.7雷達與運籌學 ……………………………………87
4.8說說預警機 ………………………………………90
五、電子戰傳奇 ……………………………………………… 96
5.1從音樂導航到“彎腿”計劃 ……………………… 96
5.2電子欺騙 …………………………………………98
5.3電子偽裝術 ……………………………………… 101
5.4“天窗”——箔條干擾 ………………………… 103
5.5響尾蛇導彈 ……………………………………… 105
5.6越南戰爭中的電子對抗 ………………………… 112
5.7貝卡谷地大戰 …………………………………… 116
5.8從馬島之戰到首次“外科手術式打擊” ……… 118
5.9海灣戰爭中的電子戰 …………………………… 121
下篇 光本質探索
六、神話傳說里的光 ………………………………………… 124
6.1燧人氏的故事 …………………………………… 125
6.2普羅米修斯與奧運圣火 ………………………… 128
七、光的微粒說 ……………………………………………… 131
7.1微粒說的起源 …………………………………… 131
7.2笛卡兒的機械微粒觀點 ………………………… 133
7.3牛頓的微粒說 …………………………………… 134
八、光是一種波 ……………………………………………… 137
8.1牛頓環 …………………………………………… 137
8.2惠更斯的波動說 ………………………………… 139
8.3楊氏雙縫干涉實驗 ……………………………… 141
8.4菲涅耳的衍射實驗 ……………………………… 148
8.5光的偏振現象的發現 …………………………… 153
8.6波動說與光的偏振 ……………………………… 157
九、光是一種電磁波 ………………………………………… 160
9.1麥克斯韋的預言 ………………………………… 160
9.2電磁波的發現——赫茲實驗 …………………… 163
9.3光速的測定 ……………………………………… 166
十、問蒼天“以太”為何物 ………………………………… 170
10.1“以太”的由來 ………………………………… 170
10.2光的“以太”說 ………………………………… 172
10.3 “以太漂移”的早期觀測 ……………………… 174
10.4邁克爾遜 - 莫雷實驗 …………………………… 179
十一、光電效應與粒子說的復興 …………………………… 183
11.1光電效應的發現 ………………………………… 183
11.2對光電效應的后續研究 ………………………… 185
11.3光量子與光電效應方程 ………………………… 188
11.4密立根的貢獻 …………………………………… 192
11.5光電效應的應用 ………………………………… 196
11.6多光子光電效應的發現 ………………………… 197
十二、光的波粒二象性 ……………………………………… 200
12.1愛因斯坦與光的波粒二象性的提出 …………… 200
12.2X 射線本質之爭 ………………………………… 202
12.3康普頓效應 ……………………………………… 204
12.4德布羅意假說與物質波 ………………………… 209
12.5歷史的啟示 ……………………………………… 211
