王 丹，李 楠，姜琳琳，趙茂祥

(1.吉林師范大學(xué)物理學(xué)院，吉林 四平 136000；2.物理國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（吉林師范大學(xué)），吉林 四平 136000)

1 引言

對(duì)于電磁學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)以及理解過程中，依照相關(guān)的理論知識(shí)和知識(shí)體系加以概括，明確相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)的存在，電磁學(xué)中相對(duì)枯燥的部分就是理論知識(shí)，很多的人無法合理的把控電磁學(xué)的真正理論內(nèi)涵，以至于在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，面臨著極大的阻礙，引發(fā)了相對(duì)嚴(yán)重的后果[1]。除了電磁學(xué)以外，物理學(xué)中的知識(shí)也多是理論知識(shí)，想要真正的了解相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，需要將其本質(zhì)的內(nèi)容加以明確，在這樣的角度之上，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到電磁學(xué)中力學(xué)思想的關(guān)鍵價(jià)值。1687 年，牛頓完成了巨著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，其象征著經(jīng)典力學(xué)的構(gòu)建，同時(shí)也讓其成為了偉大的思想家，其影響力日漸廣闊。在這部偉大的巨著中，牛頓詳盡的概述了他的自然哲學(xué)觀，闡述了力學(xué)思想。對(duì)牛頓的力學(xué)思想簡(jiǎn)單表述：自然界統(tǒng)一的思想、萬有引力思想和超距作用觀念等。因?yàn)榕ｎD力學(xué)在研究多種理論時(shí)獲取了理想的成果，使得相關(guān)的思想得以在生產(chǎn)實(shí)踐中合理的運(yùn)用起來，以至于越來越多的科學(xué)家對(duì)于牛頓的力學(xué)思想抱有深信不疑的態(tài)度。

2 電磁學(xué)理論建立的過程

牛頓的力學(xué)思想能夠劃分出不同的組成部分，多位研究人員試圖運(yùn)用力學(xué)思想解釋自然現(xiàn)象，甚至使用相關(guān)的理論去解釋復(fù)雜的生命現(xiàn)象，自此，牛頓的力學(xué)思想以及力學(xué)方法等得以廣泛的運(yùn)用起來。經(jīng)過相關(guān)的調(diào)查研究，電磁學(xué)理論重點(diǎn)是建立在牛頓力學(xué)原理、超距作用觀念和自然力統(tǒng)一思想上誕生的理論，其中涉及到庫侖定律以及電力作用等等[2]。

2.1 庫侖定律

牛頓在自己的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中加以證明，若是引力和距離平方的增大明顯減少的時(shí)候，中空球體對(duì)球體中的物體將不會(huì)反映出一定的作用力。在1766 年，美國(guó)物理學(xué)家富蘭克林開展的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了這樣的現(xiàn)象：放置于金屬杯內(nèi)的軟木塞將不會(huì)受到金屬杯電性的干擾。1766 年，英國(guó)的普利斯特利也在相關(guān)的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了此類問題：在中空的金屬器帶電的情況下，除去開口的位置，其對(duì)于空腔中的電荷將不會(huì)表現(xiàn)出任何的作用力。在這樣的基礎(chǔ)之上，普利斯特利開始了大膽的假設(shè)：電荷之間的作用力就相當(dāng)于物體間實(shí)際存在的引力，由此便能適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用牛頓的相關(guān)思想。將牛頓的引力思想適當(dāng)?shù)囊浦苍陔姶艑W(xué)中，雖然并未證明相關(guān)的觀點(diǎn)，但是為后來的科學(xué)研究指明了方向。1785 年，庫侖借助于扭秤實(shí)驗(yàn)證實(shí)了反比定律，這就是庫侖定律的誕生。該定律繼承了牛頓引力定律的基本形式，同時(shí)也將牛頓的超距作用觀念加以延續(xù)。通過相關(guān)的實(shí)踐證實(shí)，引力和電力屬于同類力，其呈現(xiàn)出統(tǒng)一性。

2.2 安培定律

1820 年，法國(guó)物理學(xué)家阿拉果在瑞士了解到奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)的這一重磅消息，及時(shí)的向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告了相關(guān)的情況。在安培知曉這一消息，第二天重復(fù)進(jìn)行了奧斯特的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其進(jìn)行發(fā)展。經(jīng)過科學(xué)的驗(yàn)證以及深入的研究，安培為“磁”的本質(zhì)是電提供了相對(duì)可靠的證據(jù)。在對(duì)電流的相互作用進(jìn)行合理的研究時(shí)，安培也像牛頓一樣把電流比作無數(shù)個(gè)電流元的重要集合，結(jié)合著牛頓的牛頓力學(xué)理論，將電磁力合理的轉(zhuǎn)化為電流元間的吸引力以及排斥力等，之后運(yùn)用相對(duì)高超的數(shù)學(xué)技巧，將電流元的相互作用力加以總結(jié)，也就是平方反比的作用力形式。此理論將電磁現(xiàn)象合理的納入至牛頓力學(xué)的范疇中，證明了電力、磁力以及引力屬于同一種類型的力，體現(xiàn)出明顯的統(tǒng)一性[3]。

2.3 電力作用

1893 年，德國(guó)的高斯讓電力、磁力和萬有引力進(jìn)行了統(tǒng)一，并且統(tǒng)一于一個(gè)關(guān)系式內(nèi)，促使電磁學(xué)理論和力學(xué)模式間的關(guān)系更進(jìn)一步。1846 年，韋伯對(duì)電力作用的一般公式加以提及，其重點(diǎn)是建立在安培電動(dòng)理論基礎(chǔ)之上，其也可以視為牛頓力學(xué)的范疇。將牛頓的超距作用觀作為主要的例子，其涉及到的主要內(nèi)容就是力的傳遞無需通過一定的時(shí)間，但是結(jié)合物理的角度上分析，歧義和矛盾仍然存在，若是力的傳遞無需時(shí)間，將意味著傳遞的速度會(huì)呈現(xiàn)出無限放大的狀態(tài)。在這一實(shí)踐中，涉及到的公式屬于典型的平方反比作用力的形式。此種類型的公式，因?qū)?shù)并不會(huì)逐步的簡(jiǎn)易，但是積分易求得并且會(huì)循環(huán)出現(xiàn)，可以隨意的安排左列和右列，如果列表計(jì)算中出現(xiàn)了被積函數(shù)相似的形式，需要及時(shí)的終止列表，適當(dāng)?shù)慕柚鷮?duì)應(yīng)的解方程過程求出。在庫侖定律以及電力作用、安培定律中涉及到相同的概念，其中包含到的電磁現(xiàn)象得以正確的解釋，由于超距作用的存在，讓力學(xué)中并未充分的體現(xiàn)出來，但是電磁學(xué)中的作用十分明顯，只有對(duì)牛頓力學(xué)方法以及力學(xué)思想進(jìn)行詳細(xì)的了解，才能在具體應(yīng)用的過程中，真正的認(rèn)識(shí)電磁學(xué)實(shí)際的內(nèi)容以及實(shí)質(zhì)的問題。

3 牛頓的力學(xué)方法及電磁學(xué)理論

經(jīng)過上文的分析，電磁學(xué)中涵蓋的庫侖定律、電力作用以及安培定律等進(jìn)行了深入的闡述，同時(shí)明確了牛頓力學(xué)方法及相關(guān)的力學(xué)思想，了解其對(duì)于電磁學(xué)產(chǎn)生的影響。在時(shí)代飛速發(fā)展的進(jìn)程中，電磁學(xué)的相關(guān)理論已經(jīng)逐步的擺脫了牛頓力學(xué)的束縛，在相關(guān)的研究實(shí)踐中，多位科學(xué)家繼續(xù)展開了深入的分析[4]。

3.1 法拉第的觀點(diǎn)

牛頓力學(xué)方法和電磁學(xué)理論間存在著極為密切的聯(lián)系，但是這種關(guān)系的存在，需要經(jīng)過合理的驗(yàn)證加以判斷，在具體判斷前，需要結(jié)合相關(guān)學(xué)者的觀點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析，制定出科學(xué)的對(duì)策，保證牛頓力學(xué)方法和電磁學(xué)理論間的聯(lián)系適時(shí)展示出來。法拉第可謂開啟來新的征程，在人們對(duì)牛頓的力學(xué)思想抱有深信不疑的態(tài)度時(shí)，法拉第卻超乎了所有人的想象，其打破了一定的限制和束縛，為正確的解釋相關(guān)的電磁現(xiàn)象，同時(shí)合理的闡述電磁作用力的實(shí)際傳遞情況，受到“粒子鄰接作用”的深刻影響，其在關(guān)注到某一個(gè)物體從一個(gè)地方運(yùn)動(dòng)至另一個(gè)地方時(shí)，他還想了解能夠拉動(dòng)它的東西。在這樣的認(rèn)知中，法拉第設(shè)想電磁間能夠傳遞出的能量，不管是“拉”還是“推”，其均屬于無處不在的個(gè)體，其彰顯出傳遞電磁力的實(shí)際價(jià)值。法拉第將其稱作是“場(chǎng)”，其第一觀點(diǎn)就對(duì)牛頓的超距作用觀加以否定，描繪出了全新的物理圖像。運(yùn)用何種方式對(duì)其進(jìn)行描述？法拉第仍然采用了流體力學(xué)的手段，將力線以及力管等概念加以提出，正是由于力線和力管的存在，讓不同的電荷和磁體等連接起來，其認(rèn)為力線和力管均存在著現(xiàn)實(shí)的物理價(jià)值。除了上述提及到的相關(guān)力學(xué)思想之外，法拉第的另外一種思想便是物理力呈現(xiàn)出統(tǒng)一性，其運(yùn)用了具體的手段去證實(shí)這一觀點(diǎn)，證明五種自然力的統(tǒng)一存在?，F(xiàn)階段，諸多的學(xué)者致力于此方面的研究工作。法拉第作為一名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，雖然提出了全新的概念，但是在一定程度上其體現(xiàn)出定性特征。1854 年，麥克斯韋對(duì)法拉第的著作《電學(xué)實(shí)驗(yàn)研究》進(jìn)行了閱讀，被其闡述的見解深深地吸引。麥克斯韋也就此闡述了自己的認(rèn)識(shí)，其認(rèn)為：場(chǎng)和力線的模型均是富有價(jià)值的存在，其決心使用一般的數(shù)學(xué)方法將法拉第的相關(guān)觀念加以表達(dá)。

3.2 W.湯姆遜的觀點(diǎn)

在對(duì)部分學(xué)者的觀點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)的時(shí)候，應(yīng)該清楚地掌握相關(guān)的要領(lǐng)，同時(shí)結(jié)合部分研究學(xué)者所提出觀點(diǎn)的年份和時(shí)間，將其與牛頓力學(xué)理論相互結(jié)合到一起進(jìn)行分析，由此才能更好的闡述兩者之間的密切關(guān)聯(lián)。1847 年，W.湯姆遜在研究不可壓縮流體的過程中，了解到流線連續(xù)性的存在，在這樣的基礎(chǔ)之上，對(duì)于電磁現(xiàn)象和流體力學(xué)本身的相似性進(jìn)行了合理的闡述和分析，這種觀點(diǎn)的出現(xiàn)直接的影響到麥克斯韋，其受到了深刻的啟發(fā)，麥克斯韋將靜電場(chǎng)進(jìn)行了比喻，將其視作流體力學(xué)的穩(wěn)定流場(chǎng)，正負(fù)電荷被視為流體的源和溝，電力線則屬于流管的存在，電場(chǎng)的強(qiáng)度可以視作流速[5]。基于此，適當(dāng)?shù)囊瓿鲂碌氖噶亢瘮?shù)，由此清楚地表述出電磁場(chǎng)這一重要的概念。1862 年，W.湯姆遜發(fā)表了《論物理力線》的論文，在這篇文章中，其適當(dāng)?shù)囊肓诵碌拿劫|(zhì)理論，在相關(guān)的理論實(shí)踐中，其將電磁以太的力學(xué)模型加以構(gòu)建起來，使其更好的服務(wù)于相關(guān)的理論概述。該模型雖然在具體使用的過程中妥善的處理了相關(guān)的問題，但是在其觀點(diǎn)中，卻認(rèn)為此模型并不是電磁場(chǎng)具體存在的實(shí)際反映。后來，其逐步的轉(zhuǎn)向了場(chǎng)的觀點(diǎn)。適當(dāng)?shù)氖褂孟鄬?duì)嫻熟的數(shù)學(xué)技巧，可以讓麥克斯韋的方程加以體現(xiàn)出來，確保電磁學(xué)更加完善。W.湯姆遜對(duì)電磁現(xiàn)象和流體力學(xué)間的關(guān)系進(jìn)行了合理的對(duì)比，通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了兩者之間的聯(lián)系，驗(yàn)證了流體力學(xué)這一力學(xué)方法的存在，將其適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用至電磁學(xué)中，將反映出的電磁現(xiàn)象和流體力學(xué)展開科學(xué)的對(duì)比。即便牛頓力學(xué)中超距作用被否定，但是牛頓力學(xué)的思想以及力學(xué)方法還是能夠直接的影響到電磁學(xué)的發(fā)展軌跡，在電磁學(xué)的研究中出現(xiàn)了問題時(shí)，可以通過力學(xué)的方法加以解答，針對(duì)于多數(shù)的物理學(xué)家來說，適當(dāng)?shù)氖褂妙惐确绞?，借助于力學(xué)思想和力學(xué)方法等基本的要素，研究出電磁現(xiàn)象，屬于當(dāng)前電磁學(xué)研究中相對(duì)精準(zhǔn)的一種方式[6]。牛頓力學(xué)方法多種多樣，如類比法和分析綜合法等，借助于多樣化的手段，可以清楚地了解到電磁學(xué)的理論，明確電磁學(xué)的深刻內(nèi)涵所在，使得牛頓力學(xué)的重要性得以重新的認(rèn)識(shí)。

4 結(jié)語

電磁學(xué)理論的相關(guān)研究工作具體開展的過程中，存在著相對(duì)明顯的復(fù)雜問題，由于電磁學(xué)本身涉及到多個(gè)方面的內(nèi)容，想要進(jìn)一步明確電磁學(xué)的基本理論，清楚的掌握電磁學(xué)中較為復(fù)雜的理論知識(shí)，還需通過牛頓的力學(xué)思想和力學(xué)方法展開分析，由此開展進(jìn)一步的分析工作，做好科學(xué)的規(guī)劃與合理的安排，確保電磁學(xué)的研究進(jìn)展更加的理想。對(duì)于電磁學(xué)的發(fā)展過程展開實(shí)際調(diào)查的時(shí)候，能夠清楚的了解到電磁學(xué)的發(fā)展軌跡和力學(xué)思想息息相關(guān)，經(jīng)過對(duì)牛頓力學(xué)思想和對(duì)電磁學(xué)理論的影響進(jìn)一步分析，能夠明確電磁學(xué)的基本原理所在，由此清楚的掌握電磁學(xué)的具體觀點(diǎn)，將其合理的運(yùn)用至實(shí)際的生活實(shí)踐中。通過本文的概述，了解到當(dāng)前電磁學(xué)理論和牛頓力學(xué)理論及方法間的關(guān)系，在闡述了相關(guān)的認(rèn)識(shí)之后，旨在為類似的研究工作提供有效的借鑒和參考。