48屆物理

⑴ 江蘇08屆物理，物理學科的物理學史歸納

麥克斯韋是19世紀偉大的英國物理學家、數學家。1831年11月13日生於蘇格蘭的愛丁堡，自幼聰穎，父親是個知識淵博的律師，使麥克斯韋從小受到良好的教育。10歲時進入愛丁堡中學學習14歲就在愛丁堡皇家學會會刊上發表了一篇關於二次曲線作圖問題的論文，已顯露出出眾的才華。1847年進入愛丁堡大學學習數學和物理。1850年轉入劍橋大學三一學院數學系學習，1854年以第二名的成績獲史密斯獎學金，畢業留校任職兩年。1856年在蘇格蘭阿伯丁的馬里沙耳任自然哲學教授。1860年到倫敦國王學院任自然哲學和天文學教授。1861年選為倫敦皇家學會會員。1865年春辭去教職回到家鄉系統地總結他的關於電磁學的研究成果，完成了電磁場理論的經典巨著《論電和磁》，並於1873年出版，1871年受聘為劍橋大學新設立的卡文迪什試驗物理學教授，負責籌建著名的卡文迪什實驗室，1874年建成後擔任這個實驗室的第一任主任，直到1879年11月5日在劍橋逝世。

麥克斯韋主要從事電磁理論、分子物理學、統計物理學、光學、力學、彈性理論方面的研究。尤其是他建立的電磁場理論，將電學、磁學、光學統一起來，是19世紀物理學發展的最光輝的成果，是科學史上最偉大的綜合之一。

麥克斯韋大約於1855年開始研究電磁學，在潛心研究了法拉第關於電磁學方面的新理論和思想之後，堅信法拉第的新理論包含著真理。於是他抱著給法拉第的理論「提供數學方法基礎」的願望，決心把法拉第的天才思想以清晰准確的數學形式表示出來。他在前人成就的基礎上，對整個電磁現象作了系統、全面的研究，憑借他高深的數學造詣和豐富的想像力接連發表了電磁場理論的三篇論文：《論法拉第的力線》（1855年12 月至1856年2月）；《論物理的力線》（1861至1862年）；《電磁場的動力學理論》（1864年12月8日）。對前人和他自己的工作進行了綜合概括，將電磁場理論用簡潔、對稱、完美數學形式表示出來，經後人整理和改寫，成為經典電動力學主要基礎的麥克斯韋方程組。據此，1865年他預言了電磁波的存在，電磁波只可能是橫波，並計算了電磁波的傳播速度等於光速，同時得出結論：光是電磁波的一種形式，揭示了光現象和電磁現象之間的聯系。1888年德國物理學家赫茲用實驗驗證了電磁波的存在。麥克斯韋於1873年出版了科學名著《電磁理論》。系統、全面、完美地闡述了電磁場理論。這一理論成為經典物理學的重要支柱之一。在熱力學與統計物理學方面麥克斯韋也作出了重要貢獻，他是氣體動理論的創始人之一。1859年他首次用統計規律得出麥克斯韋速度分布律，從而找到了由微觀兩求統計平均值的更確切的途徑。1866年他給出了分子按速度的分布函數的新推導方法，這種方法是以分析正向和反向碰撞為基礎的。他引入了馳豫時間的概念，發展了一般形式的輸運理論，並把它應用於擴散、熱傳導和氣體內摩擦過程。1867年引入了「統計力學」這個術語。麥克斯韋是運用數學工具分析物理問題和精確地表述科學思想的大師，他非常重視實驗，由他負責建立起來的卡文迪什實驗室，在他和以後幾位主任的領導下，發展成為舉世聞名的學術中心之一。他善於從實驗出發，經過敏銳的觀察思考，應用嫻熟的數學技巧，從縝密的分析和推理，大膽地提出有實驗基礎的假設，建立新的理論，再使理論及其預言的結論接受實驗檢驗，逐漸完善，形成系統、完整的理論。特別是湯姆孫W卓有成效地運用類比的方法使麥克斯韋深受啟示，使他成為建立各種模型來類比研究不同物理現象的能手。在他的電磁場理論的三篇論文中多次使用了類比研究方法，尋找到了不同現象之間的聯系，從而逐步揭示了科學真理。

麥克斯韋嚴謹的科學態度和科學研究方法是人類極其寶貴的精神財富。

麥克斯韋

父親的影響

在科學史上，一些重大的理論，常常要靠許多人的前赴後繼、不辭勞苦的努力，才能創立起來。19世紀，導致物理學爆發一場革命的電磁理論的創立，就是這樣的。從奧斯特、安培發現電流的磁效應開始，經過法拉第的奠基，到理論的完成，前後經歷了半個多世紀。最後完成這個理論的人，是英國傑出的數學家物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。

麥克斯韋比法拉第小40歲。1831年11月13日，他生在蘇格蘭古都愛丁堡，跟電話發明家貝爾（1847～1922）是同鄉。法拉第發現電磁感應恰好也在1831年。這一年就成了電學史上值得紀念的一年。

麥克斯韋的父親約翰·克拉克·麥克斯韋，是個熱衷於技術和建築設計的律師，對麥克斯韋的一生影響很大。約翰·克拉克·麥克斯韋思想開通，講究實際，非常能幹。家裡的大小事情，從修繕房屋、剪裁衣服到製作玩具，他樣樣都會做。他在愛丁堡附近的鄉下有座庄園，麥克斯韋的童年就是在這座庄園里度過的。這個孩子從小喜歡思考問題，很受父母寵愛。小傢伙跟著父母出去玩，一張小嘴總要不停地提出各種各樣的問題。沿途所見，從路邊的桑樹、腳下的石塊，直到行人的穿著表情，都成了他發問的內容。有些幼稚可笑的問題，常常把過路人也逗樂了。一次他們看見路旁停著一輛空馬車，兩歲的麥克斯韋突然問父親：「爸爸，你看那輛馬車為什麼不走呢？」父親信口回答：「它在休息。」「它為什麼要休息呢？」「大約累了吧，」父親敷衍說。「不，」兒子糾正說，「它是肚子痛！」「不是肚子痛，是累了。」

「不是累了，是肚子痛！」兒子一口咬定。父親忍不住笑了起來。後來，麥克斯韋稍大一點，提的問題更有意思了，比如「樹木為什麼向天上長」呀，

「螞蟻會不會說話」呀。有一天，麥克斯韋的姨媽給他帶來一籃蘋果。小傢伙纏住她問：「蘋果為什麼是紅的？」姨媽被這個突然的問題難住了，一時不知道怎樣回答才好。為了擺脫窘境，她就叫麥克斯韋去吹肥皂泡玩，誰知道個主意更糟了。肥皂泡在陽光下呈現出美麗的五顏六色，使得麥克斯韋又驚又喜，向她提出了更多的關於顏色的問題。父親見兒子對自然感興趣，非常高興，後來就帶他去聽愛丁堡皇家學會的科學講座，當時他的個頭還沒有講台高呢！約翰·克拉克·麥克斯韋本人是皇家學會的活躍分子，兒子跟隨他經常出入科學界，受到不少熏陶。

麥克斯韋童年的歡樂是短暫的。他八歲那年，母親患肺結核不幸去世。這種病在今天是不難治好的，但是在一個世紀以前的當時，卻是不治之症。因為那時沒有特效葯，一個人得了肺病，就等於判了死刑。和麥克斯韋同時代的英國女作家夏洛蒂·勃朗特 （《簡·愛》作者）三姊妹，貝爾的兩個兄弟，都是因為患肺病夭折的。

母親去世以後，麥克斯韋的父親挑起了哺養、教育兒子的全部擔子。他既是父親，又兼做母親，操了不少心。幼年喪母本來是不幸的，麥克斯韋失去母愛，性情漸漸變得孤僻、內向。他最大的快樂，是形影不離地跟著父親走，給父親當個小小的幫手。父子兩人朝夕相處，相依為命，關系非常親密。

麥克斯韋 10歲那年，進了愛丁堡中學。中學的生活充滿了喧鬧和戲劇性。他是在學期中間插班的，第一天上課就受到全班的嘲笑。幾個調皮學生看到這個新來的同伴怯生、靦腆，直向他扮鬼臉。由於麥克斯韋童年一直在父親鄉下的庄園里生活，講話有很重的鄉土音。當老師點名叫他回答問題的時候，他剛一開口就引起鬨堂大笑。有一次，大約因為發音太怪，連一位文質彬彬的女教帥都忍不住笑出淚來。從此老師就很少提問他了。更糟的是，他的衣服全是父親做的，與眾不同。19世紀英國的服裝很講究。婦女把華麗當做時髦。男人卻講究戴高筒禮帽，不論老少，脖子上還要圍一條緊綳綳的硬領。麥克斯韋的父親認為這不但系起來不方便，而且也不衛生。他不顧習俗，給兒子來了個小小的服裝改革。這個多才多藝的律師親自設計、親手剪裁，替麥克斯韋做了一套簡便的緊身服，可以不用穿外套，並且甩掉硬領的累贅。麥克斯韋的皮鞋也是父親做的，大約是為了縫合的方便，皮鞋頭是方的，鞋幫上還有金屬紐扣。沒料到，這些「奇裝異服」卻給麥克斯韋招來了許多屈辱。他在班上成了一隻名副其實的「丑小鴨」，處處被排擠，受譏笑。每次放學回家，他不是緊身服被人扯破，就是腰帶不翼而飛。父親看到這種情景，痛惜地搖搖頭，決定取消這不走運的「服裝改革」，兒子盡管眼淚汪汪，卻頑強地要堅持穿到底，因為他相信父親的設計是無可非議的，他不願向暴力屈服。

數學才華

麥克斯韋照樣穿著父親做的衣服進出課堂。他為了保持服裝的整潔，常常要用拳頭自衛。

同學們發現這個新生並不是可以隨便欺侮的，就有意孤立他。麥克斯韋本來就怕羞，現在更不願意和大家往來了。在班裡，面對著同學們的熱嘲冷諷，他沉默著，但是卻從來沒有低過頭。在忍無可忍的時候，他就用尖刻、辛辣的話來進行回擊。下課以後，他總愛獨自坐在樹下讀歌謠，畫一些只有他自己才看得懂的圖畫。要不，他就一個人躲在教室的角落裡，專心致志地演算父親給他出的數學題。同班同學都不理解他，老師也認為他是個古怪的孩子。大家暗中給他取了個外號，叫他「瓜娃」。整個愛丁堡中學，只有低年級的兩個學生跟他很友好。那兩個學生在班上大約也是受氣的，可以說是同病相憐。

就這樣，麥克斯韋在冷眼中度過了中學的最初時光。

誰也沒有想到，到了中年級的時候，出現了奇跡。一次學校里舉行數學和詩歌比賽，評選揭曉的時候，爆了個大冷門：兩個科目的一等獎都由同一個人獲得。這個出類拔萃的少年不是別人，而是一向不被人看在眼裡的麥克斯韋！這不但使全班同學驚奇得睜大了眼睛，連級任老師也感到意外。他們這才發現，這只灰色的「丑小鴨」原來是一隻白天鵝。

這次比賽改變了麥克斯韋在班裡的地位。優等生總是受崇拜的，再也沒有誰取笑他的服裝和說話的聲音了，同學們開始尊敬他，向他請教疑難問題。麥克斯韋成為全校拔尖的學生，獲得了許多獎勵。他的光彩，看起來有些像彗星那樣突然出現，實際上卻是刻苦學習的結果。麥克斯韋對數學、物理學有濃厚的興趣，尤其喜歡數學。他的數學天賦，最早是父親在無意中發現的。在麥克斯韋還只有幾歲的時候，有一天，父親叫他畫插滿金菊的花瓶。麥克斯韋畫完交卷的時候，父親拿過他的畫，邊看邊笑了起來。因為滿紙塗的都是幾何圖形：花瓶是梯形，菊花成了大大小小一簇圓圈，還有一些奇奇怪怪的三角，大概是表示葉子的。從這以後，父親就開始教他幾何學，過後又教他代數。於是，他和數學結下了不解之緣。後來，他在數學競賽中奪得了冠軍，決不是偶然的。

麥克斯韋的數學才華，使他很快突破了課本的界限。他還沒滿15歲，就寫了一篇數學論文，發表在《愛丁堡皇家學會學報》上。一個最高學術機構的學報刊登孩子的論文，是罕見的，麥克斯韋的父親為這件事感到自豪。論文的題目，是討論二次曲線的幾何作圖。據說這個問題，當時只有大數學家笛卡爾 （1596～1650）曾經研究過。麥克斯韋的方法同笛卡爾的方法不但不雷同，而且還要簡便些。當審定論文的教授確證了這一點的時候，都感到非常吃驚。1846年4月，這篇論文在皇家學會上宣讀。通常宣讀論文的都是作者本人，這一次卻不是。因為考慮到麥克斯韋實在太年輕了，論文是由一位教授代讀的。

麥克斯韋不但是個少年科學家，而且還是個小詩人。有趣的是，歷史上不少著名的科學家都能做詩。羅蒙諾索夫常常把寫詩當做消遣，他的頌歌很受葉卡德琳娜女皇青睞。因為這個緣故，羅蒙諾索夫幾次倖免於政治迫害。化學大師戴維也是一位詩歌高手，只是因為他在科學方面的成就非常大，他的詩歌創作的光華才被掩蓋了。麥克斯韋的詩歌，成就雖然不及羅蒙諾索夫，卻也自成一格。他的詩常被同學傳抄、朗誦。麥克斯韋一生都沒有放棄過寫詩的愛好，不過，他卻從來沒有想過要當一個詩人。他的詩多半是即興的作品，他常常在親友們歡聚的時候給他們朗讀自己的詩。詩的內容，有不少是科學題材。

麥克斯韋在中學時代，還喜歡玩陀螺。它類似我國兒童玩的那種陀螺，玩的時候用繩子不斷地抽打，陀螺就不停地在地上旋轉。據說他一生都愛玩陀螺，還教他的許多朋友玩過。另外，對一種叫做活動畫筒的玩具，他也有強烈的興趣。麥克斯韋的這兩種愛好，不單純是為了娛樂，主要還是為了探索科學的道理。這兩種玩具的原理，後來都被他應用到科學上去了。

1847年秋天，16歲的麥克斯韋中學畢業以後，考進了蘇格蘭最高學府愛丁堡大學，專門攻讀數學和物理學。他是班上年紀最小的學生，坐位在最前排，站隊總是在最後，書包里揣著陀螺和詩集。這個前額飽滿、兩眼炯炯有神的小夥子，很快就引起了全班的注意。他不但考試名列前茅，而且經常對老師的講課提出問題。有一次，他指出一位講師講的公式有錯誤。那個講師起初不相信，回答說：「如果你的對了，我就把它稱做麥氏公式！」講師晚上回家一驗算，果然是自己講錯了。

到大學二年級的時候，麥克斯韋掌握的知識已相當廣泛了。除了學習必修的功課，他還開始自己搞研究，選題范圍涉及光學、電化學和分子物理學三個領域。這對鍛煉他獨立思考的能力起了很好的作用。不久，他在《愛丁堡皇家學會學報》上又發表了兩篇論文。一位賞識他的物理教授，還特許他單獨在實驗室做實驗。

愛丁堡大學給麥克斯韋留下了良好的回憶。在這里，他獲得了登上科學舞台所必需的基本訓練。但是，三年以後，對麥克斯韋說來，這個搖籃顯得狹小了。為了進一步深造，1850年他在徵得父親的同意以後，離開了愛丁堡。轉到人才輩出的劍橋大學學習。

利器在手

劍橋大學創立在1209年，是英國首屈一指的高等學府，有優良的科學傳統。牛頓曾經在這里工作過30多年，達爾文（1809～1882）也是在這里畢業的。19歲的麥克斯韋初到劍橋大學，一切都覺得新鮮，他幾乎每天都和父親通信，報告自己的見聞、感想和學習收獲。第二年，他由於考試成績優異，獲得了獎學金。當時，大學生大多數都是自費，獲得獎學金的總是最勤奮的學生。按照規定，獲得獎學金的學生都在一起吃飯，因此，麥克斯韋結識了一群有為的年輕人，他逐漸克服了少年時代的孤僻，活躍起來。不久，他被吸收加入了一個叫做「使徒社」的學術團體。這個團體又叫做「精選論文俱樂部」，專門評選學生中最優秀的論文。有意思是，「使徒社」的名稱是根據《聖經》取的。因為耶穌只有12個門徒，「使徒社」也只能由12個成員組成，所以整個劍橋大學每屆只能有12個學生屬於這個團體。這個團體實際上是一個小小的「皇家學會」，必須是最出類拔萃的學生才有資格參加。

這個時期，麥克斯韋專攻數學，讀了大量的專著。他的學習方法，不像法拉第那樣循序漸進，井井有條。他讀書不大講究系統性，有時為了鑽研一個問題，他可以接連幾周其他什麼都不管；而另一個時候，他又可能碰到什麼就讀什麼，漫無邊際，像一個性急的獵手，在數學領域里縱馬馳騁。

課後，「使徒社」的成員們常在一起討論各種問題。他們很欣賞麥克斯韋即興創作的詩，但是要和他對話卻很困難，因為麥克斯韋說起話來，和他讀書一樣，常常是天馬行空，前言不搭後語，一個題目還沒有講完，他跳到另一個題目上去了。他的思路過於敏捷，讓人難以捉摸。再加上他還保持著小時候的習慣，喜歡突然提一此奇怪的問題，比如「死甲蟲為什麼不導電呢？」「活貓和活狗摩擦可以生電嗎？」就更使人反應不過來了。有一次，一位朋友同他到郊外散步。整個傍晚，大約都在討論對某道難題的解法，麥克斯韋不停地說著，對方生怕不能領會，聽得很仔細，但是最後還是一句都沒有聽懂。麥克斯韋這種機槍式講授法，給他後來當教授帶來不少困難。他一生都不被人理解。中學時候他的服裝不被同學理解；大學時候他的語言不被人理解；到後來，他的學說也是很長時間不被人理解。盡管「話不投機」，社友們還是把他看做他們中間獨一無二的人。麥克斯韋驚人的想像、閃電般的思維能力、譏誚的詩句，把他們征服了。

這是一個奇才，需要名師指點，才能放出異彩。幸運的是，有個偶然的機會，麥克斯韋果然遇上了伯樂，那就是劍橋大學的教授、著名數學家霍普金斯。一天，霍普金斯到圖書館借書，他要的一本數學專著恰被人先借去了。一般學生是不可能讀懂那本書的，教授有些詫異，向管理員詢問借書人的名字，管理員回答說：「麥克斯韋」。數學家找到麥克斯韋，看見年輕人正埋頭作摘抄，筆記上塗得亂七八糟，毫無秩序。霍普金斯不由得對這個青年發生了興趣，詼諧地說：「小夥子，如果沒有秩序，你永遠成不了優秀的數學物理學家！」霍普金斯所說的數學物理學家，是指善於運用數學方法解決理論問題的物理學家，通常也稱做理論物理學家，需要在數學和物理學上都有很高的造詣。從這以後，麥克斯韋成了霍普金斯的研究生。

霍普金斯學問淵博，培養出了不少人才。有多方面成就的威廉·湯姆生

（就是著名的開爾文勛爵）和數學家斯托克斯（1819～1903），都是他的門下。麥克斯韋在導師的指導下，首先克服了雜亂無章的學習方法。霍普金斯對他的每一個選題，每一步運算都要求得很嚴格。那時，麥克斯韋還參加了劍橋大學的斯托克斯講座。斯托克斯比他大12歲，在數學和流體力學上都有建樹，他在數學上的重要發現在科學史上曾經有記載。經過兩位優秀數學家的指教，麥克斯韋進步很快，不出三年就掌握了當時所有先進的數學方法，成了有為的青年數學家。霍普金斯對他的評價是：「在我教過的全部學生中，毫無疑問，這是最傑出的一個！」

尤其重要的是，麥克斯韋不是一個抽象的數學家。這一點也要歸功於他的老師。歷來的數學家有兩派，一派以古希臘的畢達哥拉斯（約前580～約前500）為鼻祖，認為世界的本原就是抽象的數，數學決定一切；另一派以17世紀的笛卡爾為代表，他指出數學是客觀事物的定量反映，也是一種知識工具。這位解析幾何的創始人，曾經針對那些純粹的數學家說：「沒有什麼比埋頭到空洞的數學和抽象的圖形中更無聊的了。」這兩種對立的態度，導致人們對數學持有兩種不同的看法。一種把數學看成純粹的符號，為數學而數學；另一種卻把生動的物理學概念同數學結合起來了，把數學當成研究物理學的手段。霍普金斯和斯托克斯都屬於笛卡爾派。

麥克斯韋受到他們的直接影響，很重視數學的作用。他一開始就把數學和物理學結合起來。這一點對他以後完成電磁理論，是重要的。

1854年，23歲的麥克斯韋參加了數學學位考試。主考人是斯托克斯，題目涉及曲面積分和線積分，難度很大。事後大家才知道，那是斯托克斯剛發現的一個定理。這個定理後來對麥克斯韋的電學研究大有幫助。考試結果，麥克斯韋獲得了甲等數學優等生第二名。也就是這一年，他對電磁學產生了濃厚的興趣。法國浪漫主義作家喬治·桑 （1804～1876）說過：「在抽劍向敵以前，必須練好劍術。」麥克斯韋現在掌握了過硬的數學本領，他是利器在手，只等沖鋒了。

繼續著法拉第的事業

麥克斯韋畢業以後留在學校工作。起初，他研究的課題是光學里的色彩論。不久他讀到了法拉第的《電學實驗研究》，馬上被書中新穎的實驗和見解吸引住了。當時學術界對法拉第的學說看法不一致，有不少非議。主要原因是「超距作用」的傳統觀念影響還很深，舊的大廈動搖了，但是並沒有倒塌；同時，也因為法拉第的學說在理論上還不夠嚴謹。作為實驗大師，法拉第有許多過人的地方，唯獨數學功夫不夠，他的創見都是用直觀形式表達的。一般的理論物理學家都不承認法拉第的學說，認為它不過是一些實驗記錄。有個天文學家就公開宣稱：「誰要是在精確的超距作用和模糊不清的力線觀念之間有所遲疑，誰就是對牛頓的褻瀆！」在劍橋大學，學者們也有分歧意見。其中最有見識的，要算威廉·湯姆生了。這位青年教授對電學很有研究，曾經多次向法拉第請教。在麥克斯韋畢業前一年，湯姆生發表了一篇題目是

《瞬變電流》的論文，指出萊頓瓶的放電有振盪性質。麥克斯韋見到論文十分佩服，他特地寫信給湯姆生，請求他告訴一些研究電學的門路。湯姆生比麥克斯韋大七歲，他後來沒有能夠把電磁研究堅持到底。但是，他對麥克斯韋卻有不少幫助。麥克斯韋在給父親的信里曾經高興地談到，湯姆生很樂意指教他。

麥克斯韋受這位先行者的啟示，相信法拉第的學說中包含著真理。他在認真研究了法拉第的著作以後，省悟出力線思想的寶貴價值，也看到了法拉第定性表述的弱點。這個初出茅廬的青年科學家決心用數學來彌補這一點。

一年以後，24歲的麥克斯韋麥表《論法拉第的力線》，這是他第一篇關於電磁學的論文。在論文中，麥克斯韋通過數學方法，把電流周圍存在力線這個現象，概括做一個高等數學里的矢量微分方程。根據這個方程，每一股電流都產生一條環狀磁力線。這一年（1855），恰好法拉第結束了長達30多年的電學研究，他在科學筆記里寫下了最後一個編號：5430。正是「芳林新葉催陳葉，流水前波讓後波」，麥克斯韋接過了這位偉大先驅者的火炬，開始向電磁領域的縱深挺進。

《論法拉第的力線》這篇論文，雖然基本上是對法拉第力線概念的數學

「翻譯」，卻是十分重要的一步。因為麥克斯韋一開始就使用了數學方法，而且選定了法拉第學說的精髓——力線思想，當做自己研究的起點。這表明麥克斯韋的科學洞察力確實是不同來凡響的。他認准了主攻方向，就堅定不移地研究下去。他後來的一系列論文，步步深入，都是沿著這條正確道路走的。這一點，是他比湯姆生高明的地方。湯姆生已經走到真理的邊緣，卻遲疑不前；麥克斯韋抓住了真理，就鍥而不舍。所以麥克斯韋盡管起步比較遲，卻第一個登上了光輝的頂峰。

科學的道路總是不平坦的。正當麥克斯韋的研究很有希望的時候，一樁不幸的事情打斷了他的計劃。一天，他正在埋頭研究幾篇新近的電學資料，郵遞員送來一封家信。他拿到信，一眼看出不是父親的筆跡，心頭不由一驚。他許久以來擔心的事情終於發生了。父親年老體弱，健康惡化，突然病倒在床。那封信是父親請別人代寫的。麥克斯韋讀完信，心裡十分焦慮和難過。他對父親的感情是非常深的。從幼年起，父親就是他的良師益友，也是整個家庭的支柱。十幾年來，他們朝夕相處，十分融洽。麥克斯韋離家求學以後，他們幾乎每天通信，交換各種科學思想和對社會的見解，也暢談有趣的日常生活。

為了照顧父親，麥克斯韋只得離開劍橋大學，到離家比較近的阿伯丁工作。阿伯丁是英國北部的一個海港，那裡的一所學院答應讓麥克斯韋擔任自然哲學講師，可是需要等一段時間。麥克斯韋整夜守在父親床前，盡力減輕老人的病痛。但是不論他怎樣小心伺候，還是沒有擋住死神的降臨。1856年春天快要到來的時候，父親終於離開了人間。這在麥克斯韋生活中，無疑是不可彌補的損失。他悲痛的心情久久不能平息。

不久，阿伯丁的馬銳斯凱爾學院正式聘請他當自然哲學教授。麥克斯韋在就職以前，回到劍橋大學辦理一些事務，停留了好幾個月。他當時的心情很矛盾。對於母校，他是留戀的，而且父親已經去世，他留在阿伯丁的意義也不大了，更主要的是他的電磁研究剛剛開始，他不知道在阿伯丁有沒有合適的研究條件。但是，馬銳斯凱爾學院已經給他下了聘書，據說院長很賞識他，他不好推脫，只得上任了。這一去，他的電磁研究竟推遲了四年。

法拉第的啟發

1860年初夏，馬銳斯凱爾學院的物理學講座由於某種原因停辦了。28的麥克斯韋離開阿伯丁港，到倫敦皇家學院去任教。他的妻子也隨同前往。這次工作調動，是麥克斯韋一生事業的轉折點。

在這以前，還有一段小小的插曲。麥克斯韋最初的母校愛丁堡大學，也要聘請一個自然哲學教授。他開始是准備去那裡的。應選的一共有三個人，另外兩個是他在劍橋大學的同學，其中一個還是中學的同學。三個人里究竟應該取誰，當局決定通過考試來決定。要是論學問，麥克斯韋穩拿第一，但是比口才，他吃虧了。考試結果，麥克斯韋名列最後，連主考人對他的講課能力都表示懷疑。當時一家愛丁堡雜志評論這件事，也很替他惋惜。俗話說：

「塞翁失馬，安知非福」，麥克斯韋沒有被愛丁堡大學選中，自然是件憾事，但是他卻因為這個轉到了皇家學院，完成了一生中最重要的貢獻。

麥克斯韋在阿伯丁的四年時間里，一直懷著一樁心事，就是想用數學工具表達法拉第的學說。他的這個願望，1855年只開了個頭就擱下了。就是在研究土星的苦戰中，只要見到有關電磁學方面的文章，也都會引起他密切的關注。他經常給法拉第寫信，探索電磁的奧秘。他的案頭一直擺著《電學實驗研究》。每次打開這部輝煌的巨著，他的情緒就十分激動。法拉第，這位他當時還沒有見過的偉人，給物理學描繪了一幅多麼形象的圖畫啊！電、磁、光、力線、波動……在它們背後隱藏著什麼規律呢？

麥克斯韋到倫敦以後特地拜訪法拉第。這是一次難忘的會晤。青年物理學家遞上名片，不一會兒，法拉第面帶微笑地走了出來。這位實驗大師已經年近七旬，兩鬢斑白。他同麥克斯韋一見如故，親切地交談起來。

這兩位偉人，他們不但在年齡上相差40歲，而且在性格、愛好、特長等方面也迥然不同，可是他們對物質世界的看法卻產生了共鳴。這真是奇妙的結合：法拉第快活、和藹，麥克斯韋嚴肅、機智。老師是一團溫暖的火，學生像一把鋒利的劍。麥克斯韋不善於辭令，法拉第演講起來卻是娓娓動聽。一個不精通數學，另一個卻對數學運用自如。兩個人的科學方法也恰好相反：法拉第主要是實驗探索，麥克斯韋擅長理論

⑵ 歷屆諾貝爾物理學獎

根據規定，下列人員有權推薦諾貝爾物理學獎獲獎人選：

1．皇家自然科學院的瑞典或外國院士；

2．諾貝爾物理委員會的委員；

3．曾被授予諾貝爾物理學獎金的科學家；

4．在烏普薩拉、隆德、奧斯陸、哥本哈根、赫爾辛基大學、卡羅琳醫學院和皇家技術學院永久或臨時任職的物理教授，以及在斯德哥爾摩大學有永久性職務的物理學教員；

5．根據使各國和它們的學術中心能夠得到相宜名額分配的考慮，由皇家自然科學院選擇至少六年大學或具有同等水平的學院，擔任同類職務的人員；

6．自然科學院認為可能合乎邀請目的的其他科學家。

該獎項旨在獎勵那些對人類物理學領域里作出突出貢獻的科學家。由瑞典皇家科學院頒發獎金，每年的獎項候選人由瑞典皇家自然科學院的瑞典或外國院士、諾貝爾物理和化學委員會的委員、曾被授予諾貝爾物理或化學獎金的科學家、在烏普薩拉、隆德、奧斯陸、哥本哈根、赫爾辛基大學、卡羅琳醫學院和皇家技術學院永久或臨時任職的物理和化學教授等科學家推薦。

⑶ 歷屆諾貝爾物理學獎獲得者名單

瑞典斯德哥爾摩當地時間10月6日，羅傑·彭羅斯（Roger Penrose），萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel）和安德里亞·格茲（Andrea Ghez）共同獲得2020年諾貝爾物理學獎，三位獲獎者因發現了宇宙中最奇特的現象黑洞，將分享1000萬瑞典克朗獎金（約合760萬人民幣）。

2020年諾貝爾物理學獎一半授予彭羅斯，因為發現黑洞的形成是對廣義相對論的有力預測。另外一半授予根澤爾和格茲，因為他們在銀河系中心發現了一個超大質量的緻密天體。

羅傑·彭羅斯（Roger Penrose，1931年8月8日－），英國數學物理學家與牛津大學數學系名譽教授。他在數學物理方面的工作擁有高度評價，特別是對廣義相對論與宇宙學方面的貢獻。

萊因哈德·根澤爾（Reinhard Genzel，1952年3月24日－），出生於巴特洪堡，德國天體物理學家。

安德里亞·格茲（Andrea Mia Ghez，1965年6月16日－），美國天文學家，加州大學洛杉磯分校物理學和天文學教授。

諾貝爾物理學獎是根據諾貝爾1895年的遺囑而設立的五個諾貝爾獎之一，該獎旨在獎勵那些對人類物理學領域里作出突出貢獻的科學家。歷屆（1901年-2019年）獲得者名單如下：

1、1901年：威爾姆·康拉德·倫琴（德國）發現X射線

2、1902年：亨德瑞克·安圖恩·洛倫茲（荷蘭）、塞曼（荷蘭）關於磁場對輻射現象影響的研究

3、1903年：安東尼·亨利·貝克勒爾（法國）發現天然放射性；皮埃爾·居里（法國）、瑪麗·居里（波蘭裔法國人）發現並研究放射性元素釙和鐳

4、1904年：瑞利（英國）氣體密度的研究和發現氬

5、1905年：倫納德（德國）關於陰極射線的研究

6、1906年：約瑟夫·湯姆生（英國）對氣體放電理論和實驗研究作出重要貢獻並發現電子

7、1907年：邁克爾遜（美國）發明光學干涉儀並使用其進行光譜學和基本度量學研究

8、1908年：李普曼（法國）發明彩色照相干涉法（即李普曼干涉定律）

9、1909年：伽利爾摩·馬克尼（義大利）、布勞恩（德國）發明和改進無線電報；理查森（英國）從事熱離子現象的研究，特別是發現理查森定律

10、1910年：范德華（荷蘭）關於氣態和液態方程的研究

11、1911年：維恩（德國）發現熱輻射定律

12、1912年：達倫（瑞典）發明可用於同燃點航標、浮標氣體蓄電池聯合使用的自動調節裝置

13、1913年：卡末林－昂內斯（荷蘭）關於低溫下物體性質的研究和製成液態氦

14、1914年：馬克斯·凡·勞厄（德國）發現晶體中的X射線衍射現象

15、1915年：威廉·亨利·布拉格、威廉·勞倫斯·布拉格（英國）用X射線對晶體結構的研究

16、1916年：未頒獎

17、1917年：查爾斯·格洛弗·巴克拉（英國）發現元素的次級X輻射特性

18、1918年：馬克斯·卡爾·歐內斯特·路德維希·普朗克（德國）對確立量子論作出巨大貢獻

19、1919年：斯塔克（德國）發現極隧射線的多普勒效應以及電場作用下光譜線的分裂現象

20、1920年：紀堯姆（瑞士）發現鎳鋼合金的反常現象及其在精密物理學中的重要性

21、1921年：阿爾伯特·愛因斯坦（德國）他對數學物理學的成就，特別是光電效應定律的發現

22、1922年：尼爾斯·亨利克·大衛·玻爾（丹麥）關於原子結構以及原子輻射的研究

23、1923年：羅伯特·安德魯·密立根（美國）關於基本電荷的研究以及驗證光電效應

24、1924年：西格巴恩（瑞典）發現X射線中的光譜線

25、1925年：弗蘭克·赫茲（德國）發現原子和電子的碰撞規律

26、1926年：佩蘭（法國）研究物質不連續結構和發現沉積平衡

27、1927年：康普頓（美國）發現康普頓效應；威爾遜（英國）發明了雲霧室，能顯示出電子穿過空氣的徑跡

28、1928年：理查森（英國）研究熱離子現象，並提出理查森定律

29、1929年：路易·維克多·德布羅意（法國）發現電子的波動性

30、1930年：拉曼（印度）研究光散射並發現拉曼效應

111、2013年：比利時理論物理學家弗朗索瓦·恩格勒和英國理論物理學家彼得·希格斯因希格斯玻色子（上帝粒子）的理論預言獲2013年諾貝爾物理學獎

112、2014年：日本科學家赤崎勇、天野浩和美籍日裔科學家中村修二，因發明藍色發光二極體（LED）獲2014年諾貝爾物理學獎

113、2015年：日本科學家梶田隆章和加拿大科學家阿瑟·麥克唐納，因在發現中微子振盪方面所作的貢獻分享2015年諾貝爾物理學獎

114、2016年：三位美國科學家戴維·索利斯、鄧肯·霍爾丹和邁克爾·科斯特利茨，因在理論上發現了物質的拓撲相變以及在拓撲相變方面作出的理論貢獻分享2016年諾貝爾物理學獎

115、2017年：三位美國科學家基普·S·索恩、巴里·巴里什以及雷納·韋斯，因在LIGO探測器和引力波觀測方面的決定性貢獻而獲得2017年諾貝爾物理學獎

116、2018年：美國科學家亞瑟·阿斯金、法國科學家傑哈·莫羅以及加拿大科學家唐娜·斯特里克蘭，因在激光物理領域的突破性發明而獲得2018年諾貝爾物理學獎

117、2019年：美國科學家詹姆斯·皮布爾斯因宇宙學相關研究而獲得2019年諾貝爾物理學獎，瑞士科學家米歇爾·馬約爾和迪迪埃·奎洛茲因首次發現太陽系外行星而獲得2019年諾貝爾物理學獎

⑷ 物理競賽是什麼時候

物理預賽在9月初，基本是沒有門檻的，人數較多，考試形式為筆試，難度略高於高考。內
物理復賽容在9月中旬之後，從預賽中脫穎而出，才可以獲得參加復賽的資格。復賽除了筆試外還增設了實驗考試，難度遠大於預賽。
物理決賽在10月底，決賽的考試形式也跟復賽一樣，筆試+實驗，決賽難度遠大於復賽。

⑸ 今年是第幾屆物理競賽

第27屆

⑹ 我要找物理的歷屆高考題！有沒有啊

2005年上海物理高考試卷
四．（60分）計算題.
A類題（適合於使用一期課改教材的考生）
19A．（10分）如圖所示，某滑板愛好者在離地h＝1.8 m高的平台上滑行，水平離開A點後落在水平地面的B點，其水平位移s1＝3 m，
著地時由於存在能量損失，著地後速度變
為v＝4 m/s，並經此為初速沿水平地面滑
行s2＝8 m後停止。已知人與滑板的總質
量m＝60 kg。
試求：（1）人與滑板在水平地面滑行時受到的平均阻力大小；
（2）人與滑板離開平台時的水平初速（空氣阻力忽略不計，g＝10 m/s2）。

B類題（適合於使用二期課改教材的考生）
19B．（10分）如圖所示，某人乘雪撬從雪坡經A點滑至B點，接著沿水平路面滑至C點停止。人與雪撬的總質量為70 kg。表中記錄了沿坡滑下過程中的有關數據，請根據圖表中的數據解決下列問題：
（1）人與雪撬從A到B的過程中，損失的機械能為多少？
（2）設人與雪撬在BC段所受阻力恆定，求阻力大小（g＝10 m/s2）。

位置 A B C
度（m/s） 2.0 12.0 0
時刻（s） 0 4 10

公共題（全體考生必做）
20．（10分）如圖所示，帶正電小球質量為m＝110－2 kg，帶電量為q＝110－6 C，置於光滑絕緣水平面上的A點。當空間存在著斜向上的
勻強電場時，該小球從靜止開始沿水平面做勻加
速直線運動，當運動到B點時，測得其速度vB＝
1.5 m/s，此時小球的位移為s＝0.15 m，
試求：此勻強電場場強E的取值范圍（g＝10 m/s2）。
某同學求解如下：設電場方向與水平面之間的夾角為，由動能定理qEs cos ＝12 mvB2－0得E＝mvB22qs cos  ＝75000cos  V/m。由題意可知＞0，所以當E＞7.5104 V/m時小球將始終沿水平面做勻加速直線運動。
經檢查，計算無誤。該同學所得結論是否有不完美之處？若有請予以補充。

21．（10分）內壁光滑的導熱氣缸豎直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不計質量的活塞封閉壓強為1.0105 Pa、體積為2.010－3 m3的理想氣體。現在活塞上方緩慢倒上沙子，使封閉氣體的體積變為原來的一半，然後將氣缸移出水槽，緩慢加熱，使氣體溫度變為127C。
試求：（1）氣缸內氣體的最終體積；
（2）在p—V圖上畫出整個過程中氣缸內氣體
的狀態變化（大氣壓強為1.0105 Pa）。

22．（14分）如圖所示，處於勻強磁場中的兩根足夠長、電阻不計的平行金屬導軌相距1 m。導軌平面與水平面成＝37角，下端連接阻值為R的電阻。勻強磁場方向與導軌平面垂直。質量為0.2 kg、電阻不計的金屬棒放在兩導軌上，棒與導軌垂直且保持良好接觸，它們間的動摩擦因數為0.25。
（1）求金屬棒沿導軌由靜止開始下滑時的加速度大小；
（2）當金屬棒下滑速度達到穩定時，電阻R消耗的功率為8 W，求該速度的大小；
（3）在上問中，若R＝2 ，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應強度的大小與方向（g＝10 m/s2，sin 37＝0.6，cos 37＝0.8）。

23．（14分）一水平放置的圓盤繞豎直軸轉動，在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2 mm的均勻狹縫。將激光器與感測器上下對准，使二者間連線與轉軸平行，分別置於；圓盤的上下兩側，且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動，激光器接收到一個激光信號，並將其輸入計算機，經處理後畫出相應圖線。圖（a）為該裝置示意圖，圖（b）為所接收的光信號隨時間變化的圖線，橫坐標表示時間，縱坐標表示接收到的激光信號強度，圖中t1＝1.010－3 s，t2＝0.810－3 s。
（1）利用圖（b）中的數據求1 s時圓盤轉動的角速度；
（2）說明激光器和感測器沿半徑移動的方向；
（3）求圖（b）中第三個激光信號的寬度t3。

答案
四、計算題
19A．（1）設滑板在水平地面滑行時所受的平均阻力為f，根據動能定理有
－fs2＝0－12 mv2，可解得：f＝mv22s2 ＝604228 N＝60 N，
（2）人和滑板一起在空中做平拋運動，設初速為v0，飛行時間為t，根據平拋運動規律有t＝2hg ，s1＝v0t，可解得：v0＝s1g2h ＝31021.8 m/s＝5 m/s。
19B．（1）從A到B的過程中，人與雪撬損失的機械能為
E＝mgh＋12 mvA2－12 mvB2＝（701020＋12 702.02－12 7012.02）J＝9100 J，
（2）人與雪撬在BC段做減速運動的加速度
a＝vC－vBt ＝0－1210－4 m/s2＝－2 m/s2，
根據牛頓第二定律 f＝ma＝70（－2）N＝－140 N.
20．該同學所得結論有不完善之處。
為使小球始終沿水平面運動，電場力在豎直方向的分力必須小於等於重力
qEy  mg，所以Ey  mgq ＝110－210110－6 V/m＝1.0105 V/m，
Ex＝mvB22qs ＝0.75105V/m，E＝Ex2＋Ey2  1.25105 V/m，所以
0.75105V/m  E  1.25105 V/m。
21．（1）在活塞上方倒沙的過程中溫度保持不變，p0V0＝p1V1，可得：

p1＝p0V0V1 ＝1.01052.010－31.010－3 Pa＝2.0105 Pa，
在緩慢加熱到127C的過程中壓強保持不變，
V1T0 ＝V2T2 ，可得：
V2＝T2V1T0 ＝4001.010－3273 m3＝1.4710－3 m3，
（2）如圖所示（要有過程方向）。
22．（1）金屬棒開始下滑的初速為零，根據牛頓第二定律
mg sin －mg cos＝ma，可得：a＝10（0.6－0.250.8）m/s2＝4 m/s2，
（2）設金屬棒運動達到穩定時，速度為v，所受安培力為F，棒沿導軌方向受力平衡
mg sin －mg cos－F＝0，將上式代入即得F＝ma＝0.24 N＝0.8 N，
此時金屬棒克服安培力做功的功率等於電路中電阻R消耗的電功率P＝Fv，所以
v＝PF ＝80.8 m/s＝10 m/s，
（3）設電路中電流為I，兩導軌間金屬棒的長為L，磁感應強度為B，
I＝BLvR ，P＝I2R，可解得：B＝PRLv ＝82101 T＝0.4 T，磁場方向垂直導軌平面向上。
23．（1）由圖可知，轉盤的轉動周期T＝0.8 s，角速度＝2T ＝7.85 rad/s，
（2）激光器和探測器沿半徑由中心向邊緣移動，理由是：由於脈沖寬度在逐漸變小，表明光信號能通過狹縫的時間逐漸減少，即圓盤上對應探測器所在位置的線速度逐漸增大，因此激光器和探測器沿半徑由中心向邊緣移動，
（3）設狹縫寬度為d，激光器沿半徑方向運動的速度為v0，激光器所在處離軸為ri，該處圓盤的線速度為vi，則vi＝dti ＝ri，又ri＝r0＋v0kT，可得v1＝2 m/s，v2＝2.5 m/s，v3＝3 m/s，所以t3＝dv3 ＝210－33 s＝6.6710－4 s。

⑺ 歷屆諾貝爾物理獎獲得者及其成就。

歷屆諾貝爾物抄理學獎獲得者

2015 日本的梶田隆章與加拿大的阿瑟·B·麥克唐納

他們發現中微子振盪現象，該發現表明中微子擁有質量。

⑻ 歷屆物理競賽全集

全國中學生物理競賽1-20屆試題解析:熱學光學與近代物理分冊

全國中學生物理競賽1-20屆試題解析:力學分冊

全國中學生物理競賽1-20屆試題解析:電學分冊

這些是清華大學出版社編寫的 卓越網上書店有 一般大書店也有

全國中學生物理競賽模擬訓練試卷精選

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