类比法

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类比法

类比法是人类认识客观世界的一种基本思维方法。所谓类比法是根据两个或两类对象之间在某些方面有相同或相似的属性，从而推出他们在其他方面也可能具有相同或相似的属性的一种推理方法，它不同于归纳、演绎，它是从特殊到特殊的推理方法。历史上，开普勒、麦克斯韦、爱因斯坦等许多著名科学家都曾经对类比法作出过很高的评价。类比法是一种物理学的研究方法，也是一种科学方法论，还是一种非常好的教学和学习方法，在物理学的教学中具有极为重要的地位。

在物理学的研究和发展中，无论是对单个问题的解决，还是某些新概念的建立，乃至未

知领域的探究，都渗透着类比思想与方法。类比法的独特性，使它对科学的发展起到积极推动作用，在物理学的研究的发展中占重要的地位。类比法是物理学研究中的一种重要方法。物理学研究没有固定的模式，只能在已有认识的基础上一步一步摸索前进。在科学观测和实验手段缺乏，理论指导和感性认识不足，归纳推理和演绎推理不适用的情况下，类比法则可以充分发挥优势，启发思路，提供线索，指明科学研究的方向，使研究工作少走弯路。例如，1935 年日本物理学家汤川秀树把核力与电磁力相类比，提出了核子通过核力场，由一方放出粒子，另一方吸收粒子而相互作用，并且估算出这种粒子的质量。1974 年，鲍威尔发现了这种粒子的存在，使陷入困境的核力研究又充满了生机。又例如，法国科学家库仑用扭秤测定两带电球间的作用力时，发现两带电球间的作用力的定量关系与牛顿万有引力定律F=G 的数学关系相似，他大胆地把静电力的定量关系类比于万有引力公式而得出静电力F=k，后来被许多科学实验所证实，于1785 年确定为库仑定律。在高中的物理教学和物理研究中，还有替换法、等效法、图像法等方法也是高中物理教学、物理学习中常用的方法

电磁学-从定性到定量——库仑定律的发现



一.类比法的成功 1．电力作用的猜测

1759年，德国柏林科学院院士爱皮努斯（F.U.T.Aepinus)在书中假设电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减小而增大。

1760年，D.伯努利首先猜测电力会不会跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法在当时具有一定的代表性。 2．富兰克林的空罐实验

用丝线将一小块软木悬挂在带电金属罐外的附近，软木受到吸引。但把它悬挂在罐内时，不论在罐内何处，它都不受电力。

富兰克林写信将这一现象告之他的英国朋友普利斯特利（化学家，氧气的发现者），普利斯特利想到:1687年牛顿曾证明:万有引力若服从平方反比定律，则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。

普利斯特利重复了上述实验，并将空罐实验与牛顿推理类比。在1767年《电学历史和现状极其原始实验》一书中他写到：“难道我们就不能从这个实验得出结论：电的吸引与万有引力服从同一定律，即平方反比关系，因为很容易证明，假如地球是一个球壳，在壳内的物体受到一边的吸引力，决不会大于另一边的吸引。”


但是，普利斯特利的结论并没有得到科学界的重视，因为他没有进行的论证，只是处于猜测阶段。

3. 罗比逊实验

罗比逊（John Robiso，苏格兰人）：受爱皮努斯的影响，设计了一个杠杆装置，如图。利用活动杆所受重力和电力的平衡，从支架的平衡角度求电力与距离的关系。并得出结论：在实验误差范围内，电力服从平方反比定律。 二 库仑的引力实验

1．库仑生平 (C.A.Coulomb,1736-1806)：

法国人，青年时是军事工程师，1764年起服军役，1776年因身体原因回到巴黎，从此致力于科学研究。1779年因研究磁石问题获奖励，1781年因关于摩擦的研究获法国科学院奖励，同年因论述扭力的论文被选为法国科学院院士。

2. 同种电荷的斥力测量----库仑的扭秤实验

由于金属丝的扭力正比于扭转角，将扭丝悬挂起来，通过扭转角的大小即可测量电荷间作用力的大小，其精度可达万分之一格令，1785年库仑据此制成电秤，用以测定电力。叫作库仑扭秤。

但对于异种电荷，由于两球相吸，接触后电荷中和，无法继续进行实验。

3.异种电荷的引力测量---库仑电摆实验

和牛顿单摆类比：由于地球对物体的作用力反比于两者之间距离的平方，所以存在地面上的单摆的摆动周期正比于摆锤离地心的距离，即T∝r {∵T=2π(L/g)1/2 和 mg≈GmM/r2 ， 将后式g代入前式 }

若电荷间的引力也遵循距离平方的反比关系，则由带电体间引力产生的物体的摆动，其摆动周期T必定也正比于两带电体之间的距离r。从而设计电摆实验。

库仑单摆实验结果分析与处理：

当纸片与球心距离之比为3:6:8时，实验的电摆周期之比为20:41:60，而理论计算应为20:40:53（系数为20/3）。实验结果与理论计算之间存在差异。

但库仑坚信引力的平方反比关系，经过认真分析，他认为实验误差的产生是因为漏电引起的。经过对漏电原因的修正，实验值与理论值基本符合。

于是得出电的引力和斥力都遵守平方反比规律。并于1785年在法国科学院发表论文，提出著名的库仑定律。

4.库仑定律

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