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变化的磁场会使得在磁场中的闭合电路一部分导体内的自由电子与磁场相互作用而获得能量，产生定向移动，从而形成电流 !再根据能量守恒定律，如果磁场中的闭合电路中的导体不产生与之反作用的能量，这就与实际情况不相符了。
楞次定律（Lenz law）是一条电磁学的定律，从电磁感应得出感应电动势的方向。其可确定由电磁感应而产生之电动势的方向。它是由德国物理学家海因里希·楞次在1834年发现的。楞次（Heinrich Friedrich Lenz）定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。楞次定律还可表述为：感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。 感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 注意：“阻碍”不是“相反”，原磁通量增大时方向相反，原磁通量减小时方向相同；“阻碍”也不是阻止，电路中的磁通量还是变化的. 它的公式是： (如图所示) 其中 E 是电感，N 是线圈圈数，Φ 是磁通量[1]。 1833年, 楞次 在概括了大量实验事实的基础上,总结出一条判断感应电流方向的规律，称为楞次定律( Lenz law )。 楞次定律可表述为 ： 闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量的变化． 楞次定律也可简练地表述为 ： 感应电流的效果，总是阻碍引起感应电流的原因。 一、难点分析 1. 从静到动的一个飞跃 学习“楞次定律”之前所学的“电场”和“磁场”只是局限于“静态场”考虑，而“楞次定律”所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系，是一种“动态场”，并且“静到动”是一个大的飞跃，所以学生理解起来要困难一些。 2. 内容、关系的复杂性 “楞次定律”涉及的物理量多，关系复杂。产生感应电流的原磁场与感应电流的磁场两者都处于同一线圈中，且感应电流的磁场总要阻碍原磁场的变化，它们之间既相互依赖又相互排斥。如果不明确指出各物理量之间的关系，使学生有一个清晰的思路，势必造成学生思路混乱，影响学生对该定律的理解。 3. 学生知识、能力的不足 要能理解“楞次定律”必须具备一定的思维能力，而大多数学生抽象思维和空间想象能力还不是很强，对物理知识的理解、判断、分析、推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性，所以在某些问题的理解上容易出差错。 二、突破难点的方法 1. 正确理解“楞次定律”的内容及“阻碍”的含义 （1）“楞次定律”的内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 （2）对“阻碍”二字的理解：要正确全面地理解“楞次定律”必须从“阻碍”二字上下功夫，这里起阻碍作用的是“感应电流的磁场”，它阻碍“原磁通量的变化”，不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量。不能认为“感应电流的磁场必然与原磁场方向相反”或“感应电流的方向必然和原来电流的流向相反”。所以“楞次定律”可理解为：当穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反；当穿过闭合回路的磁通量减小时，感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同。另外“阻碍”不能理解为“阻止”，应认识到，原磁场是主动的，感应电流的磁场是被动的，原磁通量仍然要发生变化，阻止不了，而感应电流的磁场只是起阻碍作用而已。感应电流的磁场的存在只是削弱了穿过电路的总磁通量 变化的快慢，而不会改变 的变化特征和方向。例如：当增大感应电流的磁场时， 原磁场也将在原方向上一直增大，只是增大得比没有感应电流的磁场时慢一点而已。如果磁通量变化被阻止，则感应电流就不会继续产生。无感应电流，就更谈不上“阻止”了。 2. 掌握应用“楞次定律”判定感应电流方向的步骤 （1）明确原磁场的方向及磁通量的变化情况（增加或减少）。 （2）确定感应电流的磁场方向，依“增反减同”确定。 （3）用安培定则确定感应电流的方向。 3. 弄清最基本的因果关系 “楞次定律”所揭示的这一因果关系可用图1（图1在哪我也不知道）表示。感应磁场与原磁场磁通量变化之间阻碍与被阻碍的关系：原磁场磁通量的变化是因，感应电流的产生是果，原因引起结果，结果又反作用于原因，二者在其发展过程中相互作用，互为因果。 4. 正确认识“楞次定律”与能量转化的关系 “楞次定律”是能量转化和守恒定律在电磁运动中的体现，感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化，因此，为了维持原磁场磁通量的变化，就必须有动力作用，这种动力克服感应电流的磁场的阻碍作用做功，将其他形式的能转变为感应电流的电能，所以“楞次定律”中的阻碍过程，实质上就是能量转化的过程。 5. 多角度理解“楞次定律” （1）从反抗效果的角度来理解：感应电流的效果，总是要反抗产生感应电流的原因，这是“楞次定律”的另一种表述。依这一表述，“楞次定律”可推广为： ①阻碍原磁通量的变化。 ②阻碍（导体的）相对运动（由导体相对磁场运动引起感应电流的情况）。可以理解为“来者拒，去者留”。 6.与之相关的解题方法 电流元法：在整个导体上去几段电流元，判断电流元受力情况，从而判断道题受力情况 等效磁体法：将导体等效为一个条形磁铁，进而作出判断 1．楞次定律的表述及特点 楞次定律的表述可归结为：“感应电流的效果总是反抗引起它的原因．” 如果回路上的感应电流是由穿过该回路的磁通的变化引起的，那么楞次定律可具休表述为：“感应电流在回路中产生的磁通总是反抗（或阻碍）原磁通的变化．”我们称这个表述为通量表述，这里感应电流的“效果”是在回路中产生了磁通；而产生感应电流的原因则是“原磁通的变化”． 如果感应电流是由组成回路的导体作切割磁感线运动而产生的，那么楞次定律可具体表述为：“运动导体上的感应电流受的磁场力（安培力）总是反抗（或阻碍）导体的运动．”我们不妨称这个表述为力表述，这里感应电流的“效果”是受到磁场力；而产生感应电流的“原因”是导体作切割磁感线的运动． 从楞次定律的上述表述可见，楞次定律并没有直接指出感应电流的方向，它只是概括了确定感应电流方向的原则，给出了确定感应电流的程序．要真正掌握它，必须要求对表述的涵义有正确的理解，并熟练掌握电流的磁场及电流在磁场中受力的规律． 以“通量表述”为例，要点是感应电流的磁通反抗引起感应电流的原磁通的变化，而不是反抗原磁通．如果原磁通是增加的，那么感应电流的磁通要反抗原磁通的增加，就一定与原磁通的方向相反；如果原磁通减少，那么感应电流的磁通要反抗原磁通的减少，就一定与原磁通的方向相同．在正确领会定律的上述涵义以后，就可按以下程序应用楞次定律判断感应电流的方向：a.穿过回路的原磁通的方向，以及它是增加还是减少；b.根据楞次定律表述的上述涵义确定回路中感应电流在该回路中产生的磁通的方向；c.根据回路电流在回路内部产生磁场的方向的规律（右手螺旋法则），由感应电流的磁通的方向确定感应电流的方向． 以力表述为例，其要点是感应电流在磁场中受的安培力的方向，总是与导体运动的方向成钝角，从而阻碍导体的运动．因此应用它来确定感应电流的程序是：a.明确磁场B 的方向和导体运动的方向；b.根据楞次定律的上述涵意明确感应电流受安培力的方向；c.根据安培力的规律确定感应电流的方向． 可见正确掌握楞次定律并能应用，不仅要求准确理解其涵义，还必须掌握好电流的磁场和电流在磁场中受力（安培力）的规律． 在楞次于1834年发表楞次定律时无磁通这一概念（磁通概念是法拉第于1846年才提出来的），因此定律不可能具有现在的表述形式．楞次是在综合法拉第电磁感应原理（发电机原理）和安培力原理的基础上，以“电动机发电机原理”的形式提出这个定律的．其基本思想是：用电动机原理代替发电机原理来确定感应电流的方向，即：导线回路在磁场中运动时，产生感应电流（即发电机的电流）的方向，与通电导体回路在磁场力作用下作相同运动时、应通过的电流（电动机电流）的方向相反．以两个端面互相平行的线圈为例，使A 线圈固定，B 线圈可移动．若令A线圈通以电流，让B线圈向A运动，则B线圈上将产生感应电流．用“电动机发电机原理”判断此感应电流的方向的程序如下：假定B作为电动机线圈，通电后受A线圈电流磁场的作用力而向着A运动（电动机），根据安培力规律（或电动机原理），要求B线圈的电流应与A线圈的电流有相同的绕行方向．于是根据楞次的“电动机发电机原理”所求B线圈上的感应电流的绕行方向与A线圈上电流的绕行方向相反． 楞次本人对定律的叙述似乎直接涉及到感应电流的方向．但要作出判断仍然必须通过“对作相同运动的电动机的电流”方向作出判断之后，才能确定由导线在磁场中运动产生的感应电流的方向，故实际上仍然只是给出了确定感应电流方向的原则，必须在对电动机原理有充分掌握的基础上，按一定的程序确定感应电流的方向． 2．楞次定律的实质 楞次定律可以有不同的表述方式，但各种表述的实质相同，楞次定律的实质是：产生感应电流的过程必须遵守能量守恒定律，如果感应电流的方向违背楞次定律规定的原则，那么永动机就是可以制成的．下面分别就三种情况进行说明： （1）如果感应电流在回路中产生的磁通加强引起感应电流的原磁通变化，那么，一经出现感应电流，引起感应电流的磁通变化将得到加强，于是感应电流进一步增加，磁通变化也进一步加强……感应电流在如此循环过程中不断增加直至无限．这样，便可从最初磁通微小的变化中（并在这种变化停止以后）得到无限大的感应电流．这显然是违反能量守恒定律的．楞次定律指出这是不可能的，感应电流的磁通必须反抗引起它的磁通变化，感应电流具有的以及消耗的能量，必须从引起磁通变化的外界获取．要在回路中维持一定的感应电流，外界必须消耗一定的能量．如果磁通的变化是由外磁场的变化引起的，那么，要抵消从无到有地建立感应电流的过程中感应电流在回路中的磁通，以保持回路中有一定的磁通变化率，产生外磁场的励磁电流就必须不断增加与之相应的能量，这只能从外界不断地补充． （2）如果由组成回路的导体作切割磁感线运动而产生的感应电流在磁场中受的力（安培力）的方向与运动方向相同，那么，感应电流受的磁场力就会加快导体切割磁感线的运动，从而又增大感应电流．如此循环，导体的运动将不断加速，动能不断增大，电流的能量和在电路中损耗的焦耳热都不断增大，却不需外界做功，这显然是违背能量守恒定律的．楞次定律指出这是不可能的，感应电流受的安培力必须阻碍导体的运动，因此要维持导体以一定速度作切割磁感线运动，在回路中产生一定的感应电流，外界必然反抗作用于感应电流的安培力做功． （3）如果发电机转子绕组上的感应电流的方向，与作同样转动的电动机转子绕组上的电流方向相同，那么发电机转子绕组一经转动，产生的感应电流立即成了电动机电流，绕组将加速转动，结果感应电流进一步加强，转动进一步加速．如此循环，这个机器既是发电机，可输出越来越大的电能，又是电动机，可以对外做功，而不花任何代价（除使转子最初的一动而外），这显然是破坏能量守恒定律的永动机．楞次定律指出这是不可能的，发电机转子上的感应电流的方向应与转子作同样运动的电机电流的方向相反． 综上所述，楞次定律的任何表述，都是与能量守恒定律相一致的．概括各种表述“感应电流的效果总是反抗产生感应电流的原因”，其实质就是产生感应电流的过程必须遵守能量守恒定律．
能量虽然是守衡的，但能量的转变却是有方向的，比如说能量不能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化：能量不能完全转变为功而不引起其他变化。我们需要的是对人类有意的能量！
虽然是文科出身，但是看到这个问题我咨询了我学理科的同学，他是这么解答的：变化的磁场周围会产生电场,若有一段导体刚好处于这个电场中,且与电场线不垂直,导体中的自由电荷,在电场力作用下移向一端,这时导体两端就有电压；如果这段导体两端与外电路闭合,这就会形成电流；或者说,一闭合回路处于这个电场中,导体中的自由电荷,在电场力作用下移动,就形成了电流结论是,变化的磁场周围会产生电场,电荷在电场力作用下会移动——形成电流。希望对您有所帮助。
如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。动量守恒定律的适用条件：（1）系统不受外力或系统所受的外力的合力为零。 （2）系统所受外力的合力虽不为零，但比系统内力小得多。 （3）系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上系统的总动量保持不变——分动量守恒。
一、动量守恒定律1.定律内容：一个系统不受外力或所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律.说明：(1)动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来；(2)动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。最初它们是牛顿定律的推论,但后来发现它们的适用范围远远广于牛顿定律,是比牛顿定律更基础的物理规律,是时空性质的反映。其中,动量守恒定律由空间平移不变性推出,能量守恒定律由时间平移不变性推出,而角动量守恒定律则由空间的旋转对称性推出；(3)相互间有作用力的物体系称为系统，系统内的物体可以是两个、三个或者更多，解决实际问题时要根据需要和求解问题的方便程度，合理地选择系统.2.动量守恒定律的适用条件：系统不受外力或系统所受外力的合力为零,或内力远大于外力.注意：（1）区分内力和外力碰撞时两个物体之间一定有相互作用力，由于这两个物体是属于同一个系统的，它们之间的力叫做内力；系统以外的物体施加的，叫做外力。（2）在总动量一定的情况下，每个物体的动量可以发生很大变化3.动量守恒的数学表述形式：(1)p＝p′.即系统相互作用开始时的总动量等于相互作用结束时(或某一中间状态时)的总动量；(2)δp＝0.即系统的总动量的变化为零.若所研究的系统由两个物体组成，则可表述为：m1v1+m2v2＝m1v1′+m2v2′(等式两边均为矢量和)；(3)δp1＝－δp2.即若系统由两个物体组成，则两个物体的动量变化大小相等，方向相反，此处要注意动量变化的矢量性.在两物体相互作用的过程中，也可能两物体的动量都增大，也可能都减小，但其矢量和不变.[编辑本段]二、碰撞1.碰撞是指物体间相互作用时间极短，而相互作用力很大的现象.在碰撞过程中，系统内物体相互作用的内力一般远大于外力，故碰撞中的动量守恒，按碰撞前后物体的动量是否在一条直线区分，有正碰和斜碰.中学物理一般只研究正碰.2.按碰撞过程中动能的损失情况区分，碰撞可分为二种：a.完全弹性碰撞：碰撞前后系统的总动能不变，对两个物体组成的系统的正碰情况满足：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′1／2m1v12＋1／2m2v22＝1／2m1v1′2＋1／2m2v2′2(动能守恒）两式联立可得：v1′＝[(m1-m2)v1+2m2v2]/(m1＋m2)=(m1-m2)v1/(m1+m2)v2′＝[(m2-m1)v2+2m1v1]/(m1＋m2)=2m1v1/(m1+m2)·若m1>>m2,即第一个物体的质量比第二个物体大得多这时m1-m2≈m1,m1+m2≈m1.则有v1'=v1v2'=2v1·若m1< 如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。1．动量守恒定律有适用条件和广阔的应用范围动量守恒定律在系统不受外力或所受外力之和为零或外力远小于内力时成立，它既适用于宏观系统，也适用于微观系统，同时也适用于变质量系统；不但能解决低速运动问题，而且能解决高速运动问题，但也应注意它只在惯性参考系中成立．2．动量守恒定律可用不同的方式表达（1）从守恒的角度来看：．作用前后系统的总动量不变．（2）从变化的角度来看，，作用前后系统的总动量变化为零．（3）从转移的角度来看：，系统内A物体的动量增加必等于B物体的动量减少，即系统内A、B两物体的动量变化大小相等，方向相反．3．动量守恒定律具有物理量的矢量性，状态的同时性及参考系的同一性（1）因为动量是矢量，所以动量守恒定律的表达式是矢量式，作用前后物体在一直线上运动时，规定正方向后，将矢量式简化为代数式运算．（2）因为动量是状态量，所以动量守恒定律表达式中的动量都是确定状态的动量，它们都对应着某一相同的时刻，这称为状态的同时性．（3）因为动量是相对量，所以动量守恒定律表达式中的各动量必须是相对于同一惯性参考系的，这称为参考系的同一性． 摘要：关于刚体平面平行运动的解题方法可以从多方面去考虑，从而求得所需求的物理量。关键词：无滑滚动、质量、半径、粗糙斜面下面让我们来看一道例题。一质量为m，半径为r的均匀圆柱体，沿倾角为α的粗糙斜面自静止无滑滚（如图），求质心，加速度ac法一：用平面平行运动动力学方程考虑斜面方向的运动，用f代表静摩擦力，据质心运动定理，有mgsinα-f=mac对于质心重力的力矩等于0，只有摩擦力的力矩，从而fr=icβ=1/2mr2刚体上的p点同时参与两种运动：随圆柱体以质心速度vc平动，和以线速度rω绕质心转动。无滑动意味着圆柱体与斜面的接触点p的瞬时速度为0，由此得vc=rω上式两边分别为对时间求导得d/dt·vc=rd/dtω所以有ac=rβ③由①②③推出法二：如图，通过该圆柱体对定点a的角动量定理，因为静摩擦力f对定点a的力矩为零，所以有la=3/2mvcr=3/2r2ω只有重力沿斜面的分力的力矩，设为τaτa=msinα*r据角动量定理有dla/dt=τa即(3/2)mr2β=(3/2)mrac=mgsinα*r所以有ac=(2/3)gsinα法三：用动能定理解题设圆柱体沿斜面滚过的距离为s时的速度为vc由于是无滑滚动，既是纯滚动vc=rω所以有ω=vc/r圆柱体的滚动后获得的总动能为t则t=tc+trc=(1/2)mvc2+(1/2)icω2=（1/2）mvc2+(1/4)m(rω)2=（3/4）mvc又由于初动能为0据动能定理有t-0=mgsinα*s(3/4)mvc2=mgs*sinα上式两边分别为时间t求导，得3mvc2/4dt=mgsinα*ds/dt所以有(3/2)ac=gsinα所以ac=(2/3)gsinα通过对上题的解答，我们运用到了力学中的刚体力学，角动量定理，动能定理等。所以要想学好力学就得善于发散思维！参考文献：①赵凯华、罗茵新概念物理教程高等教育出版社03.7②卢新平简明普通物理学2006.8.30 关于“永动机”和“永恒运动”，无论是它们的直接的意义或者引申的意义，大家已经谈得很久了，但是，并不见得每一个人能够真正认识这些话所含的意义。永动机是想象中的一种机械，它能够不停地自动运动，而且，还能够做某种有用的功（例如举起重物等）。这样的机械虽然早就有许多人不断地想制造，却到现在还没有人能够制造成功。许多人的尝试都失败了，这使人们肯定地相信永动机是不可能制造的，并且从这一点确立了能量守恒定律——这是现代科学上的基本定律。至于所谓“永恒运动”，说的是一种 不做什么功的不停运动的现象。 现在已经肯定地证明，能够永远自动运动（特别是在运动的时候还要做出功来）的机械，是不可能制造出来的，因此，如果有谁正在向这方面努力，那会是一种毫无希望的劳动。在从前，特别是中世纪，人们为了研究和解决这个“永动机”（拉丁名字叫perpe－tuummobile）的构造问题，白白花了不知道多少时间和劳力。在那个时候，发明永动机甚至比用贱金属炼黄金更叫人人迷。 普希金的作品《骑士时代的几个场面》里，就曾经描写过一位名叫别尔托尔德的这类幻想家： 什么叫做perpe－tuummobile？马尔丁问。 “perpe－tuummobile，”别尔托尔德回答他说，“就是永恒的运动。只要我能够想法得到永恒的运动，那么我就将设法望到人类创造的边缘……你可知道，我亲爱的马尔丁！炼制黄金自然是一件动人的工作，这方面的发现可能也是有趣而且有利的，但是，如果得到了perpe－tuummobile……啊……” 人们曾经想出几百种“永动机”，但是这些永动机没有一架曾经转动过。每一个发明家，就像我们所举的例子里那样，在设计的时候总有某一方面给忽略了，这就破坏了整个设计。这儿是另外一种想象的永动机：一只圆轮，里面装着可以自由滚动的沉重的钢球 当然，这只轮子看来虽然像真的是由于沉重钢球的滚动在旋转，但它实际上只是由一架隐蔽着的电动机来带动的。 有一架广告用的“永动机”给我添了许多麻烦。我的工人学生们，看到了这个东西之后，对于我苦口婆心说明的永动机不可能制造的一切证明都怀疑起来。那架“永动机”上的球儿，滚来滚去的，果然在转动着那只轮子，而且还被这只轮子举高起来，这比各种证明更有说服力；他们不肯相信这架“永动机”只是受到发电厂送来的电流作用才转动的。幸好那时候电厂在例假日都停止送电，这才使我有机会解决这个问题。我告诉学生在例假日再去看看，他们照样做了。 “怎么样，看到那‘永动机’了吗？”我问。 “没有，”那些学生红着脸回答说，“我们看不见它：它给报纸遮住了……” 能量守恒定律终于又得到了那些学生的信任，而且再也不会失去这个信任了。 所谓节能，这个“能”不是广义上的，是指能够被人类开发和利用（转化做功）的“能”，这样的能并不多，主要受到环境资源和人类科学技术程度的限制，比如闪电就无法利用。能量守恒定律是自然界的普遍真理，她所表达的自然是广义上的能。 能量守恒是指整个系统内的守恒，比如电能变成光能，同时还发散点热能，但有很多过程是不可逆的，你总不能把煤烧完了，再把热量收集起来，重新变成变形金刚用的能量块。我们目前的能源主要是不可再生能源组成的，好比家里就一个柴火堆，没找到新的木头之前，你只能省着点烧了 【能量守恒是什么东西,什么时候可以用？】 能量守恒问题你可以设问自己能量从哪来，去了哪.就是说能量在整个宇宙是不变的，它只不过是以不同形式转移了而已，假如你身体被太阳照射后感到热，那么你可以设想你为什么会感到热，谁让你变热，就是太阳光（电磁波），太阳以电磁波形式把一部分能量传导给了你.至于用处，多了，比如物理计算题，在受力分析和运动过程都比较复杂时，可以利用能量守恒解决，比如两物体相对滑动，这过程有动能损失，转变成了摩擦力做的功，这样做比较方便，因为不需用考虑过程，只要知道初末状态就行，这就是著名的动能定理。 能量守恒定律是什么意思 能量守恒定律即热力学第一定律是指在一个封闭（孤立）系统的总能量保持不变。其中总能量一般说来已不再只是动能与势能之和，而是静止能量（固有能量）、动能、势能三者的总量。 能量守恒定律可以表述为：一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、热能及除热能以外的任何内能形式的总和。 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。扩展资料： 能量守恒定律的历史影响： 1、否定永动机 据说永动机的概念发端于印度，在公元12世纪传入欧洲。据记载欧洲最早、最著名的一个永动机设计方案是13世纪时由法国V·亨内考提出来的。随后，研究和发明永动机的人不断涌现，尽管有不少学者研究指出永动机是不可能的。 2、热力机械 1798年，美国人C·朗福德发现用镗具钻削制造炮筒的青铜坯料时，金属坯料发烫。朗福德注意到只要镗钻不停止，金属就不停地发热。结论是镗具的机械运动转化为热，因此热是一种运动形式，而不是以前认为的是一种物质。朗福德试图计算一定量的机械能所产生的热量，首次给出一个粗略的热功当量的数值。 3、温度计的发明 关于热的精确理论应当从制造温度计开始。17世纪，G·伽利略等人开始制作温度计。由于采用的温标使用不方便，后人很少使用。 参考资料来源：百度百科-能量守恒定律 能量守恒是什么意思？ 能量在量方面的变化，遵循自然界最普遍、最基本的规律，即能量守恒定律。 能量守恒定律是在5个国家、由各种不同职业的10余位科学家从不同侧面各自独立发现的。其中迈尔、焦耳、亥姆霍兹是主要贡献者。 迈尔是德国医生，从新陈代谢的研究中得出，1842年，迈尔发表了题为《论无机界的力》的论文，进一步表达了物理化学过程中能量守恒的思想。焦耳是英国物理学家，1843年，他钻研并测定了热能和机械功之间的当量关系。 1847年，他做了迄今认为确定热功当量的最好实验。此后不断改进实验方法，直到1878年还有测量结果的报告，精确的实验结果为能量守恒定律的确立，提供了无可置疑的实验证据。 亥姆霍兹是德国物理学家、生理学家，于1847年出版了《论力的守恒》一书，给出了对不同形式的能的数学表示式，并研究了它们之间相互转化的情况，从而这部著作成了能量守恒定律论证方面影响较大的一篇历史性文献。该定律发现的过程中，除了上述3位外，还有法国卡诺、德国莫尔、法国塞甘、瑞士赫斯、德国霍耳兹曼、英国格罗夫、丹麦柯耳丁以及法国伊伦，都曾独立地发表过有关能量守恒方面的论文，对能量守恒定律的发现作出了贡献。 能量守恒定律指出：“自然界的一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在能量转换和传递过程中能量的总量恒定不变”。 能源在一定条件下可以转换成人们所需要的各种形式的能量。 例如，煤燃烧后放出热量，可以用来取暖；可以用来生产蒸汽，推动蒸汽机转换为机械能，推动汽轮发电机转变为电能。电能又可以通过电动机、电灯或其它用电器转换为机械能、光能或热能等。 又如太阳能，可以通过聚热气加热水，也可以产生蒸汽用以发电；还可以通过太阳能电池直接将太阳能转换为电能。当然，这些转换都遵循能量守恒定律。 在英文中，能量守恒被称为：Energy Conservation 能量守恒的具体表达形式 保守力学系统：在只有保守力做功的情况下，系统能量表现为机械能（动能和位能），能量守恒具体表达为机械能守恒定律。 热力学系统：能量表达为内能，热量和功，能量守恒的表达形式是热力学第一定律。 相对论力学：在相对论里，质量和能量可以相互转变。计及质量改变带来能量变化，能量守恒定律依然成立。 历史上也称这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律。 能量守恒是符合时间平移对称性的，这也就是说能量守恒定律的适用是不受时间限制的，举个例子比如说切割磁感线的闭合线圈在动能损失时增加了其的焦耳内能，这是符合能量守恒定律的，而这个过程即使推后几天也是成立的。 自然科学中最基本的定律之一。它科学地阐明了运动不灭的观点。 它可表述为：在孤立系统中，能量从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在转换和传递的过程中，各种形式、各个物体的能量的总和保持不变。整个自然界也可看成一个孤立系统，而表述为自然界中能量可不断转换和传递，但总量保持不变。 从18世纪末到20世纪40年代，6个国家的10多位科学家从不同角度或否定热质说或独立地提出了能量守恒观点。俄国化学家盖斯于1836年发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是几步完成，放出的总热量相同，即证明了能量在化学反应中是守恒的，被认为是能量守恒定律的先驱。 德国医生J.R.迈尔在荷兰远航东印度船中任船医时，在热带地区看到海员静脉中的血红于在欧洲时，他联系到L.A.拉瓦锡的燃烧理论，认为机体需热量小，食物氧化过程减弱，静脉血中留下较多的氧，从而想到食物中化学能与热能的等效性。又从海员谈话中听到海水在暴风雨中较热，想到热和机械运动的等效性，1841和1842年连续写出论自然力（即能）守恒的论文，并从空气的定压和定容比热之比，推算出热功当量为1卡等于365克力·米，因此迈尔是公认的第一个提出能量守恒并计算出热功当量的人。 J.P.焦耳是英国的酒商和业余的物理学家，从1837年开始研究电流产生热量，以后又用多种机械装置反复测定热功当量，一直工作到1878年，终于精确地测定了热功当量值（他用的是英制，换算后为4.51焦/卡），和现代值很近，从而为能量守恒奠定了巩固的实验基础，因此也被公认为发现人之一。德国生理学家H.von亥姆霍兹在不了解迈尔和焦耳的研究情况下，从永动机不可能出发，思考自然界不同的力（即能）间的相互关系。 在专著《力的守恒》中提到张力（今称势能）和活力（即动能）的转换，还深刻地阐明热的本质：“被称为热的量的，一部分是指热运动活力的量，另一部分是指原子之间张力的量。这些张力在原子的排列发生变化时能引起热运动，第一部分相当于称之为自由热的部分，第二部分相当于称之为潜热的部分。” 他还分析了在电、磁和生物机体中的力的守恒问题。尽管他系统地完整地综合了能量守恒理论，他仍把发现定律的优先权让给迈尔和焦耳。 此外，还有好几位科学家对这条定律做出贡献，但这条揭示力、热、电、化学等各种运动间的统一性、使物理学融为一体的重要定律，在诞生初期却受到重。 【能量守恒定律与热力学第一定律的关系】 从18世纪末到19世纪中叶这段时期里，德国医生迈尔（J.R.Mayer）第一个提出了能量守恒定律，而此定律得到物理学界的确认，却是在英国物理学家焦耳（J.P.Joule）的实验工作发表以后.能量守恒定律定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变.1）自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等.（2）不同形式的能量之间可以相互转化：“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”.这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且是通过做功来完成的这一转化过程.（3）某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等.能量守恒的具体表达形式保守力学系统：在只有保守力做功的情况下，系统能量表现为机械能（动能和位能），能量守恒具体表达为机械能守恒定律.热力学系统：能量表达为内能，热量和功，能量守恒的表达形式是热力学第一定律.相对论性力学：在相对论里，质量和能量可以相互转变.计及质量改变带来能量变化，能量守恒定律依然成立.历史上也称这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律.能量守恒定律的重要意义 能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一.从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体.小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律.从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用.人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的.能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器.基本内容：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功.普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现.热力学的基本定律之一.表征热力学系统能量的是内能.通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化.根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差，即UⅡ-UⅠ=ΔU=Q-A或Q=ΔU+A这就是热力学第一定律的表达式.如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z，则应为ΔU=Q-A+Z.当然，上述ΔU、A、Q、Z均可正可负.对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为 dQ=dU+dA因U是态函数，dU是全微分；Q、A是过程量，dQ和dA只表示微小量并非全微分，用符号d以示区别.又因ΔU或dU只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否平衡态无关.热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的.这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器.显然，第一类永动机违背能量守恒定律.两者的区别与联系：热力学第一定律是人类在长期的生产和科学实验中总结出来的一条普遍规律，适用于一切热力学过程.热力学第一定律表明，一切热力学过程都必须服从能量守恒定律，因此热力学第一定律实际上是包括热现象在内的能量转化与守恒定律.。 能量守恒定律 能量守恒定律 世界是由运动的物质组成的，物质的运动形式多种多样，并在不断相互转化正是在研究运动形式转化的过程中，人们逐渐建立起了功和能的概念能是物质运动的普遍量度，而功是能量变化的量度。 这种说法概括了功和能的本质，但哲学味道浓了一些在物理学中，从19世纪中叶产生的能量定义：“能量是物体做功的本领”，一直延用至今但近年来不论在国外还是国内，物理教育界却对这个定义是否妥当展开过争论于是许多物理教材，例如现行的中学教材，都不给出能量的一般定义，而是根据上述定义的思想，即物体在某一状态下的能量，是物体由这个状态出发，尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义（用量度方法代替定义）。 能量概念的形成和早期发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的由于对机械能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展，以及它们之间都能以一定的数量关系相互转化的逐渐被发现，才使能量守恒定律得以建立这是一段以百年计的漫长历史过程随着科学的发展，许多重大的新物理现象，如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒子等被发现，都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实尽管有些现象在发现的当时似乎形成了对这一定律的冲击，但最后仍以这一定律的完全胜利而告终。 能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化决不是没有约束的，最基本的约束就是守恒律也就是说，一切运动变化无论属于什么样的物质形式，反映什么样的物质特性，服从什么样的特定规律，都要满足一定的守恒律物理学中的能量、动量和角动量守恒，就是物理运动所必须服从的最基本的规律与之相较，牛顿运动定律、麦克斯韦方程组等都低了一个层次。 定律内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。 能量守恒定律如今被人们普遍认同，但是并没有严格证明。1）自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等。 （2）不同形式的能量之间可以相互转化：“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且是通过做功来完成的这一转化过程。 （3）某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等.某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。能量守恒的具体表达形式保守力学系统：在只有保守力做功的情况下，系统能量表现为机械能（动能和位能），能量守恒具体表达为机械能守恒定律。 热力学系统：能量表达为内能，热量和功，能量守恒的表达形式是热力学第一定律。 相对论性力学：在相对论里，质量和能量可以相互转变。 计及质量改变带来能量变化，能量守恒定律依然成立。历史上也称这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律。 能量守恒定律的重要意义能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。 小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。 人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。 小医生与啤酒匠发现科学新理——能量守恒和转化定律的发现 能量守恒和能量转化定律与细胞学说，进化论合称19世纪自然科学的三大发现。而其中能量守恒和转化定律的发现，却是和一个“疯子”医生联系起来的。 这个被称为“疯子”的医生名叫迈尔（1814~1878），德国人，1840年开始在汉堡独立行医。他对万事总要问个为什么，而且必亲自观察，研究，实验。 1840年2月22日，他作为一名随船医生跟着一支船队来到印度尼西亚。一日，船队在加尔各达登陆，船员因水土不服都生起病来，于是迈尔依老办法给船员们放血治疗。 在德国，医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针，就会放出一股黑红的血来，可是在这里，从静脉里流出的仍然是鲜红的血。于是，迈尔开始思考：人的血液所以是红的是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热量，维持人的体温。 这里天气炎热，人要维持体温不需要燃烧那么多氧了，所以静脉里的血仍然是鲜红的。那么，人身上的热量到底是从哪来的？顶多500克的心脏，它的运动根本无法产生如此多的热，无法光靠它维持人的体温。 那体温是靠全身血肉维持的了，而这又靠人吃的食物而来，不论吃肉吃菜，都一定是由植物而来，植物是靠太阳的光热而生长的。太阳的光热呢？太阳如果是一块煤，那么它能烧4600年，这当然不可能，那一定是别的原因了，是我们未知的能量了。 他大胆地推出，太阳中心约2750万度（现在我们知道是1500。 动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。最初它们是牛顿定律的推论, 但后来发现它们的适用范围远远广于牛顿定律, 是比牛顿定律更基础的物理规律, 是时空性质的反映。其中, 动量守恒定律由空间平移不变性推出, 能量守恒定律由时间平移不变性推出, 而角动量守恒定律则由空间的旋转对称性推出； 相互间有作用力的物体系称为系统，系统内的物体可以是两个、三个或者更多，解决实际问题时要根据需要和求解问题的方便程度，合理地选择系统. （1）因为动量是矢量，所以动量守恒定律的表达式是矢量式，作用前后物体在一直线上运动时，规定正方向后，将矢量式简化为代数式运算． （2）因为动量是状态量，所以动量守恒定律表达式中的动量都是确定状态的动量，它们都对应着某一相同的时刻，这称为状态的同时性． 定律内容：动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。最初它们是牛顿定律的推论,但后来发现它们的适用范围远远广于牛顿定律,是比牛顿定律更基础的物理规律,是时空性质的反映。其中,动量守恒定律由空间平移不变性推出,能量守恒定律由时间平移不变性推出,而角动量守恒定律则由空间的旋转对称性推出；相互间有作用力的物体系称为系统，系统内的物体可以是两个、三个或者更多，解决实际问题时要根据需要和求解问题的方便程度，合理地选择系统.动量守恒定律的适用条件：（1）系统不受外力或系统所受的外力的合力为零。（2）系统所受外力的合力虽不为零，但比系统内力小得多。（3）系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上系统的总动量保持不变——分动量守恒。注意：（1）区分内力和外力碰撞时两个物体之间一定有相互作用力，由于这两个物体是属于同一个系统的，它们之间的力叫做内力；系统以外的物体施加的，叫做外力。（2）在总动量一定的情况下，每个物体的动量可以发生很大变化例如：静止的两辆小车用细线相连，中间有一个压缩的弹簧。烧断细线后，由于弹力的作用，两辆小车分别向左右运动，它们都获得了动量，但动量的矢量和为零。3.动量守恒的数学表述形式：?(1)p＝p′.即系统相互作用开始时的总动量等于相互作用结束时(或某一中间状态时)的总动量；?(2)Δp＝0.即系统的总动量的变化为零.若所研究的系统由两个物体组成，则可表述为：m1v1+m2v2＝m1v1′+m2v2′(等式两边均为矢量和)；(3)Δp1＝－Δp2.?即若系统由两个物体组成，则两个物体的动量变化大小相等，方向相反，此处要注意动量变化的矢量性.在两物体相互作用的过程中，也可能两物体的动量都增大，也可能都减小，但其矢量和不变.?动量定理与动能定理的区别：动量定理Ft=mv2-mv1反映了力对时间的累积效应，是力在时间上的积累。为矢量，既有大小又有方向。动能定理Fs=1/2mv^2-1/2mv0^2反映了力对空间的累积效应，是力在空间上的积累。为标量，只有大小没有方向。编辑本段碰撞?1.碰撞是指物体间相互作用时间极短，而相互作用力很大的现象.在碰撞过程中，系统内物体相互作用的内力一般远大于外力，故碰撞中的动量守恒，按碰撞前后物体的动量是否在一条直线区分，有正碰和斜碰.?中学物理一般只研究正碰.2.按碰撞过程中动能的损失情况区分，碰撞可分为二种：a.完全弹性碰撞：碰撞前后系统的总动能不变，对两个物体组成的系统的正碰情况满足：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′1/2m1v1²+1/2m2v2²=1/2m1v1'²+1/2m1v1'²（动能守恒）两式联立可得：?完全弹性碰撞v1′＝[(m1-m2)v1+2m2v2]/(m1＋m2)当V2=0时，v1′＝(m1-m2)v1/(m1+m2)v2′＝[(m2-m1)v2+2m1v1]/(m1＋m2)当V2=0时，v2′＝2m1v1/(m1+m2)·若m1=m2,即第一个物体和第二个物体质量相等这时v2'=v1v1'=v2·若m1>>m2,即第一个物体的质量比第二个物体大得多这时m1-m2≈m1,m1+m2≈m1.则有v1'=v1v2'=2v1·若m1<评论00加载更多 一、动量守恒定律1.定律内容：一个系统不受外力或所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律.说明：(1)动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，它是一个实验规律，也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来；(2)动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。最初它们是牛顿定律的推论,但后来发现它们的适用范围远远广于牛顿定律,是比牛顿定律更基础的物理规律,是时空性质的反映。其中,动量守恒定律由空间平移不变性推出,能量守恒定律由时间平移不变性推出,而角动量守恒定律则由空间的旋转对称性推出；(3)相互间有作用力的物体系称为系统，系统内的物体可以是两个、三个或者更多，解决实际问题时要根据需要和求解问题的方便程度，合理地选择系统.2.动量守恒定律的适用条件：系统不受外力或系统所受外力的合力为零,或内力远大于外力.注意：（1）区分内力和外力碰撞时两个物体之间一定有相互作用力，由于这两个物体是属于同一个系统的，它们之间的力叫做内力；系统以外的物体施加的，叫做外力。（2）在总动量一定的情况下，每个物体的动量可以发生很大变化3.动量守恒的数学表述形式：(1)p＝p′.即系统相互作用开始时的总动量等于相互作用结束时(或某一中间状态时)的总动量；(2)δp＝0.即系统的总动量的变化为零.若所研究的系统由两个物体组成，则可表述为：m1v1+m2v2＝m1v1′+m2v2′(等式两边均为矢量和)；(3)δp1＝－δp2.即若系统由两个物体组成，则两个物体的动量变化大小相等，方向相反，此处要注意动量变化的矢量性.在两物体相互作用的过程中，也可能两物体的动量都增大，也可能都减小，但其矢量和不变.[编辑本段]二、碰撞1.碰撞是指物体间相互作用时间极短，而相互作用力很大的现象.在碰撞过程中，系统内物体相互作用的内力一般远大于外力，故碰撞中的动量守恒，按碰撞前后物体的动量是否在一条直线区分，有正碰和斜碰.中学物理一般只研究正碰.2.按碰撞过程中动能的损失情况区分，碰撞可分为二种：a.完全弹性碰撞：碰撞前后系统的总动能不变，对两个物体组成的系统的正碰情况满足：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′1／2m1v12＋1／2m2v22＝1／2m1v1′2＋1／2m2v2′2(动能守恒）两式联立可得：v1′＝[(m1-m2)v1+2m2v2]/(m1＋m2)=(m1-m2)v1/(m1+m2)v2′＝[(m2-m1)v2+2m1v1]/(m1＋m2)=2m1v1/(m1+m2)·若m1>>m2,即第一个物体的质量比第二个物体大得多这时m1-m2≈m1,m1+m2≈m1.则有v1'=v1v2'=2v1·若m1< 稳定的重核吸收中子后处于不稳定状态，其中的中子会转变成为质子同时放出一个β粒子，这种现象称为β衰变。在历史上，对β衰变机理的探索导致了中微子的发现。当时，一个难以回答的问题是：β衰变过程中所产生的电子从何而来。人们已确认原子核里面不可能存在电子，因此只能认为β衰变所放出的电子是临时产生的，即一个核内中子放出一个电子并转变为一个质子。但进一步的分析表明，这种想法存在着严重的缺陷，因为它明显地违反了能量守恒定律、角动量守恒定律和动量守恒定律。一般而言，放射性原子核所发射出的粒子都要带走大量的能量，由E=mc2知，这是由于原子核有一小部分质量转换成了能量。换句话说，在发射粒子的过程中，原子核总是会损失一小部分质量。但令人困惑不解的是，通常在β衰变过程中发射出的β粒子（电子）所携带的能量不够大，并不与粒子所损失的质量相适应，而且并不是所有的电子的能量都一样，发射出的电子的能量有一个很宽的范围——即有一个很宽的能谱，其中最大的能量（只有少数电子具有这样大的能量）才等于放射过程中母核与子核的能量差（即蜕变能）。对于β衰变过程中的绝大数电子来说，其能量并不等于这一最大能量。这也就是说，在前面所设想的β衰变过程不能使得反应前后能量守恒。“失踪”了的能量跑到哪儿去了呢？尽管人们曾提出了一些可能的解释方案，但是这些设想又为进一步的实验所否定。因此，人们不得不承认前面设想的β衰变过程不符合实际。为了解决上述矛盾，验证能量守恒定律，奥地利物理学家泡利（1900—1958）在1930年提出了一个大胆的设想：如果认为在β衰变过程中还伴随着一种未被查觉的未知粒子的话，那么上面所列举的矛盾都可立即获得解决。亦就是说，如果β衰变遵守能量守恒定律的话，那么在衰变过程中应当还有一种质量极小又不带电荷的粒子存在，泡利是在1930年12月给迈特纳和盖革的信中首先提出这个假设的。泡利的假设提出后不久，1933年费米就在此基础上提出了β衰变理论，并把泡利预言的这样一种不带电的、质量极小的粒子命名为：“中微子”（即中性的小家伙），以区别中子，并用n表示.他认为根据中微子假设，β衰变实际上是中子转变为质子、电子和中微子的过程。后来人们知道，费米所说的中微子其实是“反中微子”。中微子的假设非常成功，但是要观察它的存在却非常困难，由于它质量既小又不带电荷，与其它粒子间的相互作用非常弱，因而它总是顽固地不愿意表露自己。（据说平均地讲，一个中微子要穿透1000光年厚的固体铁“板”才与其它粒子发生相互作用，因此它可以毫不费力地穿过地球而不发生变化。这一性能已被人们用来研究穿透地球的“中微子通讯”的可能性。）显然，中微子的这种个性使得确认它的存在成了一件极困难的事情。1953年，美国洛斯阿拉莫斯科学实验室的物理学爱莱因斯和柯万领导的物理学小组着手进行这种几乎不可能成功的探测。他们在美国原子能委员会所属的佐治亚洲萨凡纳河的一个大裂变反应堆进行探测。终于到1956年，也就是泡利提出这种粒子假设整整四分之一世纪以后，探测到反中微子，1962年又发现了另一种反中微子，中微子的发现说明，能量守恒定律在微观领域里也是完全适用的。 自己上百度找，不过最好自己写，这里有一参考： 摘 要：介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态，对几种富有代表性的算法做了介绍，并比较了各自的优势和不足，包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词：矩量法；有限元法；时域有限差分方法；复射线方法 1 引 言 1864年Maxwell在前人的理论（高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在）和实验的基础上建立了统一的电磁场理论，并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律，这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式，最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧，甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法发展起来，并得到广泛地应用，相对于经典电磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，常需要将多种方法结合起来，互相取长补短，因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况，对常用的电磁计算方法做了分类。 2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等，频域技术发展得比较早，也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法，如GTD，UTD和射线理论。 从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE法可直接用于这类问题〔1〕。 3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出，在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前，作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法，有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为： 应用变分原理，把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题，利用对区域D的剖分、插值，离散化变分问题为普通多元函数的极值问题，进而得到一组多元的代数方程组，求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤： ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D，并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题，得到如下一组代数方程组： 其中：Kij为系数（刚度）矩阵；Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式（2），即可得到待求边值问题的数值解Xi（i＝1，2，…，N） （2）矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕： L（f）＝g（3）其中：L是线性算子，f是未知的场或其他响应，g是已知的源或激励。 在通常的情况下，这个方程是矢量方程（二维或三维的）。如果f能有方程解出，则是一个精确的解析解，大多数情况下，不能得到f的解析形式，只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1，f2，f3，…，fn的线性组合： 其中：an是展开系数，fn为展开函数或基函数。 对于精确解式（2）通畅是无限项之和，且形成一个基函数的完备集，对近似解，将式 （2）带入式（1），再应用算子L的线性，便可以得到： m＝1，2，3，… 此方程组可写成矩阵形式f，以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中，散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较，则可以采用一般的矩量法；如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围，那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响，有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的，因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比（N为离散点数），而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧，如采用小波展开，选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 （3）时域有限差分方法 时域有限差分（FDTD）是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的，这些年以来，时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性，尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程，利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式，这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置，这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着，反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式，通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算，在执行到适当的时间步数后，即可获得所需要的结果。 在上述算法中，时间增量Δt和空间增量Δx，Δy和Δz不是相互独立的，他们的取值必须满足一定的关系，以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件： 其中：（对非均匀区域，应选c的最大值）〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散，即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等，因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域，这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数，在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象，对此也应该进行定量的研究，以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间，而由于计算机内存总是有限的，只能模拟有限空间，因此差分网格在某处必将截断，这就要求在网格截断处不引起波的明显反射，使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件，使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射，当然不可能达到完全没有反射，目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求，如Mur所导出的吸收边界条件。 （4）复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式，在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位，从而直接得出局部不均匀波（凋落波）的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于：通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束／射线束（Bundle ofrays）分析模型；通过费马原理及其延拓，由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术，构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如，复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间，利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索，从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播，因此，提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索，这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。 4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情，他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化，得到通用的计算程序，而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长，由于他是区域性解法，分割的元素数和节点数较多，导致需要的初始数据复杂繁多，最终得到的方程组的元数很大，这使得计算时间长，而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题，有限元产生的是带状（如果适当地给节点编号的话）、稀疏阵（许多矩阵元素是0）。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散，多年来人们一直在研究这个问题，试图找到一种有效、方便的离散方法，但由于电磁场领域的特殊性，这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构，一般的剖分方法难于适用；另一方面，由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关，因而人们采用了许多方法来减少存储量，如多重网格法，但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一，采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整，在网格密集区采用高阶插值函数，以进一步提高精度，在场域分布变化剧烈区域，进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快，与其他理论相结合方面也有了新的进展，并取得了相当应用范围的成果，如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等，还包括一些尚处于探索阶段的工作，如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等，这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组，既适用于求解微分方程，又适用于求解积分方程。他的求解过程简单，求解步骤统一，应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧，如离散化的程度、基函数与权函数的选取，矩阵求解过程等。另外必须指出的是，矩量法可以达到所需要的精确度，解析部分简单，可计算量很大，即使用高速大容量计算机，计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用，已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式，得到关于场分量的有限差分式，针对不同的研究对象，可在不同的坐标系中建模，因而具有这几个优点，容易对复杂媒体建模，通过一次时域分析计算，借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应；能够实时在现场的空间分布，精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性；计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制，其网格空间不能无限制的增加，造成FDTD方法不能适用于较大尺寸，也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多，若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸，而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合，目前这种技术正蓬勃发展，如时域积分方程／FDTD方法，FDTD／MOM等。FDTD的应用范围也很广阔，诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点，在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场，通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献，可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩（雷达舱）、（加吸波涂层）翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制，但其本身是一种高频近似计算方法，由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献，带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势，尤其是对复 杂目标的处理。 5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举，还有边界元素法、格林函数法等，在具体问题中，应该采用不同的方法，而不应拘泥于这些方法，还可以把这些方法加以综合应用，以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术，他横跨了多个学科，是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲，从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要，应大力进行电磁场的并行计算方法的研究，不断拓广他的应用领域，如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。 参考文献 〔1〕 文舸一．计算电磁学的进展与展望〔J〕．电子学报，1995，23（10）：62-69. 〔2〕 刘圣民．电磁场的数值方法〔M〕．武汉：华中理工大学出版社，1991． 〔3〕 张成，郑宏兴．小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕．宁夏大学学报（自然科学版），2000，21（1）：76-79. 〔4〕 王长清．时域有限差分(FD-TD)法〔J〕．微波学报,1989,(4):8-18. 〔5〕 阮颖诤．复射线理论及其应用〔M〕．成都：电子工业出版社，1991． 〔6〕 方静，汪文秉．有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕．微波学报，2000，16(2):139-143. 〔7〕 杨永侠，王翠玲．电磁场的FDTD分析方法〔J〕．现代电子技术,2001,(11):73-74. 〔8〕 洪伟．计算电磁学研究进展〔J〕．东南大学学RB （自然科学版），2002，32（3）：335-339. 〔9〕 王长清，祝西里．电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕．北京：北京大学出版社，1994． 〔10〕 楼仁海，符果行，袁敬闳．电磁理论〔M〕．成都：电子科技大学出版社，1996． 现代电子技术 你看看这个吧！！ 最好在网上下载吧能量守恒定律课题研究论文
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