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伍岳明 曹明富合著 谨以此书献给2005——世界物理年! 以《太极图》为代表的中华传统哲学文化能解释大自然中的电磁现象吗? 哲学涉及世界的本质问题,哲学是阐明认识的科学。太阳系星球转动亿年不变,是否违反能量守衡定律?第一推动真的是上帝踢了一脚吗?太阳上的能源真的是核聚变反应吗?如果是,那核聚变反应与太阳上电磁场、太阳风有联系吗?这些自然科学中的深层次问题 ,哲学、自然科学必须给以回答。目前关于太阳、地球的电磁场来源;关于它们的能量来源等问题,我们人类至今还未能自圆其说,还正在探索之中,我们要用马列主义的唯物辩证法哲学、要 用中华传统哲学文化来认识这些问题。要彻底摆脱传统的思维定势和守旧观念,从客观事实和现象出发进行理论创新,用系统的科学研究方法建立起我们中国人的太阳系动力学理论体系。当然理论体系的建立,必须要有实验做基础、要以数学做支柱 ,更重要的是要理论创新。今天我们就从一个“貌似简单、其实深奥,成本不高”的“感应起电机”实验做起。感应起电实验是中学的物理实验课程 , 感应起电机,又名静电起电机,实验装置、操作如下 : 一、[仪器装置]
图1.21 仪器装置 二、[操作与效果] 1、将图1.21中的两极板分别与静电机两极相接。 2、摇动起电机,使两极板分别带正、负电荷,这时小金属球也带有与下板同号的电荷。同 号电荷相斥,异号电荷相吸,小球受下极板的排斥和上极板的吸引,跃向上极板,与之接触 后,小球所带的电荷被中和反而带上与上极板相同的电荷,于是又被排向下极板。如此周而 复始,小球就在两板间上、下跳动。当两极板电荷被中和时,小球随之停止跳动。 三、[注意事项] 1、金属铝板应该是圆形,如有尖角会出现尖端放电。 2、小球不能太重,否则重力大于电场力,小球无法在两板间往复跳动。 3、静电起电机起电实验时,要求两玻璃盘之间要有适当的距离 (约为4毫米左右)。要求两玻盘能同速反向转动。 4、使用起电机时摇转应由慢到快,并且不宜过快。过快了会影响中和电刷与金属箔片的接触,反而不能起电。同时可能损坏转动盘。摇转停止时也应慢慢进行,使其自然减慢。 5、起电机必须顺时针转动(也有设计为逆时针转动的),反向转动则不起电。 上述实验证明,静电起电机是因“共旋起电”机理产生二种不同的电荷,起电的必要条件是: 1、起电物质应是良异体如金属箔片等。 2、起电物质之间必须有相同的角速度,如果玻盘中一盘转动,另一盘不转动;或者两盘的转动速度不一样,一盘快,另一盘慢,则不起电。 3、起电物质之间要有适当的距离,如果相距太远,也不起电。 4、起电的电量与起电物质的质量有关,质量越大,电量也越大,如大静电起电机替换小起电机时,锡纸做的金属小球在二极间上下跳动更为激烈。 5、起电机必须顺时针转动,如果逆时针旋转则不起电。 为什么起电机顺时针转动起电,逆时针旋转不起电?其机理至今人们还是说不清道不明。
2002年4月,雁北师范学院学报,刊载了王美卫,叶永卫的《感应起电机逆时针旋转可收集电荷的实现》
图 1.22 感应起电机收集电荷量示意图 文章虽未能就感应起电机理说清楚,但从感应起电及集电过程实验中可清楚告诉人们三点: 1、 收集到的电荷,其性质与粘有锡箔条的绝缘圆盘顺时针或逆时针转动方向有关; 2、 收集到的电荷量与集电梳所处的象限的位置有关; 3、 集电量与粘有锡箔条的绝缘圆盘的转动速度(时间)有关; 一句话即:质点电荷与所处的空间和时间有关 , 感应起电机为什么会起电?同一部起电机反向转动为何又不会起电,这是物理学必须回答的问题。在物理学中,人们对任何一个问题的认识,都是随着实验和理论对立统一的发展过程而逐步加深的。因此,理论与实验密切结合对物理学的发展是十分重要和必需的!另一方面,可以清楚地看出,理论必须来源于实践,才能反过来指导实践。实际上,实验是科学理论的源泉,是自然科学的基础。仅以我国科举时代念四书五经的方法和态度来“精读”科学书籍(需要不断发展的第二手知识)而不联系实际进行科学研究,这对科学的发展是无济于事的!自然科学的研究对象是“物”,要研究“物”必须变革“物”和观测其变革后的反映,这自然就要进行科学实验。王美卫,叶永卫二同志所做的《感应起电机逆时针旋转可收集电荷的实现》的实验是一个揭示电本质的实验、是一个实践先于理论的实验。笔者希望物理学界千万不要因是中学的物理实验而轻视,它蕴涵着地球为什么会有一个高温的液体外核、太阳为什么会发热发光的大课题。自然科学的理论是来自科学实验的实践,同时又受科学实验检验。科学实验是科学研究中基本的实践活动。实践-理论-实践,如此循环,以至无穷,从而不断提高人们对自然界的认识,增强人们改造自然的能力。 从世界科技史实中了解到,有关揭示电本质的实验都是西方人做的,因而有关电学的理论也是西方人写的。今天,我们中华民族的子孙做的《感应起电机逆时针旋转可收集电荷的实现》的实验,为什么不能沿着先哲们“太极”的整体思维方法,将实践上升为理论呢!当然其中离不开运用数学这一工具,“共旋起电”的假说就是一个中国人探索电本质的尝试。因为是尝试,可能成功 ,也可能失败,笔者希望专家学者们多批评和帮助。
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