库伦定律讨论课

1、库仑定律的简单介绍库仑定律的简单介绍库仑定律简单回忆库仑定律简单回忆库仑定律（Coulombs law）是法国物理学家查利奥古斯丁库仑（Coulomb，Charles-Augustin de，1736年-1806年）于1785年发现。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律，它使电学的研究从定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。库仑定律：在真空中两个静止的点电荷q1及q2之间的相互作用力的大小和q1q2的乘积成正比，和它们之间的距离r的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸引。 库仑定律的适用条件库仑定律的适用条件一般来讲适用条件是真空，点电荷，静电场。1,

2、这三个条件中，真空是非必须的，在其它介质中使用库伦定律时只需补充相对介电常数；2,点电荷也是非必须的，一般的带电体可以看做无限多个点电荷，可以对其进行积分求库仑力；3,关于静止，只要源电荷静止，讨论受力电荷所受库伦力就可以使用库伦定律，库伦定律并不要求受力电荷一定静止。受力电荷运动时库仑力数值并不改变，但因为运动而受到磁场力的作用，使得受力电荷所受总的电磁力发生了变化。早期研究阶段早期研究阶段人类对电现象的研究经历了很长一段时间。直到16世纪吉尔伯特才第一个提出比较系统的研究了静电现象，第一个提出了比较系统的原始理论，并引入了“电吸引电吸引”这个概念。但是吉尔伯特的研究仍停留在定性的阶段。18

3、世纪中叶人们通过万有引力定律对电和磁做了种种猜测（类比）吉尔伯特(15441603)英国著名的医生、物理学家18世纪后期人们开始了对电荷相互作用研究。菲利斯特斯利在电学的历史和现状一书中根据牛顿的自然哲学的数学原理，最先预言了电荷之间的作用力电荷之间的作用力只能与距离平方成反比只能与距离平方成反比。虽然这个思想很重要，菲利斯特斯里的思想在当时并未得到科学界的重视，从而制约了电荷间关系的发展。 最终,现今所公认的库仑定律是由法国物理学家库仑在1785年发现的.但是在此期间,还有两位学者曾做过定量的实验研究,并得到同样的实验结果。17691769年年, ,英国爱丁堡大学的罗宾逊设计了一个转臂装置来

4、改变电英国爱丁堡大学的罗宾逊设计了一个转臂装置来改变电力的力矩和重力的力矩力的力矩和重力的力矩, ,并使之达到平衡并使之达到平衡. .然后他从支架的平衡角度推然后他从支架的平衡角度推算出电力算出电力F F与距离与距离r r的关系的关系, ,用公式用公式F1/r2+F1/r2+表示表示, ,根据实验结果推算根据实验结果推算得出得出=0.06,=0.06,这个这个叫做指数偏差。叫做指数偏差。 罗宾逊认为罗宾逊认为, ,指数偏大的原因应归于实验误差指数偏大的原因应归于实验误差, ,由此得出平方反比由此得出平方反比定律的结论定律的结论. .但是但是, ,该实验结果仅限于同性电的斥力该实验结果仅限于同性

5、电的斥力, ,至于异性电的吸力至于异性电的吸力, ,他的装置难以得出结论。他的装置难以得出结论。 1773年，卡文迪许用两个同心金属壳做实验，外球壳由两个半球装置而成，两半球合起来正好形成内球的同心球。通过一根导线将内外球连起来，外球壳带电后，取走导线，打开外球壳，检验内球壳是否带电。结果显示内球没有带电，电荷完全分布在外球上。1731-1810英国物理学家、化学家库仑是法国工程师和物理学家。1736年6月14日生于昂古莱姆。1761年毕业于军事工程学校，并作为军事工程师服役多年。后因健康日坏，被迫回家，因此有闲暇从事科学研究。由于他写的一篇题为简单机械论的报告而获得法国科学院的奖励，并由此于

6、1781年当选为法国科学院院士。法国大革命时期，他辞去公职，在布卢瓦附近乡村过隐居生活，拿破仑执政后，他返回巴黎，继续进行研究工作。1806年8月23日在巴黎逝世。人物评价人物评价：伟大的物理学家库仑是十八世纪最伟大的物理学家之一，他的杰出贡献是永远也不会磨灭的。1785年,库仑用扭秤实验扭秤实验测量两电荷之间的作用力与两电荷之间距离的关系。他通过实验得出:“两个带有同种类型电荷的小球之间的排斥力与这两球中心之间的距离平方成反比。”同年，他在电力定律的论文中介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。库仑定律的建立库仑定律的建立扭秤扭秤简单介绍简单介绍在物理学发展的前期，人们对微弱作用的测量感到困

7、难，因为这些微弱的作用人们通常都感觉不到。后来，物理学家们想到了悬丝，要把一根丝拉断需要较大的力，而要使一根悬丝扭转，有一个很小的力就可以做到了。根据这个设想，法国物理学家库仑和英国的科学怪杰卡文迪许于1785年和1789年分别独立地发明了扭秤。扭秤实验可以测量微弱的作用，关键在于它把微弱的作用效果经过了两次放大：一方面微小的力通过较长的力臂可以产生较大的力矩，使悬丝产生一定角度的扭转；另一方面在悬丝上固定一平面镜，它可以把入射光线反射到距离平面镜较远的刻度尺上，从反射光线射到刻度尺上的光点的移动，就可以把悬丝的微小扭转显现出来。库仑的库仑的扭扭秤秤实验实验扭秤的结构如下：在细金属丝下悬挂一根

8、秤杆，它的一端有一小球A，另一端有平衡体P，在A旁还置有另一与它一样大小的固定小球B。为了研究带电体之间的作用力，先使A、B各带一定的电荷，这时秤杆会因A端受力而偏转。转动悬丝上端的悬钮，使小球回到原来位置。这时悬丝的扭力矩等于施于小球A上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定，则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度，可以得知在此距离下A、B之间的作用力。库仑定律的建立库仑定律的建立库仑的扭秤巧妙的利用了对称性原理按实验的需要对电量进行了改变。库仑让这个可移动球和固定的球带上同量的同种电荷，并改变它们之间的距离。通过实验数据可知，斥力的大小与距离的平方成反比。但

9、是对于异种电荷之间的引力，用扭称来测量就遇到了麻烦。经过反复的思考，库仑借鉴动力学实验加以解决。库仑设想：如果异种电荷之间的引力也是与它们之间的距离平方成反比，那么只要设计出一种电摆就可进行实验。通过电摆实验，库仑认为：“异性电流体之间的作用力，与同性电流体的相互作用一样，都与距离的平方成反比。” 为了验证电荷之间的引力与电荷间距离的平方成反比的规律，库仑还设计的电摆实验如下所示：其装置如图所示：G为绝缘金属球，lg为虫胶做的小针，悬挂在78尺长的蚕丝sc下端，l端放一镀金小圆纸片G、l间的距离可调实验时使G、l带异号电荷，则小针受到电引力作用可以在水平面内做小幅摆动测量出G、l在不同距离时，

10、lg摆动同样次数的时间，从而计算出每次振动的周期库仑受万有引力定律的启发，把电荷之间的吸引力和地球对物体的吸引力加以类比，猜测电摆振动的周期与带电小纸片l到绝缘带电金属球G之间的距离成正比电摆实验库仑定律小结库仑定律小结总的来说，库仑在确定电荷之间相互作用力与距离的关系时使用了两种方法：对于同性电荷，使用的是静电力学的方法扭秤实验；对于异性电荷，使用的是动力学的方法电摆实验库仑定律可以说是一个实验定律，也可以说是牛顿引力定律在电学和磁学中的“推论”。如果说它是一个实验定律，库仑扭称实验起到了重要作用，而电摆实验则起了决定作用；即便是这样，库仑仍然借鉴了引力理论,模仿万有引力的大小与两物体的质量成正比的关系,认为两电荷之间的作用力与两电荷的电量也成正比关系。如果说它是牛顿万有引力定律的推论，那么普利斯特利和卡文迪许等人也做了大量工作。因此，从各个角度考察库仑定律，重新准确的对它进行认识，确实是非常必要的。科学研究中类比法的应用科学研究中类比法的应用从库仑定律的建立过程中，我们可以看出类比方法在科学研究中有重要作用。类比推理法在物理学史上还有许多例子。例如伽利略通过人脉搏的跳动类比空中摆动的油灯发现