照日格圖

(呼和浩特民族學院環(huán)境工程系,內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

庫侖定律的產(chǎn)生及適用條件分析

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(呼和浩特民族學院環(huán)境工程系,內(nèi)蒙古呼和浩特 010051)

庫化定律可以說是物理學的基本定律之一,庫侖定律的產(chǎn)生奠定了電學理論的基礎(chǔ),庫侖定律闡明了帶電體相互作用的規(guī)律,決定了靜電場的性質(zhì),也為整個電磁學奠定了基礎(chǔ)。而在涉及到庫侖定律的專業(yè)書籍中,存在著對相關(guān)理念闡述不確切,庫侖定律適用情況分析不嚴謹?shù)默F(xiàn)象,因此,本文對庫侖定律的產(chǎn)生進行闡述,并對庫侖定律的適用情況進行了詳細的分析。

庫化定律 產(chǎn)生 適用條件 分析研究

庫化定律的產(chǎn)生和應(yīng)用，使電磁學進入了一個全新的時代，它對電子的相互作用進行了探討，并將電子的物理特性進行量化分析，使其可以通過數(shù)學的手段開展相關(guān)研究，為之后的電磁學研究帶來了便利，如果沒有庫侖定律，那么諸如麥克斯韋方程組、靜電場方程等這樣的電磁學相關(guān)定律都無法驗證和使用，因此，庫侖定定律在物理理論中的地位是十分重要的，我們要對其產(chǎn)生情況進行全面的了解，對其適用條件進行深刻的探討和分析，在對庫侖理論進行準確的認識和學習后，就能夠更好的完成電磁學的學習和研究工作。

1 庫侖定律的產(chǎn)生

之所以稱之為庫侖定律，源自在1978年的法國，作為軍事工程師的庫侖(CharlesAuguslin Coulomb，1736～1806)在進行扭秤實驗的過程中，發(fā)現(xiàn)兩個帶電的小球，在一定的距離范圍內(nèi)會相互的影響，發(fā)生偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，這就說明有力矩的存在，再準確的知道兩個小球之間的距離及轉(zhuǎn)動的角度便可以得出在該種情況下兩個小球之間的作用力，庫侖通過對實驗驗證了在真空環(huán)境下，兩電荷之間的相互作用力反比于兩電荷之間距離的平方。

其實，庫侖定律中所描述的物理現(xiàn)象并不是首例。在我國的東漢時期，就有了“頓牟拾芥，磁石引針”的說法，可見我國對電和磁的認識與記錄并不晚于西方。然而這簡單的描述并不是系統(tǒng)的科學，物理定律都要經(jīng)過由現(xiàn)象到本質(zhì)的發(fā)展過程，找現(xiàn)象的存在規(guī)律并進行記載可稱之為定律和科學，并且能否為人們所用是其重要的評價標準。除我國歷史的記載外，庫侖也不是做扭秤實驗的首例，但由于科學的優(yōu)先性，誰最早發(fā)表就是誰的科研成果，使得這一定律被貫以庫侖的名字。

電力反平方律最先的提出者理應(yīng)是普利斯特里，但由于普利斯特里本人對這一猜測信心不大，同時也未引起電學領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)注，導(dǎo)致該成果被忽視。在1755年的美國，電學家富蘭克林在進行實驗時并發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，但在十年后，他才將這一發(fā)現(xiàn)以書信的方式告知好友普利斯特里，同時他將這一實驗重做。隨后在1766年，普利斯特里重復(fù)了實驗，發(fā)現(xiàn)放在金屬容器內(nèi)的電荷并不會受到容器本身所帶電荷的影響，緊接著他將這一規(guī)律與萬有引力相聯(lián)系，得出兩個電荷間的作用力反比于它們距離的平方項。

而庫侖卻對實驗中發(fā)現(xiàn)的這一現(xiàn)象進行了系統(tǒng)的科學論述，并發(fā)表了一系列的論文。它對實驗中出現(xiàn)誤差的產(chǎn)生原因、實驗所用設(shè)備儀器，以及實驗方法進行詳細的描述。對所提出的理論給出了充分的實驗證明，使其成為科學上重大的發(fā)現(xiàn)，因而被命名為庫侖定律。

扭秤實驗是在真空中進行的，因為該實驗沒有對電荷的電量給出界定，故在庫侖的相關(guān)報告中僅描述了平方反比，而電力與電荷的電量成正比的說法是后期的科學家如高斯等人提出并完善的。即在真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力與距離平方成反比，與電量乘積成正比，作用力的方向在它們的連線上，同號電荷相斥，異號電荷相吸。數(shù)學表達式見圖1，圖1中r表示兩者之間的距離；r表示q1和q2方向的矢徑。

2 庫侖定律的適合條件

從學習的角度出發(fā)，庫侖定律是學生學習的第一個電磁學內(nèi)容，在學習的過程中，學生要充分掌握方式和方法，不要以為做到簡單的背誦就是學到了，而要從多個層、多角度、全方面的進行綜合的學習，條件允許的話可以進行實驗驗證，通過對實驗的設(shè)計和準備，以及實驗的具體操作和觀察，可以加深對庫侖定律的理解，使記憶更加深刻，從而提高分析問題的能力，也鍛煉了動手能力，并在實驗中學會嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，這樣的進步不僅僅是針對庫侖定律的學習時有所幫助，在學習其它知識時，同樣受用，并對未來的科學研究奠定了良好的基礎(chǔ)和習慣。

不管是哪種科學定律，都有一定的使用范圍，超出了這個范圍便會失去作用，庫侖定律也是一樣，它同樣是受到物理量在特定條件下的限制，不難看出它具備一定的適用條件。通常情況下可歸納為：(1)點電荷(2)點電荷所處環(huán)境為真空(3)兩點電荷是靜止的或相對靜止的，這三個條件并列存在。

條件一是庫侖定律成立的條件，這很好理解。因為只有點電荷，距離才有確切的意義，但它不是限制庫侖定律的使用條件。條件二是只適用于真空，比較好理解。因為周圍有導(dǎo)體或介質(zhì)時會產(chǎn)生其它電荷，情況就會變得比較復(fù)雜。條件三指兩點電荷相對靜止，且相對于觀察者靜止。它是靜電學的出發(fā)點，因為庫侖定律在電磁場理論中給出的是一種靜電場分布，但是，在應(yīng)用庫侖定律時可以放寬到靜止電荷對運動電荷的作用，但不能推廣到運動源電荷對靜止電荷的作用，因為有推遲效應(yīng)。總的來看，這三個必要條件中，最重要的條件就是電荷必須是靜止的。當電荷處在運動的狀態(tài)下，那么庫侖定律也就失效了。

3 結(jié)語

庫侖定律是整個靜電學和電磁學的理論基礎(chǔ)，使得相關(guān)研究由定性觀察進入實驗測量的新階段，它推動了物理學的進步，并為電磁感應(yīng)學等學科打下了基礎(chǔ)，從而改變了人們的日常生活，依據(jù)這些理論原理，產(chǎn)生了電動機、電工電子技術(shù)等等實用性非常強大的新技術(shù)，而且在過去幾個世紀的時間里，發(fā)揮了巨大的作用，使人類社會飛速的發(fā)展，因此說，如果沒有庫侖定律就沒有今天科技的騰飛以及人們?nèi)绱烁叩纳钏?，就沒有現(xiàn)代文明，并不為過。因此我們要對庫侖定律進行深入研究，不斷學習創(chuàng)新，從而結(jié)出更多的碩果，推動人類社會更好更快的發(fā)展。

[1]張拴柱.論庫侖定律的適用條件[J].長治學院學報,2013(04)15.

[2]吳燕丹.從庫侖定律看高師物理規(guī)律的教學[J].內(nèi)江師范學院學報,2010(08)15.