高中 物理库仑定律

两个点电荷的联线,同号电荷相斥，异号电荷相吸。公式：F=k*(q1*q2)/r^2

库仑定律成立的条件：处在真空中，必须是点电荷。

库仑定律的实验验证：库仑定律是1784--1785年间库仑通过纽秤实验总结出来的。纽秤的结构如下图。在细金属丝下悬挂一根秤杆，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。(图显示不了）

库仑定律 COULOMB’S LAW

库仑定律——描述静止点电荷之间的相互作用力的规律 真空中，点电荷 q 对 q0 的作用力为

F=k*(q*q0)/r^2

其中：

r ——两者之间的距离

r ——从 q到 q0方向的矢径 k ——库仑常数

上式表示：若 q 与 q0 同号， F 10 y沿 r 方向——斥力； 若两者异号， 则 F 10 沿 - r 方向——吸力. 显然 q0 对 q 的作用力 F01 = -F10 （1-2）

在MKSA单位制中

力 F 的单位： 牛顿（N）=千克· 米/秒2(kg·m/S2)（量纲 ：M LT - 2） 电量 q 的单位： 库仑（C）

定义：当流过某曲面的电流1 安培时，每秒钟所通过 的电量定义为 1 库仑，即 1 库仑（C）= 1 安培 ·秒（A · S） （量纲：IT） 比例常数 k = 1/4pe0 (1-3)

e0 = 8.854 187 818(71)×10 -12 库2/ 牛 ·米2 ( 通常表示为法拉/米 ) 是真空介电常数 英文名称：permittivity of vacuum

说明:又称绝对介电常数。符号为εo。等于8.854187817×10-12法/米。它是导自真空磁导率和光在真空中速度的一个无误差常量。

库仑定律的物理意义

(1)描述点电荷之间的作用力，仅当带电体的尺度远小于两者的平均距离，才可看成点电荷.

(2）描述静止电荷之间的作用力，当电荷存在相对运动时，库仑力需要修正为Lorentz力.但实践表明，只要电荷的相对运动速度远小于光速 c，库仑定律给出的结果与实际情形很接近.

[例1-1] 比较氢原子中质子与电子的库仑力和万有引力（均为距离平方反比力）

据经典理论，基态氢原子中电子的“轨道”半径 r ≈ 5.29×10 -11 米 核和电子的线度 ≤ 10-15 米 ,故两者可看成 “点电荷”.

两者的电量 e ≈ ± 1. 60×10-19 库仑 质量 mp ≈ 1.67×10-27 千克 me ≈ 9.11×10-31千克

万有引力常数 G ≈ 6.67 ×10-11 牛 ·米2 /千克2

电子所受库仑力 Fe =- e2r / 4pe0r3 电子所受引力 Fg= -Gmpmer /r3 两者之比： Fe /Fg = e2 / 4pe0Gmpme ≈2.27 ×10 39 （1-6）

由此可见，电磁力在原子、分子结构中起决定性作用，这种作用力远大于万有引力引起的作用力，即可表述为质量对物体间的影响力远小于电磁力的作用，并且有：电荷之间的作用力随着电荷量的增大而增大，随着距离的增大而减小。