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电磁场理论基本定律——库仑定律库仑定律库仑定律是电磁场理论的基本定律之一。真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比, 和它们距离的平方成反比,作用力的方向沿着这两个点电荷的连线, 同名电荷相斥,异名电荷相吸。库仑定律成立的条件: 1. 真空中 2. 静止 3. 点电荷( 静止是在观测者的参考系中静止,中学计算一般不做要求) 库仑定律的验证: 库仑定律是 1784--1785 年间库仑通过扭秤实验总结出库仑扭秤来的。纽秤的结构如下: 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。如何比较力的大小【通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小】库仑定律公式: 库仑定律——描述静止点电荷之间的相互作用力的规律库仑定律真空中,点电荷 q1对 q2 的作用力为: F=k*(q1*q2)/r^2 ( 可结合万有引力公式 F=Gm1m2 /r^2 来考虑) 其中: r ——从 q1到 q2 方向的矢径 k ——库仑常数 k= k=9 × 10* 9 牛·米 2/库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) 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: 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≈ × 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≈ × 10-27 千克 me≈ × 10-31 千克万有引力常数 G≈ × 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 ≈ × 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。学习和应用库仑定律的注意事项: (1) 库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力, 非点电荷间的相互作用力, 库仑定律不适用。。(不能根据直接认为当 r无限小时 F 就无限大) (2) 应用库仑定律求点电荷间相互作用力时, 不用把表示正