庫侖定律是靜電學的基礎,在最新的2020高考物理考試大綱對應要求等級為Ⅱ,足以說明庫侖定律的重要性。今天我們來聊一聊庫侖定律的使用條件。
先來看一下庫侖定律的內容:真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力,與它們的電荷量的乘積成正比,與它們的距離的二次方成反比,作用力的方向在它們的連線上.
公式:
在庫侖定律的文字表述中,我們會注意到「真空、靜止、點電荷」這三個詞。
首先看一下真空這個適用條件,在高中範圍內,真空或者在介質中都可以使用庫侖定律,關於這一條件就作這一簡單說明,更多內容需要涉及高等物理內容,如果感興趣可以查閱相關文獻。
其次關於靜止,這一適用條件,高中階段需要知道並不需要兩個點電荷都靜止,只需要場源電荷靜止。庫侖定律之所以這樣表述,要從物理學史的角度來尋找蛛絲馬跡。庫侖在提出兩個靜止的點電荷間的靜電力時,沒有明確說明這種作用是通過什麼途徑發生的。庫侖相信電荷之間的靜電力是不需要通過媒介的超距作用而瞬時發生的,電荷之間是直接相互作用的。但是從近代物理學的發展,超距作用是不正確的。電荷之間的相互作用是通過電場這種特殊的物質傳遞的。由於運動電荷產生的電場與靜止電荷產生的電場在空間分布不同,導致兩者之間的相互作用力不同。
最後,關於點電荷這一條件,我們知道點電荷只是一個理想化的物理模型。兩個點電荷或者兩個均勻帶電的球體,在球半徑與兩球心之間的距離相比半徑可以忽略不計時,可以使用庫侖定律。
敲黑板,總結一下,庫侖定律的適用條件:源電荷是靜止的,受力電荷可以是運動的;兩個電荷為點電荷或者球形狀電荷時庫侖定律可以使用。