電的定量研究——庫侖定律

2020-12-04 百家號

從吉爾伯特到富蘭克林,人們對電的研究基本都是定性的。也就是說,得出的結果都是描述性的,而不是以數學形式給出結論。首先在電學研究上得出定量關係的是庫侖。他發現了著名的庫侖定律。

1736年庫侖出生於法國昂古萊姆城一個富裕家庭,1761年從美西耶爾工程學校畢業,進入皇家軍事工程部隊任工程師。工作8年後,他又在埃克斯島瑟堡等地服役。這時庫侖就已開始從事科學研究工作,他把主要精力放在研究工程力學和靜力學問題上。

庫侖作為知名物理學家,一生成果頗豐。他寫過25篇論文,有7篇是有關電磁學的。其中,使他青史留名的是關於電荷間作用力規律的論文。1806年,庫倫在巴黎去世。後人為了紀念庫侖對電學發展所作出的貢獻,把他發現的電荷間作用力規律稱為「庫侖定律」,把電量單位命名為「庫侖」。

18世紀後期,人們開始電荷相互作用的定量研究。在庫侖之前,已有好幾位科學家對這個問題進行研究,並取得過很大的1776年,著名化學家普裡斯特利(氧氣的發現成就)。者之一)根據他的實驗發現帶電金屬容器內表面沒有電荷,猜測電力與萬有引力有相似的規律,兩電荷之間的作用力與它們之間距離的二次方成反比,但他未能予以證明。1769年,魯賓遜通過作用在一個小球上電力和重力平衡的實驗,第一次直接測定了兩個電荷相互作用力與距離二次方成反比。

1773年,卡文迪什根據他實驗中導體球內表面檢測不到的電荷數量推算出電力與距離成反比的方次與2相差最多不超過百分之二。他的這一實驗是近代精確驗證電力定律的雛形,可是他的這一實驗以及其他重要實驗成果到1879年才由麥克斯韋整理公之於世。由於他的研究成果沒有及時發表,沒能對當時科學發展起到應有的促進作用。

1785年,庫侖用自己設計製造的靈敏扭秤證實了同號電荷之間的斥力與它們之間的距離具有平方反比關係。又類比地球重力場中的重力單擺設計了「電引力單擺」,通過實驗證實了異號電荷之間的引力也遵從同樣的規律。他還認識到兩電荷之間相互作用力與電荷量之積成正比,由於當時對電量還沒有一個科學的量度,他便採用相對比較的方法給予了實驗證明。後來,高斯根據庫侖得出的規律定義了電荷的量度。現在,這一規律被普遍地表述為:「兩靜止點電荷之間作用力的大小正比於它們的電量乘積,反比於它們之間距離的平方,力的方向沿它們的連線方向,電荷同號時為斥力,異號時為引力。」這就是庫侖定律。

庫倫的實驗得到了世界的公認。庫侖定律是電學的第一個定量定律,它的發表標誌著電學從定性觀察到定量分析的轉折,從此電學的研究開始進入科學行列。

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    庫侖家裡很有錢,在青少年時期,他就受到了良好的教育。他後來到巴黎軍事工程學院學習,離開學校後,他進入西印度馬提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以後,他又在埃克斯島瑟堡等地服役。這時庫侖就已開始從事科學研究工作了,他把主要精力放在研究工程力學和靜力學問題上。 他在軍隊裡從事了多年的軍事建築工作,為他1773年發表的有關材料強度的論文積累了材料。
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    1775年美國人富蘭克林作的金屬桶實驗,觀察到金屬導體內表面不帶電的事實,但是沒有把觀察到的現象和電力的平方反比定律聯繫起來。      1776年英國人普利斯特裡重複了富蘭克林的實驗,發表了「電學的歷史現狀以及初始的實驗」這一篇論文結尾部分提到了這個實驗, 解釋說電的引力跟萬有引力一樣, 也應服從平方反比定律。
  • 庫侖和庫侖定律的發現及驗證過程
    .它的建立使電磁學進入了定量的研究,從而使電磁學真正成為一門科學,為繼續發展電動力學奠定了基礎。庫侖定律既是實驗經驗的總結,也是理論研究的成果。特別是力學中引力理論的發展,為靜電學和靜磁學提供了理論武器,使電磁學少走了許多彎路,直接形成了嚴密的定量規律。從庫侖定律的發現可以獲得許多啟示,對闡明物理學發展中理論和實驗的關係,了解物理學的研究方法均會有所裨益。
  • 1.2庫侖定律
    一、教材分析1.庫侖定律既是電荷間相互作用的基本規律,又是學習電場強度的基礎,不僅要求學生定性知道,而且還要求定量了解和應用。4.庫侖定律的研究過程1.提出假設2.做出假說3.實驗探究:(1)實驗構思(2)實驗方案(3)對假說進行修正和推廣5.思考:(1)庫侖通過什麼方法比較力的大小?(2)庫侖通過什麼方法比較電荷量的大小?
  • 庫侖定律
    庫侖定律(Coulomb’s law)是電磁學中的第一個基本定律,是一個實驗定律。它的誕生標誌著電學研究進入了科學行列。
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    上期回顧:庫侖定律 1 本周我們繼續更深一步認識庫侖定律。先複習一下,庫侖定律的數學表達式:
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    從1600年吉爾伯特正式開闢電學領域開始,長期以來都是定性的研究。而庫侖定律的建立,標誌著電學從定性描述正式走向了定量計算,他也是電學裡最重要的定律之一。庫侖1736年6月14日,查爾斯·奧古斯丁·庫侖出生於法國昂古萊姆,他的父親是當地受聘於皇家的巡視員。
  • 「電力革命」08庫侖定律的建立(庫倫、卡文迪許)
    從1600年吉爾伯特正式開闢電學領域開始,長期以來都是定性的研究。而庫侖定律的建立,標誌著電學從定性描述正式走向了定量計算,他也是電學裡最重要的定律之一。在用顯微鏡對磁針偏轉角進行觀察的時候,人們發現磁針處於微小的振動狀態,於是庫侖又開始進行了進一步的研究。1784年,庫侖發表了《扭力和金屬絲彈性的理論實驗和研究》一文,在這篇文章中庫侖提出扭力秤的擺動是一種簡諧振動,並且給出了周期公式,進一步推導出了正確的扭力矩公式。
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