毕业论文-库仑定律的理解与思考精选.doc

库仑定律的理解与思考 姓名：李丽飞 学号：4 摘要：库仑定律是电磁学中的一个基本定律，它的建立使电磁学进入了定量研究，从而使电磁学真正成为一门科学，为继续发展电动力学奠定了基础。它的平方反比定律具有及其重要的意义，若静电力不遵循距离平方反比规律，则会带来一些原则性的问题 ，甚至会动摇已经建立起来的物理大厦。库仑定律在电磁理论中占有极端重要的地位，整个电磁学都可以由以库仑定律为基础的静电学自然地推演出来。 关键词：库仑定律 理论基础 现实影响 1、的指数与2几乎没有偏差。近一百年来人们对库仑定律的适用条件、运用范围、理论地位等多方面的研究讨论也从未间断，使库仑定律的运用范围更广，理论地位更加明确。库仑定律在电磁理论中占有极端重要的地位，整个电磁学都可以由以库仑定律为基础的静电学自然地推演出来。设想若当时库仑定律还没被发现，那么电磁理论的发展，当今社会的发展又将如何，因此，从各个角度考察库仑定律，充实提高是有必要的人类对电现象的认识、研究，经历了很长的时间。直到16世纪人们才对电的现象有了深入的认识。吉尔伯特比较系统地研究了静电现象，第一个提出了比较系统原始理论，并引人了“电吸引”这个概念。但是吉尔伯特的工作仍停留在定性的阶段，进展不大。18世纪后期,科学家开始了电荷相互作用的研究最早观察到电荷只分布在导体表面富兰克林导体内不存在静电荷预言电荷之间的作用力只能与距离平方成反比。虽然这个思想很重要，但是普斯特利结论在当时没有得到科学界的重视。在库仑定律提出前的罗宾逊认为电力服从平方反比律罗宾逊n=2.06；卡文迪许双层同心球实验，第一次精确测量出电作用力与距离的关系得到n=202。可惜他们都没有及时公布他们的结论[1]。 2.2、库仑定律的建立 库仑是法国工程师和物理学家电力服从平方反比律及成正比，与距离r的平方成反比，即 F=（1-1），其中k是比例常量，依赖于各量单位的选取。在MKSA制中，实验测得。为方便起见，在MKSA制中常将写成：的形式，相应的为，为真空介电常量。引入后，式（1-1）就可改写为 ，这就是库仑定律在MKSA制中的表达式，高等院校的教科书中一般采用M KSA制，它的表达式虽然比较复杂，但由它推出许多关系式却比较简单。库仑定律讨论的是两个点电荷之间的静电力。当空中有两个以上的点电荷时，就必须补充另一实验事实——作用于每一点电荷的总静电力等于其他点电荷单独存在时作用于该电荷的静电力的矢量和。这叫做“叠加定理”库仑定律与叠加原理相结合，可以解决静电学上的许多问题[3]。 3.2限制库仑定律的使用条件为：源电荷必须静止 就库仑定律成立的条件而言，归纳起来不外有如下三条：(1)电荷是点电荷；(2)两点电荷是静止或相对静止的； (3)只适用于真空。 条件（1）是库仑定律成立的条件，这很好理解。因为只有点电荷，距离才有确切的意义，但它不是限制库仑定律的使用条件。点电荷只是一个相对量，当两带电体的线度比他们之间的距离小的多时即可把该带电体看作是点电荷，但是究竟带电体的线度比间距要小多少才能被看作点电荷却没有一个绝对的标准，它取决于讨论问题时所要求的精确度。一般认为线度比其间距小100倍以上时就可充分地被看作点电荷。对一于有些特殊形状的带电体，尽管其限度比较大，不可看作点电荷，但库仑定律仍然成立。例如：两个均匀带电的球体之间的静电力，仍然满足库仑定律。 条件（2）是指两点电荷相对静止，且相对于观察者静止（均在惯性系中）。 这一条件也可以适当放宽，不必要求两个点电荷都相对于观察者静止，只要源电荷(施力电荷)静止就可以，受力电荷可以静止，也可以作任意运动。静止电荷产生的电场空间分布是不随时间变化的，运动电荷所受由静止电荷产生的电场力只与两电荷的相对位置和它们的电量有关，与受力电荷的运动无关即遵从库仑定律；反过来，静止电荷受到的由运动电荷产生的电场力就不同了，由狭义相对论可推知，这个力不但与两个电荷的相对位置和电量有关，而且还与运动电荷的速度有关，即它不遵从库仑定律。在这种情况下，牛顿第三定律不再成立。由此可知，只要源电荷(施力电荷)相对观察者静止，则不论受力电荷相对观察者静止还是做任意运动，库仑定律总是适用的。因而不必要两个点电荷都相对观察者静止，故第二个条件—“电荷处于静止状态”可适当放宽为“只要源电荷静止”就可以了[4]。 条件（3）其实既不是库仑定律的成立条件，也不是限制库仑定律使用的条件。其实库仑定律不仅适用于真空，而且也适用于导体和介质。例如在讲到电介质极化时，由于极化电荷对这两个电荷都有作用，于是两个点电荷所受的总作用力将比较复杂。但应强调此时两个点电荷之间的作用力仍遵循库仑定律，即两点电荷之间的作用力，并不因其它电荷的存在而有所影响。 由高斯定理可得：在均匀无限大介质( )中，两个点电荷之间