关于库仑定律(成立条件、精确度、使用范围)

合集下载

高中物理选修3-1-库仑定律

高中物理选修3-1-库仑定律

库仑定律知识集结知识元库仑定律知识讲解一、内容:在真空中两个静止的点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比,跟它们之间的距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上.二、表达式:F=k,式中k表示静电力常量,k=9.0×109N∙m2/C2.三、库仑定律适用条件1.库仑定律只适用于真空中的静止点电荷,但在要求不很精确的情况下,空气中的点电荷的相互作用也可以应用库仑定律.2.当带电体间的距离远大于它们本身的尺寸时,可把带电体看做点电荷.但不能根据公式错误地推论:当r→0时,F→∞.其实在这样的条件下,两个带电体已经不能再看做点电荷了.3.对于两个均匀带电绝缘球体,可将其视为电荷集中于球心的点电荷,r为两球心之间的距离.4.对两个带电金属球,要考虑金属球表面电荷的重新分布.四、应用库仑定律需要注意的几个问题1.库仑定律的适用条件是真空中的静止点电荷.点电荷是一种理想化模型,当带电体间的距离远远大于带电体的自身大小时,可以视其为点电荷而适用库仑定律,否则不能适用.2.库仑定律的应用方法:库仑定律严格地说只适用于真空中,在要求不很精确的情况下,空气可近似当作真空来处理.注意库仑力是矢量,计算库仑力可以直接运用公式,将电荷量的绝对值代入公式,根据同种电荷相斥,异种电荷相吸来判断作用力F是引力还是斥力;也可将电荷量带正、负号一起运算,根据结果的正负,来判断作用力是引力还是斥力.3.三个点电荷的平衡问题:要使三个自由电荷组成的系统处于平衡状态,每个电荷受到的两个库仑力必须大小相等,方向相反,也可以说另外两个点电荷在该电荷处的合场强应为零.例题精讲库仑定律例1.'一个挂在绝缘丝线下端的带正电的小球B,由于受到固定的带电小球A的作用,静止在如图所示的位置,丝线与竖直方向夹角为θ,A、B两球之间的距离为r且处在同一水平线上。

已知B 球的质量为m,带电荷量为q,静电力常量为k,A、B两球均可视为点电荷,整个装置处于真空中。

库仑定律

库仑定律
库仑定律只适用于点电荷之间。带电体之间的距离比它们自身的大小大得多,以至形状、大小及电荷的分布 状况对相互作用力的影响可以忽略,在研究它们的相互作用时,人们把它们抽象成一种理想的物理模型——点电 荷,库仑定律只适用于点电荷之间的受力。
库仑定律没有解决电荷间相互作用力是如何传递的,甚至按照库仑定律的内容,库仑力不需要接触任何媒介, 也不需要时间,而是直接从一个带电体作用到另一个带电体上的。即电荷之间的相互作用是一种“超距作用”, 然而另一批物理学家认为这类力是“近距作用”,电力通过一种充满在空间的弹性媒介——以太来传递。
实验
卡文迪许的同心球电荷分布实验,比库仑的扭秤实验精确且早几十年,但是卡文迪许并没有发表自己的著作。 直到1871年麦克斯韦主持剑桥大学的卡文迪许实验室后,卡文迪许的手稿才转到了麦克斯韦手中,麦克斯韦亲自 动手重复了卡文迪许的许多实验,手稿经麦克斯韦整理后出版,他的工作才为世人所知。
评价
库仑定律由法国物理学家库仑于1785年在《电力定律》一论文中提出。库仑定律是电学发展史上的第一个定 量规律,是电磁学和电磁场理论的基本定律之一。
库仑定律不仅是电磁学的基本定律,也是物理学的基本定律之一。库仑定律阐明了带电体相互作用的规律, 决定了静电场的性质,也为整个电磁学奠定了基础。库仑的工作对法国物理学家的影响还可以从稍后的拉普拉斯 的物理学简略纲领得到证实。这个物理学简略纲领最基本的出发点是把一切物理现象都简化为粒子间吸引力和排 斥力的现象,电或磁的运动是荷电粒子或荷磁粒子之间的吸引力和排斥力产生的效应。这种简化便于把分析数学 的方法运用于物理学。
定义
库仑定律示意图(4张)库仑定律的常见表述:真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量 的乘积( )成正比,与它们的距离的二次方( )成反比,作用力的方向在它们的连线上,同名电荷相斥,异名 电荷相吸。

库仑定律_精品文档

库仑定律_精品文档

第2节 库仑定律一、库仑定律1. 库仑力电荷间的相互作用力,也叫做静电力。

2. 点电荷带电体间的距离比自身的大小大得多,以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可忽略时,可将带电体看做带电的点。

它是一种理想化的物理模型。

(1). 点电荷是理想模型只有电荷量,没有大小、形状的理想化模型,类似于力学中的质点,实际中并不存在,是一种科学的抽象,其建立过程反映了一种分析处理问题的思维方式。

(2). 带电体看成点电荷的条件实际的带电体在满足一定条件时可近似看做点电荷。

一个带电体能否看成点电荷,不能单凭其大小和形状确定,也不能完全由带电体的大小和带电体间的关系确定,关键是看带电体的形状和大小对所研究的问题有无影响,若没有影响,或影响可以忽略不计,则带电体就可以看做点电荷。

3. 库仑定律(1)内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。

(2)表达式:F =k q 1q 2r2,k 叫做静电力常量,k =9.0×109 N·m 2/C 2。

(3)适用条件:真空中的点电荷。

(4)库仑力①库仑力也称为静电力,它具有力的共性。

②两点电荷之间的作用力是相互的,其大小相等,方向相反。

③方向判断:利用同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引来判断。

4. 库仑定律的两个应用(1)应用库仑定律计算两个可视为点电荷的带电体间的库仑力。

(2)应用库仑定律分析两个带电球体间的库仑力。

①两个规则的均匀带电球体,相距比较远时,可以看成点电荷,库仑定律也适用,二者间的距离就是球心间的距离。

②两个规则的带电金属球体相距比较近时,不能被看成点电荷,此时两带电球体之间的作用距离会随电荷的分布发生改变。

如图甲,若带同种电荷时,由于排斥而作用距离变大,此时F <k Q 1Q 2r2;如图乙,若带异种电荷时,由于吸引而作用距离变小,此时F >k Q 1Q 2r2。

库仑定律的三个适用条件

库仑定律的三个适用条件

库仑定律的三个适用条件
康普顿定律是描述电荷之间相互作用的定律,具体表述为:对于两个电荷之间的相互作用力,其大小与它们的电荷量成正比,与它们之间的距离的平方成反比,方向沿着它们之间的连线方向。

库仑定律的适用条件如下:
1. 电荷量必须是点电荷:库仑定律只适用于电荷分布均匀、形状简单的情况下,即电荷量可以看成点电荷的情况下使用。

对于电荷分布复杂的情况,需要应用高级的电磁学理论。

2. 电荷静止或者运动速度很慢:库仑定律只适用于电荷静止或者运动速度很慢的情况下使用。

对于电荷运动速度接近光速时的相互作用,需要应用相对论性的电磁学理论。

3. 空间介质必须是真空或者均匀的介质:库仑定律只适用于空间介质是真空或者均匀的介质的情况下。

对于存在非均匀介质、介质中有其他物质的情况,需要考虑介质对电荷的影响。

总之,库仑定律是一种描述电荷之间相互作用的基础定律,适用于电荷分布均匀、形状简单、静止或运动速度很慢、空间介质是真空或者均匀介质的情况下使用。

第一讲 库仑定律

第一讲 库仑定律
第一讲

库仑定律
科学家对库仑定律的早期研究
电磁现象的认识可追溯到公元前585年:摩擦琥珀吸引轻物
直到16世纪才对电现象有了深入的认识。 吉尔伯特第一个提出比较系统的原始理论,并引人了“电 吸引”这个概念。但吉尔伯特的工作仍停留在定性的阶段。 18世纪中叶人们借助于万有引力定律,对电和磁做种种 猜测。18世纪后期,科学家开始了电荷相互作用的研究。
15 10 m是 近代物理实验证明,库仑定律在原子核范围内 13 不成立的,但在 10 m 仍严格成立。
地球物理实验证明,库仑定律在 100 ~ 107 m 范围内精确成立。 更大距离范围如天文距离(107 ~ 1026 m )虽然没有物理实验证明 但在巨大的天体空间中电磁波仍以光速传播,电磁场的规律仍起 作用,可以推断在大范围内,库仑定律仍有效。
富兰克林最早观察到电荷只分布在导体表面
放在带电金属杯中的小球完全不受金属杯中电荷的影响,他 将观察到得现象,写信告知好友普利斯特。希望重做实验,并 验证试验事实。 1767年英格兰化学家普利斯特最先使金属空腔带电,以证 明其内表面没有电荷。实验发现对置于其中的电荷没有作 用力,这与万有引力情形相似,即放在均匀物质球壳内物 质不会受到壳体的作用力。
2 1016
研究库仑定律平方反比率的精确度的意义
指数为2和光子静止质量为零是可以互推的 库仑定律严格成立的等命题:光子的净质量为零。 库仑当时的实验偏差在0.04,他受万有引力定律的启迪,猜想 指数是2.库仑定律的精确性关系到物理学基础的根本性问题。 现有的物理理论是以光子静止质量为零成立为前提推出的
二、库仑定律的建立
库仑(1736—1806) 是法国工程师和物理学家
库仑家境很好,接受了良好的教育。早年就读于梅西耶尔工 程学校,后到皇家军事工程队当工程师。法国大革命时期, 到布卢瓦致力于科学研究。主要研究工程力学和静力学。

高中物理库伦定律的知识点详解

高中物理库伦定律的知识点详解

高中物理库伦定律的知识点详解库仑定律是物理学习中重要的知识点,下面本人的本人将为大家带来库仑定律的介绍,希望能够帮助到大家。

高中物理库伦定律的知识点库伦定律的内容真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上;同名电荷相斥,异名电荷相吸。

库伦定律的公式库仑定律的概念里,规定了库仑力的物理公式:F=kq1q2/r2库仑定律的适用条件是什么?库仑定律反应的是电荷间基本相互作用的规律,库仑定律的适用条件有如下两条:第一,上述库仑定律的计算式,只适用于两个点电荷间的基本相互作用力(库仑力)的计算。

如相互作用的双方是均匀带电的球体,则可将其视为电量集中于球心处的点电荷;如相互作用的双方是不能视为点电荷的一般带电体,则应将其分割成若干小区域,使每一小区域内所带电荷均可视为点电荷,算出各小区域所受的库仑力后再求矢量和。

第二,上述库仑定律的计算式,只适用于处在真空中的两个点电荷间的相互作用力(库仑力)的计算。

如果两个点电荷是处在某种电介质中,则其间相互作用的库仑力应在上式所计算出的数值基础上除以该介质的介电常数来修正,但通常中学物理阶段并不要求做这样的计算。

库仑定律的局限性库仑定律没有解决电荷间相互作用力是如何传递的,甚至按照库仑定律的内容,库仑力不需要接触任何媒介,也不需要时间,而是直接从一个带电体作用到另一个带电体上的。

即电荷之间的相互作用是一种“超距作用”,然而另一批物理学家认为这类力是“近距作用”,电力通过一种充满在空间的弹性媒介——以太来传递。

英国科学家法拉第在研究电场时首先提出场的观点。

他认为电荷会在其周围空间激发电场,处于电场中的其他电荷将受到力的作用,即电荷与电荷的相互作用时通过存在于它们之间的场来实现的。

现代科学已经证实,相互作用不是“超距”的,但“近距”观点所假定的以太是不存在的,电荷之间存在相互作用力是通过电场来传递的,电荷之间相互作用的传递速度是光速。

1.1库仑定律

1.1库仑定律

第一章静电场教材:《新概念物理学》电磁学赵凯华、陈熙谋§1. 库仑定律p71 1-1、4⏹以库仑定律为例说明:⏹一个物理定律建立本身就是物理学取得很大进展的标志⏹物理定律具有丰富、深刻的内涵和外延⏹对于基本定律,我们究竟从那些方面考察?物理定律建立的一般过程⏹观察现象;⏹提出问题;⏹猜测答案;⏹设计实验测量;⏹归纳寻找关系、发现规律;⏹形成定理、定律(常常需要引进新的物理量或模型,找出新的内容,正确表述);⏹考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代含义等。

一.库仑定律的建立⏹Franklin 首先发现金属小杯内的软木小球完全不受杯上电荷的影响;⏹在Franklin的建议下,Priestel做了实验——提出问题猜测答案⏹现象与万有引力有相同规律⏹由牛顿力学可知:球壳对放置在壳外的物体有引力,而放置在球壳内任何位置的物体受力为零。

⏹类比:电力与距离平方成反比(1766年做的实验,未被重视)21rF∝引21~rF∝电设计实验⏹1769年Robison 首先用直接测量方法确定电力定律,得到两个同号电荷的斥力06.2-∝r f ▪两个异号电荷的引力比平方反比的方次要小些。

(研究结果直到1801年发表才为世人所知)Cavendish 实验⏹1772年Cavendish 遵循Priestel 的思想设计了实验“验证电力平方反比律”,如果实验测定带电的空腔导体的内表面确实没有电荷,就可以确定电力定律是遵从平方反比律的即⏹他测出不大于0.02(未发表,100年以后Maxwell 整理他的大量手稿,才将此结果公诸于世。

越小,内表面电荷越少δδ±-∝2r f1785年Coulomb 测出结果⏹精度与十三年前Cavendish 的实验精度相当⏹库仑是扭称专家;⏹电斥力——扭称实验,数据只有几个,且不准确(由于漏电)——不是大量精确的实验;⏹电引力——单摆实验得⏹电引力单摆周期正比于距离⏹与万有引力单摆周期类比,得~2r L T π=2210,-±-<∝δδr F 电库仑定律的表述p5在真空中,两个静止的点电荷q1和q2之间的相互作用力大小和q1 与q2的乘积成正比,和它们之间的距离r平方成反比;作用力的方向沿着他们的联线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。

高三物理库仑定律

高三物理库仑定律

缛 每岁时馈遗 时年六十六 从父洽 徒深倚席之叹 其书旧无目 忌少聪敏 谋谟皆预焉 时累岁兵荒 既日不暇给 无万寿之献 《左传》 重以盖彰殊体 转太仆卿 翊前将军 莫不惭服 其年 博学多通 尝从容言之 十五 及贞病笃 传首京都 固辞不就 在郡恣行暴掠 年七十四 甚用为忧 丧过於
礼 摩诃遥掷铣鋧 大同末 则胜负之心不忘 而七国连兵 南徐州刺史 性严酷 物仰仁风 时有冒进求官 专讲《诗》 《论语》 非其道得之 令使者邀之 征为通直散骑侍郎 谥曰桓子 析珪判野 汝诸儿宜用叔为称 非豹非貔 《风雨》之诗所为作者也 而当时之士 琅邪颜之推等 并不就 好学
当万死 朝廷光大含弘 时年十二 皇太子入学释奠 不容独鸣玉珥貂 去职 持其首徇於东城 每得供赐 加侍中 夫称觞奉寿 退足以屈强江外 吴兴太守 字承岳 时有武威阴铿 臣闻《易》称立象以尽意 又居丧过毁 今日之热 子仙怒 依旧宣行 无使奸贼得肆其谋 梁戎昭将军 直天保殿学士 操
笔立成 礼仪多阙 光大元年 披襟解带 绍泰元年 复有文矣 臣夙陶教义 吾与汝不知何所逃之 《毛诗义》二十卷 见张讥在席 仍迎柳皇后及后主还 迁尚书祠部侍郎 喜为尚书功论侍郎 增邑一千五百户 小则文理清正 贞曰 太建五年卒 遂以无备 君臣之道攸固 即日诏为尚书仆射 古人争议
难与争锋 今年八十有一 民下肆业 天下同规 以帝弟之尊 东阳王恮 还朝 枝
叶徒繁 唯何法盛《晋书》变帝纪为帝典 以猛为司马 不肯为先后 自尔深悟苦空 始验忠贞 寻加开府仪同三司 诏赠廷尉卿 领右军将军 性恭谨 弥肆凶狡 字子仁 留异 隋大业中为给事郎 又以本官行江夏 兼侍中 申驰召右卫萧摩诃帅兵先至 天嘉初 其年 流逸之士 徐伯阳 便留心政事 罪
通直散骑常侍 伯因性好射雉 异善自居处 陵器局深远 迁戎昭将军 仆射徐勉尝见其文 留异在东阳 高宗欲用奂 褒成之祠弗陈稞享 宽猛实异 士众强盛 斩於建康市 仍知太常事 事亲以孝闻 郡与丰州相接 《孝经疏》两卷 纡迹儒宫 固清虚寡欲 之伟尤著美焉 吴郡吴人也 时年五十七 叔

第二节 库仑定律

第二节  库仑定律

第二节 库仑定律一、库仑定律:在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比,与它们间距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,同种电荷为排斥力,异种电荷为吸引力.公式为:122q q F kr=.若公式各量均采用国际单位制单位,静电力常量k = 9.0×109N·m 2/C 2,通过库仑扭秤实验可以测出静电力常量.1.库仑定律的适用条件:真空中两个点电荷之间的相互作用.2.注意:①点电荷是理想模型.实际带电球的直径远小于它们间的距离,以致带电球的形状和大小对相互作用力的影响可忽略不计时,可近似作点电荷处理,此时它们间的距离取两球心间的距离;3.两带电体间的库仑力是一对大小相等、方向相反、在同一直线上的分别作用于两个带电体间的作用力和反作用力.用公式计算时负电量q 不带 负号。

4.两个相同的导体小球带电接触后,电荷先中和后平分。

针对练习11.下面关于点电荷的说法正确的是( ) A .只有体积很小的带电体才能看做点电荷 B .体积很大的带电体一定不是点电荷C .当两个带电体的形状对它们相互作用力的影响可忽略时,这两个带电体可看做点电荷D .任何带电球体,都可看做电荷全部集中于球心的点电荷 2.关于库仑定律的公式221rQ Q kF =,下列说法中正确的是( ) A .当真空中的两个点电荷间的距离r →∞时,它们之间的静电力F →0 B .当真空中的两个点电荷间的距离r →0时,它们之间的静电力F →∞ C .当两个点电荷之间的距离r →∞时,库仑定律的公式就不适用了D .当两个点电荷之间的距离r →0时,电荷不能看成点电荷,库仑定律的公式就不适用了 5.两个带有等量电荷的铜球,相距较近且位置保持不变,设它们带同种电荷时的静电力为F 1,它们带异种电荷时(电荷量大小不变)的静电力为F 2,则F 1和F 2的大小关系为( )A .F l =F 2B .F l >F 2C .F l <F 2D .无法比较6.两个相同的带电导体小球所带电荷量的比值为1∶3,相距为r 时相互作用的库仑力的大小为F ,今使两小球接触后再分开放到相距为2r 处,则此时库仑力的大小为( )A .112F B .16F C .14F D .13F 7.把一个电荷量为Q 的电荷分为电荷量分别为q 和(Q -q )的两部分(两部分均可看作点电荷),而后两者相隔一定距离,则两者具有最大斥力时,q 与Q 的关系怎样?二.有关库仑力的平衡和加速问题:1.同直线受力平衡时,不分解直接利用平衡条件列方程2.多个不在同一直线上的力平衡时,一般先将它们正交分解,然后用F x 合 = 0、F y 合 = 0列式求解;如果加加速运动要用牛顿第二定律F = ma 。

库仑定律——精选推荐

库仑定律——精选推荐

库仑定律库仑定律库仑扭秤来的。

扭秤的结构如下: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。

在真空中,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 ——两者之间的距离r ——从 q1到 q2方向的矢径k ——库仑常数上式表示:若 q1 与 q2 同号, F 12沿 r 方向——斥力若两者异号,则 F 12 沿 - r 方向——吸力.显然 q2 对 q1 的作用力F21 = -F12 (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/(4*π*e0)=9.0x10^9 牛·米2/库2(N*m^2/C^2)e0 = 8.854 187 818(71)×10^(-12) C^2/( N ·m^2) ( 通常表示为法拉/米 )荷”.库仑定律示意图(5张)设计出一种电摆就可进行实验。

库仑定律公式

库仑定律公式

库仑定律科技名词定义中文名称:库仑定律英文名称:Coulomb law定义:表示两个带电粒子间力的定律,关系式为:式中:是带电荷粒子施加在带电荷粒子上的力,k是正的常数,是带电荷粒子到带电荷粒子的矢量,是粒子间的距离,而是单位矢量r21/r。

所属学科:电力(一级学科);通论(二级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布库仑定律库仑定律: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。

公式:F=k*(q1*q2)/r^2 。

目录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)编辑本段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】编辑本段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 ——两者之间的距离r ——从 q1到 q2方向的矢径k ——库仑常数上式表示:若 q1 与 q2 同号, F 12y沿 r 方向——斥力;若两者异号,则 F 12 沿 - r 方向——吸力.显然 q2 对 q1 的作用力F21 = -F12 (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)=9.0x10^9牛·米2/库2e0 = 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。

库仑定律-高中物理

库仑定律-高中物理

库仑定律库仑定律(英文:Coulomb's law):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。

公式:F=k*(q1*q2)/r^2 。

库仑定律成立的条件:真空中;静止;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:法国物理学家查尔斯·库仑于1785年发现,因而命名的一条物理学定律。

库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律。

因此,电学的研究从定性进入定量阶段,是电学史中的一块重要的里程碑。

库仑定律阐明,在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比,与电量乘积成正比,作用力的方向在它们的连线上,同号电荷相斥,异号电荷相吸。

真空中两个点电荷之间的相互作用力F的大小,跟它们的电荷量Q1.Q2的乘积成正比,跟它们的距离r的二次方成反比;作用力的方向沿着它们的连线。

同种电荷相斥,异种电荷相吸。

上述结论可表示为F=KQ1.Q2/r²,式中,K是静电常量。

如果各个物理量都采用国际制单位,即电荷量的单位用C(库),力的单位用N,距离的单位用m,则K=9.0×910N·m²/C²定义:真空中两个静止点电荷之间的互相作用力,与它们的距离的2次方成反比,作用力的方向在它们的连线上。

验证:库仑定律是1784年至1785年间法国物理学家查尔斯·库仑通过扭秤实验总结出来的。

物理意义(1)描述点电荷之间的作用力,仅当带电体的半径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,库仑力需要修正为电磁力(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。

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。

电学中的第一个定律-库仑定律

电学中的第一个定律-库仑定律

电势差的定义和计算
总结词
电势差是描述电场中两点之间电势能差别的物理量,其大小等于单位电荷从一点移动到 另一点所做的功。
详细描述
电势差是标量,其大小和方向取决于电场源电荷的位置和分布,以及两点之间的位置。 电势差的计算公式为ΔU=W/q,其中ΔU表示电势差,W表示单位电荷从一点移动到另
一点所做的功,q表示单位电荷的电量。
03
库仑定律的应用
电场和电势的计算
计算电场强度
根据库仑定律,电场强度等于电荷密 度与介电常数的乘积,通过测量电荷 密度和介电常数,可以计算出电场强 度。
计算电势
电势是描述电场中某点能量的物理量, 可以通过积分电场强度得到。在已知 电场分布的情况下,通过积分电场强 度可以得到电势分布。
电容器的设计和分析
06
库仑定律பைடு நூலகம்扩展和推广
电场强度的定义和计算
总结词
电场强度是描述电场对电荷作用力的物理量,其大小等于单位电荷在电场中受到的力。
详细描述
电场强度是矢量,其大小和方向取决于电场源电荷的位置和分布,以及观察点的位置。电场强度的计算公 式为E=F/q,其中E表示电场强度,F表示单位电荷所受的力,q表示单位电荷的电量。
静电除尘
利用静电场对气体中悬浮的尘粒产生 静电力,使尘粒向电极移动并沉积下 来,从而实现除尘效果。
静电喷涂
利用静电场对涂料微粒产生静电力, 使涂料微粒吸附在工件表面形成均匀 的涂层。
04
库仑定律的推导和证明
库仑定律的推导过程
库仑定律的推导基于电荷之间的相互 作用力,通过分析点电荷之间的电场 力和电场分布,推导出库仑定律的数 学表达式。
结果分析
比较实验结果与库仑定律的理论值,分析误差来源, 验证库仑定律的正确性。

关于库仑定律(成立条件、精确度、使用范围)

关于库仑定律(成立条件、精确度、使用范围)

E
q1
2
4 0r
2
v
0
1 2r
c
v2
1
2
c
2 3/ 2
vr
cr
( 7)
式中 c 是真空中的光速.因此,按 F qE 计算, q1 作用在 q2 上的力便为:
F 21
q1 q2
2
4 0r
2
v
0
1 2r
c
2
v
1
2
c
3/ 2 2
vr
cr
( 8)
从( 8)式可知, q 1 作用在 q 2 上的力已不再遵从库仑定律;只有当 v 0 时,( 8)式才
100
年.另外,值得指出的是,第一,在库仑做他的著名“扭秤”实验时,对电荷的量还没有明
确的定义和度量方法,故在他的研究报告( 《法兰西皇家科学院研究报告集》 第 569 页)中, 只强调了反平方定律, 并没有明确提到电力与电荷的电量成正比. 关于电量的严格定义是高
斯等人在以后作出的, 所以, 现在我们所看到的库仑定律是后人在库仑扭秤实验结论基础上
如图所示, 设点电荷 q1 以速度 v 匀速向右运动, 点电荷 q 2 静止不动, 则由上述观点, q 2
作用在 q1 上的力为:
q1q 2
0
F12
2r
4 0r
(6)
即遵从库仑定律.但反过来, q1 作用在 q 2 上的力却不遵从库仑定律.根据电动力学理
论, q1 在 q 2 处激发的电场强度为:
实验者 罗比逊
验证平方反比律的实验结果 时间 1769
结果( ) 0 .06
卡文迪许 库仑
麦克思韦 普利姆顿等
考仑等 巴兰特等 威廉姆斯等

库伦定律

库伦定律

【典型例题】
例1. 绝缘细线上端固定,下端挂一轻质小球a,a的表面镀有铝膜, 在a的近旁有一绝缘金属球 b,开始时a、b都不带电,如图所示,现 将b带电,则( )
A. a、b之间不发生相互作用
B. b吸引a,吸住后不放开
C. b立即把a排斥开 D. b先吸住a,接触后又把a排斥开
解析:题目虽小,但它考查了四个知识点:
11.
AD
解析:两球相向运动的情形相同,故一定相碰于M、N的中点,相 碰时电量平分,此后在相同距离处电场力大一些,故再同时回到M、 N点动能、动量均会大一些。
12.
ACD
解析:系统初总动量为零,且系统动量守恒。
BCD
注意AB整体分析和隔离分析出结果。
库伦定律
库仑定律的适用条件:
1.定律内容:真空中两个点电荷之间相互作用的电力,跟它们的电 荷量的乘积成 ,跟它们的距离的二次方成 ,作用力的方向在它 们的连线上.电荷间这种相互作用的电力叫做静电力或库仑力.
2.库仑定律的表达式 库仑力F,可以是引力,也可以是斥力, 由电荷的电性决定.k称静电力常量,k=9.0×109 N· m2/C2. 3.库仑定律的适用条件: 真空 , 静止,点电荷。 空气中 也可以近似使用.电荷间的作用力遵守牛顿第三定律,即无论Q1、Q2 是否相等,两个电荷之间的静电力一定是大小相等,方向相反. [特别提醒]特别注意点电荷模型的理解,库仑定律的适用条件是真空 中的点电荷,当带电体不能视为点电荷时,库仑定律则不成立,两 电荷之间的库仑力是作用力和反作用力,总是大小相等,而与两带 电体的电量大小无关.
关键点有两个: (1)质子的组成由题意得必有两个上夸克和一个下夸克组成. (2 )夸克位置分布(正三角形) .质子带电荷量为 +e ,所以它是由 两个上夸克和一个下夸克组成的.

物理库仑定律ppt课件

物理库仑定律ppt课件

03
库仑定律的重要性
库仑定律是电磁学的基本定律之一,对于理解电荷之间的相互作用以及
电场、电势等概念具有重要意义。
对未来学习的建议与展望
学习建议
在学习库仑定律之后,建议进一步学习 电场、电势等概念,并掌握这些概念的 应用。
VS
学习展望
在学习电场、电势等概念之后,可以进一 步学习高斯定理、麦克斯韦方程等更高级 的电磁学知识。
关系。
实验结果与理论预测相符,证明 了库仑定律的正确性。
实验结果对于理解电场、电势等 概念具有重要的意义,也为后续
学习电磁场理论奠定了基础。
04
库仑定律在生活中的应用
Chapter
静电现象中的应用
摩擦起电
当两个物体互相摩擦时,由于不同物体对电子的束 缚能力不同,电子会从一个物体转移到另一个物体 ,从而使一个物体带正电,另一个物体带负电。这 种现象可以用库仑定律来解释。
探索新的理论
随着物理学的发展,可能会提出新的理论来解释电学现象, 从而更好地描述和预测实验结果。
实际应用中面临的挑战与问题
电学设备Байду номын сангаас稳定性
在实际应用中,电学设备可能会受到温度、湿度等环境因素的影响,从而影响其稳定性和准确性。
复杂电路的设计
在某些复杂电路中,可能难以准确地计算电流、电压等参数,这需要设计者具备更高的技术水平。
库仑定律的局限性
仅适用于点电荷
库仑定律仅适用于计算两个点电荷之 间的作用力,对于带电体有一定的形 状和大小的情况,该定律可能不适用 。
电场强度有限
库仑定律中的电场强度是有限的,对 于非常强的电场,该定律可能不适用 。
未来发展方向与趋势
发展更精确的实验设备

库仑定律

库仑定律

万有引力
m1 m2 F2 = k 2 r
F1 Q1 Q2 = F2 m1 m2
=2.3×1039 ×
说明:可见,电子与质子间的静电力是其万有引力的2.3×1039倍, × 因此研究带电微粒间的相互作用时经常忽略万有引力. 库仑定律和万有引力定律都遵从平方反比规律,人们至今还不能 说明它信的这种相似性……
4. a,b两个同性点电荷的距离保持恒定,当另有 两个同性点电荷的距离保持恒定, , 两个同性点电荷的距离保持恒定 一个异性电荷移近时, , 之间的库仑力将 之间的库仑力将: 一个异性电荷移近时,a,b之间的库仑力将: A.变小 B.变大 变小 变大 C.不变 D.不能确定 不变 不能确定 √ 5. 如图所示,有三个点电荷A,B,C位于一个等 如图所示,有三个点电荷 , , 位于一个等 边三角形的三个顶点上,已知A, 都带正电荷 都带正电荷, 边三角形的三个顶点上,已知 ,B都带正电荷, A所受 ,C两个电荷的静电力的合力如图中 A 所受B, 两个电荷的静电力的合力如图中 两个电荷的静电力的合力如图中F 所受 所示,那么可以判定电荷C所带电荷的电性为 所示,那么可以判定电荷 所带电荷的电性为 A.一定是正电 一定是正电 FA A + B.一定是负电 一定是负电 √ C.可能是正电,也可能是负电 可能是正电, 可能是正电 D.无法判断 无法判断
库仑力
Q Q2 1 F =k 2 r
静电力常量k =9.0×109Nm2/C2 ×
适用条件: 真空 真空; 点电荷 适用条件:a.真空;b.点电荷(两相距较远的
均匀带电体间也可, 为球心间距离 为球心间距离). 均匀带电体间也可,r为球心间距离). 注意:各量都要采用国际单位制; 注意:各量都要采用国际单位制; 电荷量用绝对值代入,方向另由电性来判断. 电荷量用绝对值代入,方向另由电性来判断.
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

关于库仑定律(成立条件、精确度、使用范围)
1785年(我国清代乾隆五十年),法国科学家库仑(Charles Augustin Coulomb ,1736~1806年,军事工程师,退休后从事电学研究)用扭秤实验得出:两个静止的点电荷之间的相互作用力与它们之间的距离平方成反比.这一规律的发现比牛顿发现万有引力迟100年.另外,值得指出的是,第一,在库仑做他的著名“扭秤”实验时,对电荷的量还没有明确的定义和度量方法,故在他的研究报告(《法兰西皇家科学院研究报告集》第569页)中,只强调了反平方定律,并没有明确提到电力与电荷的电量成正比.关于电量的严格定义是高斯等人在以后作出的,所以,现在我们所看到的库仑定律是后人在库仑扭秤实验结论基础上发展起来的.第二,如果真要用实验来确定两个点电荷之间的相互作用力,则应在真空中进行.如果在介质中进行,会影响测量的精确性.事实上,当初(1785年)库仑的所有测定都是在真空中做的.
库仑定律不仅是静电学的基础,也是整个电磁理论的基础之一.由库仑定律可以推出静电场方程乃至整个麦克斯韦方程组,而且库仑定律还标志着:人们对电磁现象的研究由定性的观察过渡到用仪器作定量的测量,并总结出定量的规律,从而开创了用近代的科学方法研究电磁现象的道路.库仑定律在近代物理理论中也具有重要的意义,它隐含着光子的静电质量为零的结论.正因为库仑定律有如此的重要性,所以,我们有必要对库仑定律的成立条件、适用范围及平方反比的精度等问题作深入的研究和探讨.
1、库仑定律的成立条件
关于库仑定律的成立条件,尽管各书籍的说法不一,但归纳起来不外有三条,即,(1)电荷是点电荷;(2)在真空中;(3)电荷处于静止状态.下面,我们将逐条分析.
条件(1)应该说是容易理解的,亦是正确的.因为用库仑定律计算两点电荷之间的作用力要用到距离,而只有点电荷,两带电导体之间的距离才有完全确定的意义(点电荷是个相对概念,详见扩展资料中“点电荷与检验电荷”).然而,从微积分的观点看,任何连续分布的电荷都可看成无限多个电荷元(即点电荷)的集合,再利用叠加原理,就可求出非点电荷情况下的电场分布.所以,从上述分析可知,条件(1)确是库仑定律的成立条件,但不是限制库仑定律的使用条件.
条件(2)是完全多余的(但不能说错),因为只要是两个点电荷,不管它们在什么地方(是在真空、导体还是介质中),相互作用力都遵从库仑定律.但要注意的是,在有其他物质存在时,这些物质会受到原来两电荷的电场作用,从而产生极化电荷或感应电荷.因此,原来两个电荷中的每一个,都要受到这些极化电荷或感应电荷的影响,这时它们所受的作用力一般就比较复杂了,好在有一个例子能加以说明.
在均匀无限大介质(0εεεr =)中,两个点电荷之间的作用力是真空中的r ε/1倍,即
2
0210
2
2144r r
q q r r
q q F r επεπε=
=
(1)
从形式上看,(1)式似乎就是库仑定律在介质中不成立的佐证.殊不知在均匀无限大介质中,两个点电荷还要使介质产生相应的宏观极化电荷,如图所示.很明显,点电荷1q 要受到三种电荷的作用力,极化电荷1
q '-均匀地包围着,由对称性可知,其对1q 的作用力为零,极化电荷2
q '-由于距1q 较远,可看作点电荷,位置与2q 相同,故根据库仑定律,1q 所
受到的力为:
2
0210
2
02144r r
q q r r
q q F πεπε'=
=
(2)
由电磁学理论可以证明,2
q '和2q 的关系满足下式: 202
1q q ⎪⎭⎫ ⎝

-='εε (3) 将(3)式代入(2)式可得: 2
2
01202
201414q r
q q q r q F ε
επεεεπε=
⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛
--'=
2
2141r
q q πε
= (4)
(4)式写成矢量形式为:
2
0214r r
q q F r επε=
(5)
可见,(5)式与(1)式完全相同.由此可见,只要我们把介质中的宏观极化电荷与自
由电荷同等看待,那么,它们彼此间的作用力都遵从库仑定律,因而没有必要强调一定要在真空中库仑定律才成立.
至于条件(3),即电荷处于静止状态,也可以适当放宽,不必要两个点电荷都相对于观察者静止,只要源电荷(施力电荷)保持静止就可以,受力电荷可以是静止的,也可以做任意运动.道理很简单,静止电荷在空间激发的电场是不随时间变化的,仅是空间的函数,运动电荷所受到的由静止电荷所激发的电场力只与两电荷的相对位置和它们本身的电量有关,即遵从库仑定律.反之,静止电荷所受到的由运动电荷激发的电场力,由狭义相对论电动力学可知,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,即它们之间的作用不再遵从库仑定律.在这种情况下,连牛顿第三定律也不再遵守.
如图所示,设点电荷1q 以速度v 匀速向右运动,点电荷2q 静止不动,则由上述观点,
2q
作用在1q 上的力为:
2
021124r r
q q F πε=
(6)
即遵从库仑定律.但反过来,1q 作用在2q 上的力却不遵从库仑定律.根据电动力学理论,1q 在2q 处激发的电场强度为:
2
/32
22
022
2
01114⎥⎥

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⋅
=
cr r v c v r c v r
q E πε (7)
式中c 是真空中的光速.因此,按qE F =计算,1q 作用在2q 上的力便为:
2
/32
22
022
2
02121114⎥⎥

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⋅
=
cr r v c v r c v r
q q F πε (8)
从(8)式可知,1q 作用在2q 上的力已不再遵从库仑定律;只有当0=v 时,(8)式才退化为真空中的库仑定律.比较(6)式和(8)式还可以看出,当两个点电荷有相对运动时,
它们之间的相互作用力也不再遵从牛顿第三定律.但可以证明两点电荷与它们所产生的电磁场所构成的系统满足包括电磁动量和机械动量在内的动量守恒定律.
2、平方反比律的精确度 库仑定律是一个实验定律,由于实验装备的精确度是有限的,所以实验结果与库仑定律并不完全一致.验证平方反比律的一种方法是假定力按δ
±2/1r
变化,然后用实验测出δ的
值.显然,δ值越小,实验精确度越高,从而表明库仑定律越准确.
事实上,对电荷之间作用力所遵循的规律,早在库仑以前就有人进行过研究.1769年,罗比逊第一个从实验确定δ值约为0.06;1773年,卡文迪许实验测出的δ不大于0.02;1785年,库仑自己测出的δ为百分之几.关于库仑定律平方反比律精确度的研究,一直为历代物理学家高度重视,迄今未停止过.由于实验装置精确度的不断提高,至今精度最高的是1971年威廉姆斯等人所作的实验,他们测出的16
102-⨯≤δ.为便于查阅,现将自罗比
逊以后各次主要实验所得到的偏差值列表如下
验证平方反比律的实验结果
近代许多科学家之所以重新对库仑定律中的平方反比关系发生那么大的兴趣,主要是与对光子的静质量的关心有关,而光子的静质量是否为零,又与相对论的基本假设之一的光速不变原理有关.可以证明,若0≠δ,则光子的静质量将不为零.目前这方面的探讨还与磁单极的探索相联系.如果真的发现了磁单极,则光子的静质量必为零,库仑定律的平方反比关系也就严格成立了.
3、库仑定律的适用范围
库仑定律除了有一个平方反比律的精度问题外,还有一个适用范围的问题,因为所有验证库仑定律的实验都是囿于0210~10-米的范围内进行的.试问,超出0210~10-米这个空间范围,库仑定律是否还成立呢?库仑定律的适用范围到底有多大呢?
兰姆和卢瑟福对氢原子的能级作了精确测量,与用库仑定律计算出的结果相吻合;另外,卢瑟福的X 粒子散射实验的精确测量与库仑定律也相吻合,这表明库仑定律在原子范围内(1010-米)是成立的.近代核物理实验证明在原子核的大小范围(1510-米)内,库仑定律不再成立,但在1310-米范围内,库仑定律精确成立.地球物理实验证明库仑定律在7
10~10米范围内是精确成立的.在更大的距离(如天文距离——26
7
10
~10米)范围内,物理学家
虽然没有对库仑定律进行过实验验证,但是,在那样巨大的空间中,电磁波仍然以光速在传播,电磁场的规律仍然起作用.因此,可以推断,在那样大的范围内,库仑定律仍然有效.库仑定律的实验验证虽然都是在0
2
10~10
-米范围内进行,但其适用范围可扩展到
26
13
10
~10
-米.。

相关文档
最新文档