库伦扭秤实验
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• r ——两者之间的距离 • k ——静电力常量
库伦定律在物理学史中的地位
• 库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应 定律是电磁学三大基本实验定律,这三个定 律的建立标志着人类对于电磁现象的认识 发展到了新阶段
• 库仑定律是整个电磁场理论的基础,它确 保了作为经典电磁场理论总结的麦克斯韦 方程组的精度,从而实际上也确保了安培定 律和法拉第电磁感应定律的精度。
绝缘横杆转动，停在某一
适当的位置。
库伦扭秤结构
• 整个仪器都装在有机玻 璃罩内，既有较高的透 明度，又可防灰尘。有 机玻璃罩的下半部做成 可开合的门，以便清洁 绝缘横杆和竖立支杆， 调整绝缘横杆的水平， 使金属小球带电等。仪 器的底座上装有三个螺 旋支脚，旋转支脚，可 调底座水平。
怎样测出库仑力的大小？
库仑定律的发现
• 库仑定律 • 库伦定律在物理学史中的地位 • 前人对电力的研究 • 库仑 • 库伦定量实验的三大困难 • 著名的扭秤实验 • 静电力常量的确定
库仑定律——描述静止点电荷之 间的相互作用力的规律。
• 真空中两个静止的点电荷的相互作用跟它们所带 电量的乘积成正比，跟它们之间的距离的二次方 成反比，作用力的方向在它们的连线上。
• 至此，库伦用扭秤实验证明了库伦力与距 离的二次方成反比的规律。
库伦力与两球带电量的关系
• 当时条件无法测量出Q的具体值。
• 怎样确定几次实验Q值之 比？
库伦力与两球带电量的关系
• 库仑的扭秤巧妙的利用了对称性原理按实 验的需要对电量进行了改变。
• 控制变量法控制R一定，用电量均分的方式 ，得出Q之间的比例关系。
库伦扭秤
库伦扭秤结构
Hale Waihona Puke Baidu
•
• 库仑扭秤由悬丝、横杆、 两个带电金属小球，一个
平衡小球，一个递电小球、
旋钮和电磁阻尼部分等组
成。两个带电金属小球中，
一个固定在绝缘竖直支杆
上，另一个固定在水平绝
缘横杆的一端，横杆的另
一端固定一个平衡小球。
横杆的中心用悬丝吊起，
和顶部的旋钮相连，转动
旋钮，可以扭转悬丝带动
• 当平衡时，悬丝的扭转力矩和库仑力力矩 相等。
• M库=M扭 • M库=F ×L（F:库仑力，L:横杆的一半） • F= M扭/L
• M扭=?
扭力定律
• 1984年9月4日，库伦在《关于扭力和金属丝 弹性的理论和实验研究》中提出了扭力定律。
• 扭力定律：扭转力矩与悬丝的扭转角成正比， 与悬丝直径的4次方成正比，与悬丝的长度成 反比。
前人对电力的研究
• 16世纪吉尔伯特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。
• 1746年美国科学家富兰克林提出了正电荷、 负电荷的概念。
• 普利斯特利最先预言电荷之间的作用力只 能与距离平方成反比。
• 1777年英国的卡文迪许得出与普利斯特利 同样的结论，但是没有发表。
前人对电力的研究
静电力常量K
• 库仑虽然用库仑扭秤实验得出了库仑定律， 但是由于当时电量的单位(库仑)并没有得到 定义，他并没有能够测出静电力常量的数 值。
• 静电力常量的数值是在电量的单位得到定 义之后，后人通过库仑定律计算得出的。
卡文迪许——万有引力的扭秤实 验
• 第一次，两球相距36个刻度，测得银 线的旋转角度为36度。
• 第二次，两球相距18个刻度，测得银 线的旋转角度为144度。
• 第三次，两球相距8.5个刻度，测得银 线的旋转角度为575.5度。
库仑力与两电荷间距离的关系
• 两个电荷之间的距离为4：2：1时，扭转角 为1：4：16。
• 由于扭转角的大小与扭力成正比，所以得 到：两电荷间的斥力的大小与距离的平方 成反比。
• F∝1/r2 为什么？
• 牛顿在1666年提出了著名的万有引力定律。
• 平方反比律的思想对与万有引力类似的电荷间相 互作用规律的猜想有巨大影响。
库伦
库仑定律（Coulomb‘s law） 是法国物理学家,于1785年发现 库伦定律。
• 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。
• M扭=
怎样测出库仑力的大小？
• F= M扭/L=k /L •F ∝
• 可以从悬丝扭转的角度大小来判断库仑力 的大小。
怎样测量两电荷间的距离？
• 动球相对于固定小球的位置，可通过扭秤 外壳上的刻度线标出的圆心角读出。
库仑力与两电荷间距离的关系
• 库仑让这个可移动球和固定的球带上电荷 （控制电量不变），并改变它们之间的距 离：
• 静电力通常很小，作用很微弱，没有测量 微小力的工具；
• 当时没有电量单位，带电体上的电荷分布 不清楚。
• 还有一点是难以确定相互作用的电荷之间 的距离。
怎样解决静电力作用微弱？
• 杠杆原理中的省力杠杆 • 动力×动力臂=阻力×阻力臂， • 即F1×l1=F2×l2
• 较小的力通过较长的力臂，产生较大的力 矩，从而产生较大的转动，放大了作用效 果。
库仑定律
• 库仑定律可以说是一个实验定律，也可以 说是牛顿引力定律在电学和磁学中的“推 论”。
• 库仑借鉴了引力理论，模拟万有引力的大 小与两物体的质量成正比关系与两物体距 离二次方成反比关系，认为两电荷之间的 作用力与两电荷的电量也成正比关系，与 两电荷间距离的二次方也成反比关系。
库仑定量实验遇到的三大困难
库伦定律在物理学史中的地位
• 库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应 定律是电磁学三大基本实验定律,这三个定 律的建立标志着人类对于电磁现象的认识 发展到了新阶段
• 库仑定律是整个电磁场理论的基础,它确 保了作为经典电磁场理论总结的麦克斯韦 方程组的精度,从而实际上也确保了安培定 律和法拉第电磁感应定律的精度。
绝缘横杆转动，停在某一
适当的位置。
库伦扭秤结构
• 整个仪器都装在有机玻 璃罩内，既有较高的透 明度，又可防灰尘。有 机玻璃罩的下半部做成 可开合的门，以便清洁 绝缘横杆和竖立支杆， 调整绝缘横杆的水平， 使金属小球带电等。仪 器的底座上装有三个螺 旋支脚，旋转支脚，可 调底座水平。
怎样测出库仑力的大小？
库仑定律的发现
• 库仑定律 • 库伦定律在物理学史中的地位 • 前人对电力的研究 • 库仑 • 库伦定量实验的三大困难 • 著名的扭秤实验 • 静电力常量的确定
库仑定律——描述静止点电荷之 间的相互作用力的规律。
• 真空中两个静止的点电荷的相互作用跟它们所带 电量的乘积成正比，跟它们之间的距离的二次方 成反比，作用力的方向在它们的连线上。
• 至此，库伦用扭秤实验证明了库伦力与距 离的二次方成反比的规律。
库伦力与两球带电量的关系
• 当时条件无法测量出Q的具体值。
• 怎样确定几次实验Q值之 比？
库伦力与两球带电量的关系
• 库仑的扭秤巧妙的利用了对称性原理按实 验的需要对电量进行了改变。
• 控制变量法控制R一定，用电量均分的方式 ，得出Q之间的比例关系。
库伦扭秤
库伦扭秤结构
Hale Waihona Puke Baidu
•
• 库仑扭秤由悬丝、横杆、 两个带电金属小球，一个
平衡小球，一个递电小球、
旋钮和电磁阻尼部分等组
成。两个带电金属小球中，
一个固定在绝缘竖直支杆
上，另一个固定在水平绝
缘横杆的一端，横杆的另
一端固定一个平衡小球。
横杆的中心用悬丝吊起，
和顶部的旋钮相连，转动
旋钮，可以扭转悬丝带动
• 当平衡时，悬丝的扭转力矩和库仑力力矩 相等。
• M库=M扭 • M库=F ×L（F:库仑力，L:横杆的一半） • F= M扭/L
• M扭=?
扭力定律
• 1984年9月4日，库伦在《关于扭力和金属丝 弹性的理论和实验研究》中提出了扭力定律。
• 扭力定律：扭转力矩与悬丝的扭转角成正比， 与悬丝直径的4次方成正比，与悬丝的长度成 反比。
前人对电力的研究
• 16世纪吉尔伯特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。
• 1746年美国科学家富兰克林提出了正电荷、 负电荷的概念。
• 普利斯特利最先预言电荷之间的作用力只 能与距离平方成反比。
• 1777年英国的卡文迪许得出与普利斯特利 同样的结论，但是没有发表。
前人对电力的研究
静电力常量K
• 库仑虽然用库仑扭秤实验得出了库仑定律， 但是由于当时电量的单位(库仑)并没有得到 定义，他并没有能够测出静电力常量的数 值。
• 静电力常量的数值是在电量的单位得到定 义之后，后人通过库仑定律计算得出的。
卡文迪许——万有引力的扭秤实 验
• 第一次，两球相距36个刻度，测得银 线的旋转角度为36度。
• 第二次，两球相距18个刻度，测得银 线的旋转角度为144度。
• 第三次，两球相距8.5个刻度，测得银 线的旋转角度为575.5度。
库仑力与两电荷间距离的关系
• 两个电荷之间的距离为4：2：1时，扭转角 为1：4：16。
• 由于扭转角的大小与扭力成正比，所以得 到：两电荷间的斥力的大小与距离的平方 成反比。
• F∝1/r2 为什么？
• 牛顿在1666年提出了著名的万有引力定律。
• 平方反比律的思想对与万有引力类似的电荷间相 互作用规律的猜想有巨大影响。
库伦
库仑定律（Coulomb‘s law） 是法国物理学家,于1785年发现 库伦定律。
• 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。
• M扭=
怎样测出库仑力的大小？
• F= M扭/L=k /L •F ∝
• 可以从悬丝扭转的角度大小来判断库仑力 的大小。
怎样测量两电荷间的距离？
• 动球相对于固定小球的位置，可通过扭秤 外壳上的刻度线标出的圆心角读出。
库仑力与两电荷间距离的关系
• 库仑让这个可移动球和固定的球带上电荷 （控制电量不变），并改变它们之间的距 离：
• 静电力通常很小，作用很微弱，没有测量 微小力的工具；
• 当时没有电量单位，带电体上的电荷分布 不清楚。
• 还有一点是难以确定相互作用的电荷之间 的距离。
怎样解决静电力作用微弱？
• 杠杆原理中的省力杠杆 • 动力×动力臂=阻力×阻力臂， • 即F1×l1=F2×l2
• 较小的力通过较长的力臂，产生较大的力 矩，从而产生较大的转动，放大了作用效 果。
库仑定律
• 库仑定律可以说是一个实验定律，也可以 说是牛顿引力定律在电学和磁学中的“推 论”。
• 库仑借鉴了引力理论，模拟万有引力的大 小与两物体的质量成正比关系与两物体距 离二次方成反比关系，认为两电荷之间的 作用力与两电荷的电量也成正比关系，与 两电荷间距离的二次方也成反比关系。
库仑定量实验遇到的三大困难