北京大学：《电磁学》课程教学资源（PPT课件）第一章 静电场（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

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p711-1、 ■以库仑定律为例说明 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? 20052 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写 §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。 20052 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写 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

库仑定律的建立 franklin首先发现金属小 杯內的软木小球完全不受 杯上电荷的影响 ■在 Franklin的建议下, Prestel做了实验—提出 问题 20052 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写 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Fa∞ 电 反比(1766年做的实验, 未被重视) 20052 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写 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） 2 1 r F引  2 1 ~ r F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 Oc I soe 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) 20052 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写 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 −2.06 f  r ▪ 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 Priester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 f 2±δ ∝C 小,内表面电荷越少 他测出不大于002(未发表,100年以后 Maxwel整理他的大量手稿,才将此结果公诸 于世。 20052 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写 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。 f  r −2 越小，内表面电荷越少

1785年 Coulomb测出结果 精度与十三年前 Cavendish的实验 悬头 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 T=2丌 2±6 电 ∝C 6<10 2 20052 gm 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写 1785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 2 r ~ Gm L T =  2 2 , 10 −  −     F电 r

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 20052 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写 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

讨论 2±δ oc r →?f=k8152r 2±6 ∝C 实验结果 ∧ f=k 8182 2 g182 类比于引力,定义了量 对称性的结果 k是引进单位制后引入的常数。 20052 北京大学物理学院王稼军编写

2005.2. 北京大学物理学院王稼军编写  = r r g g f k 2 1 2 ? f  r −2         = −   对称性的结果 类比于引力，定义了电量 实验结果 — — — — — — f r f g g f r r r g g f k || 1 2 2 2 1 2  k是引进单位制后引入的常数。 讨论