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庫侖扭秤實驗（庫侖做的探究靜電力常量科學實驗）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-22

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庫侖扭秤實驗

庫侖做的探究靜電力常量科學實驗

庫侖扭秤實驗，是庫侖做的探究靜電力常量的一種科學實驗。通過實驗，庫侖發(fā)現(xiàn)兩點電荷之間靜電力與距離平方成反比的規(guī)律。

基本信息

中文名	庫侖扭秤實驗
類別	一種科學實驗
發(fā)現(xiàn)	兩磁鐵磁力與距離平方成反比規(guī)律
屬于	庫侖

發(fā)展歷史

庫侖扭秤實驗

庫侖所做的發(fā)現(xiàn)電力與磁力的平方反比定律的實驗。1773-1777年間，庫侖發(fā)明可精確測定微小力的扭秤。1785年用經(jīng)改進的電扭秤發(fā)現(xiàn)，兩電荷間的電力與它們各自電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。1787年又發(fā)現(xiàn)兩磁鐵之間的磁力與距離平方成反比的規(guī)律：真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，作用力的方向沿著這兩個點電荷的聯(lián)線,。公式：

。若在電介質(zhì)中，則為

(ε為介電常數(shù))。與萬有引力定律有神秘關(guān)聯(lián)。

扭秤實驗圖

庫侖定律的實驗驗證：庫侖定律是1784--1785年間庫侖通過紐秤實驗總結(jié)出來的。紐秤的結(jié)構(gòu)如下圖。在細銀絲下懸掛一根絕緣棒，棒的一端是一個帶電的小球A，另一端是一個不帶電的球B，B與A所受的重力平衡。為了研究帶電體之間的作用力，把另一個帶電的金屬球C插入容器并使它靠近球A時，A和C之間的作用力使懸絲扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動懸絲上端的懸鈕，使小球回到原來位置。這時懸絲的扭力矩等于施于小球A上電力的力矩。如果懸絲的扭力矩與扭轉(zhuǎn)角度之間的關(guān)系已事先校準、標定，則由旋鈕上指針轉(zhuǎn)過的角度讀數(shù)和已知的秤桿長度，可以得知在此距離下A、B之間的作用力。庫侖定律 COULOMB LAW

內(nèi)容

庫侖定律——描述真空中（干燥空氣中近似適用）靜止點電荷（或其一運動）之間的相互作用力的規(guī)律

真空中，點電荷 q 對 q0 的作用力為

（ 1-1 ）

其中，r ——兩點電荷之間的距離

r ——從 q到 q0方向的矢徑，

是這方向的單位矢量

k ——靜電力常量

（1-1）式表示：若 q 與 q0 同號， F 10 y沿 r 方向——斥力；

若兩者異號，則 F 10 沿 - r 方向——吸力.

顯然 q0 對 q 的作用力

（1-2）

在MKSA單位制中

力 F 的單位：牛頓（N）=千克· 米/秒

（量綱：M LT - 2）

電量 q 的單位：庫侖（C）

定義：當流過某曲面的電流1 安培時，每秒鐘所通過

的電量定義為 1 庫侖，即

（量綱：IT）

比例常數(shù)

( 通常表示為法拉/米 )

是真空介電常數(shù)（或稱真空電容率），它與真空中光速c 的關(guān)系為

(1-4)

C 是一個基本的物理常數(shù), m0 為真空磁導率. 現(xiàn)在（1-1）式寫成

（1-5）

物理意義

(1)描述點電荷之間的作用力，僅當帶電體的尺度遠小于兩者的平均距離，才可看成點電荷.

(2)描述靜止電荷之間的作用力，當電荷存在相對運動時，庫侖力需要修正為Lorentz力。但實踐表明，只要電荷的相對運動速度遠小于光速 c，庫侖定律給出的結(jié)果與實際情形很接近.

[例1-1] 比較氫原子中質(zhì)子與電子的庫侖力和萬有引力（均為距離平方反比力）

據(jù)經(jīng)典理論，基態(tài)氫原子中電子的“軌道”半徑

米

核和電子的線度

米 ,故兩者可看成“點電荷”.

兩者的電量

庫侖質(zhì)量

千克

萬有引力常數(shù)

牛 ·米2 /千克2

電子所受庫侖力

電子所受引力

兩者之比：

（1-6）

可見，電磁力在原子、分子結(jié)構(gòu)中起決定性作用

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