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三 库仑扭秤实验（第1页）

三库仑扭秤实验

库仑所做的发现电力与磁力的平方反比定律的实验。1773-1777年间，库仑发明可精确测定微小力的扭秤。1785年用经改进的电扭秤发现，两电荷间的电力与它们各自电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。1787年又发现两磁铁之间的磁力与距离平方成反比的规律

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，作用力的方向沿着这

两个点电荷的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。公式：F=k*（q1*q2）r^2。与万有引力定律有神秘关联

库仑定律的实验验证：库仑定律是1784--1785年间库仑通过纽秤实验总结出来的。纽秤的结构如下图。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。

库仑定律B'SLAW

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，点电荷q对q0的作用力为

（1-1）

其中，r--两者之间的距离

r--从q到q0方向的矢径，=rr是这方向的单位矢量

k--比例常数

（1-1）式表示：若q与q0同号，F10y沿r方向--斥力；

若两者异号，则F10沿-r方向--吸力。

显然q0对q的作用力

F01=-F10（1-2）

在MKSA单位制中

力F的单位：牛顿（N）=千克·米秒2（kg·mS2）（量纲：MLT-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=14pe0（1-3）

e0=8。854187818（71）×10-12库2牛·米2（通常表示为法拉米）

是真空介电常数（或称真空电容率），它与真空中光速c的关系为

（1-4）

C是一个基本的物理常数，m0为真空磁导率。现在（1-1）式写成

（1-5）

库仑定律的物理意义

（1）描述点电荷之间的作用力，仅当带电体的尺度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。

[例1-1]比较氢原子中质子与电子的库仑力和万有引力（均为距离平方反比力）

据经典理论，基态氢原子中电子的"轨道"半径r≈5。29×10-11米

核和电子的线度≤10-15米，故两者可看成"点电荷"。

两者的电量e≈±1。60×10-19库仑质量mp≈1。67×10-27千克me≈9。11×10-31千克

万有引力常数G≈6。67×10-11牛·米2千克2

电子所受库仑力Fe=-e2r4pe0r3电子所受引力Fg=-Gmpmerr3

两者之比：FeFg=e24pe0Gmpme≈2。27×1039（1-6）

可见，电磁力在原子、分子结构中起决定性作用