裴強(qiáng)

1785年，法國科學(xué)家?guī)靵鐾ㄟ^他自己設(shè)計(jì)的扭秤，測量出帶電球體之間非常微弱的靜電力遵循與兩個帶電球體電荷量的乘積成正比，與距離的平方成反比的特點(diǎn)，從而建立了庫侖定律。庫侖定律不僅闡明了帶電體之間相互作用的規(guī)律，奠定了整個電磁學(xué)的基礎(chǔ)，同時它也是物理學(xué)的基本定律之一。下面將庫侖定律的幾個特點(diǎn)介紹如下。

一、靜電力與距離平方成反比是自然界最精準(zhǔn)的規(guī)律之一

卡文迪許采用檢驗(yàn)空心導(dǎo)體內(nèi)表面帶電程度的方法，證實(shí)靜電力與距離平方成反比規(guī)律偏差δ<10-2，這個結(jié)果和庫侖的實(shí)驗(yàn)偏差基本是一樣的。到1873年，英國物理學(xué)家麥克斯韋用同樣的方法證實(shí)其偏差δ<10-4。到1939年，普林頓和勞頓用靈敏電流計(jì)和電子學(xué)放大儀器重復(fù)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)其偏差δ<10-9。后來又有科學(xué)家使用更高靈敏度的放大器，并在內(nèi)導(dǎo)體殼內(nèi)放置檢驗(yàn)器和記錄儀器，使得其偏差降到δ<10-13和δ<10-16。有力地證明了靜電力與距離平方成反比是自然界最精準(zhǔn)的規(guī)律之一。

二、庫侖定律的適用范圍

點(diǎn)電荷指的是形狀、大小及帶電體上電荷之間相互作用力可以忽略的帶電體，另外只有“靜止”的點(diǎn)電荷才會在空間中激發(fā)靜電場，這時點(diǎn)電荷之間的相互作用力才會相等。因此，教科書中介紹庫侖定律適用于兩個點(diǎn)電荷靜止的情況。

那么庫侖定律里兩個點(diǎn)電荷之間的距離是多少才是有效的呢？1912年，盧瑟福在檢驗(yàn)原子核模型所做的α粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)，兩個點(diǎn)電荷間的距離在10-15m以上庫侖定律可以嚴(yán)格成立。1980年，丁肇中在他的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中提到輕子的半徑小于10-18m，這說明帶電體之間的距離小于10-18m時，庫侖定律仍然可以成立。另外，大量的地球物理探測實(shí)驗(yàn)表明，在大到地球的線度內(nèi)即107m，庫侖定律都是可以很好地成立的。至于庫侖定律是否能在更大的距離范圍內(nèi)成立，當(dāng)前沒有明確研究定論。

三、庫侖定律與其他物質(zhì)無關(guān)

在教科書中，庫侖力往往指真空中兩個點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其目的是為了去除其他電荷的影響。但是，有了“真空中”這樣的限制條件，就會使人產(chǎn)生這樣的疑問：其他物質(zhì)是否會影響庫侖定律的成立？答案是：庫侖定律與其他物質(zhì)無關(guān)，其他物質(zhì)的存在并不會影響庫侖定律的成立。但是，當(dāng)空間中存在其他物質(zhì)時，原來的兩個電荷產(chǎn)生的電場就會使得這些物質(zhì)產(chǎn)生極化電荷或感應(yīng)電荷。同時，原來的這兩個電荷也會受到這些極化電荷或感應(yīng)電荷的影響，這會極大增加它們相互之間相互作用力的復(fù)雜程度。

我們在研究電磁現(xiàn)象時，往往需要對現(xiàn)實(shí)存在的物體進(jìn)行簡化，抽象成理想模型以方便討論問題。但是，理想模型的建立是需要一定條件的。

庫侖定律作為電磁學(xué)發(fā)展史上的第一個定量規(guī)律，它為整個電磁學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，對整個物理學(xué)的發(fā)展也產(chǎn)生了重大影響。但是，當(dāng)兩個電荷具有相對運(yùn)動時，它們就不再遵守庫侖定律，當(dāng)然此時，它們之間的相互作用力也不遵守牛頓第三定律。這也就要求我們要有一個更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去認(rèn)識它、學(xué)習(xí)它和應(yīng)用它。

編輯 張佳琪