大学物理电磁学
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●真空条件的作用在于去除其它电荷的影响,使两个 点电荷只受对方作用
▲ 真空条件破坏时,除了这两个点电荷外,还可能 有其它电荷存在,但这两个点电荷之间的作用力仍遵 循库仑定律,并不因其它电荷存在而受影响,这正是 叠加原理的结果。因此真空条件并非必要
●点电荷条件
▲点电荷就是忽略了带电体形状、大小以及电荷分布 的电荷。它是一个理想化的模型 ▲点电荷也是一个相对的概念,当一个带电体的线度 比所研究问题中涉及的距离小很多时,该带电体的形 状与电荷在其上的分布均无关紧要,此带电体就可看 作是点电荷(类似于质点) ▲究竟带电体的线度比距离小多少才可看成是点电荷, 却没有一个绝对的标准,它取决于讨论问题时所要求 的精度
● 1785年Coulomb测出结果(先发明扭秤,可测10-8牛 顿),精度与13年前Cavendish的结果精度相当
▲电斥力测定——扭秤实验(数据只有几个,且由于 漏电不准确。并没有大量精确的实验证据) 结果:两个带同种电荷的小球间距减少为一半和约四 分之一时,其间的电力增大为4倍和16倍
▲电引力测定——电单摆实验(在异号电荷电引力情 形,扭秤的平衡不稳定,难以测量,也不精确) 结果:电引力单摆的周期正比于摆锤到电引力中心的 距离
★但实验证实:氢分子和氦原子都精确地是电中性的! 故质子的电量与它的运动状态无关。而电荷的运动状 态又与所取参考系相联系,所以电荷的电量与运动状 态无关也就是,同一带电
粒子在不同参考系看来电
量不变,这称为电荷的
相对论不变性。
H2
He
★物体因带电而彼此吸引或排斥是一个重要的发现! 表明:在非接触物体之间,除了已知的万有引力和 磁力外,又有了电力。
电磁学讲义 (2010.03)
上海交通大学物理系 王欣
第一章 静 电 场
相对于观察者静止的电荷所激发的电场称为 静电场
电学起源于古希腊哲学家塞利斯(Thales 公 元前585年)所记载的一种现象:经摩擦后的 琥珀会吸引草屑。但电学理论建立在“场” 的基础上则是在18世纪以后才开始的
与物体间的引力相互作用一样,电荷之间的 相互作用也不是“超距作用”,而是通过电 场来实现的
1 q2 Fe 4πε0 r 2 14 N 而它们之间的万有引力为:
Fg
m2 G r2
1.16 1035
N
两者相比:
Fe Fg
1.20 1036
思考:虽然万有引力和库仑力相差悬殊,但在日常 生活中引力的效应却更易于被人感知,为什么呢?
★库仑定律的成立条件
条件?: 静止 真空 点电荷
●静止条件原指点电荷相对静止,且点电荷相对于观 察者也静止
都与电磁力有关,其中主要部分涉及库仑力
●静电场的基本性质
f r -2
若δ≠ 0,后果?
▲静电场的基本定理——高斯定理将不成立
这动摇了电磁理论的实验基础 ●电力平方反比律与光子的静止质量是否为零密切相关
▲ m 是有限的非零值?还是一个零?二者有本质的区别
▲现有理论以m = 0 为前提,若m 0 ,后果严重! 电动力学的规范不变性被破坏 电荷守恒定律不再成立 光子的偏振态要产生变化 黑体辐射公式要修改 会出现真空色散,即不同频率的光波在真空中的传播 速度不再相同,光速不变原理失效
也可表述为,单位时间流入流出系统边界的净电荷 等于系统内电荷的变化率。
问题:力学指出,系统的对称性将导致守恒律,与电荷 守恒律相联系的对称性是什么呢?
回答:电磁场具有规范不变性,系统的对称群是U1,正 是这个对称性导致了电荷守恒。
●电荷的相对论不变性 ★实验表明:质子和电子所带电荷严格等量异号,测量 精度高达10-20e。(否则,原子的电中性将不复存在,自 然界就会面目全非!) ★电荷电量由库仑定律来定义,库仑定律只适用于静止 电荷,当电荷运动时其电量是否不变?
f r -2.06
而两个异号电荷的引力比平方反比的方次要小(但研 究结果直到1801年才发表)
● 1772年Cavendish按Priestley的思想设计了实验。如 果实验测定带电的空腔导体的内表面确实没有电荷, 则可断定电力遵从平方反比律,即
f r -2 δ越小,内表面电荷越少
他测出δ不大于0.02(未发表,100年后Maxwell整理他 的大量手稿,才将此结果公诸于世)
★观察现象 ★提出问题 ★猜测答案 ★设计实验并测量 ★归纳寻找关系,发现规律 ★形成定理、定律(通常需要引进新的物理量或模 型,找出新的内容,正确表达) ★考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代 含义等
下面以库仑定律为例说明之
3、库仑定律的建立
★提出问题 ●Franklin首先发现金属小杯内的带电软木小球完全 不受杯上电荷的影响
●受牛顿力学的深刻影响,寻找电力遵循的规律成 为引人瞩目的研究课题,它的发展迎来电学历史上 的第一个重要的突破。
●我们知道每一个物理定律都有丰富、深刻的内涵 和外延。但问题是:在学习和理解基本定律的时候, 具体应该从哪些方面去考察它呢?这对每一个学物 理专业的同学都是应该认真思考的。
2、物理定律建立的一般过程
▲与万有引力单摆周期类比,得
T = 2π
lr Gm
~
Fe r -2 , 且δ< 10-2
★库仑定律的表述
真空中两个静止的点电荷之间的作用力,与它们所带 电量的乘积成正比;与它们之间距离的平方成反比; 作用力的方向沿它们的连线;同号电荷相斥,异号电 荷相吸。
r f12
=
k
q1q2 r2
rrˆ12
其中: f12为q1对q2的作用力;
以电荷的变化是不连续的!这就是电荷的量子化。
注:宏观电荷实质上也可表示为ne,不过n非常大,其
变化也以e为单位,但e与ne 相比非常小,故从实际测 量来看可认为是连续变化的。
★20世纪60年代物理学家提出了强子的夸克模型:
构成物质的基本砖块是夸克和轻子,夸克有6种,分别 带有e/3和2e/3的电量。
▲牛顿第三定律是更普遍的动量守恒定律在特殊条 件下的产物。若两个物体构成封闭系统,且不受外 界作用,则系统动量守恒,其一动量的增减必等于 另一动量的减增,故其间的相互作用力一定大小相 等、方向相反,即满足牛顿第三定律。现在,静止 点电荷与运动点电荷间的作用力不遵循牛顿第三定 律,表明其一动量的增减并不等于另一动量的减增。 原因在于电力是以电场为媒介物传递的,电场是特 殊形式的物质,具有自身的动量
●在Franklin的建议下,Priestley做了实验(1766年)
★猜测答案
●现象与万有引力有相同规律
●由牛顿力学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所受引力为零。类比, 电力与距离的平方成反比,即
Fg
1 r2
~
1 Fe r 2
★设计实验并测量
● 1769年Robinson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
★6种夸克,现在借助大型加速器均以发现,但这并不
破坏电荷的量子性,仅仅是将现在能测量到的最小电 量变得比电子电荷更小而已。
★夸克虽在实验上被发现,但至今没有可靠证据表明它
们以自由状态存在,即它们都禁闭在强子内部,不能 脱离强子自由运动。
★近代高能物理实验证实,对于带电的基本粒子,存在
“电荷对称性”,即对每种基本粒子,必定存在与之 对应、带等量异号电荷的另一基本粒子——反粒子。
★两种常用的起电方法
摩擦起电:通过摩擦使电子从一个物体转移到另一个 物体,失去电子的带正电,得到电子的带负电。
感应起电:加外电场,可使电子在金属物体一部分移 动到另一部分,缺少电子的部分带正电,电子过剩的 部分带负电。
可见物体带电的微观机制在于电子的得失!由此可以 作出如下推断:
★任何带电体的电荷只能是电子电荷e (基本电荷)的整 数倍ne,而且只能以±e为单位进行交换和变化,所
★微观现象:反应前后基本电荷的代数和相等。
例如 β衰变: 10n → 11p + e- + e
轻核聚变: 21D + 31T → 42He + 10n
粒子产生: γ → e- + e+
粒子湮灭: e- + e+ → 2γ or 3γ
★由实验现象可归纳出电荷守恒定律的表述:
在孤立系统中,正负电荷的代数和在任何物理过程 中始终保持不变。
★反粒子;正负电子对的产生和湮灭均由狄拉克在理论 上预言(1931年)。正电子是安德森在高能宇宙线中 发现;正负电子对的产生和湮灭则由赵忠尧最早发现。
●电荷守恒定律
★宏观现象:物体中电荷的代数和在电荷转移前后相
等。 例如 摩擦起电: 0 + 0 = Q + (-Q)
感应起电: 0 = Q + (-Q) 接触带电: Q + 0 = Q1 + Q2
本章内容:
§1.1 库仑定律 §1.2 电场 电场强度 §1.3 高斯定理 §1.4 环路定理 电势及其梯度 §1.5 静电场的基本微分方程
§1.1 库 仑 定 律
库仑 (Charles Augustin de Coulomb 1736 ~1806)
1、电荷和电荷守恒
●电荷的量子化 ★实验发现:电荷只有两种。一种与丝绸摩擦过的玻 璃棒(室温下)的电荷相同,称为正电荷;另一种与 毛皮摩擦过的橡胶棒的电荷相同,称为负电荷。
r r q1 rrˆ12
q2 f12
当q1 当q1
、、qqrr22ˆ1同 异2 为号 号q时 时1指,,向ff11q222与与的单rrrrˆˆ1122位同反矢向向量,,。表表现现为为斥 引力 力; 。
●讨论:
▲ f r-2 ?
r f
=
k
q1q2 r2
rrˆ
k是选取单位制后引入的常数
r f
=
k
▲可适当放宽到静源电荷——动电荷 ▲不能推广至动源电荷——静电荷 因为作为运动源,有一个推迟效应,此时运动电荷产 生的电场不仅与两者距离有关,还与运动点电荷的速 度有关
问题:以上结论是否与牛顿第三定律矛盾?结果合理 吗?
▲两个静止点电荷间的作用力满足牛顿第三定律, 但静止点电荷与运动点电荷间的作用力不满足牛顿 第三定律
★电荷间的相互作用 同种电荷互相排斥;异种电荷互相吸引。这也是早 期通过力效应定义电荷的依据。
★电荷是带电体的一种属性
宏观物体所带电荷种类的不同,来源于组成物质的微 观粒子所带电荷种类的不同。电子带负电,质子带正电, 二者数值上严格相等,而中子不带电。通常原子呈电中 性,故由原子组成的宏观物体不带电。但在外因的作用 下,只要破坏物体的电中性就能使物体带电。
q1q2 r2
rrˆ
f r -2
f r f
q1q2 r
Pr
注意:
实验结果
类比于引力,定义了电量 对称性的结果(特征是径 向性,球对称性)
上述公式并非都是大量实验的单纯结果,而是在事实 基础上理性思维的结果!
▲单位制
当q1、q2为 1 C(库仑),r = 1m 时: k 8.99 109 N m2 /C 2
在国际单位制(SI)中,令:
k 1 4πε0
其中: ε0
=
1 4πk
Leabharlann Baidu
8.85 10-12
C 2 /(N m2 )
称为真空的介电常数(或真空的电容率)。
库仑定律:
r f12
=
1 4πε0
q1q2 r2
rrˆ12
▲ 库仑力和万有引力的量级比较
设铁原子中两个质子相距4.0×10-15m,则它们之间
的库仑斥力为:
★库仑定律的适用范围和精度
▲原子核尺度——地球物理尺度
10 -17 m : 107 m
▲天体物理 空间物理 大概无问题(只有间接证据)
▲精度
Coulomb时代 10-2
1971年
10 -16
★理论地位和现代含义
●库仑定律是静电学的基础,说明
▲带电体的相互作用问题
▲原子结构、分子结构、固体、液体的结构 ▲化学作用的微观本质
★实验表明:一个电荷的电量与它的运动状态无关。
例如:比较氢分子和氦原子电中性的实验
H2和He的两个核外电子运动状态差别不大,但He 中质子的动量约为H2中质子的动量的100万倍(可由 测不准关系来估算),因而两者运动状态大不一样。 若电量与运动状态有关,则H2中质子的电量应该和 He中质子的电量不同,因而H2和He不可能都是电中 性的。
▲在讨论两个点电荷的相互作用时,构成封闭系统的 成员除两点电荷外,还有第三者——电场介入其中, 必须考虑
▲当两点电荷都静止时,虽然第三者——电场依然存 在,但其动量不变,故作用力对等;当两点电荷一静 一动时,伴随电荷的运动,相应电场的动量会有所变 化,于是作用力不对等。若是将场包含进去,可以证 明,依然满足牛顿第三定律
▲ 真空条件破坏时,除了这两个点电荷外,还可能 有其它电荷存在,但这两个点电荷之间的作用力仍遵 循库仑定律,并不因其它电荷存在而受影响,这正是 叠加原理的结果。因此真空条件并非必要
●点电荷条件
▲点电荷就是忽略了带电体形状、大小以及电荷分布 的电荷。它是一个理想化的模型 ▲点电荷也是一个相对的概念,当一个带电体的线度 比所研究问题中涉及的距离小很多时,该带电体的形 状与电荷在其上的分布均无关紧要,此带电体就可看 作是点电荷(类似于质点) ▲究竟带电体的线度比距离小多少才可看成是点电荷, 却没有一个绝对的标准,它取决于讨论问题时所要求 的精度
● 1785年Coulomb测出结果(先发明扭秤,可测10-8牛 顿),精度与13年前Cavendish的结果精度相当
▲电斥力测定——扭秤实验(数据只有几个,且由于 漏电不准确。并没有大量精确的实验证据) 结果:两个带同种电荷的小球间距减少为一半和约四 分之一时,其间的电力增大为4倍和16倍
▲电引力测定——电单摆实验(在异号电荷电引力情 形,扭秤的平衡不稳定,难以测量,也不精确) 结果:电引力单摆的周期正比于摆锤到电引力中心的 距离
★但实验证实:氢分子和氦原子都精确地是电中性的! 故质子的电量与它的运动状态无关。而电荷的运动状 态又与所取参考系相联系,所以电荷的电量与运动状 态无关也就是,同一带电
粒子在不同参考系看来电
量不变,这称为电荷的
相对论不变性。
H2
He
★物体因带电而彼此吸引或排斥是一个重要的发现! 表明:在非接触物体之间,除了已知的万有引力和 磁力外,又有了电力。
电磁学讲义 (2010.03)
上海交通大学物理系 王欣
第一章 静 电 场
相对于观察者静止的电荷所激发的电场称为 静电场
电学起源于古希腊哲学家塞利斯(Thales 公 元前585年)所记载的一种现象:经摩擦后的 琥珀会吸引草屑。但电学理论建立在“场” 的基础上则是在18世纪以后才开始的
与物体间的引力相互作用一样,电荷之间的 相互作用也不是“超距作用”,而是通过电 场来实现的
1 q2 Fe 4πε0 r 2 14 N 而它们之间的万有引力为:
Fg
m2 G r2
1.16 1035
N
两者相比:
Fe Fg
1.20 1036
思考:虽然万有引力和库仑力相差悬殊,但在日常 生活中引力的效应却更易于被人感知,为什么呢?
★库仑定律的成立条件
条件?: 静止 真空 点电荷
●静止条件原指点电荷相对静止,且点电荷相对于观 察者也静止
都与电磁力有关,其中主要部分涉及库仑力
●静电场的基本性质
f r -2
若δ≠ 0,后果?
▲静电场的基本定理——高斯定理将不成立
这动摇了电磁理论的实验基础 ●电力平方反比律与光子的静止质量是否为零密切相关
▲ m 是有限的非零值?还是一个零?二者有本质的区别
▲现有理论以m = 0 为前提,若m 0 ,后果严重! 电动力学的规范不变性被破坏 电荷守恒定律不再成立 光子的偏振态要产生变化 黑体辐射公式要修改 会出现真空色散,即不同频率的光波在真空中的传播 速度不再相同,光速不变原理失效
也可表述为,单位时间流入流出系统边界的净电荷 等于系统内电荷的变化率。
问题:力学指出,系统的对称性将导致守恒律,与电荷 守恒律相联系的对称性是什么呢?
回答:电磁场具有规范不变性,系统的对称群是U1,正 是这个对称性导致了电荷守恒。
●电荷的相对论不变性 ★实验表明:质子和电子所带电荷严格等量异号,测量 精度高达10-20e。(否则,原子的电中性将不复存在,自 然界就会面目全非!) ★电荷电量由库仑定律来定义,库仑定律只适用于静止 电荷,当电荷运动时其电量是否不变?
f r -2.06
而两个异号电荷的引力比平方反比的方次要小(但研 究结果直到1801年才发表)
● 1772年Cavendish按Priestley的思想设计了实验。如 果实验测定带电的空腔导体的内表面确实没有电荷, 则可断定电力遵从平方反比律,即
f r -2 δ越小,内表面电荷越少
他测出δ不大于0.02(未发表,100年后Maxwell整理他 的大量手稿,才将此结果公诸于世)
★观察现象 ★提出问题 ★猜测答案 ★设计实验并测量 ★归纳寻找关系,发现规律 ★形成定理、定律(通常需要引进新的物理量或模 型,找出新的内容,正确表达) ★考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代 含义等
下面以库仑定律为例说明之
3、库仑定律的建立
★提出问题 ●Franklin首先发现金属小杯内的带电软木小球完全 不受杯上电荷的影响
●受牛顿力学的深刻影响,寻找电力遵循的规律成 为引人瞩目的研究课题,它的发展迎来电学历史上 的第一个重要的突破。
●我们知道每一个物理定律都有丰富、深刻的内涵 和外延。但问题是:在学习和理解基本定律的时候, 具体应该从哪些方面去考察它呢?这对每一个学物 理专业的同学都是应该认真思考的。
2、物理定律建立的一般过程
▲与万有引力单摆周期类比,得
T = 2π
lr Gm
~
Fe r -2 , 且δ< 10-2
★库仑定律的表述
真空中两个静止的点电荷之间的作用力,与它们所带 电量的乘积成正比;与它们之间距离的平方成反比; 作用力的方向沿它们的连线;同号电荷相斥,异号电 荷相吸。
r f12
=
k
q1q2 r2
rrˆ12
其中: f12为q1对q2的作用力;
以电荷的变化是不连续的!这就是电荷的量子化。
注:宏观电荷实质上也可表示为ne,不过n非常大,其
变化也以e为单位,但e与ne 相比非常小,故从实际测 量来看可认为是连续变化的。
★20世纪60年代物理学家提出了强子的夸克模型:
构成物质的基本砖块是夸克和轻子,夸克有6种,分别 带有e/3和2e/3的电量。
▲牛顿第三定律是更普遍的动量守恒定律在特殊条 件下的产物。若两个物体构成封闭系统,且不受外 界作用,则系统动量守恒,其一动量的增减必等于 另一动量的减增,故其间的相互作用力一定大小相 等、方向相反,即满足牛顿第三定律。现在,静止 点电荷与运动点电荷间的作用力不遵循牛顿第三定 律,表明其一动量的增减并不等于另一动量的减增。 原因在于电力是以电场为媒介物传递的,电场是特 殊形式的物质,具有自身的动量
●在Franklin的建议下,Priestley做了实验(1766年)
★猜测答案
●现象与万有引力有相同规律
●由牛顿力学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所受引力为零。类比, 电力与距离的平方成反比,即
Fg
1 r2
~
1 Fe r 2
★设计实验并测量
● 1769年Robinson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
★6种夸克,现在借助大型加速器均以发现,但这并不
破坏电荷的量子性,仅仅是将现在能测量到的最小电 量变得比电子电荷更小而已。
★夸克虽在实验上被发现,但至今没有可靠证据表明它
们以自由状态存在,即它们都禁闭在强子内部,不能 脱离强子自由运动。
★近代高能物理实验证实,对于带电的基本粒子,存在
“电荷对称性”,即对每种基本粒子,必定存在与之 对应、带等量异号电荷的另一基本粒子——反粒子。
★两种常用的起电方法
摩擦起电:通过摩擦使电子从一个物体转移到另一个 物体,失去电子的带正电,得到电子的带负电。
感应起电:加外电场,可使电子在金属物体一部分移 动到另一部分,缺少电子的部分带正电,电子过剩的 部分带负电。
可见物体带电的微观机制在于电子的得失!由此可以 作出如下推断:
★任何带电体的电荷只能是电子电荷e (基本电荷)的整 数倍ne,而且只能以±e为单位进行交换和变化,所
★微观现象:反应前后基本电荷的代数和相等。
例如 β衰变: 10n → 11p + e- + e
轻核聚变: 21D + 31T → 42He + 10n
粒子产生: γ → e- + e+
粒子湮灭: e- + e+ → 2γ or 3γ
★由实验现象可归纳出电荷守恒定律的表述:
在孤立系统中,正负电荷的代数和在任何物理过程 中始终保持不变。
★反粒子;正负电子对的产生和湮灭均由狄拉克在理论 上预言(1931年)。正电子是安德森在高能宇宙线中 发现;正负电子对的产生和湮灭则由赵忠尧最早发现。
●电荷守恒定律
★宏观现象:物体中电荷的代数和在电荷转移前后相
等。 例如 摩擦起电: 0 + 0 = Q + (-Q)
感应起电: 0 = Q + (-Q) 接触带电: Q + 0 = Q1 + Q2
本章内容:
§1.1 库仑定律 §1.2 电场 电场强度 §1.3 高斯定理 §1.4 环路定理 电势及其梯度 §1.5 静电场的基本微分方程
§1.1 库 仑 定 律
库仑 (Charles Augustin de Coulomb 1736 ~1806)
1、电荷和电荷守恒
●电荷的量子化 ★实验发现:电荷只有两种。一种与丝绸摩擦过的玻 璃棒(室温下)的电荷相同,称为正电荷;另一种与 毛皮摩擦过的橡胶棒的电荷相同,称为负电荷。
r r q1 rrˆ12
q2 f12
当q1 当q1
、、qqrr22ˆ1同 异2 为号 号q时 时1指,,向ff11q222与与的单rrrrˆˆ1122位同反矢向向量,,。表表现现为为斥 引力 力; 。
●讨论:
▲ f r-2 ?
r f
=
k
q1q2 r2
rrˆ
k是选取单位制后引入的常数
r f
=
k
▲可适当放宽到静源电荷——动电荷 ▲不能推广至动源电荷——静电荷 因为作为运动源,有一个推迟效应,此时运动电荷产 生的电场不仅与两者距离有关,还与运动点电荷的速 度有关
问题:以上结论是否与牛顿第三定律矛盾?结果合理 吗?
▲两个静止点电荷间的作用力满足牛顿第三定律, 但静止点电荷与运动点电荷间的作用力不满足牛顿 第三定律
★电荷间的相互作用 同种电荷互相排斥;异种电荷互相吸引。这也是早 期通过力效应定义电荷的依据。
★电荷是带电体的一种属性
宏观物体所带电荷种类的不同,来源于组成物质的微 观粒子所带电荷种类的不同。电子带负电,质子带正电, 二者数值上严格相等,而中子不带电。通常原子呈电中 性,故由原子组成的宏观物体不带电。但在外因的作用 下,只要破坏物体的电中性就能使物体带电。
q1q2 r2
rrˆ
f r -2
f r f
q1q2 r
Pr
注意:
实验结果
类比于引力,定义了电量 对称性的结果(特征是径 向性,球对称性)
上述公式并非都是大量实验的单纯结果,而是在事实 基础上理性思维的结果!
▲单位制
当q1、q2为 1 C(库仑),r = 1m 时: k 8.99 109 N m2 /C 2
在国际单位制(SI)中,令:
k 1 4πε0
其中: ε0
=
1 4πk
Leabharlann Baidu
8.85 10-12
C 2 /(N m2 )
称为真空的介电常数(或真空的电容率)。
库仑定律:
r f12
=
1 4πε0
q1q2 r2
rrˆ12
▲ 库仑力和万有引力的量级比较
设铁原子中两个质子相距4.0×10-15m,则它们之间
的库仑斥力为:
★库仑定律的适用范围和精度
▲原子核尺度——地球物理尺度
10 -17 m : 107 m
▲天体物理 空间物理 大概无问题(只有间接证据)
▲精度
Coulomb时代 10-2
1971年
10 -16
★理论地位和现代含义
●库仑定律是静电学的基础,说明
▲带电体的相互作用问题
▲原子结构、分子结构、固体、液体的结构 ▲化学作用的微观本质
★实验表明:一个电荷的电量与它的运动状态无关。
例如:比较氢分子和氦原子电中性的实验
H2和He的两个核外电子运动状态差别不大,但He 中质子的动量约为H2中质子的动量的100万倍(可由 测不准关系来估算),因而两者运动状态大不一样。 若电量与运动状态有关,则H2中质子的电量应该和 He中质子的电量不同,因而H2和He不可能都是电中 性的。
▲在讨论两个点电荷的相互作用时,构成封闭系统的 成员除两点电荷外,还有第三者——电场介入其中, 必须考虑
▲当两点电荷都静止时,虽然第三者——电场依然存 在,但其动量不变,故作用力对等;当两点电荷一静 一动时,伴随电荷的运动,相应电场的动量会有所变 化,于是作用力不对等。若是将场包含进去,可以证 明,依然满足牛顿第三定律