电荷库仑定律
库仑定律公式解释
库仑定律公式解释
一、库仑定律公式。
库仑定律的公式为：F = kfrac{q_1q_2}{r^2}
1. 各物理量含义。
- F：表示两个点电荷之间的静电力（也叫库仑力），单位是牛顿（N）。
- k：是静电力常量，k = 9.0×10^9N· m^2/C^2。
- q_1和q_2：分别表示两个点电荷的电荷量，单位是库仑（C）。
- r：表示两个点电荷之间的距离，单位是米（m）。
2. 公式的意义。
- 这个公式定量地描述了真空中两个静止点电荷之间相互作用力的大小。
静电力的大小与两个点电荷电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。
- 例如，当q_1和q_2的电荷量增大时，它们之间的静电力F会增大；当r增大时，F会减小，而且这种减小是与r^2成反比的关系。
3. 适用条件。
- 库仑定律适用于真空中的点电荷。
- 点电荷是一种理想化的模型，当带电体的形状和大小对研究问题的影响可以忽略不计时，就可以把带电体看作点电荷。
两个相距很远的带电小球，相对于它们之间的距离而言，小球的半径很小，这时就可以把小球近似看作点电荷来应用库仑定律计算它们之间的静电力。
库仑定律公式及内容
库仑定律公式及内容库仑定律是电磁学中最基本的定律之一，描述了两个点电荷之间的相互作用力与它们的电荷量和它们之间的距离的关系。
库仑定律可以用数学公式表示如下：\[F=\frac{k\cdot q_1\cdot q_2}{r^2}\]其中，F表示两个电荷之间的相互作用力，k是库仑常量，q1和q2分别是两个电荷的电荷量，r是两个电荷之间的距离。
库仑定律是通过对电荷的性质进行实验观察总结出来的，它揭示了电荷量相同的两个点电荷之间的相互作用力于它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
根据库仑定律，如果两个电荷都是正电荷或都是负电荷，它们之间的作用力是吸引力；如果两个电荷一个为正电荷一个为负电荷，它们之间的作用力是斥力。
库仑定律与万有引力定律具有相似性。
它们都是属于中心力场的定律，即只与两个物体之间的距离有关。
不同的是，库仑定律描述的是两个电荷之间的相互作用力，而万有引力定律描述的是两个物体之间的相互引力。
库仑定律的重要性在于它为电磁学的其他定律和原理提供了基础。
例如，由库仑定律可以推导出电场的概念和分布电荷的电场。
库仑定律也是电磁感应和电磁波等现象的基础。
库仑定律的应用广泛。
在物理学和化学的研究中，库仑定律用于计算和解释电荷间的相互作用力和引力。
在工程学中，库仑定律用于电力系统设计和电荷分布的分析。
在生物学中，库仑定律被用于研究细胞内和分子间的相互作用力等。
需要注意的是，库仑定律只适用于两个点电荷之间的相互作用力计算。
在实际情况中，电荷分布一般是连续的，并不是离散的点电荷。
对于连续电荷分布的情况，需要使用积分来计算相互作用力。
总之，库仑定律是电磁学中最基本的定律之一，描述了两个点电荷之间相互作用力与它们的电荷量和它们之间的距离的关系。
它具有重要的理论和实际应用价值，为电磁学提供了基础。
2 库仑定律
2 库仑定律课堂优化1. 库仑定律：在真空中的两个点电荷的相互作用力跟它们电量的乘积成 比，跟它们距离的二次方成 比，作用力的方向在 上 。
数学表达式为F=式中k = ，叫静电力常量。
两个电量都是1C 的点电荷， 相距1m 时相互作用力的大小等于 N 。
2. 点电荷是一种理想化的物理模型，在实际中一般只要满足便可看作点电荷 。
研究方法本节研究的方法较多，主要有：1. 建立模型法：带电体上电荷的分布不清楚，难以确定相互作用的电荷之间的距离。
库仑建立了点电荷模型解决了这个问题。
2. 对称方法：在库仑建立库仑定律之前，连电量的单位都没有，当然就无法比较电荷的多少了。
库仑根据对称性原理，用两个相同的金属球，让一个带上电荷q ，另一个不带电，把它们接触后分开。
由于“对称”关系，这两个金属球的电量均应为q /2。
若再用第三个相同的金属球与带电量为q / 2的金属球接触，然后分开，这两个金属球的电荷均应为q / 4，依次类推。
就可以保证实验中金属球的电荷量成倍变化。
3. 放大的思想方法：库仑力比较小，没有足够精密的测量器具来测量力的大小。
库仑用扭秤实验将静电力“放大”到可以精确测量。
4.控制变量法：为了能得到库仑力的定量关系，采用了控制变量的方法，即先保持两个点电荷之间的距离不变，研究库仑力与电量的关系；然后保持两个金属球的电量不变，研究库仑力与距离的关系。
5.类比法：库仑研究静电力时是把它跟万有引力类比，事先建立了平方反比的概念，他在类比推理思想的支配下，并结合实验误差分析，库仑推断应服从平方反比关系，从而建立了库仑定律。
我们从库仑定律发现的经过可以看到，类比推理在科学研究中的作用是多么巨大，如果不是先有万有引力定律的发现，单靠实验数据的积累，不知何年才能得到严格的库仑定律的表达式。
典型例题【例1】有两个半径为r 的金属球如图1—2—1放置，两球表面间的最近距离为r 。
今使两球带上等量的异种电荷q ，两球间的库仑力大小为F ，那么 （ ） A.F = k 22)3(r q B. F > k 22)3(r q C.F < k 22r q D.无法判断 解析：由于两电荷之间的距离（3r ），没有远远大于带电体的大小（r ），故两个金属球不能当作电荷集中在球心的点电荷，不能用库仑定律定量计算静电力的大小。
电荷量与库仑定律
● 03
第3章 电场的概念与性质
电场的定义
电场是空间中存在的 一种物理场，描述了 在该区域内电荷之间 的相互作用情况。电 场可以通过电场线来 表示，从正电荷指向 负电荷。
电场的性质
矢量性质
具有大小和方向
力的描述
电场力等于电荷 与电场强度的乘
积
电场的测量
定义
电场强度用点电 荷在某点上的作 用力大小来定义， 单位为牛顿/库
库仑定律的实验验证
Cavendish实验
通过实验验证库仑定律在 万有引力中的应用
Millikan油滴实验
用来测量电子电荷的实验
电荷量与库仑定 律
电荷量是物质基本属 性之一，描述了物质 对电磁场的响应。库 仑定律则是描述了电 荷之间相互作用力的 数学关系。电荷量与 库仑定律的研究对于 理解静电力、电场、 电荷分布等现象至关 重要。
总结
电场是物理学重要的概念之一，了解电场的性质 和测量方法对于理解电磁现象至关重要。通过学 习电场的感应作用和特性对比，能更深入理解电 场的行为和影响。
● 04
第4章 静电力与电场的关系
静电力的概念
静电力是由静电场在 空间中传递的力，是 电荷之间的相互作用。 在电学中，静电力是 一种重要的力，它是 描述电荷之间的相互 作用力的概念，能够 影响电荷的运动和排 列。
仑
方向
电场线表示电场 方向，从正电荷
指向负电荷
电场的感应作用
01 感应现象
电场产生感应作用
02 分布改变
感应电荷会改变电场分布情况
03
电场特性对比
静电场
只存在静止电荷 电场强度随距离平方反比
动电场
存在运动电荷 电场强度与速度有关
1.1电荷 库伦定律
物理学的基本定律之一 。它指出，对于一个 孤立系统，不论发生什么变化 ，其中所有电荷 的代数和永远保持不变。电荷守恒定律表明， 如果某一区域中的电荷增加或减少了，那么必 定有等量的电荷进入或离开该区域；如果在一 个物理过程中产生或消失了某种符号的电荷， 那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失。
因此，电荷守恒定律又可表示为：一个与外 界没有电荷交换的系统，电荷的代数和总是 保持不变的。
3、带电的原理：
摩擦起电 接触带电 感应起电
电荷的重新分布 电子或电荷的转移
（一个物体的电荷 转移）
如何判断物体是否带电呢？
4、验电器：
验电器
金属球 静电计
金属杆
金属指针 金属箔片
验电器检验物体带电的原理
被检验物体接触验电器金 属球时，将电荷传到箔片上， 使两个箔片带上同种电荷。同 种电荷会相互排斥，使两个箔 片张开一定角度，从而判断被 检验物体带电。
静电感应： 除了摩擦起电，接触起电还 把带电体移近不带电的导体，可以 有没有其他的起电方式呢？ 使导体带电的现象，叫做静电感应
（3）、感应起电
（1）静电感应：把电荷移近不带电的导体， 可以使导体带电的现象，叫做静电感应．
规律：近端感应异种电荷，
起电原因：当一个带电体靠近 导体时，由于电荷间相互吸引 或排斥，导体中的自由电荷会 趋向或远离带电体，使导体靠 近带电体的一端带异号电荷， 远离带电体的一端带同号电荷
4）空间中有多个电荷时，某电荷受的静电力是 其他所有电荷单独对他的的静电力的矢量和
1．对元电荷的理解，正确的是 （ CD ） A．元电荷就是电子 B．元电荷就是质子 C．元电荷表示所带电量跟电子电 量数值相等 D．物体所带电量只能是元电荷的 整数倍
库仑定律1
⒌ 两个质量都是 的小球，都用细线拴在同一 两个质量都是m的小球 的小球， 两细线长度相等，两球都带上正电荷， 点，两细线长度相等，两球都带上正电荷， 但 甲球电量比乙球多， 甲球电量比乙球多，平衡时两细线分别与竖直 方向夹角为θ 则二者相比， 方向夹角为 1和θ2，则二者相比，θ1_____θ2。 ⒍ 两个点电荷，它们带有同种性质的电荷，所 两个点电荷，它们带有同种性质的电荷， 带电量之比为2:5，质量之比为 带电量之比为 ， 质量之比为1:2，置于真空 ， 相距为L， 同时释放后， 中 ， 相距为 ， 同时释放后 ， 它们加速度之比 为 ________ ， 经 过 t 秒 后 ， 它 们 动 量 之 比 为 ________，它们动能之比为 ，它们动能之比为________。 。
Hale Waihona Puke 3、比较电子和质子间的静电力和万 、 有引力的大小： 有引力的大小： F静/ F万=2．3×1039 ． × 说明 ： 在研究微观带电粒子 （ 电子 、 说明： 在研究微观带电粒子（ 电子、 质子、 离子、 原子核等等） 质子 、 离子 、 原子核等等 ） 的相互 作用时， 作用时 ， 通常可以忽略微观粒子间 的万有引力。 的万有引力。
⒋ 真空中有两个大小相等的带电球体 ， 真空中有两个大小相等的带电球体， 带电量分别为4× 带电量分别为 ×10-8C和 -8×10-8C， 相 和 × ， 距为r(r远大于球半径 远大于球半径)时 距为 远大于球半径 时 ， 它们之间的静 电引力为F，若将两个带电体接触后再分 电引力为 ， 开，仍相距r，它们之间的静电力为 _________力（吸引或排斥），静电力大 力 吸引或排斥） 小为F 小为 ′=______F。 。
例3、相距为 的点电荷 、B的带电量分 的点电荷A 、相距为L的点电荷 的带电量分 为+4Q和-Q，要引进第三个点电荷 ，使 和 ，要引进第三个点电荷C， 三个点电荷在库仑力作用下都能处于平 衡状态，试求C电荷的电量和放置的位置 电荷的电量和放置的位置？ 衡状态，试求 电荷的电量和放置的位置
库仑定律公式
库仑定律公式COULOMB’S LAW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 q1 对 q2的作用力为F=k*q1*q2/r^2 可结合万有引力公式F=Gm1m2 /r^2来考虑其中：r——两者之间的距离r——从 q1到 q2方向的矢径k——库仑常数上式表示：若q1与q2同号，F12y沿r方向——斥力;若两者异号，则F12沿-r方向——吸力.显然q2对q1的作用力F21=-F121-2在MKSA单位制中力F的单位：牛顿N=千克·米/秒2kg·m/S2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= 1/4pe0 1-3=9.0x10^9牛·米2/库2e0=8.85418781871×10-12库2/牛·米2通常表示为法拉/米是真空介电常数英文名称：permittivity of vacuum说明:又称绝对介电常数。
符号为εo。
等于8.854187817×10-12法/米。
它是导自真空磁导率和光在真空中速度的一个无误差常量。
1 库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力，非点电荷间的相互作用力,库仑定律不适用。
不能根据直接认为当r无限小时F就无限大，因为当r无限小时两电荷已经失去了作为点电荷的前提。
2 应用库仑定律求点电荷间相互作用力时，不用把表示正,负电荷的"+","-"符号代入公式中计算过程中可用绝对值计算，其结果可根据电荷的正,负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。
3库仑力一样遵守牛顿第三定律，不要认为电荷量大的对电荷量小的电荷作用力大。
两电荷之间是作用力和反作用力。
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。
电学中的第一个定律-库仑定律
电势差的定义和计算
总结词
电势差是描述电场中两点之间电势能差别的物理量，其大小等于单位电荷从一点移动到 另一点所做的功。
详细描述
电势差是标量，其大小和方向取决于电场源电荷的位置和分布，以及两点之间的位置。 电势差的计算公式为ΔU=W/q，其中ΔU表示电势差，W表示单位电荷从一点移动到另
一点所做的功，q表示单位电荷的电量。
03
库仑定律的应用
电场和电势的计算
计算电场强度
根据库仑定律，电场强度等于电荷密 度与介电常数的乘积，通过测量电荷 密度和介电常数，可以计算出电场强 度。
计算电势
电势是描述电场中某点能量的物理量， 可以通过积分电场强度得到。在已知 电场分布的情况下，通过积分电场强 度可以得到电势分布。
电容器的设计和分析
06
库仑定律பைடு நூலகம்扩展和推广
电场强度的定义和计算
总结词
电场强度是描述电场对电荷作用力的物理量，其大小等于单位电荷在电场中受到的力。
详细描述
电场强度是矢量，其大小和方向取决于电场源电荷的位置和分布，以及观察点的位置。电场强度的计算公 式为E=F/q，其中E表示电场强度，F表示单位电荷所受的力，q表示单位电荷的电量。
静电除尘
利用静电场对气体中悬浮的尘粒产生 静电力，使尘粒向电极移动并沉积下 来，从而实现除尘效果。
静电喷涂
利用静电场对涂料微粒产生静电力， 使涂料微粒吸附在工件表面形成均匀 的涂层。
04
库仑定律的推导和证明
库仑定律的推导过程
库仑定律的推导基于电荷之间的相互 作用力，通过分析点电荷之间的电场 力和电场分布，推导出库仑定律的数 学表达式。
结果分析
比较实验结果与库仑定律的理论值，分析误差来源， 验证库仑定律的正确性。
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的 大量手稿，才将此结果公诸于世。
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5 、1785年Coulomb测出结果
a 、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；
b 、电引力——单摆实验得 c 、电引力单摆周期正比于距离 d 、与万有引力单摆周期类比，得
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4 、Cavendish实验
a 、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
f r 2 ±d
越小，内表面电荷越少
b 、他测出不大于 0.02（未发表，100年以 后Maxwell整理他
第一章 静电场的基本规律
§1－1 电荷 库仑定律
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一、对电荷的基本认识
1. 两种电荷：实验1----用毛皮或丝绸摩擦过的橡胶棒或玻璃 棒可吸引轻小物体（羽毛，头发）。
实验2---相互吸引，相互排斥
2. 导体：可传导电荷的物体（金属，电解液）
3. 绝缘体（电介质）：不能传导电荷的物体（橡胶，干燥的玻 璃棒）
c 、类比：电力与距离平方成反比（1766年做的实验，未被重视）
F引
1 r2
~
F电
1 r2
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3 、设计实验
a 、 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
f ~ r 2.06
b 、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）
4
二、组成宇宙万物的基本粒子分三类：
1. 1. 夸克和反夸克，以色和味来标记，它们是组成质 子、中子和所有强子的基本单元，已发现30种。
2. 轻子族：只参加弱相互作用，它们是电子，电子型 中微子等以及这些粒子的反粒子，共12种。
3. 媒介子：它们是传递相互作用的粒子。
相互作用有四种：万有引力，电磁作用，弱相互作用，强相互 作用。
1、提出问题
Franklin 首先发现金属小杯内的软木小球完全受杯上电荷的影响; 在Franklin的建议下，Priestel做了实验 ——提出问题
2、猜测答案
a 、现象与万有引力有相同规律
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b 、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。
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2. 点电荷模型
可抽象为一个几何点的带电体，它本身的几 何线度与它到其它带电体的距离相比小得多
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？
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四.库仑定律的建立
4. 半导体：传导电荷的能力介于导体和绝缘体之间的物体，而 且电性质非常特殊的材料，对温度、光照、压力等外界条件 极为敏感。
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5.起电方式：摩擦起电和静电感应
6. 电荷守恒定律-物理学中普遍的基本定律
在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何 物理过程中保持不变。
7. 电荷量子化：密立跟实验（1906－1917年）
q•1
q•2
F12
F21
k
q1q2 r2
rˆ21
F12
国际单位制（SI）中：
F—牛顿（N） ，
qr——米库（仑m（）C），
实验定出： k = 8.988010 9 N·m2/C2
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五.库仑定律和万有引力定律的比较
相似性：形式相同 不同：(1)万有引力 , 只存在吸引力， 库仑力存在吸引力和排斥力
（2）在大质量物体之间 ，在很小的带电体之间
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适用范围和精度 基本实验规律。宏观、微观均适用；
原子核尺度——地球物理尺度 天体物理、空间物理
1013 cm ~ 109 cm
精度：Coulomb时16
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理论地位和现代含义
Q=Ne, e=1.6010-19C
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相互作用有四种：强相互作用，电磁作用，弱相互作用，万 有引力。
8. 基本粒子：
夸克带分数电荷，
1 e, 2 e
3
3
原子核
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质子 中子
上夸克（两个） 下夸克（一个）
上夸克（一个） 下夸克（两个）
夸克摸型，理论成立，但至 今在实验中未找到自由的夸 克。
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6 、数学表述：
F12
1
4 0
q1q2 r2
rˆ12
F21
1
4 0
q1q2 r2
rˆ21
F
q2
12
r
q1
rˆ
12
q1
F 21
q2 r
rˆ 21
F F 其中 ，表1示2 点电荷q1对点电荷q2的作用力， 表示点电荷q2对点电21荷q1
的作用力。
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r
F21
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三、 库仑定律（Coulombs law）
1. 库仑生平
1736年6月库仑生于法国的安古莱姆，先后就读马扎兰学院和法兰西 学院。1760年（24岁）又考入梅齐埃尔工兵学校，在此认识了地磁 学家波尔达( j.c.borda),在1764年~1781年（28~45岁）他一直以 工程师的身份在军队服役。1781年才在巴黎定居组织了家庭。在 1781年~1801年（45~65岁）共宣读了二十五篇论文，其中1785 年发表的第一篇“论电和磁”是关于扭力秤的论文，给出了测量静电 力的扭力秤的结构。另外还有七篇电学和磁学的论文，其余是关于土 木工程、机械力学和 摩擦研究的论文，这些论文均被法兰西物理学 会收集在《物理学论文集》中。1801年（65岁）他被当选为法兰西 研究院名誉主席。
T 2
L r~
Gm
F电
r 2d
,d
102
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e. 扭力秤的设计思想：
（1）结构； （2）测量方法（同性电荷， 异性电荷，类比法）
f.真空中，两个静止的点电荷之间相互作用力的大小，与它们的电量的 乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。静电作用力大小相等 而方向相反，并且沿着它们的联线；同号电荷相斥，异号电荷相吸。