關(guān)于庫侖定律形成史的幾點說明

1、關(guān)于庫侖定律形成史的幾點說明不少書刊在介紹庫侖定律時，均談到庫侖在1785年通過扭秤試驗，得到了靜電力F反比于距離平方，正比于電荷電量乘積，即FQ1Q2/r2，進而建立了庫侖定律。但是史實不盡如此，對庫侖定律的形成歷史，有必要予以介紹、說明，以便有利于教學。一、庫侖不是扭秤的發(fā)明者>18世紀先后出現(xiàn)了基本原理一樣的四類扭秤，庫侖曾制做過多種。1777年，他制作了他的第一臺扭秤，并首先提出了計算懸絲扭力的公式（有一點錯誤，1784年糾正）。1784年，庫侖發(fā)表了關(guān)于金屬絲和扭轉(zhuǎn)彈性的論文，確立了金屬絲的扭力定律。然而，1750年，英國劍橋大學的科學家J·米謝爾（17241793）

2、早已做過把一塊磁鐵用線懸起，再用另一塊磁鐵推斥它的實驗。根據(jù)線的扭轉(zhuǎn)程度他測定了磁極間斥力大小，得到了磁斥力與距離平方成反比的關(guān)系，借鑒于牛頓的萬有引力定律，他首先提出了磁力的平方反比定律。這一實驗和定律，均發(fā)表在米謝爾同年出版的著作人造磁體論中。從時間的先后上看，不能說是庫侖發(fā)明了扭秤，他只是重新發(fā)現(xiàn)或改進了米氏的扭秤并利用了它。二、1785年前靜電力規(guī)律的研究簡況1759年前后，德國科學家F·愛皮努斯發(fā)現(xiàn)：當兩電荷間距縮短時，其引力或斥力將增大。1766年，英國科學家J·普利斯特利（17331804）重做了1755年美國電學家B·富蘭克林（17061790）的

3、“金屬桶實驗”，觀察到放入金屬桶內(nèi)的帶電小球，不受金屬桶上電荷的影響，即金屬導(dǎo)體內(nèi)表面不帶電，證明了空心帶電導(dǎo)體對空腔內(nèi)的電荷無電力作用。他據(jù)此并借助牛頓萬有引力定律，首先提出了電作用力與距離平方成反比的論斷。1769年，英國人J·羅比生（17391805）首次定量地進行了電力測量，他測得靜電斥力反比于電荷間距離的206次方，引力隨距離變化的方次稍小于2。為此，羅比生推斷電力和距離的關(guān)系為F1/r2。1773年，英國物理學家H·卡文迪許（17311810）通過“同心金屬球?qū)嶒灐钡贸觯弘姾砷g相互作用力反比于它們之間距離的平方，指數(shù)偏差不大于0.02?？ㄎ牡显S是第一個用實驗確定

4、電荷相互作用定律的人，但他生前未發(fā)表這一重要結(jié)果。此外，1785年前，英國人F·豪克斯比，德國人J·邁爾和德國人J·朗伯特等，通過各種實驗，不同程度地得到了磁力和距離平方反比的關(guān)系。三、F1/r2不是庫侖的純實驗結(jié)果庫侖提出的F1/r2，既不完全是從扭秤實驗結(jié)果中直接得到的，也非單從扭秤實驗中獲取的。當時庫侖的扭秤實驗結(jié)果精確度不很高，用平方反比關(guān)系表之，指數(shù)偏差為0.04；另外，此時的電力僅僅是斥力。若無牛頓萬有引力定律做類比，沒有前述科學家們的工作與貢獻，若事先無平方反比律的概念，庫侖的研究會曲折得多。1787年，庫侖又通過扭擺（電擺）實驗，利用振蕩方法，測量

5、了帶電體振蕩周期與另一帶異性電荷的物體距離的關(guān)系，得到了電引力也有F1/r2這一關(guān)系。扭秤和電擺實驗屬兩個不同類型的實驗，前者屬靜力學實驗，后者屬于動力學實驗。四、FQ1Q2不是庫侖的實驗結(jié)果M·V·勞厄說過：“庫侖假設(shè)兩個電荷之間的作用力與電量成正比，這純粹是對牛頓定律（即牛頓萬有引力定律引者著）的一種類比。他對自己的主張未能提供證據(jù)，因為人們還沒有電荷的量度，直接從庫侖定律出發(fā)來定義電荷的量度的思想最先是由高斯提出的?！笔聦嵣?，庫侖的確沒有進行過改變電量的扭秤或電擺實驗。在他看來FQ1Q2是顯然的，可以先驗地接受它。他曾說：“這個假設(shè)的前一部分無需加以證明。”（宋德生電

6、磁學發(fā)展史P.82，廣西人民版）。很顯然，沒有這一前提，庫侖的實驗將無法開展，因當時還未確立電量的單位。后來德國物理學家C·高斯（17771865）經(jīng)實驗獲得了FQ1Q2這一關(guān)系。五、結(jié)束語庫侖定律的發(fā)現(xiàn)時間應(yīng)在17851787年，并非1785年；庫侖定律既是一個實驗定律，也可以說是牛頓引力定律在電學中的一個推論?？茖W家貝爾納指出：“電學和磁學定律，當時是按照牛頓式的模型建立的”（歷史上的科學）。庫侖僅僅驗證了電力與距離平方成反比關(guān)系，但沒有用實驗驗證電力與電荷之積成正比，后者是類比得到的。原子時代的先驅(qū)者一書中說道：“法國物理學家?guī)靵龇抡张ｎD引力定律建立了靜電引力定律，從而使電的學說成為一門科學。”（科技文獻版）雖然庫侖不是第一個研究靜電力規(guī)律的人，盡管他的扭秤實驗精度并不高，但他在這一課題上做了大量實驗，寫出了一系列很有價值的研究論文，建立了重要的定律。他是靜電學的奠基人，庫侖的實驗與定律在