摘 要：文章通过对库仑定律发现过程的研究，讨论库伦定律在物理学中的重要地位。

关键词：电荷；静电力；库伦定律

中图分类号：G630 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2013）-06-0239-01

一、引言

物理定律是人们在观察和实验基础上发现的实验规律，各种物理定律从各种不同角度和侧面揭示了事物的本质，规律和内在的联系[1]。人们通过对电荷间的相互作用的研究，发现了自然界中的一条基本定律，即库仑定律，它阐明了静止电荷间相互作用的规律。这种作用与最基本的物理概念——电荷紧密的联系在一起，这个定律也是电磁学的基本定律。

二、库仑定律的发现

十八世纪中叶，牛顿力学已经取得了辉煌的成就，人们借助已经确立的万有引力定律，对电力的规律做了各种猜想，其中有些科学家就猜想，电力会不会也和万有引力一样，服从平方反比定律。

1773年，卡文迪什用两个同心金属壳做实验，通过重复实验，他确定电力服从平方反比定律。而且所得结果在当时的条件下十分精确。

现在人们公认的库伦定律是库伦于1785年发现的，1777年，库伦发明了电扭秤，用一根拉紧的细丝产生的转角量度电力的大小，他发现金属丝有抗扭转力，平衡时扭秤的称力与扭转角度成正比[2]。

1785年，库伦通过研究两个静止点电荷之间的相互作用后，发表了他的实验结果，即：在真空中，两个静止电荷之间的相互作用力的大小与这两个点电荷间距离的平方成反比，与两个电荷所带电量的乘积成正比，作用力的方向沿两点电荷的连线。同号电荷相斥，异号电荷相吸，用公式可表示为

这即是库仑定律的数学表达式，式中和是两个静止电荷的电量，r是从到的距离，k为比例系数，库伦定律成立的条件是真空和静止，真空条件是为了除去其它电荷的影响，静止条件是指两个电荷相对静止，且相对观察者静止[1]。

然而库伦发现，利用电扭秤测量电力还存在缺陷，于是1787年他又利用自己发明的电摆，再次测量电力，更加精确的得出结论：“正电与负电的相互吸引力，也与距离的平方成反比”。

三、库伦定律的意义和地位

从库伦定律的发现过程，我们可以看到，类比法在科学研究中所起的作用，如果不是先有万有引力定律的发现，我们就不知道何时才能得到严格的库伦定律的数学表达式。实际上，整个静电学的发展，都是在借鉴和利用引力理论的已有成果的基础上得出的。

由库伦定律和洛伦兹变换还可以得出麦克斯韦方程组，这不仅表明，从静止电荷和静电场可以得出运动电荷的电磁场，显示了电磁现象的内在联系与统一性，同时也表明库伦定律是整个经典电磁理论的基础[1]。因此库伦定律为静电学奠定了基础，更为电磁学的研究开启了大门。库仑定律的重要性还在于电力平方反比律与光子静止质量是否为零有密切的关系，若库仑定律严格成立，则电动力学的规范不变性将被破坏，使电动力学一些基本性质失去了依据。[1]

人们通过对电磁学的研究，发现了电磁波，这为人类的通信做出了巨大的帮助。爱因斯坦通过对电磁波和万有引力的研究，提出了引力波的概念，经过科学家的不断研究发现，引力波在很多方面与电磁波有相似之处。如：（1）引力波在真空中以光速传播；（2）引力波携带有能量和与波源有关的信息；（3）引力波是横波，在远离波源处是平面波等。所不同的是引力波不如电磁波那样易于观测，而且人类还没有将它实际的应用到我们的生活当中。

在静电力的研究中，扭秤和电摆的使用起到了非常重要的作用，运用这些实验仪器人们很精确的证明了平方反比律的正确性，在这方面卡文迪什做出的贡献最大，他发现的电荷平方反比律要比库伦早13年，但他并没有将其结果公布出来，他的许多重要发现，直到1879年由麦克斯韦整理才得以发表。这种不求名利，只求科学的精神值得我们每一个人去学习。

从库伦定律的发现过程来看，任何新领域的发现，离不开前人的知识积累，因此牛顿曾说过：“如果我比别人看的更远些，那是因为我站在巨人的肩上。”他在临终时还说：“我不知道世人怎样看我，可我自己认为我好像只是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到更光滑些的石子或更美丽的贝壳而欢欣，而展现在我面前的是完全未被探明的真理的海洋。”[3]这些话，不仅表现出了一个伟人的品质，更重要的是牛顿和库伦以及他们的知识、品质，将鼓舞一代又一代的青年走上为科学奋斗终生的道路。这也正是他们所做的最大的贡献。

库仑定律的发现过程是人类利用定性和定量的观点去认识世界的又一次重大变革。通过实验和数学的方法，建立起来的库仑定律，全面推动了物理在静电学和微观物理方面的进展，实现了物理学的又一次重要革命，在整个过程中库伦、卡文迪什等科学家做出了巨大的贡献。

参考文献

[1]陈秉乾，舒幼生，胡望雨.电磁学专题研究[M].北京：北京高等教育出版社，2001，（1）：32.

[2]朱荣华.基础物理学（第四卷物理学史选）[M].北京：北京高等教育出版社，2003，（18）：32.

[3]贾瑞皋，薛庆忠.电磁力[M]北京：北京高等教育出版社，2003，（7）：8.