中国科学技术大学《电磁学》 第一章真空中的静电场 作者:叶邦角 、一步的研究。著名的英国科学家卡文迪许,在177年向英国皇家学会的报告中,提出了与普利斯特利相同的推测。但是他的 进一步成果没有公开发表,直到他去世后很久,1879年才由著名的物理学家麦克斯韦整理、注释出版了他生前的手稿,其中记 述了平方反比定律。由此可见,在这个时期,人类逐步把电学的研究推进到定量的、精确的科学境地,为库仑定律的建立奠定了 基础。 (2)库仑的扭称实验 库仑早年是一名军事工程师,督造着若干年的防御工事,也许正是这一工作,使他对科学产生了兴趣,开始对扭力进行系 统的研究。1781年,由于有关扭力的论文,他当选为法国科学院院士。在1784年送交科学院的一篇论文中,他通过实验确立了 决定金属丝的扭力定律,发现这种扭力正比手扭转角度,并指出这种扭力可用来测量648×106克重这样小的力。 1785年,库仑自行设计制作了一台精确的扭秤,测量了电荷之间的相互作用力与其距离的关系,建立了库仑定律。图给出 了扭称的构造。在一个高和直径均为305cm的玻璃圆筒上,有一块直径为3cm的玻璃平板,它使容器不受外部空气流动的影响。 平板上有两个直径约为43cm的孔f,m,孔f开在中心,上面胶连一根高6lcm的玻璃管,管的顶端h处有一个测微器,它的细 致结构如图中号件所示。 实验开始时,首先调整零点:即让指针向调到扭力计刻度上的零点,调整玻璃盖板的位置,使孔m对准刻度ZOQ的零点 然后转动玻璃管t上的整个扭力计,即轻轻转动,直到细杆ag与刻度Z0Q上的零点成一条线为止,也就是银丝在无扭力时使 球a的中心对准零点。再按图所示,使球d与球a接触,库仑使一个小导体,即一枚插在绝缘的细棒上的大头针带上电,然后把 它伸到孔皿里,接触d球,于是使d球与a球带上了同种等量的电荷.由于相互排斥,a、d将离开一段距离。转动旋钮b,改变 银丝扭转角度(即改变扭力),可改变c、d两球间的距离。库仑作了三次数据记录:第一次令两小球相距36个刻度;第二次令 两小球相距18个刻度:第三次令两小球相距85个刻度。大体上按缩短一半的比例来观测。观测结果为,第一次银丝扭转36°; 第二次银丝扭转144°;第三次银丝扭转5755°。库仑分析出两小球间距之比约为1:1/2:14,而银丝扭转角之比约为1:4:16 库仑还作了一系列实验,但共同的结果使库仑得出结论,两个带同种电荷的小球之间的相互排斥力和它们之间的距离的平方成反 比。后来库仑把它推广到了带异种电荷的小球间的引力。Ё೑⾥ᄺᡔᴃ໻ᄺlj⬉⺕ᄺNJ ㄀ϔゴ ⳳぎЁⱘ䴭⬉എ ԰㗙˖৊䙺㾦 2 ܹϔℹⱘⷨおDŽ㨫ৡⱘ㣅೑⾥ᄺᆊव᭛䖾䆌ˈ೼ 1777 ᑈ৥㣅೑ⱛᆊᄺӮⱘ᡹ਞЁˈᦤߎњϢ᱂߽ᮃ⡍߽Ⳍৠⱘ᥼⌟DŽԚᰃҪⱘ 䖯ϔℹ៤ᵰ≵᳝݀ᓔথ㸼ˈⳈࠄҪএϪৢᕜЙˈ1879 ᑈᠡ⬅㨫ৡⱘ⠽⧚ᄺᆊ呺ܟᮃ䶺ᭈ⧚ǃ⊼䞞ߎ⠜њҪ⫳ࠡⱘ᠟〓ˈ݊Ё䆄 䗄њᑇᮍড↨ᅮᕟDŽ⬅ℸৃ㾕ˈ೼䖭ϾᯊᳳˈҎ㉏䗤ℹᡞ⬉ᄺⱘⷨお᥼䖯ࠄᅮ䞣ⱘǃ㊒⹂ⱘ⾥ᄺ๗ഄˈЎᑧҥᅮᕟⱘᓎゟ༴ᅮњ ෎⸔DŽ (2) ᑧҥⱘᡁ⿄ᅲ偠 ᑧҥᮽᑈᰃϔৡݯџᎹ⿟Ꮬˈⴷ䗴ⴔ㢹ᑆᑈⱘ䰆ᕵᎹџˈг䆌ℷᰃ䖭ϔᎹ԰ˈՓҪᇍ⾥ᄺѻ⫳њ݈䍷ˈᓔྟᇍᡁ࡯䖯㸠㋏ 㒳ⱘⷨおDŽ1781 ᑈˈ⬅Ѣ᳝݇ᡁ࡯ⱘ䆎᭛ˈҪᔧ䗝Ў⊩೑⾥ᄺ䰶䰶຿DŽ೼ 1784 ᑈ䗕Ѹ⾥ᄺ䰶ⱘϔ㆛䆎᭛ЁˈҪ䗮䖛ᅲ偠⹂ゟњ އᅮ䞥ሲϱⱘᡁ࡯ᅮᕟˈথ⦄䖭⾡ᡁ࡯ℷ↨᠟ᡁ䕀㾦ᑺˈᑊᣛߎ䖭⾡ᡁ࡯⫼ৃᴹ⌟䞣 6.48×10ˉ6 ܟ䞡䖭ḋᇣⱘ࡯DŽ 1785 ᑈˈᑧҥ㞾㸠䆒䅵ࠊ԰њϔৄ㊒⹂ⱘᡁ⾸ˈ⌟䞣њ⬉㥋П䯈ⱘⳌѦ԰⫼࡯Ϣ݊䎱⾏ⱘ݇㋏ˈᓎゟњᑧҥᅮᕟDŽ೒㒭ߎ њᡁ⿄ⱘᵘ䗴DŽ೼ϔϾ催੠ⳈᕘഛЎ 30.5cm ⱘ⦏⩗೚ㄦϞˈ᳝ϔഫⳈᕘЎ 33cm ⱘ⦏⩗ᑇᵓˈᅗՓᆍ఼ϡফ໪䚼ぎ⇨⌕ࡼⱘᕅડDŽ ᑇᵓϞ᳝ϸϾⳈᕘ㑺Ў 4.3cm ⱘᄨ f, mˈᄨ f ᓔ೼ЁᖗˈϞ䴶㛊䖲ϔḍ催 61cm ⱘ⦏⩗ㅵ, ㅵⱘ乊ッ h ໘᳝ϔϾ⌟ᖂ఼ˈᅗⱘ㒚 㟈㒧ᵘབ೒Ёোӊ᠔⼎DŽ ᅲ偠ᓔྟᯊˈ佪ܜ䇗ᭈ䳊⚍˖े䅽ᣛ䩜৥䇗ࠄᡁ࡯䅵ࠏᑺϞⱘ䳊⚍ˈ䇗ᭈ⦏⩗Ⲫᵓⱘԡ㕂ˈՓᄨ m ᇍࠏޚᑺ ZOQ ⱘ䳊⚍˗ ✊ৢ䕀ࡼ⩗⦎ㅵ fh ϞⱘᭈϾᡁ࡯䅵ˈे䕏䕏䕀ࡼφˈⳈࠄ㒚ᴚ ag Ϣࠏᑺ ZOQ Ϟⱘ䳊⚍៤ϔᴵ㒓Ўℶˈгህᰃ䫊ϱ೼᮴ᡁ࡯ᯊՓ ⧗ a ⱘЁᖗᇍޚ䳊⚍ˊݡᣝ೒᠔⼎ˈՓ⧗ d Ϣ⧗ a ᥹㾺ˊᑧҥՓϔϾᇣᇐԧˈेϔᵮᦦ೼㒱㓬ⱘ㒚ẦϞⱘ໻༈䩜ᏺϞ⬉ˈ✊ৢᡞ ᅗԌࠄᄨ m 䞠ˈ᥹㾺 d ⧗ˈѢᰃՓ d ⧗Ϣ a ⧗ᏺϞњৠ⾡ㄝ䞣ⱘ⬉㥋ˊ⬅ѢⳌѦᥦ᭹ˈaǃd ᇚ⾏ᓔϔ↉䎱⾏DŽ䕀ࡼᮟ䪂 bˈᬍব 䫊ϱᡁ䕀㾦ᑺ˄ेᬍবᡁ࡯ৃˈ˅ᬍব cǃd ϸ⧗䯈ⱘ䎱⾏DŽᑧҥ԰њϝ⃵᭄᥂䆄ᔩ˖㄀ϔ⃵Ҹϸᇣ⧗Ⳍ䎱 36 Ͼࠏᑺ˗㄀Ѡ⃵Ҹ ϸᇣ⧗Ⳍ䎱 18 Ͼࠏᑺ˗㄀ϝ⃵Ҹϸᇣ⧗Ⳍ䎱 8.5 ϾࠏᑺDŽ ໻ԧϞᣝ㓽ⷁϔञⱘ↨՟ᴹ㾖⌟DŽ㾖⌟㒧ᵰЎˈ㄀ϔ⃵䫊ϱᡁ䕀 36°˗ ㄀Ѡ⃵䫊ϱᡁ䕀 144°˗㄀ϝ⃵䫊ϱᡁ䕀 575.5°DŽᑧҥߚᵤߎϸᇣ⧗䯈䎱П↨㑺Ў 1˖1/2˖1/4ˈ㗠䫊ϱᡁ䕀㾦П↨㑺Ў 1˖4˖16DŽ ᑧҥ䖬԰њϔ㋏߫ᅲ偠ˈԚ݅ৠⱘ㒧ᵰՓᑧҥᕫߎ㒧䆎ˈϸϾᏺৠ⾡⬉㥋ⱘᇣ⧗П䯈ⱘⳌѦᥦ᭹࡯੠ᅗӀП䯈ⱘ䎱⾏ⱘᑇᮍ៤ড ↨DŽৢᴹᑧҥᡞᅗ᥼ᑓࠄњᏺᓖ⾡⬉㥋ⱘᇣ⧗䯈ⱘᓩ࡯DŽ