卡文迪许与库伦论文.pdf

物理论文班级 : 姓名：学号：题目：人物简介卡文迪许公元 1731 年 10 月 10 日生于法国尼斯英国化学家、物理学家1742—1748 年他在伦敦附近的海克纳学校读书1749—1753 年期间在剑桥彼得豪斯学院求学在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作他的实验研究持续达50 年之久 1760 年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员，1803 年又被选为法国研究院的18 名外籍会员之一公元 1810 年 3 月 10 日，卡文迪许在伦敦逝世库伦1736 年 6 月 14 日生于昂古莱姆法国物理学、军事工程师 1761 年毕 业于军事工程学校，并作为军事工程师服役多年1781 年当选为法国科学 院院士法国大革命时期，他辞去公职，在布卢瓦附近乡村过隐居生活， 拿破仑执政后，他返回巴黎，继续进行研究工作1806 年 8 月 23 日在巴黎 逝世主要成就卡文迪许 ： 1 、发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离平方成反比；2、他提出每个带电体的周围有“电气”，与电场理论很接近；3、最先提出电势的概念，这对静电理论的发展起了很重要作 用；4、在物理学上他最主要的成就是通过扭秤实验验证了牛顿 的万有引力定律，确定了引力常数和地球平均密度。

库伦： 1、改进了船用指南针； 2、找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷 所带的电量及它们之间的距离的定量关系，既静电学中的库仑定； 3、发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可 利用这种装置算出静电力或磁力的大小，发明了扭秤卡文迪许扭秤实验1789 年，英国物理学家卡文迪许 (H.Cavendish ）利用扭秤，成功地测出了引力常量的数值，证明了万有引力定律的正确卡文迪许解决问题的思路是，将不易观察的微小变化量，转化为容易观察的显著变化量，再根据显著变化量与微小量的关系算出微小的变化量[1]试验示意图实验原理卡文迪许用一个质量大的铁球和一个质量小的铁球分别放在扭秤的两端扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子用激光照射镜子，激光反射到一个很远的地方，标记下此时激光所在的点用两个质量一样的铁球同时分别吸引扭秤上的两个铁球由于万有引力作用扭秤微微偏转但激光所反射的远点却移动了较大的距离他用此计算出了万有引力公式中的常数G 此实验的巧妙之处在于将微弱的力的作用进行了放大尤其是光的反射的利用原理利用了二次放大法1，尽可能地增大了T 型架连接两球的长度使两球间万有引力 产生较大的力矩，使杆偏转2，尽力的增大弧度尺与系统的距离使小镜子的反射光在弧线上转动了较大角度引力常量G=6.67*10^-11 库仑扭秤实验 1773-1777年间，库仑发明可精确测定微小力的扭秤。

1785 年用经改进的电 扭秤发现，两电荷间的电力与它们各自电量的乘积成正比，与它们之间距离的平 方成反比 1787年又发现两磁铁之间的磁力与距离平方成反比的规律试验示意图库伦扭称实验示意图实验原理 在细金属丝 下悬挂一根秤杆，它的一端有一小球A 带电荷 q1，另一端有 平衡体 P，在 A 旁还置有另一与它一样大小的固定小球B 带电荷 q2为了研究 带电体之间的作用力，先使A、B 各带一定的电荷，这时秤杆会因A 端受力而 偏转转动悬丝上端的悬钮， 使小球回到原来位置 这时悬丝的扭力矩等于施于 小球 A 上电力的力矩如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、 标定，则由旋钮上指针转过的角度读数和已知的秤杆长度可以得知在此距离下 A、B 之间的作用力库仑定律概念：描述静止点电荷之间的相互作用力 的规律库仑定律真空中，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， F 12y沿 r 方向——斥力； 若两者异号，则 F 12 沿 - r 方向——吸力. 显然 q2 对 q1 的作用力 F21 = -F12 （1-2 ） 在 MKSA 单位制中 力 F 的单位：牛顿（ N）=千克· 米 / 秒 2(kg·m/S2)（量纲：M LT - 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 2 e0 = 8.854 187 818(71)×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库仑定律的物理意义(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 [ 例 1-1] 比较氢原子中 质子 与电子的库仑力和万有引力（均为距离 平方 反比力 ） 据经典理论，基态氢原子 中电子的“轨道”半径r ≈ 5.29×10 -11 米 核子的线度≤ 10 -15 米 , 电子的线度≤ 10 -18 米, 故两者可看成“点 电荷”. 库仑定律示意图(5 张 )两者的电量e ≈ ± 1. 60 ×10 -19 库仑 质量mp ≈ 1.67 ×10 -27 千 克 me ≈ 9.11 ×10 -31 千克 万有 引力 常数G ≈ 6.67 ×10 -11 牛 ·米 2 / 千克 2 电子所受库仑力 Fe =- e2r / 4pe0r3 电子所受引力 Fg= -Gmpmer /r3 两者之比：Fe /Fg = e2 / 4pe0Gmpme ≈2.27 ×10 39 （1-6 ） 由此可见， 电磁力 在原子、分子结构中起决定性作用，这种作用力远大 于万有引力引起的作用力，即可表述为质量对物体间的影响力远小于电磁力 的作用，并且有：电荷之间的作用力随着电荷量 的增大而增大，随着距离的 增大而减小。

学习和应用库仑定律的注意事项(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)人物个人影响卡文迪许和库伦在电磁学的发展中都起到了至关重要的作用，文迪许是有史以来最伟大的实验科学家之一，卡文迪许利用扭秤， 成功地测出了引力常量的数值引力常量的测出， 不仅用实验证明了万有引力定律的存在，更使得万有引力定律有了真正的实用价值，并由此计算出了地球的质量，后人称他是“ 第一个称量地球的人＂对于他的贡献，我们应该永远铭记和发扬库仑在研究静磁力中，把磁针的支托改为用头发丝或蚕丝悬挂，以消除摩擦引起的误差，从而获得 1777 年 法国科学院的头等奖他进而研究了金属丝的扭力，于 1784年提出了 金属 丝的扭力定律。

这二成果具有极为重要的意义，它给出了一种新的测量极小力的方法同年他设计出一种新型测力仪器──扭秤利用扭秤，根据实验得出了电学中的基本定律──库仑定律他把同样的结果推广到两个磁极之间的相互作用，这项成果意义重大，它标志着电学和磁学研究从定性进人了定量研究。