高考物理知識(shí)點(diǎn)：庫侖與庫侖定律

　　電學(xué)是物理學(xué)的一個(gè)重要分枝，在它的發(fā)展過程中，很多物理學(xué)巨匠都曾作出過杰出的貢獻(xiàn)。法國物理學(xué)家查利·奧古斯丁·庫侖就是其中影響力非常巨大的一員。

　　庫侖在1736年6月14日生于法國昂古萊姆。庫侖家里很有錢，在青少年時(shí)期，他就受到了良好的教育。他后來到巴黎軍事工程學(xué)院學(xué)習(xí)，離開學(xué)校后，他進(jìn)入西印度馬提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以后，他又在埃克斯島瑟堡等地服役。這時(shí)庫侖就已開始從事科學(xué)研究工作了，他把主要精力放在研究工程力學(xué)和靜力學(xué)問題上。

　　他在軍隊(duì)里從事了多年的軍事建筑工作，為他1773年發(fā)表的有關(guān)材料強(qiáng)度的論文積累了材料。在這篇論文里，庫侖提出了計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變的分布的方法，這種方法成了結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)，一直沿用到現(xiàn)在。

　　1777年法國科學(xué)院懸賞，征求改良航海指南針中的磁針的方法。庫侖認(rèn)為磁針支架在軸上，必然會(huì)帶來摩擦，要改良磁針，必須從這根本問題著手。他提出用細(xì)頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。同時(shí)他對(duì)磁力進(jìn)行深入細(xì)致的研究，特別注意了溫度對(duì)磁體性質(zhì)的影響。他又發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭力和針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置算出靜電力或磁力的大小。這導(dǎo)致他發(fā)明了扭秤，扭秤能以極高的精度測(cè)出非常小的力。由于成功地設(shè)計(jì)了新的指南針結(jié)構(gòu)以及在研究普通機(jī)械理論方面作出的貢獻(xiàn)，1782年，他當(dāng)選為法國科學(xué)院院士。為了保持較好的科學(xué)實(shí)驗(yàn)條件，他仍在軍隊(duì)中服務(wù)，但他的名字在科學(xué)界已為人所共知。

　　庫侖在1785年到1789年之間，通過精密的實(shí)驗(yàn)對(duì)電荷間的作用力作了一系列的研究，連續(xù)在皇家科學(xué)院備忘錄中發(fā)表了很多相關(guān)的文章。

　　1785年，庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著名的庫侖定律。同年，他在給法國科學(xué)院的《電力定律》的論文中詳細(xì)地介紹了他的實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)試經(jīng)過和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　庫侖的扭秤是由一根懸掛在細(xì)長線上的輕棒和在輕棒兩端附著的兩只平衡球構(gòu)成的。當(dāng)球上沒有力作用時(shí)，棒取一定的平衡位置。如果兩球中有一個(gè)帶電，同時(shí)把另一個(gè)帶同種電荷的小球放在它附近，則會(huì)有電力作用在這個(gè)球上，球可以移動(dòng)，使棒繞著懸掛點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到懸線的扭力與電的作用力達(dá)到平衡時(shí)為止。因?yàn)閼揖�很細(xì)，很小的力作用在球上就能使棒顯著地偏離其原來位置，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與力的大小成正比。庫侖讓這個(gè)可移動(dòng)球和固定的球帶上不同量的電荷，并改變它們之間的距離：

　　第一次，兩球相距36個(gè)刻度，測(cè)得銀線的旋轉(zhuǎn)角度為36度。

　　第二次，兩球相距18個(gè)刻度，測(cè)得銀線的旋轉(zhuǎn)角度為144度。

　　第三次，兩球相距8.5個(gè)刻度，測(cè)得銀線的旋轉(zhuǎn)角度為575.5度。

　　上述實(shí)驗(yàn)表明，兩個(gè)電荷之間的距離為4：2：1時(shí)，扭轉(zhuǎn)角為1：4：16。由于扭轉(zhuǎn)角的大小與扭力成反比，所以得到兩電荷間的斥力的大小與距離的平方成反比。庫侖認(rèn)為第三次的偏差是由漏電所致。

　　經(jīng)過了巧妙的安排，仔細(xì)的實(shí)驗(yàn)，反復(fù)地測(cè)量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，找出誤差產(chǎn)生的原因，進(jìn)行修正，庫侖終于測(cè)定了帶等量同種電荷的小球之間的斥力。

　　但是對(duì)于異種電荷之間的引力，用扭稱來測(cè)量就遇到了麻煩。因?yàn)榻饘俳z的扭轉(zhuǎn)的回復(fù)力矩僅與角度的一次方成比例，這就不能保證扭稱的穩(wěn)定。經(jīng)過反復(fù)地思考，庫侖發(fā)明了電擺。他利用與單擺相類似的方法測(cè)定了異種電荷之間的引力也與它們的距離的平方成反比。

　　最后庫侖終于找出了在真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力與兩點(diǎn)電荷所帶的電量及它們之間的距離的定量關(guān)系，這就是靜電學(xué)中的庫侖定律，即兩電荷間的力與兩電荷的乘積成正比，與兩者的距離平方成反比。庫侖定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律，它使電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電學(xué)史中的一塊重要的里程碑。電荷的單位庫侖就是以他的姓氏命名的。

　　磁學(xué)中的庫侖定律也是利用類似的方法得到的。1789年法國大革命爆發(fā)，庫侖隱居在自己的領(lǐng)地里，每天全身心地投入到科學(xué)研究工作中去。同年，他的一部重要著作問世，在這部書里，他對(duì)有兩種形式的電的認(rèn)識(shí)發(fā)展到磁學(xué)理論方面，并歸納出類似于兩個(gè)點(diǎn)電荷相互作用的兩個(gè)磁極相互作用定律。庫侖以自己一系列的著作豐富了電學(xué)與磁學(xué)研究的計(jì)量方法，將牛頓的力學(xué)原理擴(kuò)展到電學(xué)與磁學(xué)中。庫侖的研究為電磁學(xué)的發(fā)展、電磁場理論的建立開拓了道路，這是他的扭秤在精密測(cè)量儀器及物理學(xué)的其它方面也得到了廣泛的應(yīng)用。

　　庫侖不僅在力學(xué)和電學(xué)上都做出了重大的貢獻(xiàn)，做為一名工程師，他在工程方面也同樣作出過重要的貢獻(xiàn)。他曾設(shè)計(jì)了一種水下作業(yè)法，這種作業(yè)法類似于現(xiàn)代的沉箱，它是應(yīng)用在橋梁等水下建筑施工中的一種很重要的方法。

　　他還給我們留下了不少寶貴的著作，其中最主要的有《電氣與磁性》一書，共七卷，于1785年至1789年先后公開出版發(fā)行。

　　1806年8月23日，庫侖因病在巴黎逝世，終年七十歲。