關(guān)于庫(kù)侖定律形成史的幾點(diǎn)說(shuō)明

1、關(guān)于庫(kù)侖定律形成史的幾點(diǎn)說(shuō)明不少書刊在介紹庫(kù)侖定律時(shí)，均談到庫(kù)侖在1785年通過(guò)扭秤試驗(yàn)，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(jìn)而建立了庫(kù)侖定律。但是史實(shí)不盡如此，對(duì)庫(kù)侖定律的形成歷史，有必要予以介紹、說(shuō)明，以便有利于教學(xué)。一、庫(kù)侖不是扭秤的發(fā)明者>18世紀(jì)先后出現(xiàn)了基本原理一樣的四類扭秤，庫(kù)侖曾制做過(guò)多種。1777年，他制作了他的第一臺(tái)扭秤，并首先提出了計(jì)算懸絲扭力的公式（有一點(diǎn)錯(cuò)誤，1784年糾正）。1784年，庫(kù)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(guó)劍橋大學(xué)的科學(xué)家J·米謝爾（17241793）

2、早已做過(guò)把一塊磁鐵用線懸起，再用另一塊磁鐵推斥它的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)線的扭轉(zhuǎn)程度他測(cè)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(wàn)有引力定律，他首先提出了磁力的平方反比定律。這一實(shí)驗(yàn)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(shí)間的先后上看，不能說(shuō)是庫(kù)侖發(fā)明了扭秤，他只是重新發(fā)現(xiàn)或改進(jìn)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(jiǎn)況1759年前后，德國(guó)科學(xué)家F·愛(ài)皮努斯發(fā)現(xiàn)：當(dāng)兩電荷間距縮短時(shí)，其引力或斥力將增大。1766年，英國(guó)科學(xué)家J·普利斯特利（17331804）重做了1755年美國(guó)電學(xué)家B·富蘭克林（17061790）的

3、“金屬桶實(shí)驗(yàn)”，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(duì)空腔內(nèi)的電荷無(wú)電力作用。他據(jù)此并借助牛頓萬(wàn)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(guó)人J·羅比生（17391805）首次定量地進(jìn)行了電力測(cè)量，他測(cè)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(guó)物理學(xué)家H·卡文迪許（17311810）通過(guò)“同心金屬球?qū)嶒?yàn)”得出：電荷間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(gè)用實(shí)驗(yàn)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(guó)人F·豪克斯比，德國(guó)人J·邁爾和德國(guó)人J·朗伯特等，通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)，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(kù)侖的純實(shí)驗(yàn)結(jié)果庫(kù)侖提出的F1/r2，既不完全是從扭秤實(shí)驗(yàn)結(jié)果中直接得到的，也非單從扭秤實(shí)驗(yàn)中獲取的。當(dāng)時(shí)庫(kù)侖的扭秤實(shí)驗(yàn)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(shí)的電力僅僅是斥力。若無(wú)牛頓萬(wàn)有引力定律做類比，沒(méi)有前述科學(xué)家們的工作與貢獻(xiàn)，若事先無(wú)平方反比律的概念，庫(kù)侖的研究會(huì)曲折得多。1787年，庫(kù)侖又通過(guò)扭擺（電擺）實(shí)驗(yàn)，利用振蕩方法，測(cè)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(shí)驗(yàn)屬兩個(gè)不同類型的實(shí)驗(yàn)，前者屬靜力學(xué)實(shí)驗(yàn)，后者屬于動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。四、FQ1Q2不是庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果M·V·勞厄說(shuō)過(guò)：“庫(kù)侖假設(shè)兩個(gè)電荷之間的作用力與電量成正比，這純粹是對(duì)牛頓定律（即牛頓萬(wàn)有引力定律引者著）的一種類比。他對(duì)自己的主張未能提供證據(jù)，因?yàn)槿藗冞€沒(méi)有電荷的量度，直接從庫(kù)侖定律出發(fā)來(lái)定義電荷的量度的思想最先是由高斯提出的?！笔聦?shí)上，庫(kù)侖的確沒(méi)有進(jìn)行過(guò)改變電量的扭秤或電擺實(shí)驗(yàn)。在他看來(lái)FQ1Q2是顯然的，可以先驗(yàn)地接受它。他曾說(shuō)：“這個(gè)假設(shè)的前一部分無(wú)需加以證明。”（宋德生電

6、磁學(xué)發(fā)展史P.82，廣西人民版）。很顯然，沒(méi)有這一前提，庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)將無(wú)法開(kāi)展，因當(dāng)時(shí)還未確立電量的單位。后來(lái)德國(guó)物理學(xué)家C·高斯（17771865）經(jīng)實(shí)驗(yàn)獲得了FQ1Q2這一關(guān)系。五、結(jié)束語(yǔ)庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn)時(shí)間應(yīng)在17851787年，并非1785年；庫(kù)侖定律既是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律，也可以說(shuō)是牛頓引力定律在電學(xué)中的一個(gè)推論?？茖W(xué)家貝爾納指出：“電學(xué)和磁學(xué)定律，當(dāng)時(shí)是按照牛頓式的模型建立的”（歷史上的科學(xué)）。庫(kù)侖僅僅驗(yàn)證了電力與距離平方成反比關(guān)系，但沒(méi)有用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電力與電荷之積成正比，后者是類比得到的。原子時(shí)代的先驅(qū)者一書中說(shuō)道：“法國(guó)物理學(xué)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(xué)說(shuō)成為一門科學(xué)。”（科技文獻(xiàn)版）雖然庫(kù)侖不是第一個(gè)研究靜電力規(guī)律的人，盡管他的扭秤實(shí)驗(yàn)精度并不高，但他在這一課題上做了大量實(shí)驗(yàn)，寫出了一系列很有價(jià)值的研究論文，建立了重要的定律。他是靜電學(xué)的奠基人，庫(kù)侖的實(shí)驗(yàn)與定律在