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。