Question

为什么说两个向相反方向运动的点电荷不能用库仑定律?

Answer 1

　库仑定律：真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，作用力的方向沿着这
　　两个点电荷的连线,同号电荷相斥，异号电荷相吸。公式：F=k*(q1*q2)/r^2
　　库仑定律成立的条件：处在真空中，必须是点电荷。
　　库仑定律的实验验证：库仑定律是1784--1785年间库仑通过纽秤实验总结出来的。纽秤的结构如下图。在细金属丝下悬挂一根秤杆，它的一端有一小球A，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。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。
　　如何比较力的大小【通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小】
　　库仑定律 COULOMB’S LAW
　　库仑定律——描述静止点电荷之间的相互作用力的规律
　　真空中，点电荷 q 对 q0 的作用力为
　　F=k*(q*q0)/r^2
　　其中：
　　r ——两者之间的距离
　　r ——从 q到 q0方向的矢径
　　k ——库仑常数
　　上式表示：若 q 与 q0 同号， F 10 y沿 r 方向——斥力；
　　若两者异号， 则 F 10 沿 - r 方向——吸力.
　　显然 q0 对 q 的作用力
　　F01 = -F10 （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
　　核和电子的线度 ≤ 10-15 米 ,故两者可看成 “点电荷”.
　　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。