库仑定律的发现和验证
库仑定律是电磁学的基本定律之一。它的建立既是实验经验的总结，也是理论研究的成果。特别是力学中引力理论的发展，为静电学和静磁学提供了理论武器，使电磁学少走了许多弯路，直接形成了严密的定量规律。从库仑定律的发现和验证可以获得许多启示，对阐明物理学发展中理论和实验的关系，了解物理学的研究方法均会有所裨益。
一． 库仑定律的发现
1.1 从万有引力得到的启示
18世纪中叶，牛顿力学已经取得辉煌胜利，人们借助于万有引力的规律，对电力和磁力作了种猜测。
德国柏林科学院院士爱皮努斯(F.U.T. Aepinus, 1724-1802)1759年对电力作了研究。他在书中假设电荷之间的斥力和吸力随带电物体的距离的减少而增大，于是对静电感应现象作出了更完善的解释。不过，他并没有实际测量电荷间的作用力，因而只是一种猜测。
1760年，D.伯努利首先猜测电力会不会也跟万有引力一样，服从平方反比定律。他的想法显然有一定的代表性，因为平方反比定律在牛顿的形而上学自然观中是很自然的观念，如果不是平方反比，牛顿力学的空间概念就要重新修改。
富兰克林的空罐实验(也叫冰桶实验)对电力规律有重要启示。1755年，他在给兰宁(John Lining)的信中，提到过这样的实验：
“我把一只品脱银罐放在电支架(按：即绝缘支架)上，使它带电，用丝线吊着一个直径约为1英寸的木椭球，放进银罐中，直到触及罐的底部，但是，当取出时，却没有发现接触使它带电，象从外部接触的那样。”
富兰克林的这封信不久跟其他有关天电和尖端放电等问题的信件，被人们整理公开发表流传甚广，很多人都知道这个空罐实验，不过也和富兰克林一样，不知如何解释这一实验现象。
图1 富兰克林像图2 普利斯特列像
富兰克林有一位英国友人，名叫普利斯特利(Joseph Priestley, 1733—1804)，是化学家，对电学也很有研究。富兰克林写信告诉他这个实验并向他求教。普利斯特利专门重复了这个实验，在1767年的《电学历史和现状及其原始实验》一书中他写道1：
“难道我们就不可以从这个实验得出结论：电的吸引与万有引力服从同一定律，即距离的平方，因为很容易证明，假如地球是一个球壳，在壳内的物体受到一边的吸引作用，决不会大于另一边的吸引。”
普利斯特利的这一结论不是凭空想出来的，因为牛顿早在1687年就证明过，如果万有引力服从平
方反比定律，则均匀的物质球壳对壳内物体应无作用。他在《自然哲学的数学原理》第一篇第十二章《球体的吸力》一开头提出的命题（原文如图3 ），内容是：“设对球面上每个点都有相等的向心力，随距离的平方减小，在球面内的粒子将不会被这些力吸引。”牛顿用附图作出证明，他写道2：
图3 牛顿证明球壳内任一点不受球壳引力作用
“设HIKL为该球面，P为置于其中的一粒子，经P作两根线HK和IL，截出两段甚小的弧HI、KL；由于三角形HPI与LRK是相似的，所以这一段弧正比于距离HP，LP；球面上任何在HI和KL的粒子，终止于经过P的直线，将随这些距离的平方(按：意即以IH和KL为界的粒子的质量，应与弧长的平方成正比，而弧长又与距离成正比)所以这些粒子对物体P的力彼此相等。因为力的方向指向粒子，并与距离的平方成反比。而这两个比例相等，为1∶1。因此引力相等而作用在相反的方向，互相破坏。根据同样的理由，整个球面的所有吸引力都被对方的吸引力破坏。于是物体P绝不会被这些吸引力推动。Q.E.D.”
牛顿的论述是众所周知的。显然，读过牛顿著作的人都可能推想到，凡是遵守平方反比定律的物理量都应遵守这一论断。换句话说，凡是表现这种特性的作用力都应服从平方反比定律。这就是普利斯特利从牛顿著作中得到的启示。
不过，普利斯特利的结论并没有得到科学界的普遍重视，因为他并没有特别明确地进行论证，仍然停留在猜测的阶段，一直拖了18年，才由库仑正式提出。
1.2 早期的验证
实际上在库仑定律正式提出之前就已经有两个人对静电力作过定量的实验研究，并得到了明确的
结论。可惜，都因没有及时发表而未对科学的发展起到应有的推动作用。
一位是苏格兰的罗比逊(John Robison)。他注意到1759年爱皮努斯那本用拉丁文写的书，对爱皮努斯的猜测很感兴趣，就设计了一个杠杆装置，如图4。装置很精巧，利用活动杆所受重力和电力的平衡，从支架的平衡角度求电力与距离的关系。不过，他的装置只适于对同性电荷进行实验。电力与两球距离的关系如果用公式f∝r2＋δ表示，他得到 δ=0.06。这个δ就叫指数偏差。
图4 罗比逊的实验装置
罗比逊认为，指数偏大的原因应归于实验误差，由此得出结论，正如爱皮努斯的推测，电力服从平方反比定律。
另一位是卡文迪什(Henry Cavendish, 1731-1810)。他在1773年用两个同心金属壳作实验，如图5和图6。外球壳由两个半球装置而成，两半球合起来正好形成内球的同心球。卡文迪什这样描述他的装置3：
“我取一个直径为12.1英寸的球，用一根实心的玻璃棒穿过中心当作轴，并覆盖以封蜡。……然后把这个球封在两个中空的半球中间，半球直径为13.3英寸，1/20英寸厚。……然后，我用一根导线将莱顿瓶的正极接到半球，使半球带电。”
图5 卡文迪许的实验装置图 6 卡文迪什同心球实验的复原件
卡文迪什通过一根导线将内外球联在一起，外球壳带电后，取走导线，打开外球壳，用木髓球验电器试验内球是否带电。结果发现木髓球验电器没有指示，证明内球没有带电。
验电器测不到电荷，并不等于内球完全不带电，因为验电器有一定的灵敏度，会产生误差。 为了确定误差范围，卡文迪许将电荷一点一点加给内球，然后用验电器来检验，看木髓球有没有张开，如果验电器证明有电，就放电，然后再加一微量电荷，再进行测量，直至测不出来。这时加在内球上的
电量就是验电器的最大误差。卡文迪许根据测量，推算出这一误差不大于外球带电的1/60。于是他确定平方反比的指数偏差为δ=±1/50＝±0.02。应该说，卡文迪许是电荷相互作用定律的发现者之一。可惜，他没有公布这项发现。在他生前一直无人知道。直到1879年，即一百多年后，他的手稿辗转传到麦克斯韦手中。经麦克斯韦整理出版，他的工作才为世人所知。
卡文迪什这个实验的设计相当巧妙。他用的是当年最原始的电测仪器，却获得了相当可靠而且精确的结果。他成功的关键在于掌握了牛顿万有引力定律这一理论武器，通过数学处理，将直接测量变为间接测量，并且用上了示零法精确地判断结果，从而得到了电力的平方反比定律。
1.3 牛顿思想的影响
卡文迪什为什么要做这个实验呢?话还要从牛顿那里说起。
牛顿在研究万有引力的同时，还对自然界其他的力感兴趣。他把当时已知的三种力——重力、磁力和电力放在一起考虑，认为都是在可感觉的距离内作用的力，他称之为长程力(long-range force)。他企图找到另外两种力的规律，但都未能如愿。磁力实验的结果不够精确。他在《原理》的第三篇中写道4：
“重力与磁力的性质不同。……磁力不与所吸引的物质的量成比例。……就其与距离的关系，并不是随距离的平方而是随其三次方减小。这是我用粗略的试验所测的结果。”至于电力，他也做过实验，但带电的纸片运动太不规则，很难显示电力的性质。
在长程力之外，他认为还有另一种力，叫短程力(short-range force)。他在做光学实验时，就想找到光和物质之间的作用力(短程力)的规律，没有实现。他甚至认为还有一些其他的短程力，相当于诸如聚合、发酵等现象。
牛顿的思想在卡文迪什和另一位英国科学家米切尔的活动中得到了体现。米切尔是天文学家，也对牛顿的力学感兴趣。在1751年发表的短文《论人工磁铁》中，他写道5：
“每一磁极吸引或排斥，在每个方向，在相等距离其吸力或斥力都精确相等……按磁极的距离的平方的增加而减少，”他还说：“这一结论是从我自己做的和我看到别人做的一些实验推出来的。……但我不敢确定就是这样，我还没有做足够的实验，还不足以精确地做出定论。”
既然实验的根据不足，为什么还肯定磁力是按距离的平方成反比地减少呢?甚至这个距离还明确地规定是磁极的距离，可是磁极的位置又是如何确定的呢?显然，是因为米切尔先已有了平方反比的模式。 在米切尔之前确有许多人步牛顿的后尘研究磁力的规律，例如：哈雷(1687年)、豪克斯比、马森布洛克等人都做过这方面的工作，几乎连绵百余年，但都没有取得判决性的结果。
米切尔推断磁力平方反比定律的结论可以说是牛顿长程力思想的胜利，把引力和磁力归于同一形式，促使人们更积极地去思考电力的规律性。
米切尔和卡文迪什都是英国剑桥大学的成员，在他们中间有深厚的友谊和共同的信念。米切尔得知库仑发明扭秤后，曾建议卡文迪什用类似的方法测试万有引力。这项工作使卡文迪什后来成了第一位直接测定引力常数的实验者。正是由于米切尔的鼓励，卡文迪什做了同心球的实验。
图7 卡文迪什像
但是卡文迪什的同心球实验结果和他自己的许多看法，却没有公开发表。直到19世纪中叶，开尔文(即W.汤姆生)发现卡文迪什的手稿中有圆盘和同半径的圆球所带电荷的正确比值，才注意到这些手稿的价值，经他催促，才于1879年由麦克斯韦整理发表。卡文迪什的许多重要发现竟埋藏了一百年之久。对此，麦克斯韦写道6：
“这些关于数学和电学实验的手稿近20捆，”其中“物体上电荷(分布)的实验，卡文迪什早就写好了详细的叙述，并且费了很大气力书写得十分工整(就象要拿出去发表的样子)，而且所有这些工作在1774年以前就已完成，但卡文迪什(并不急于发表)仍是兢兢业业地继续做电学实验，直到1810年去世时，手稿仍在他自己身边。”卡文迪什出生于贵族家庭，家产厚禄，他都没有兴趣，一心倾注在科学研究之中。卡文迪什性情孤僻，人称科学怪人。他早年攻化学和热学，发现氢氧化合成水。他后来做的电学实验有：电阻测量，比欧姆早几十年得到欧姆定律；研究电容的性质和介质的介电常数，引出了电位的概念；他发现金属的温度越高，导电能力越弱，等等。他的同心球实验比库仑用扭秤测电力的实验早11年，而且结果比库仑精确。对于卡文迪什把全付心身倾注在科学研究工作上的这种精神，麦克斯韦写道7：
“卡文迪什对研究的关心远甚于对发表著作的关心。他宁愿挑起最繁重的研究工作，克服那些除他自己没有别人会重视甚至也没有别人知道的那些困难。我们毋庸怀疑，他所期望的结果一旦获得成功，他会得到多么大的满足，但他并不因此而急于把自己的发现告诉别人，不象一般搞科研的人那样，总是要保证自己的成果得到发表。卡文迪什把自己的研究成果捂得如此严实，以致于电学的历史失去了本来面目。”很少与人交往，唯独与米切尔来往密切，他们共同讨论，互相勉励。米切尔当过卡文迪什的老师，为了“称衡”星体的重量，曾从事大量天文观测。他们的共同理想是要把牛顿的引力思想从天体扩展到地球，进而扩展到磁力和电力。米切尔发现了磁力的平方反比定律，但他没能完成测量电力和地球密度的目标。卡文迪什正是为了实现米切尔和他自己的愿望而从事研究。可以说，米切尔和卡文迪什是在牛顿的自然哲学的鼓舞下坚持工作的。他们证实了磁力和电力这些长程力跟引力具有同一类型的规律后，并不认为达到了最终目标，还力图探求牛顿提出的短程力。卡文迪什在他未发表的手稿中多处涉及动力学、热学和气体动力学，都是围绕着这个中心，只是没有明确地表达出来。米切尔则把自己对短程力的普遍想法向普利斯特利透露过，在普利斯特利的著作——1772年发表的《光学史》一书中记述了米切尔的思想8。
1.4 库仑的电扭秤实验和振荡扭秤实验
库仑的电扭秤如图8所示，一个直径和高均为12英寸的玻璃圆缸，上面盖一块玻璃板，
板上开了两个洞。中间的洞接一根高24英寸的玻璃管，管的上端安有一根银丝，银丝下面
挂一横杆，杆的一端为小木球，另一端贴一配平用的纸片，玻璃圆缸上刻有360个刻度。悬丝自由垂放时，横杆上的小木球指零刻度。在它旁边是另一小木球，从盖板的另一小洞吊在缸内。实验时先让固定的小球带电，两球接触后分开，由于两球体形相同，所带电量应该是均等的。从扭秤悬丝的转角可以知道排斥力的大小，因为扭力与排斥力平衡而相互抵消。库仑取了如下的典型数据在报告中公布：
两小球分离分别为36、18、8.5个刻度，扭丝的转角分别为36、144、575.5个刻度，可见当距离为1∶1/2∶1/4时，转角为1∶22∶42。当距离近时，偏差较大。库仑认为可能是漏电所致，于是就作出结论：两个带同号电荷的小球间的相互排斥力和它们之间距离的平方成反比。
图7 库仑像图 8 库仑的电扭秤
1785年，库仑发表了第二篇论文，介绍他用振荡方法测量电吸引力的工作。实验装置如图9。实验还是用到扭秤，不过比排斥力实验的扭秤要粗大得多，在可活动的挂码下经蚕丝吊着一根针，针的一头固定一片金箔圆盘，圆盘前方正对一带电球G，G的直径1英尺。令G带正电，圆盘带负电，由于电吸引力的作用，圆盘在振荡时会改变周期。测量距离不同时的周期就可以求出不同距离的电吸引力。
图9 库仑的振荡扭秤
库仑列举了他所得的数据：在两中心相距分别为9、18、24英寸时，摆动15次的时间分别为20、 41、 60秒；证明振荡周期与距离基本上成正比。而振荡周期的平方应与作用在振子上的力成反比，所以电吸引力也与距离的平方成反比。
接着，库仑又用振荡扭秤研究了磁铁之间的吸引力和排斥力，得到磁力与距离平方成反比的结果。
应该说明，库仑的实验精确度并不很高，他并不完全是靠实验数据直接归纳出平方反比规律的。假如没有万有引力定律可以借鉴，假如不是已有许多科学家对力学规律和电学及磁学规律的相似性有所认识，库仑的研究难免会走一些弯路。人们也许要问，库仑是不是事先就有平方反比的思想框架?库仑本人对此并没有留下明确的提示，但是从史料后人可以看到如下几点：
1.库仑虽然直接测量了电荷之间作用力与距离的关系，但精确度毕竟有限，如果用平方反比关系表示，其指数偏差可达0.04。如果库仑不是先有平方反比的概念，他为什么不用F∝1/r
2.04或F∝1/r1.96来表示呢?
2.库仑并没有改变电量进行测量，而是说“假说的前一部分无需证明”，显然他是在模仿万有引力定律，认为电力分别与相互作用的两个电荷量成正比，就如同万有引力分别与相互作用的两个物体的质量成正比一样。
3.库仑在另一篇论文中还提到磁力的平方反比关系，写道：
“看来，磁流体即使不在本质上，至少也在性质上与电流体相似。基于这种相似性，可以假定这两种流体遵从若干相同的定律。”
库仑的实验当然是认真的，他如实地发表了实验结果。不过，他在行文中用了如下词汇：“非常接近16∶4∶1，可见，磁力和距离的平方成反比”。
显然，库仑在研究电力和磁力时也是把它们跟万有引力类比，事先建立了平方反比的概念。把理论思维和实验检验结合在一起，这就是库仑的成功经验。
1.5 静电学的发展借助于类比方法
从库仑定律的发现经过我们可以看到类比在科学研究中所起的作用。如果不是先有万有引力定律的发现，单靠实验具体数据的积累，不知要到何年才能得到严格的库仑定律的表达式。
实际上，整个静电学的发展，都是在借鉴和利用引力理论的已有成果的基础上取得的。我们可以从下面的年表（如表1）中看到概况。
表1 静电学的发展
年代 人物 贡献
1687年 牛顿 发表《原理》，阐述万有引力定律
1777年 拉格朗日 定义了势，势的梯度就是引力
1782年 拉普拉斯 发表拉普拉斯方程
1813年 泊松 指出拉普拉斯方程也适用于静电学，并提出泊松方程
1828年 格林 提出格林定理
1839年 高斯 提出高斯定理
其实，自然现象中许多过程都服从平方反比关系，例如：光的照度、水向四面八方喷洒、均匀固体中热的传导等无不以平方反比变化，这从几何关系就可以得到证明。因为同一光通量、水量、热量等等，通过同样的球面，球面的面积与半径的平方成正比(即S= 4πr2 )，所以强度与半径的平方成反比。如果在传播过程中有干扰的媒质，例如有一透镜置于光路中，就会使光的分布发生畸变，这就出现各向异性。所以，平方反比定律假定的基础是空间的均匀性和各向同性。
1.6 类比方法的意义
下面用几张图表来说明类比方法对科学研究的作用。
图10 类比方法的意义图11 等势面的类比
图12 类比方法举例
图13 电子学与光子学的类比之一 图14 电子学与光子学的类比之二
二． 库仑定律的验证
2.1 麦克斯韦的验证实验
1873年麦克斯韦在整理和重复卡文迪许的工作时，十分重视同心球电荷分布的实验。 为了改进这个实验，他亲自设计实验装置（如图15）和实验方法，并推算了实验的处理公式。麦克斯韦设想，当内外球连通时，外球充电至V （电位值）。如果库仑定律的指数不等于2，而是2＋δ， 则内球应有一定的电荷分布。 然后去掉连线， 再将外球接地， 则内球将具有某一电位值v ，
??
???????????+??????????=b a b a b a b a a V ln 4ln 21222δυ 其中a 、b 分别为外球半径与内球半径。
图15 麦克斯韦同心球实验装置 但是， 实际上v 测不出来， 而外球的高电位当时无法直接测量。 麦克斯韦的办法是取
仪器无法察觉的最大测量值作为v ， 从静电感应的电荷间接推算V ， 求得v/V 的比值， 再计算δ值。 关于这个实验， 麦克斯韦曾经有过描述9：
“两个外半球固定在绝缘支架上， 两球靠胶木环架在固定的位置， 这样安装可使内球的绝缘支架不至暴露在任何可感受到的电力作用之下， 因此也就不至带电， 所以可以完全避免沿绝缘体表面放电的干扰。
“在测试内球电位之前， 外半球并不移开， 而是留在原处， 但要接地放电。 外半球不移开， 内球带电对验电器的作用会比外半球移开的情况差些， 但导体容器避免外界干扰而得到的可靠保证， 远远补偿了这一不利之处。
“在外壳的开口处用小金属盘作为盖子， 盘上固定一根短导线，使外壳和内球连结， 用 一根丝线将盖子和导线提起，就可以从开口处插入静电计的电极，以接触到内球上。 “验电器是汤姆生式象限静电计。象限静电计的外盒及电极之一常处于接地状态，探试电极也接地直到同心球的外壳放完电为止。
“为了估计外壳原来充电到什么程度，在离外壳不远处放置一带绝缘支架的小铜球。 “实验步骤如下：外壳接于莱顿瓶而充电。小铜球接地，于是小铜球因静电感应而带负电荷，再让它与地隔绝。 外壳与内球间的连接导线用丝线移走。外壳放电，并保持接地。静电计的探试电极脱离接地，由外壳的小口伸入，触及内球。
“在静电计上一点反应也观察不到。
“为了试验仪器的灵敏度， 外壳脱离接地， 小铜球接地放电， 静电计显示一正向偏转D 。
“小铜球的负电荷大约是外壳原来带电的1/54。 当外壳接地时， 外壳从铜球感应而得的正电荷大约是铜球电荷的1/9。 因此， 当铜球接地时， 外壳的电位即静电计所指示的数值，大约为外壳原来电位的1/486。
“但如斥力符合r q-2的规律， 依照计算公式可得内球电位应为外壳电位的-0.1478q 。 “于是， 设静电计观察不到的最大偏转为±d ， 实验第二部分观察到的偏转为D ，则q 不至超过±
D
d ?721， 即使在粗糙的实验中偏转D 也会大于300d ， 所以q 不至超过±1/21600。 ”
图16 麦克斯韦同心球实验的说明 这个实验做得十分精细，以至直到1936年的五六十年未曾有人超过。
2.2. 进一步检验库仑定律
1936年，美国沃赛斯特(Worcester）工学院的普林普顿(Plimpton)和洛顿(Lawton)10在新的基础上验证了库仑定律。他们运用新的测量手段，改进了卡文迪许和麦克斯韦的零值法，消除和避免了实验中几项主要误差，从而大大地提高了测量精度。
图17 普林普顿和洛顿的实验原理图
实验线路和装置如图17：外球壳由两块直径为5英尺的半球形铁皮焊成，用陶瓷绝缘支起，内球只是一个直径为4英尺的金属半球壳，与一个封闭的铜盒连在一起，铜盒内放置检测器。内电极不是球形，不会影响实验结果。检验器经五级电子管放大，由封在铜盒内的电池组供电。放大器的最后一级带低阻尼电流计，其固有振动频率特意选定为大约2周/秒。内外球经检测器相连。如内外球间有电位差，就会有电流通过检测器，电流计就会有反应。
外球壳上加高压超低频的交流电。其频率及放大器系数都调谐到电流计的固有振动频率，即大约2周/秒。这样的好处是：①尽可能提高检测的灵敏度；②避免接触电位差的影响；③避免内外球之间的互感作用。但是不管电压加到多高（他们加到3千伏），电流计仍无反应。这种方法他们取名为准静态法。
外球壳的密封很重要。为了能用望远镜观察到电流计的偏转，必须在外球壳上开口，但又要保证外球壳的密封性，解决的办法是用一玻璃底的金属盘作盖，盘内盛有盐水，盐水液面与球壳取齐，在盐水中浸有一块导线栅网，以保证外球为闭合导体。这个实验的灵敏度是如此之高，只要把盐液撤去，就可以观察到电流计出现了振动。
超低频的高电压是用所谓电容（感应）发生器，靠静电感应作用得到的。频率用直流电机的转速来控制。
他们用这套装置进行了多次实验，不同的实验者都确认电流计除了由于热运动造成的1微伏指示外没有其它振动。他们用麦克斯韦推出的公式进行计算，令V＝3000伏，v＝1×10-6伏， a=2.5英尺， b=2英尺，得到的δ值为≤2×10-9。
1971年，美国韦斯雷昂(Wesleyan）大学的威廉斯(E.R.Williams)等人11用现代的测试手段，原理如图18，将平方反比定律的指数偏差δ又延伸了好几个数量级。
图18 威廉斯等人的实验原理图
在此之前已有好几起实验结果，不断地刷新记录（见表2）。威廉斯等人采用高频高压信号、锁定放大器和光学纤维传输来保证实验条件，但基本方法和设计思想跟卡文迪许和麦克斯韦是一脉相承的。他们用五个同心金属壳，而不是两个，采用十二面体形，而不是球形。
峰峰值为10千伏的4兆赫高频高压信号加在最外面两层金属壳上，检测器接到最里面的两层，用来检验是否接收到信号。
为了检测可能接收到的信号，从壳外经光学纤维送入一参考信号。这参考信号直接由外壳上的高频高压取得，经移相器（每半小时移相360°）投到光电管上，与可能接收到的信号混频，再经放大滤波，送入电压频率转换器，最后由发光二极管变成光信号送出。
用光学纤维传输信号，只需在金属壳上开一针孔，而高频信号是通不过针孔的。从检测器输出的任何以半小时为周期的信号都将是违反库仑定律的证据。实验证明，检测到的信号经过最小二乘法处理峰峰值不超过10-12伏，而这正是由于布朗运动造成的所谓约翰孙效应的噪音电平的近似值。
根据麦克斯韦的公式，得到平方反比定律的指数偏差δ≤（2.7±3.1）×10-16。
2.3 实验验证库仑定律的重大意义
为什么科学家对库仑定律的指数偏差这样感兴趣，竟有越来越多的人从事实验进行验
证呢？这是因为库仑定律的实验验证有重大的意义。
原来，库仑定律是电磁学的基石，也是麦克斯韦方程的基石。如果电力与平方反比定律有偏差，麦克斯韦方程就要作重大修正，光子就应有静质量，不同频率的电磁波，就应以不同的速度传播，狭义相对论的“光速不变原理”就要被动摇。这一系列的问题，可以归结到一点，就是光子究竟有没有静质量。这不仅是理论上的重大问题，而且也是需要靠实验来探索的问题。
1930年代初期普罗卡(A.Proca)假设光子有静质量M，对麦克斯韦方程作了补充，提出一套方程（人称普罗卡方程），表示如图19 ：
图19 麦克斯韦方程和普罗卡方程的比较
（红色为麦克斯韦方程，绿色为普罗卡的修正，修正后即为普罗卡方程）如果电子静质量为零，则普罗卡方程还原为麦克斯韦方程。图20 和图21 表示电子静质量为零和不为零的两种情况，说明电子静质量为零正是电磁场对称性和守恒性所必须的条件。
图20 牛顿和麦克斯韦理论的出发点图21 普罗卡理论的出发点
从库仑定律指数偏差的上限值，可以推算出光子静质量的上限值。除了库仑定律，还可
根据地磁、人造卫星以及天体间的磁场测量可以间接得到光子静质量的上限值，主要靠与高斯定律对应的安培环路定律来验证。表1列出了各个时期用不同方法得到的结果。
表2 库仑定律的验证结果和光子的静质量
工作者年代库仑定律的指数偏差
δ不大于由此推算得出的光子静质量不大于（克）
罗比孙1769 6×10-2
卡文迪许1773 2×10-2
库仑1785 4×10-2
麦克斯韦1873 4.9×10-5
普林普顿、洛顿1936 2.0×10-9 3.4×10-44
柯克朗、富兰肯1967 9.2×10-123×10-45
巴尔特勒特等人1970 1.3×10-133×10-46
威廉斯等人1971 (2.7±3.1)×10-16 1.6×10-47
薛定谔1943 2×10-47*
金斯伯格1963 8×10-48*
尼特、哥德海伯1968 4×10-48*
凡伯1969 10-44**
戴维斯等人1975 7×10-49***
* 从地磁数据检验安培环路定律得到的数据。
** 根据光的色散得出的数据。
*** 从木星磁场测得的数据。
迄今为止，光子究竟有没有静质量，尚未作出结论。
应该指出，要从实验判断光子严格没有静质量是不可能的，因为任何测量都有其不确定度，无法得出绝对等于零的结果。但是，随着测量精度的提高和探索范围的延伸，人们可以不断推进这个结果，把光子静质量的上限尽可能地减少到最低限度。究竟在哪个量级上光子会出现静质量，这当然是物理学界十分感兴趣的问题。
参考文献
1 E.Whittaker, A History of the Theories of Aether and Electricity, V ol.I (1951)53.
2 I.Newton, Mathematical Principles of Natural Philosophy, Califonia,1946,p.193.
3转引自：D.M.Turner,Makers of Science:Electricity and Magnetism, Oxford,1927,,p.34.
4牛顿著，郑太朴译，自然哲学之数学原理，商务印书馆，1931，p.719.
5转引自：A.Wolf, A History of Science,Technology and Philosophy in the 18th
Century,MacMillan,1939, p.270.
6 J.C.Maxwell (ed.), The Electrical Researches of the Honourable Henry Cavendish, Cambridge, 1879, p.45.
7同上。
8 R.McCormmach, BJHS,4(1968),p.126.
9 J.C.Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, (Oxford, 1904)V ol.I,p.80.
10 S.J.Plimpton and https://www.doczj.com/doc/06331094.html,wton, Phys,Rev., 50(1936)1066.
11 E.R.Williams et al, Phys.Rev.Lett.,26(1971)721.
静电力及库仑定律同步练习 1．(多选)在库仑扭秤实验中，对于库仑力的研究，用到了下述哪些思想方法() A．均分思想B．放大法 C．控制变量法D．补偿法 2. (2012·青岛二中高二检测)如图1－2－5所示，两个带电球，大球的电荷量大于小球的电荷量，可以肯定() A．两球都带正电 B．两球都带负电图1－2－5 C．大球受到的静电力大于小球受到的静电力 D．两球受到的静电力大小相等 3．(2013·厦门一中高二检测)关于库仑定律，下列说法中正确的是() A．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体 B．根据F＝k q1q2 r2，当两电荷的距离趋近于零时，静电力将趋向无穷大 C．若点电荷q1的电荷量大于q2的电荷量，则q1对q2的静电力大于q2对q1的静电力 D．库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律 4. (2012·山师大附中高二检测)如图1－2－6所示，在绝缘的光滑水平面上，相隔一定距离有两个带同种电荷的小球，从静止同时释放，则两个小球的加速度和速度大小随时间变化的情况是() A．速度变大，加速度变大 B．速度变小，加速度变小图1－2－6 C．速度变大，加速度变小 D．速度变小，加速度变大 5．(2012·海南第二中学高二期末)在真空中，两个点电荷原来带的电荷量分别为q1和q2，且相隔一定的距离．若先将q2增加为原来的3倍，再将两点电荷间的距离缩小为原来的一半，则前后两种情况下两点电荷之间的库仑力之比为
() A．1∶6B．1∶12 C．12∶1D．6∶1 6. (多选)如图1－2－7所示，两根丝线挂着两个质量相同的小球A、B，此时上、下丝线的受力分别为F T A和F T B；如果使A、B均带正电，上、下丝线的受和F T B′，则() 力分别为F A．F T A′＝F T A B．F T A′＜F T A C．F T B′＝F T B D．F T B′＞F T B 图1－2－7 7．(2012·西安一中高二检测)设某星球带负电荷，一电子粉尘悬浮在距星球表面1 000 km的地方，若将同样的电子粉尘带到距星球表面2 000 km的地方，相对于该星球无初速度释放，则此电子粉尘() A．向星球下落B．仍在原处悬浮 C．推向太空D．无法判断 8．(2011·海南高考)三个相同的金属小球1、2、3分别置于绝缘支架上，各球之间的距离远大于小球的直径．球1的带电量为q，球2的带电量为nq，球3不带电且离球1和球2很远，此时球1、2之间作用力的大小为F.现使球3先与球2接触，再与球1接触，然后将球3移至远处，此时1、2之间作用力的大小仍为F，方向不变．由此可知() A．n＝3B．n＝4 C．n＝5 D．n＝6 9．(2012·新疆实验中学高二检测)如图1－2－8所示，三个完全相同的金属小球a、b、c位于等边三角形的三个顶点上．a和c带正电，b带负电，a所带电荷量的大小比b的小．已知c受到a和b的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示，它应是() A．F1B．F2 C．F3D．F4 图1－2－8 10. (多选)(2012·泉州五中高二检测)把一带正电小球a放在光滑绝缘斜面上，欲使小球a能静止在如图1－2－9所示的位置，需在MN间放一带电小球b，则 () A．b球带正电，放在A点
第2节 库仑定律 1.点电荷是理想模型，当带电体的大小和形状在研究的问 题中的影响可以忽略时，带电体可被看成点电荷。 2．库仑定律表达式为F ＝k q 1q 2r 2，此式仅适用于真空中的 点电荷。静电力常量k ＝9.0×109 N·m 2 /C 2 。 一、探究影响电荷间相互作用力的因素 1．实验原理：如图1-2-1所示，小球受Q 的斥力，丝线偏转。 图1-2-1 F ＝mg tan_θ，θ变大，F 变大。 2．实验现象 (1)小球带电荷量不变时，距离带电物体越远，丝线偏离竖直方向的角度越小。 (2)小球处于同一位置时，小球所带的电荷量越大，丝线偏离竖直方向的角度越大。 3．实验结论：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。 二、库仑定律 1．库仑力：电荷间的相互作用力，也叫做静电力。 2．点电荷：带电体间的距离比自身的大小大得多，以致带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间的作用力的影响可忽略时，可将带电体看做带电的点，即为点电荷。 3．库仑定律 (1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 (2)表达式：F ＝k q 1q 2 r 2，k ＝9.0×109_N·m 2/C 2，叫做静电力常量。 (3)适用条件：真空中的点电荷。 三、库仑的实验
1．实验装置：库仑做实验用的装置叫做库仑扭秤。如图1-2-2所示，细银丝的下端悬挂一根绝缘棒，棒的一端是一个带电的金属小球A ，另一端有一个不带电的球B ，B 与A 所受的重力平衡。当把另一个带电的金属球C 插入容器并使它靠近A 时，A 和C 之间的作用力使悬丝扭转，通过悬丝扭转的角度可以比较力的大小。 图1-2-2 2．实验步骤 (1)改变A 和C 之间的距离，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F 与距离r _的关系。 (2)改变A 和C 的带电荷量，记录每次悬丝扭转的角度，便可找出力F 与带电荷量q _之间的关系。 3．实验结论 (1)力F 与距离r 的二次方成反比，即F ∝1r 2。 (2)力F 与q 1和q 2的乘积成正比，即F ∝q 1q 2。 所以F ∝ q 1q 2r 2或F ＝k q 1q 2r 2。 1．自主思考——判一判 (1)实验表明电荷之间的作用力一定和电荷间的距离成反比。(×) (2)实验表明两个带电体的距离越大，作用力就越小。(√) (3)点电荷是一个带有电荷的点，它是实际带电体的抽象，是一种理想化模型。(√) (4)球形带电体一定可以看成点电荷。(×) (5)很大的带电体也有可能看做点电荷。(√) 2．合作探究——议一议 (1)比较库仑定律F ＝k q 1q 2r 2 与万有引力定律F ＝G m 1m 2 r 2，你会发现什么？ 提示：仔细观察，我们会发现它们有惊人的相似：两个公式中都有r 2，即两种力都与距离的二次方成反比；两个公式中都有与作用力有关的物理量(电荷量或质量)的乘积，且两种力都与乘积成正比；这两种力的方向都在两个物体的连线上。对静电力与万有引力进行
一、电荷守恒定律、库仑定律练习题 一、选择题 1．关于点电荷的说法，正确的是[ ] A．只有体积很小的带电体，才能作为点电荷 B．体积很大的带电体一定不能看作点电荷 C．点电荷一定是电量很小的电荷 D．两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理 2．将不带电的导体A和带有负电荷的导体B接触后，在导体A中的质子数[ ] A．增加B．减少 C．不变D．先增加后减少 3．库仑定律的适用范围是[ ] A．真空中两个带电球体间的相互作用 B．真空中任意带电体间的相互作用 C．真空中两个点电荷间的相互作用 D．真空中两个带电体的大小远小于它们之间的距离，则可应用库仑定律 4．把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是[ ] A．带有等量异种电荷 B．带有等量同种电荷 C．带有不等量异种电荷 D．一个带电，另一个不带电 5．有A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A间都是相互吸引的，如果A 带正电，则[ ] A．B、C球均带负电
B．B球带负电，C球带正电 C．B、C球中必有一个带负电，而另一个不带电 D．B、C球都不带电 6．A、B两个点电荷间距离恒定，当其它电荷移到A、B附近时，A、B之间的库仑力将[ ] A．可能变大B．可能变小 C．一定不变D．不能确定 7．两个半径均为1cm的导体球，分别带上＋Q和－3Q的电量，两球心相距90cm，相互作用力大小为F，现将它们碰一下后，放在两球心间相距3cm处，则它们的相互作用力大小变为[ ] A．3000F B．1200F C．900F D．无法确定 8．真空中有两个固定的带正电的点电荷，其电量Q1＞Q2，点电荷q置于Q1、Q2连线上某点时，正好处于平衡，则[ ] A．q一定是正电荷 B．q一定是负电荷 C．q离Q2比离Q1远 D．q离Q2比离Q1近 9．如图1所示，用两根绝缘丝线挂着两个质量相同不带电的小球A和B，此时，上、下丝线受的力分别为T A、T B；如果使A带正电，
静电力库仑定律 【教学目标】 （1）知道点电荷，体会科学研究中的理想模型方法。 （2）了解两种电荷间的作用规律，掌握库仑定律的内容及其应用。 【教学重点】 掌握真空中点电荷间作用力大小的计算及方向的判定——库仑定律 【教学难点】 真空中点电荷间作用力为一对相互作用力，遵从牛顿第三定律 【教学媒体】 1、演示实验：有机玻璃棒、丝绸、碎纸片、毛皮、橡胶棒、铝箔包好的草球、 表面光滑洁净的绝缘导体、绝缘性好的丝线、绝缘性好的支架、铁架台。 2、课件：库仑扭秤实验模拟动画。 【教学安排】 【新课导入】 从上节课我们学习到同种电荷相吸引，异种电荷相排斥，这种静电荷之间的 相互作用叫做静电力。力有大小、方向和作用点三要素，我们今天就来具体学习 一下静电力的特点。 【新课内容】 1.静电力与点电荷模型 （1）静电力的作用点——作用在电荷上，如果电荷相对于物体不Array能自由移动，则所有电荷受力的合力就是带电体的受力（可视为作用 在物体的电荷中心上，怎么找电荷的中心呢？——如果形状规则的物体所带 电荷又是均匀分布的话，电荷中心可看作在物体的几何中心上。如：右图1 为一均匀带电的环性物体，其电荷可看集中在圆心处） （2）静电力的方向——沿着两电荷的连线。 （3）静电力的大小（电荷A对B与B对A的力等大反向，与所带电荷多少无关） i.猜想：可能与哪些因素有关，说出猜测的理由？（与电荷所带电量有关，电 量越大，力越大，理由——放电导致电量减小后，验电器的金箔张角减小说 明斥力减小；也与电荷间的距离有关，带电物体靠近时才能吸引轻小物体，
离的远时吸不起来） ii.定性实验： 如图2，先把表面光滑洁净的绝缘导体放在A处，然后把铝箔包好 的草球系在丝线下，分别用丝绸摩擦过的玻璃棒给导体和草球带 上正电，把草球先后挂在P1、P2、P3的位置，带电小球受到A 的 作用力的大小可以通过丝线对竖直方向的偏角大小显示出来。观察实验发现带电小球在P1、P2、P3各点受到的A的作用力依次减小；再增大丝线下端带电小球的电量，观察实验发现，在同一位置小球受到的A的作用力增大了。 教师总结：该实验说明了电荷之间的相互作用力大小与电量的大小、电荷间距离的大小有关，电量越大，距离越近，作用力就越大；反之电量越小，距离越远，作用力就越小。作用力的方向，可用同种电荷相斥，异种电荷相吸的规律确定。教师补充说明，考虑到带电体的受力是所带电荷受力的合力的问题，这个静电力大小其实还会与物体的体积、形状、电荷分布有关。因此，我们今天只研究一个简化的模型——点电荷。（回顾：质点的概念，当物体的形状与两物体间的距离相比可以忽略的时候，可以忽略物体的形状和大小，将物体看做质点。） 板书：1、当带电体的尺寸与它们之间的距离相比可以忽略的时候，可以将带电体看作点电荷。 什么是点电荷？简而言之，带电的质点就是点电荷。点电荷的电量、位置可以准确地确定下来。正像质点是理想的模型一样，点电荷也是理 想化模型。真正的点电荷是不存在的，但是，如果带电体间的距离比它 们的大小大得多，以致带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽 略不计时，这样的带电体就可以看成点电荷。均匀带电球体或均匀带电 球壳也可看成一个处于该球球心，带电量与该球相同的点电荷。 iii.如何设计实验来寻找关系式？（方法——控制变量） 先要保持带电物体的电荷大小不变，改变其距离，探究静电力与距离的关系，然后再保持两物体间距不变，改变电量，探究静电力与电量大 小的关系。 问题1——如何测量静电力的大小？（可参考前面定性实验的方法，
§1、1 库仑定律和电场强度 1．1．1、电荷守恒定律 大量实验证明：电荷既不能创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，正负电荷的代数和在任何物理过程中始终保持不变。这个定律为电荷守恒定律，它是物理学的重要定律之一。 我们熟知的摩擦起电就是电荷在不同物体间的转移，静电感应现象是电荷在同一物体上、不同部位间的转移。此外，液体和气体的电离以及电中和等实验现象都遵循电荷守恒定律。 1．1．2、库仑定律 真空中，两个静止的点电荷1q 和2q 之间的相互作用力的大小和两点电荷电量的乘积成正比，和它们之间距离r 的平方成反比；作用力的方向沿它们的连线，同号相斥，异号相吸 2 21r q q k F = 式中k 是比例常数，依赖于各量所用的单位，在国际单位制（SI ）中的数值为： 2 29/109C m N k ??=（常将k 写成 41πε = k 的形式，0ε是真空介电常数， 2 2 12 0/10 85.8m N C ??=-ε） 库仑定律成立的条件，归纳起来有三条：（1）电荷是点电荷；（2）两点电荷是静止或相对静止的；（3）只适用真空。 条件（1）很容易理解，但我们可以把任何连续分布的电荷看成无限多个电荷元（可视作点电荷）的集合，再利用叠加原理，求得非点电荷情况下，库仑力的大小。由于库仑定律给出的是一种静电场分布，因此在应用库仑定律时，可以把条件（2）放宽到静止源电荷对运动电荷的作用，但不能推广到运动源电荷对静止电荷的作用，因为有推迟效应。关于条件（3），其实库仑定律不仅适用于真空，也适用于导体和介质。当空间有了导体或介质时，无非是出现一些新电荷——感应电荷和极化电荷，此时必须考虑它们对源电场的影响，但它们也遵循库仑定律。 1．1．3、电场强度 电场的客观存在可由电场对处于其中的任意电荷的作用力来体现，为了从力的角度来
电荷守恒定律库仑定律练习题 一、选择题 1．关于点电荷的说法，正确的是[ ] A．只有体积专门小的带电体，才能作为点电荷 B．体积专门大的带电体一定不能看作点电荷 C．点电荷一定是电量专门小的电荷 D．两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理 2．将不带电的导体A和带有负电荷的导体B接触后，在导体A中的质子数[ ] A．增加B．减少 C．不变D．先增加后减少 3．库仑定律的适用范畴是[ ] A．真空中两个带电球体间的相互作用 B．真空中任意带电体间的相互作用 C．真空中两个点电荷间的相互作用 D．真空中两个带电体的大小远小于它们之间的距离，则可应用库仑定律 4．把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发觉两球之间相互排斥，则A、B两球原先的带电情形可能是[ ] A．带有等量异种电荷 B．带有等量同种电荷 C．带有不等量异种电荷 D．一个带电，另一个不带电 5．有A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A间差不多上相互吸引的，假如A 带正电，则[ ] A．B、C球均带负电 B．B球带负电，C球带正电 C．B、C球中必有一个带负电，而另一个不带电 D．B、C球都不带电 6．A、B两个点电荷间距离恒定，当其它电荷移到A、B邻近时，A、B之间的库仑力将[ ] A．可能变大B．可能变小 C．一定不变D．不能确定 7．两个半径均为1cm的导体球，分别带上＋Q和－3Q的电量，两球心相距90cm，相互作用力大小为F，现将它们碰一下后，放在两球心间相距3cm处，则它们的相互作用力大小变为[ ] A．3000F B．1200F C．900F D．无法确定 8．真空中有两个固定的带正电的点电荷，其电量Q1＞Q2，点电荷q置于Q1、Q2连线上某点时，正好处于平稳，则[ ] A．q一定是正电荷 B．q一定是负电荷 C．q离Q2比离Q1远 D．q离Q2比离Q1近 9．如图1所示，用两根绝缘丝线挂着两个质量相同不带电的小球A和B，现在，上、下丝线受的力分别为T A、T B；假如使A带正电，
高一物理库仑定律练习题 一、电荷守恒定律和库仑定律 1.电荷的多少叫做 ，单位是库仑，符号是C 。所有带电体的带电量都是电荷量e= 的整数倍，电荷量e 称为 。 2.点电荷是一种 模型，当带电体本身 和 对研究的问题影响不大时，可以将带电体视为点电荷。真正的点电荷是不存在的，这个特点类似于力学中质点的概念。 3.使物体带电有方法：_____起电、_____起电、_____起电，其实质都是_______的转移。 4.电荷既不能 ，也不能 ，只能从一个物体 到另一个物体，或从物体的 转移到 ，在转移的过程中，电荷的总量 ，这就是电荷守恒定律。 5．真空中两个 之间的相互作用力F 的大小，跟它们的电荷量Q 1、Q 2的乘积成 ，跟它们的距离r 的 成反比，作用力的方向沿着它们的 。公式F= 其中静电力常量k ,适用范围： 。 1.一个点电荷对放在相距10cm 处的另一个点电荷的静电力为F ，如果两个点电荷之间的距离减少到5cm ，此时它们之间的静电力为（ ） A ．2F B ．4F C ．F/2 D ．F/4 2．如图所示三个点电荷q 1、q 2、q 3固定在一直线上，q 2与q 3距离为q 1与q 2距离的2 倍，每个电荷所受静电力的合力均为零，由此可以判定，三个电荷的电量之比为（ ） A ．―9:4:―36 B ．9:4:36 C ．―3:2:―6 D ．3:2:6 3．取一对用绝缘支柱支持的金属导体A 和B ，使它们彼此接触，起初它们不带电，现 在把带正电荷的球C 移近导体A ，如图，用手触摸一下A ，放开手，再移去C ，再把A 和B 分开，此时A 和B 上带电情况是（ ） A ．A 和 B 都带负电 B ．A 和B 不带电 C ．A 带负电，B 不带电 D ．A 和B 都带正电 4．图中A 、B 是两个不带电的相同的绝缘金属球，它们靠近带正电荷的金球C ．在下列情况中，判断 A 、 B 两球的带电情况： （1）A 、B 接触后分开，再移去C ，则A________，B______； （2）A 、B 接触，用手指瞬间接触B 后再移去C ，则A________，B_______； （3）A 、B 接触，用手指接触A ，先移去C 后再移去手指，则A_______，B_______ 5.中子内有一个电荷量为e 32+的上夸克和两个电荷量为e 3 1-的下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径 为r 的同一圆周上，如图1所示。图2给出的四幅图中，能正确表示出各夸克所受静电作用力的是 6.两个点电荷，电量分别是q 1=4×10－9C 和q 2=－9×10－9Ｃ，两者固定于相距20cm 的a 、b 两点上， 要使一个点电荷放在某点恰好能静止不动，求这点的位置. 7.如图所示，在真空中同一条直线上的A 、B 两点固定有电荷量分别为+4Q 和-Q 的点电荷。①将另一个点电荷放在该直线上的哪个位置，可以使它在电场力作用下保持静止？②若要求这三个点电荷都只在电场力作用下保持静止，那么引入的这个点电荷应是正电荷还是负电荷？电荷量是多大？
第一章 静电场 第2节 库仑定律 [课时作业] 一、单项选择题 1.在真空中有两个带电小球,带电荷量分别是q 1和q 2,则( ) A.电荷量大的小球受到的库仑力大 B.电荷量小的小球受到的库仑力大 C.两个小球受到的库仑力大小相等 D.只有两个带电小球所带电荷量相等,它们受到的库仑力的大小才相等 解析：由F ＝k Q 1Q 2r 2 可知,库仑力的大小与两电荷的带电荷量的乘积成正比,与单个带电体的电荷量无关,故A 、B 错误；库仑力是电荷间的相互作用力,遵守牛顿第三定律,故C 正确,D 错误. 答案：C 2.用控制变量法可以研究影响电荷间相互作用力的因素. 如图所示,O 是一个带电的物体,若把系在丝线上的带电小 球先后挂在横杆上的P 1、P 2、P 3等位置,可以比较小球在 不同位置所受带电物体的作用力的大小.这个力的大小可 以通过丝线偏离竖直方向的角度θ显示出来.若物体O 的电荷量用Q 表示,小球的电荷量用q 表示,物体与小球间距离用d 表示,物体和小球之间的作用力大小用F 表示.则以下对该实验现象的判断正确的是( ) A.保持Q 、q 不变,增大d ,则θ变大,说明F 与d 有关 B.保持Q 、q 不变,减小d ,则θ变大,说明F 与d 成反比 C.保持Q 、d 不变,减小q ,则θ变小,说明F 与q 有关 D.保持q 、d 不变,减小Q ,则θ变小,说明F 与Q 成正比 解析：保持Q 、q 不变,根据库仑定律公式F ＝k Qq d 2,增大d ,库仑力变小,则θ变小, 减小d ,库仑力变大,则θ变大,实验表明,随着d 的减小,F 增大,不能说明F 与d 成反比,故A 、B 错误；保持Q 、d 不变,减小q ,则库仑力变小,θ变小,知F 与q 有关,故C 正确；保持q 、d 不变,减小Q ,则库仑力变小,θ变小,只能说明随着Q 减小,F
库仑定律 一、选择题(每小题5分，共50分) 1.点电荷是静电学中的第一个理想模型，它是指（ ）。 A ．球形带电体 B ．体积很小的带电体 C ．带电量很小的带电体 D ．形状和大小对相互作用力的影响可以忽略的带电体 1、关于点电荷概念，下列说法正确的是（ D ） A 、点电荷就是电荷量很小的电荷 B 、点电荷就是体积很小的电荷 C 、体积较大的带电体，不能看作点电荷 D 、带电体能否看作点电荷，要视实际情况而定 1.关于对元电荷的理解，下列说法正确的是( C ) A .元电荷就是电子 B .元电荷就是质子 C .元电荷是表示跟电子所带电荷量数值相等的电荷量 D .元电荷是带电荷量最小的带电粒子 2.关于库仑定律.以下说法中正确的是( ) A .库仑定律适用于点电荷,点电荷其实就是体积很小的带电体 B .库仑定律是实验定律 C .库仑定律仅对静止的点电荷间相互作用才正确 D .根据库仑定律，当两个点电荷间的距离趋近于零时，则库仑力趋近于无穷大 2.关于库仑定律的公式2 21r Q Q k F ，下列说法中正确的是( B ) ①.当真空中两个电荷间距离r →∞时，它们间的静电力F →0 ②.当真空中两个电荷间距离r →0时，它们间的静电力F →∞ ③.当两个电荷间的距离r →∞时，库仑定律的公式就不适用了 ④.当两个电荷间的距离r →0时，电荷不能看成是点电荷，库仑定律的公式就不适用了 A 、①② B 、①④ C 、②③ D 、③④ 2．对于库仑定律，下列说法正确的是 （ C ） A ．凡计算两个点电荷间的作用力，就可以使用公式 B ．两个带电小球即使距离非常近，也能用库仑定律 C ．相互作用的两个点电荷，不论它们的电荷量是否相同，它们之间的库仑力大小一定 相等 D ．两个点电荷的电两个减为原来的一半，它们之间的距离保持不变，则它们之间的库 仑力减为原来的一半 3、两个半径均为r 的金属球放在绝缘支架上,两球面最近距离为r,带等量异种电荷,电荷量为Q.两球之间的静电力为下列选项中的哪一个（ B ） A.等于2 29r Q k B.大于2 29r Q k C.小于2 29r Q k D.等于2 29r Q k 3.A 、B 两点电荷间的距离恒定，当其他电荷移到A 、B 附近时，A 、B 间相互
第七讲 库仑定律与电场强度 一.电荷、电荷守恒定律 元电荷：电荷量的电荷，叫元电荷。任意带电体的电荷量都是元电荷电荷量的整数倍。 电荷守恒定律： 二．库仑定律 1.内容：在真空中静止的两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向在他们的连线上。 2.公式： 3.适用条件：①真空中<空气中也近似成立），②点电荷。 4.点电荷：如果带电体间的距离比它们的大小大得多，以致带电体的形状对相互作用力的影响可忽略不计，这样的带电体可以看成点电荷。三．库仑定律的应用 1.库仑电荷分配法：两个完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和在平均分配。 2.自由点电荷共线平衡问题 即共线平衡的三个自由电荷，电性是“两侧同，中间异”，电量是“夹小”—指中间电荷电量最小，“靠小”—指中间电荷靠近电量较小的电荷。 3.三自由点电荷共线不平衡<具有共同的加速度）问题 练习 1.关于点电荷，下列说法中正确的是(> A .只有体积很小的带电体才能看成是点电荷 B .体积较大的带电体一定不能看成是点电荷 C .当两个带电体的大小形状对它们之间的相互作用的影响可忽略时，这两个带电体均可看成点电荷 D .当带电体带电量很少时，可看成点电荷 2．两个分别带有电荷量Q -和+3Q 的相同金属小球<均可视为点电荷），固定在相距为r 的两处，它们间库仑力的大小为F 。两小球相互接触后将其固定距离变为2r ，则两球间库仑力的大小为<）A ．112F B ．34F C ．43F D ．12F 3.有两个点电荷所带电量的绝对值均为Q ，从其中一个电荷上取下△Q 的电量，并加在另一个电荷上，那么它们之间的相互作用力与原来相比(>A .一定变大B .一定变小 C .保持小变 D .因为两电荷电性不确定，无法判断 4.<2018普陀一模）如图，在水平面上A 、B 、C 三点固定着三个电荷量 C 1060.119-?=e 叫静电力常量）式中,/100.9(229221C m N k r Q Q k F ??= =
第2节 库仑定律 1．电荷之间存在着相互作用力称为静电力或库仑力，在真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上． 2．库仑定律的表达式是：F ＝k q 1q 2r 2，其中k ＝9.0×109_N·m 2/C 2 . 3．下列关于点电荷的说法，正确的是( ) A ．只有体积很大的带电体才能看成点电荷 B ．体积很大的带电体一定不能看成点电荷 C ．一切带电体都能看成点电荷 D ．当两个带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，这两个带电体才可以看成点电荷 答案 D 解析 带电体能否被看成点电荷，与它们的体积大小无关．当带电体的大小及形状对它们之间的相互作用力的影响可以忽略时，这样的带电体就可以看成点电荷． 4．库仑定律的适用范围是( ) A ．真空中两个带电球体间的相互作用 B ．真空中任意带电体间的相互作用 C ．真空中两个点电荷间的相互作用 D ．真空中两个带电体的大小远小于它们之间的距离，则可应用库仑定律 答案 CD 5．两个点电荷相距r 时相互作用为F ，则( ) A ．电荷量不变距离加倍时，作用力变为F /2 B ．其中一个电荷的电荷量和两电荷间距离都减半时，作用力为4F C ．每个电荷的电荷量和两电荷间距离都减半时，作用力为4F D ．每个电荷的电荷量和两电荷间距离都增加相同倍数时，作用力不变 答案 D 解析 由F ＝k q 1q 2r 2知，若q 1、q 2不变，而r 变为原来的两倍时，则F 要变为原来的1 4 ， 故选项A 不正确；若其中一个电荷的电荷量和两电荷间距离减半时，则作用力变为原来的两倍，故选项B 错误；若每个电荷的电荷量和两电荷间距离都减半或增加相同的倍数时，则作用力保持不变，故C 错，D 对． 【概念规律练】 知识点一 库仑定律的适用条件 1．关于库仑定律，下列说法正确的是( ) A ．库仑定律适用于点电荷，点电荷其实就是体积很小的球体 B ．根据F ＝k q 1q 2 r 2 ，当两点电荷间的距离趋近于零时，电场力将趋向无穷大 C ．若点电荷q 1的电荷量大于q 2的电荷量，则q 1对q 2的电场力大于q 2对q 1的电场力 D ．库仑定律和万有引力定律的表达式相似，都是平方反比定律 答案 D 2．两个半径为R 的带电球所带电荷量分别为q 1和q 2，当两球心相距3R 时，相互作用的静电力大小为( )
电荷守恒定律 库仑定律 一、电荷及电荷守恒定律 1．元电荷、点电荷 （1）元电荷：e ＝1．6×10－19 C ，所有带电体的电荷量都是元电荷的整数倍，其中质子、正电子的电荷量与元电荷 相同，但符号相反． （2）点电荷：当带电体本身的大小和形状对研究的问题影响很小时，可以将带电体视为点电荷． 2．电荷守恒定律 （1）内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变． （2）起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电． （3）带电实质：物体带电的实质是得失电子． （4）电荷的分配原则：两个形状、大小相同的导体，接触后再分开，两者带同种电荷时，电荷量平均分配；两者带异种电荷时，异种电荷先中和后平分． 3．感应起电：感应起电的原因是电荷间的相互作用，或者说是电场对电荷的作用． （1）同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引． （2）当有外加电场时，电荷向导体两端移动，出现感应电荷，当无外加电场时，导体两端的电荷发生中和． 二、库仑定律 1．内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上． 2．表达式：F ＝k Q 1Q 2 r 2，式中k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，叫做静电力常量． 3．适用条件：真空中的点电荷． （1）在空气中，两个点电荷的作用力近似等于真空中的情况，可以直接应用公式． （2）当两个带电体的间距远大于本身的大小时，可以把带电体看成点电荷． 基础检测 1．[对电现象的理解]关于电现象，下列说法中正确的是 （ ） A ．感应起电是利用静电感应，使电荷从物体的一部分转移到物体的另一部分的过程 B ．带电现象的本质是电子的转移，中性物体得到多余电子就一定带负电，失去电子就一定带正电 C ．摩擦起电是普遍存在的现象，相互摩擦的两个物体总是同时带等量异种电荷 D ．当一种电荷出现时，必然有等量异种电荷出现，当一种电荷消失时，必然有等量异种电荷同时消失 2．[对库仑定律适用条件的理解]关于库仑定律的公式F ＝k q 1q 2 r 2，下列说法正确的是（ ） A ．当真空中的两个点电荷间的距离r →∞时，它们之间的静电力F →0 B ．当真空中的两个电荷间的距离r →0时，它们之间的静电力F →∞ C ．当真空中的两个电荷之间的距离r →∞时，库仑定律的公式就不适用了 D ．当真空中的两个电荷之间的距离r →0时，电荷不能看成是点电荷，库仑定律的公式就不适用了 3．[库仑定律和电荷守恒定律的应用]使两个完全相同的金属小球（均可视为点电荷）分别带上－3Q 和＋5Q 的电荷后，将它们固定在相距为a 的两点，它们之间库仑力的大小为F 1．现用绝缘工具使两小球相互接触后，再将它们固定在相距为2a 的两点，它们之间库仑力的大小为F 2．则F 1与F 2之比为 （ ）
库仑定律 电场力的性质 一、库仑定律 电荷守恒定律 1．点电荷 有一定的电荷量，忽略形状和大小的一种理想化模型． 2．电荷守恒定律 (1)起电方式：摩擦起电、接触起电、感应起电． (2)带电实质：物体带电的实质是得失电子． (3)内容：电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移过程中，电荷的总量保持不变． 3．库仑定律 (1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上． (2)表达式：F ＝k q 1q 2 r 2，式中k ＝9.0×109 N·m 2/C 2，叫做静电力常量． (3)适用条件：①真空中；②静止；③点电荷． [深度思考] 计算两个带电小球之间的库仑力时，公式中的r 一定是指两个球心之间的距离吗？为什么？ 答案 不一定．当两个小球之间的距离相对于两球的直径较小时，两球不能看做点电荷，这时公式中的r 大于(带同种电荷)或小于(带异种电荷)两个球心之间的距离． 二、电场、电场强度 1．电场 (1)定义：存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用的一种特殊物质． (2)基本性质：对放入其中的电荷有力的作用． 2．电场强度 (1)定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F 与它的电荷量q 的比值． (2)定义式：E ＝F q ，q 为试探电荷． (3)矢量性：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向．
3．场强公式的比较 4．电场的叠加 (1)电场叠加：多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和． (2)运算法则：平行四边形定则． 5．等量同种和异种点电荷的电场强度的比较 连线上O点场强最小，指 1．定义 为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向，在电场中画出一些曲线，曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，曲线的疏密表示电场的强弱． 2．电场线的三个特点 (1)电场线从正电荷或无限远处出发，终止于无限远或负电荷处； (2)电场线在电场中不相交； (3)在同一幅图中，电场强度较大的地方电场线较密，电场强度较小的地方电场线较疏． 1.如图所示，两个不带电的导体A和B，用一对绝缘柱支持使它们彼此接触．把一带正电荷的物体C置于A
电荷守恒定律、库仑定律练习题 一、选择题 1．关于点电荷的说法，正确的是[ ] A．只有体积很小的带电体，才能作为点电荷 B．体积很大的带电体一定不能看作点电荷 C．点电荷一定是电量很小的电荷 D．两个带电的金属小球，不一定能将它们作为电荷集中在球心的点电荷处理 2．将不带电的导体A和带有负电荷的导体B接触后，在导体A中的质子数[ ] A．增加B．减少 C．不变D．先增加后减少 3．库仑定律的适用范围是[ ] A．真空中两个带电球体间的相互作用 B．真空中任意带电体间的相互作用 C．真空中两个点电荷间的相互作用 D．真空中两个带电体的大小远小于它们之间的距离，则可应用库仑定律 4．把两个完全相同的金属球A和B接触一下，再分开一段距离，发现两球之间相互排斥，则A、B两球原来的带电情况可能是[ ] A．带有等量异种电荷 B．带有等量同种电荷 C．带有不等量异种电荷 D．一个带电，另一个不带电 5．有A、B、C三个塑料小球，A和B，B和C，C和A间都是相互吸引的，如果A 带正电，则[ ] A．B、C球均带负电
B．B球带负电，C球带正电 C．B、C球中必有一个带负电，而另一个不带电 D．B、C球都不带电 6．A、B两个点电荷间距离恒定，当其它电荷移到A、B附近时，A、B之间的库仑力将[ ] A．可能变大B．可能变小 C．一定不变D．不能确定 7．两个半径均为1cm的导体球，分别带上＋Q和－3Q的电量，两球心相距90cm，相互作用力大小为F，现将它们碰一下后，放在两球心间相距3cm处，则它们的相互作用力大小变为[ ] A．3000F B．1200F C．900F D．无法确定 8．真空中有两个固定的带正电的点电荷，其电量Q1＞Q2，点电荷q置于Q1、Q2连线上某点时，正好处于平衡，则[ ] A．q一定是正电荷 B．q一定是负电荷 C．q离Q2比离Q1远 D．q离Q2比离Q1近 9．如图1所示，用两根绝缘丝线挂着两个质量相同不带电的小球A和B，此时，上、下丝线受的力分别为T A、T B；如果使A带正电，
第2节 静电力 库仑定律 （对应人教A 的） 情景导入 知识互动： 知识点一、点电荷 1、点电荷：点电荷是只有电荷量，而没有大小、形状的理想化模型，与力学中学过的“质点”的概念类似，实际中并不存在． 疑难解析：什么样的带电体可以看做点电荷呢？并不是带电体的体积足够小，就可以看成点电荷．一个带电体能否看成点电荷决定于自身的大小、形状与所研究问题之间的关系，如果带电体的形状与大小对研究的问题没有影响或影响小到可以忽略不计，那就可以看做是点电荷。这是一种抓主要因素忽略次要因素的研究方法。 知识点二、库仑定律： 1、内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比；作用力的方向在它们的连线上，这一规律称为库仑定律． 2、表达式： 221r Q Q k F =，其中k 是静电力常量，92-29.010N m /C k =??，其意义为：两个电荷量为1C 的点电荷在真空中相距1m 时，相互作用力为×109N ． 3、库仑定律的适用条件： ①真空中（空气中也近似成立）． ②点电荷：即带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计． 【疑难点拨】 ①库仑力是一种“性质力”：库仑力也叫静电力，它是电荷之间的一种相互作用力，是一种“性质力”，与重力、弹力、摩擦力一样具有自己的特性．电荷间相互作用的库仑力也同样遵循牛顿第三定律．在实际应用时，与其他力一样，受力分析时不能漏掉． ②当多个点电荷同时存在时，任意两个点电荷间的作用仍遵守库仑定律，任一点电荷所受的库仑力可利用矢量合成的平行四边形定则求出合力． ③在应用库仑定律时，q 1、q 2可只代入绝对值算出库仑力的大小， 再由同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引来判断方向． 知识点三、引力常量的测量 1、测量引力常量的困难： ①这种作用力非常小，没有足够精密的测量器具；②那时连电 量的单位都没有，当然就无法比较电荷的多少了；③带电体上电荷 的分布不清楚，难以确定相互作用的电荷之间的距离． 2、库伦的解决方法： (1)用扭称装置显示微小的力： 图 同学们已经知道同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，但两电荷间作用力的大小与哪些因素有关？同学们可以提出自己的总总猜想，比如：与两球的带电量的多少、两球之间的距离……，本节就来探讨影响静电力大小的因素，给出计算静电力大小的公式．
库仑定律、电场强度 － 选择题 如图，真空中，点电荷q 在场点P 处的电场强度可表示为2 014r q E e r πε= ， 其中r 是q 与P 之间的距离，r e 是单位矢量。r e 的方向是 ()A 总是由P 指向q ； ()B 总是由q 指向P ； ()C q 是正电荷时，由q 指向P ； ()D q 是负电荷时，由q 指向 P 。 〔 〕 答案：()B 根据场强定义式0 q F E =，下列说法中正确的是： ()A 电场中某点处的电场强度就是该处单位正电荷所受的力； ()B 从定义式中明显看出，场强反比于单位正电荷； ()C 做定义式时0q 必须是正电荷； ()D E 的方向可能与F 的方向相反。 〔 〕 答案：()A 一均匀带电球面，电荷面密度为σ，球面内电场强度处处为零，球面上面元d S 的一个带电量为σd S 的电荷元，在球面内各点产生的电场强度 ()A 处处为零 ()B 不一定都为零 ()C 处处不为零 ()D 无法判定 〔 〕 答案：()C 空间某处附近的正电荷越多，那么有： ()A 位于该处的点电荷所受的力越大；()B 该处的电场强度越大； ()C 该处的电场强度不可能为零； ()D 以上说法都不正确； 〔 〕 答案：()D 库仑定律的适用范围是 ()A 真空中两个带电球体间的相互作用； ()B 真空中任意带电体间的相互作用； ()C 真空中两个正点电荷间的相互作用； ()D 真空中两个带电体的大小远小于它们之间的距离。 〔 〕 答案：()D 在等量同种点电荷连线的中垂线上有A 、B 两点,如图所示，下列结论正确的是 ()A A B E E <，方向相同； ()B A E 不可能等于B E ,但方向相同； ()C A E 和B E 大小可能相等，方向相同； ()D A E 和B E 大小可能相等，方向不相同。 〔 〕 答案：()C 电荷之比为1:3:5的三个带同号电荷的小球A 、B 、C ，保持在一条直线上，相互间距离比小球直径 q P
《电荷、电荷守恒定律、库仑定律》基础导学 姓名 班级 组别 使用时间 【学习目标】 1、知道两种起电方式不是创造了电荷，而是使物体中的正负电荷分 开； 2、知道电荷守恒定律，知道什么是元电荷，什么是点电荷； 3、会用库仑定律公式进行计算，牢记各个物理量的含义，知道静电力 常量。 【重点、难点分析】 重点：库伦定律，静电感应难点：电荷的守恒定律，物体带点的 实质 【自主学习】 1、丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫做电荷，毛皮摩擦过的橡胶棒带 的电荷叫做电荷。 2、在课文中提及的带电方式有: 。 区别是：摩擦起电的实质是，感应起电的实质是 。 3、电荷守恒定律：。 4、元电荷的含义是：。 点电荷的含义是：。 5、库伦定律的表述是：。 表达式为，在计算量个电荷之间的库伦力的时候，可以将二者 之间的的忽略。 6、库仑定律适用条件。库仑做实验用的装置叫做 。库伦做实验的研究方法是。静电力常量为。 【合作探究】 1、（C层）实验：取有绝缘支柱的两个不带电枕形导体A、B，使它 们彼此接触。 1）把带正电荷的球C移近彼此接触的异体A，B，判断A，B上的金属箔 有什么变化？说明什么？
2）如果先把C移走，A和B上的金属箔有什么变化？说明什么？ 3）如果先把A和B分开，然后移开C，判断A和B有什么变化？说明什么？ 4）如果再让A和B接触，A和B上的金属箔有什么变化？说明什么？，重新接触后A和B上的金属箔有什么变化？说明什么？ 2、（B层）两个完全相同的金属球，一个带+6×10-8C的电量，另一个带－2×10-8C的电量。把两球接触后再分开，两球分别带电多少？规律是什么？ 3、（B层）两个完全相同的均匀带电小球，分别带电量q1=2C正电荷，q2=4C负电荷，在真空中相距为r且静止，相互作用的静电力为F。（1）今将q1、q2、r都加倍，相互作用力如何变？ （2）只改变两电荷电性，相互作用力如何变？ （3）只将r 增大4倍，相互作用力如何变？ （4）将两个小球接触一下后，仍放回原处，相互作用力如何变？（5）接上题，为使接触后，静电力大小不变应如何放置两球 4、（A层）如图真空中有三个点电荷，它们固定在边长50cm的等边三角形的三个顶点上，每个电荷都是＋2×10-6C,求他们各自所受的库仑力，并在图中标明各自的受力方向。 A B C
库仑定律 电场强度 1．共点力的平衡条件：物体不受力或所受外力的合力为零． 2．在某力作用下几个物体运动的加速度相同时，常用整体法求加速度，隔离法求相互作用力． 3．库仑定律 (1)内容：真空中两个静止点电荷之间的相互作用力的大小，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上． (2)公式：F ＝kq 1q 2 r 2 ，适用条件：①真空中；②点电荷． 4．电场强度 (1)定义式：E ＝F q ，适用于任何电场，是矢量，单位：N/C 或V/m. (2)点电荷的场强：E ＝kQ r 2，适用于计算真空中的点电荷产生的电场． (3)规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度方向．电场中某一点的电场强度E 与试探电荷q 无关，由场源电荷(原电场)和该点在电场中的位置决定． 5．场强叠加原理和应用 (1)当空间有几个点电荷同时存在时，它们的电场就互相叠加，形成合电场，这时某点的场强就是各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和． (2)场强是矢量，遵守矢量合成的平行四边形定则． 一、场强公式E ＝F q 与E ＝k Q r 2的比较 电场强度是由电场本身决定的，E ＝F q 是利用比值定义的电场强度的定义式，q 是试探电荷，E 的大小与q 无关．E ＝k Q r 2是点电荷电场强度的决定式，Q 为场源电荷的电荷量，E 的大小与Q 有关． 例1 关于电场强度E ，下列说法正确的是( ) A ．由E ＝F q 知，若q 减半，则该处电场强度为原来的2倍 B ．由E ＝k Q r 2知，E 与Q 成正比，而与r 2成反比 C ．由E ＝k Q r 2知，在以Q 为球心，以r 为半径的球面上，各处场强均相同 D ．电场中某点的场强方向就是该点正电荷受到的静电力的方向 解析 E ＝F q 为场强定义式，电场中某点的场强E 只由电场本身决定，与试探电荷无关，A 错误；E ＝k Q r 2是点电荷Q 产生的电场的场强决定式，故可见E 与Q 成正比，与r 2 成反比，B 正 确；因场强为矢量，E 相同，意味着大小、方向都相同，而在以场源点电荷为球心的球面上各处E 的方向不同，故C 错误；电场中某点的场强方向与正电荷在该点所受静电力的方向相 同，故D 正确． 答案 BD 二、两个等量点电荷周围的电场 解决这类题目的关键是熟记等量异种点电荷、等量同种点电荷周围电场线的分布情况，依据电场线的分布分析电场强度的变化，再结合牛顿第二定律和运动学公式分析加速度和速度的变化． 例2 两个带等量正电荷的点电荷，O 点为两电荷连线的中点，a 点在连线的中垂线上，若在a 点由静止释放一个电子，如图1所示，关于电子的运动，下列说法正确的是( )