从库仑定律谈物理定律的教学论文.doc

从库仑定律谈物理定律的教学论文 摘要：物理定律是物理理论赖以建立的基础通过库仑定律的教学要引导并帮助学生了解物理定律的讨论、建立和发展理解物理定律在揭示事物的本质、规律和内在规律中所发挥的重要作用从而提高教学的思想性 关键词：库仑定律物理定律教学 摘要：物理定律是物理理论赖以建立的基础通过库仑定律的教学要引导并帮助学生了解物理定律的讨论、建立和发展理解物理定律在揭示事物的本质、规律和内在规律中所发挥的重要作用从而提高教学的思想性 关键词：库仑定律物理定律教学 物理定律是在观察和实验基础上发现的实验规律各种物理定律从各自不同的角度和侧面揭示了事物的本质、规律和内在联系物理定律是物理理论赖以建立的基础也是检验各种物理理论是非真理的标准因此物理定律的建立是有关研究领域获得重要进展的标志在物理教学中物理定律的阐述理说当然得占有重要的地位 当然在教学中不可能也没有必要凡遇到物理定律都作系统全面的考察但结合各定律的特点有选择地作一些引申和发挥注意把具体内容的讲授与科学思维能力的培养结合起来是有益的这也应该成为物理教学改革的一个重要方面 下面以熟知的库仑定律为例进行讨论 1785年库仑设计制作了一台精巧的扭秤它能测量108牛顿的弱力通过扭秤实验库仑得出：“两个带同种电荷的小球之间的相互排斥力和它们之间距离的平方成反比”库仑测出电引力单摆的振动周期与摆锤（点电荷）到电引力中心（另一异号点电荷）的距离成反比从而证明两异号点电荷之间的电引力也与距离的平方成反比又一次显示了类比的威力 库仑定律包括三个内容即Fr2,FQ1Q2,F的方向沿两点电荷的连线除Fr2已被上述实验证实外另两者来自何处呢由于库仑力是电场力与物体带电状况有关在其表达式中需要引入定量描述物体带电状况的物理量电量应该指出FQ1Q2正是电量的定义而并非实验结果因为在尚未定义电量之前是无法用实验来证明电场力与电量乘积成正比的同样在万有引力定律的表达式中也包含了引力质量的定义诸如此类俯拾皆是借此比较电量之类的异同指出电场力与引力都与距离的平方成反比电量和质量都遵循各自的守恒律但电量有正负（这使得电场力有吸引、排斥之区别且可以屏蔽）电量无相对论效应电量具有量子性等等以开阔视野使学生对电量这个物理量具有较为广泛的了解是适宜的 至于电场力的方向沿两点电荷的连线虽则包括库仑定律在内的一些现象表明大抵如此但并非严格证明实际上这是空间各向同性的结果由于电场力沿连线与点电荷Q在任一点P的场强沿径向等价将QP绕自身作任意旋转若P点的场强不沿径向则其方向将因旋转改变与空间各项同性矛盾这一事例可以帮助学生理解物理学的规律是分层次、有联系的具体规律要受最高层次普遍规律的制约库仑定律的成立条件是真空和静止真空条件是为了排除其他电荷的影响使两点电荷只受到对方的作用别无其他当真空条件被破坏即除了两点电荷外还存在其他因感应或极化产生的电荷时该两点电荷之间的作用仍遵循库仑定律这正是力的独立作用原理亦即场强叠加原理所以真空条件并非必要但为了使问题单纯便于初学者理解加上亦无不可静止条件是指两点电荷相对静止且相对于观察者静止静止条件可推广为静止源电荷对运动电荷的作用但不能推广为运动源电荷对静止或运动电荷的作用（因为有推迟效应）换言之两静止电荷的相互作用遵循牛顿第三定律而运动电荷的相互作用则违背牛顿第三定律如何理解这一结果呢众所周知牛顿第三定律的实质是动量守恒若两物体构成了封闭系统则其一动量的减少应等于另一动量的增加反之亦然于是其间的相互作用力必定相等反向接触物体之间的摩擦力、张力、支持力与压力等就是如此由于两电荷之间的电力是以电场为媒介传递的在两电荷运动的条件下作为媒介物的电场是第三者其动量在变化因而两运动电荷的相互作用必定不遵循牛顿第三定律；在两电荷都静止时电场的动量恒定不变其间的相互作用才遵循牛顿第三定律所以关于库仑定律静止条件的讨论为正确理解牛顿第三定律为证实电场的存在提供了机会另外所谓静止都是相对某一惯性系而言的于是不难设想在该惯性系中单纯的静电作用在另一惯性系中则成了复杂的电磁作用这似乎很离奇其实恰恰足以说明电磁现象的统一性 库仑定律的适用范围是指电力平方反比率适用的空间尺度库仑以及卡文迪许麦克斯韦等的实验确保了它在距离r为几厘米到几十厘米的尺度范围内适用；卢瑟福的离子散射实验表明在小到1013厘米的尺度仍适用；地球物理的实验表明在大到109厘米的尺度仍适用但有迹象表明在1014厘米的尺度范围电力似乎比预期的要弱总之从小到原子、大到地球甚至太阳的空间尺度电力平方反比率可以放心使用在原子核的空间尺度则需谨慎 库仑定律具有重要的电理论地位它（与场强叠加原理）从原则上解决了带电体相互作用的问题决定了静电场的性质成为研究各种电现象和电过程的基础它还是麦克斯韦电磁场理论赖以建立的根据之一 本文从库仑定律所做的讨论只是希望为此提供一些启发由于对象与问