谈库仑定律的适用条件

蔡 亮

(南京市第十二中学 江苏 南京 210011)

1 库仑定律的不同表述

(1)人民教育出版社《普通高中课程标准试验教科书选修3-1》

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[1].

(2)广东教育出版社《普通高中课程标准试验教科书选修3-1》

真空中两个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].

(3)人民教育出版社《新概念高中物理读本第二册》

在真空中，两个静止的点电荷q1和q2之间的相互作用力的大小和q1与q2的乘积成正比，和它们之间的距离r的平方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸[3].

(4)浙江教育出版社McGraw Hill Education系列的《科学发现者物理原理与问题》

库仑定律指出，两个相距为r的电荷qA和qB之间的作用力大小，与它们所带的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比[4].

在应用库仑定律时，要牢记库仑定律只适用于点电荷或电荷均匀分布的带电小球.

(5)机械工业出版社《概念物理》(英文版，原书第11版)

(6)比较

可以看出教材[1]强调两个关键词：真空和静止；教材[2]与[1]比较,少了静止二字；教材[3]仍然强调真空和静止；教材[4]为美国高中主流物理教材，未提及真空和静止，只是强调点电荷；教材[5]为美国物理教材，也未提及真空和静止，也只强调点电荷(for two charged objects that are much smaller than the distance between them).

2 库仑定律的适用条件

(1)是否只适用于真空

(2)是否只适用于静止电荷

由于静止的源电荷产生的电场的空间分布情况是不随时间变化的，所以,运动的电荷所受到的静止源电荷施加的电场力是遵守库仑定律的.但是反过来,静止的电荷所受到的由运动电荷激发电场产生的电场力就不遵守库仑定律了，因为运动电荷除了激发电场外，还要激发磁场，而在此时牛顿第三运动定律也不再成立.可以证明库仑定律适用于源电荷静止、受力电荷运动的情况，但不适用于运动电荷对静止电荷的作用力.

(3)分析和建议

在教材[1]和[3]中都明确提出了静止二字，可是在随后列举的例题中,要求计算氢原子电子和原子核之间的库仑力与两者之间万有引力的大小关系，电子不是运动的吗？学生这么问笔者，是啊，这个例子与教材的表述不是自相矛盾吗？教材之所以这么处理是为了尊重库仑通过实验得到的规律，因为实验是在近真空和静止状态下得到的，所以，不能说教材编写有误.而粤教版教材[2]的处理还是很明智的，表述中去掉静止二字，同样也在随后举出同样的例子，这也就能够“自圆其说”了.而在美国的两套教材[4]、[5]中都未明确提出静止和真空两个关键词.不管怎么样，至少在教材的比较中，我们对库仑定律的适用条件有了更深的认识.条件过窄，学生容易钻牛角尖;条件过宽，又不能让学生对库仑定律有更全面的认识.培养学生理性、辩证地看待问题、理解问题和分析问题，也是贯彻新课程理念的一个方面吧.我们建议，作为教师，心里应该有数，都应向学生说明库仑定律的适用条件即源电荷是静止的，受力的电荷是运动的，不管是真空中，还是在非真空中(即介质中)都可以应用库仑定律.所以，教师在教学过程中不要刻意地强调真空和静止两词，否则容易在学生的思维空间堵上一面厚厚的墙.

参考文献

1 普通高中课程标准实验教科书.物理(选修3-1).北京：人民教育出版社，2010

2 普通高中课程标准实验教科书.物理(选修3-1).广州：广东教育出版社，2004

3 赵凯华，张维善.新概念高中物理读本.北京：人民教育出版社，2009

4 钱振华等(译).科学发现者—物理原理与问题.杭州：浙江教育出版社，2008

5 Paul G.Hewitt(保罗·休伊特). Conceptual physics.北京：机械工业出版社，2012

6 叶邦角.电磁学.北京：科学出版社，2007