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真空怎么就成了库仑定律成立的条件?
2017-08-01 19:37

       最近准备下学期的课,因而看了一些关于库仑定律的东西。顿时发现,居然几乎所有的书上,甚至是教科书上都赫然写着真空中两个静止点电荷之间的相互作用力啥啥啥的,也就是这些书(包括教科书)都认为真空是库仑定律成立的一个条件。这,在我看来,就是错的。

        我不知道,也没有调查过为什么教科书上也这么写。可能有几种原因,一个是教科书的编者不知道这是错的,另一个是为了更好的服务于高中教学。我更加愿意相信第二种原因。但是,我不能理解的是,一些教辅书上犯下的错误。这两天我看到一本非常流行的教辅书上这样的话,如下图所示。我不认为作者是为了有利于高中教学,因为作者在这里用了红色字体,然而,遗憾的是,加红的部分,是错的,错的一塌糊涂。正确的说法应该是,电介质中两个点电荷之间的相互作用还是满足库仑定律,不需要除以一个什么介电常数。这里,真的,大错特错了!


        很多人看到这里,是不是就不服气了,为什么人家是错的,你在这里说这也错那也错,那什么是正确的呢?别急,下面我就来说一说。

       什么是库仑定律?我找来几本书,看看他们是怎么说库仑定律的:

1、高等教育出版社梁灿彬老师的《电磁学》:相对于惯性系静止的两个点电荷间的静电力服从的规律叫做库仑定律,包括........

2、费曼物理学讲义第二卷 :我们就从已谈及的那个被称为库仑定律的定律着手,它表明两个静止不动的电荷之间有一个与这个两个电荷之积成正比而与他们之间距离的平方成反比的力,这个力......

3、伯克利物理学教程 第二卷:读者可能已经知道,静止电荷之间的相互作用是用库仑定律描述的......

       我们可以看到, 这三本书都没有提到真空。那有的人就说,提到真空的书更多呢,你怎么不列举出来?有人提到真空,有人没提到,你怎么就说这些是对的,其他的就是错的呢?好像是这么个道理。那我就这样分析一下

        库仑定律是库伦提出来的,怎么提出来的呢?当然不是凭空想出来的,他是有实验依据的,虽然他的实验不是那么的精确。那我就问这一个问题,他做实验是在真空环境下做的么?显然不是,那他还会提出真空这样一个限制条件?显然不会。那为什么到后面就回有人加上真空这个条件呢?我想是这样的。后来由于实验精度越来越高,人们就希望精确的验证库仑定律,这个时候发现如果不是在真空环境下,由于电荷之间总会有一些作用,会有极化电荷啥的,会影响测量结果,所以呢一般的实验就都在真空中做。但是这不表面库仑定律只在真空中成立,不是真空中也成立,只不过由于有极化电荷的产生,导致实验上测量不出满意的数据,那是因为极化电荷会有影响,但是那是电荷与极化电荷之间的力的作用,又不是我要测量的两个点电荷之间的力的作用,我只不过是测量不出来而已,并不是不满足。而这个问题,就被写教辅书的人完全忽视了,简直是不可饶恕。

        我毕竟水平不高,说这样的话好像不太有分量,这里给出北京大学陈秉乾教授写的电磁学专题研究上的关于库仑定律成立条件的讨论,如下图。当然,关于静止的讨论在这里不说。即使这样,陈先生最后一句话我觉得还是不太妥当,库仑建立库仑定律的时候肯定不是在真空中,只是后人想要精确验证库仑定律时才会在真空中。



       

       到这里,我觉得,我们的教科书写真空是为了方便初学者学习,就像陈先生说的一样。但是,那本教辅书上说的电介质中的两个点电荷之间的力满足的形式就是真的大错特错。

        我觉得我们老师在教学的时候应该清楚的知道哪些东西是怎么样的,有的时候因为教学的原因不能把所有的东西说出来,但是我们自己脑袋里面不能错,或者说,我们应该告诉学生真实的情况。不过基于此,我就在想,一些习题,就考察库仑定律的成立条件,真空这个选项基本上都会出现,那现在的高中生到底该不该选呢?我不知道,不选,也许就错了,选了,那就真的错了。不过,我想高考题不会出这样的题吧

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