庫侖定律的實驗裝置

A. 庫倫的一個試驗裝置叫做庫倫扭秤他利用 什麼 的方法解決了電荷量的測量問題。

他主要利用了扭轉放大了不易觀察的量而對於球本身的要求降低了
絕對相同的球不存在
但只要材料,大小,質量相同
形狀為球形時
就可以認為是相同了
對於電荷量完全相等
則可以讓兩球接觸相對較長的時間
根據電荷均分原理
可以讓兩球帶相同的電荷
庫倫扭秤的精髓是利用了扭轉把力放大
由扭秤實驗得出----庫侖定律
庫侖扭秤由懸絲、橫桿、兩個帶電金屬小球，一個平衡小球，一個遞電小球、旋鈕和電磁阻尼部分等組成。兩個帶電金屬小球中，一個固定在絕緣豎直支桿上，另一個固定在水平絕緣橫桿的一端，橫桿的另一端固定一個平衡小球。橫桿的中心用懸絲吊起，和頂部的旋鈕相連，轉動旋鈕，可以扭轉懸絲帶動絕緣橫桿轉動，停在某一適當的位置。橫桿上的金屬小球（稱為動球）和豎直支桿上的固定小球都在以O為圓心，半桿長L為半徑的圓周上，動球相對於固定小球的位置，可通過扭秤外殼上的刻線標出的圓心角來讀出。當兩個金屬小球帶電時，橫桿在動球受到的庫侖力力矩作用下旋轉，懸絲發生扭轉形變，懸絲的扭轉力矩和庫侖力力矩相平衡時，橫桿處於靜止狀態。
儀器的中心軸上裝有一個永磁體托架，旋開其上緊固螺釘，可使托架升降，以改變永磁體和橫桿上的阻尼金屬板的距離，調整橫桿轉動的電磁阻尼時間。
整個儀器都裝在有機玻璃罩內，既有較高的透明度，又可防灰塵。有機玻璃罩的下半部做成可開合的門，以便清潔絕緣橫桿和豎立支桿，調整絕緣橫桿的水平，使金屬小球帶電等。儀器的底座上裝有三個螺旋支腳，旋轉支腳，可調底座水平

B. 庫侖定律

庫侖定律：是電磁場理論的基本定律之一。真空中兩個靜止的點電荷之間的作用力與這兩個電荷所帶電量的乘積成正比，和它們距離的平方成反比，作用力的方向沿著這兩個點電荷的連線,同名電荷相斥，異名電荷相吸。公式：F=k*(q1*q2)/r^2 (中學在利用庫侖定律表達式進行計算時即使碰到負電荷也帶入電荷量的絕對值進行計算，斥力或引力計算完後根據電性判斷。矢量運算正負電荷只需帶入代數值即可。)
庫侖定律成立的條件：1.真空中 2.靜止 3.點電荷
（靜止是在觀測者的參考系中靜止，中學計算一般不做要求）

庫侖定律公式
COULOMB』S LAW
庫侖定律——描述靜止點電荷之間的相互作用力的規律庫侖定律
真空中，點電荷 q1 對 q2的作用力為
F=k*(q1*q2)/r^2
其中：
r ——兩者之間的距離
r ——從 q1到 q2方向的矢徑
k ——庫侖常數
上式表示：若 q1 與 q2 同號， F 12y沿 r 方向——斥力；
若兩者異號， 則 F 12 沿 - r 方向——吸力.
顯然 q2 對 q1 的作用力
F21 = -F12 （1-2）
在MKSA單位制中
力 F 的單位： 牛頓（N）=千克· 米/秒2(kg·m/S2)（量綱 ：M LT - 2）
電量 q 的單位： 庫侖（C）
定義：當流過某曲面的電流1 安培時，每秒鍾所通過
的電量定義為 1 庫侖，即
1 庫侖（C）= 1 安培 ·秒（A · S） （量綱：IT）
比例常數 k = 1/4pe0 (1-3)=9.0x10^9牛 ·米2/庫2
e0 = 8.854 187 818(71)×10 -12 庫2/ 牛 ·米2 ( 通常表示為法拉/米 )

庫侖定律的物理意義
(1)描述點電荷之間的作用力，僅當帶電體的尺度遠小於兩者的平均距離，才可看成點電荷
(2）描述靜止電荷之間的作用力，當電荷存在相對運動時，庫侖力需要修正為Lorentz力.但實踐表明，只要電荷的相對運動速度遠小於光速 c，庫侖定律給出的結果與實際情形很接近。

庫侖定律的發現
庫侖定律可以說是一個實驗定律，也可以說是牛頓引力定律在電學和磁學中的「推論」。假如說它是一個實驗定律，庫侖扭稱實驗起到了重要作用，而電擺實驗則起了決定作用；即便是這樣，庫侖仍然借鑒了引力理論，模擬萬有引力的大小與兩物體的質量成正比的關系，認為兩電荷之間的作用力與兩電荷的電量也成正比關系。假如說它是牛頓萬有引力定律的推論，那麼普利斯特利和卡文迪許等人也做了大量工作。因此，從各個角度考察庫侖定律，重新准確的對它進行熟悉，確實是非常必要的。

庫侖定律的驗證
庫侖定律是1784--1785年間庫侖通過扭秤實驗總結出庫侖扭秤來的。紐秤的結構如下:在細金屬絲下懸掛一根秤桿，它的一端有一小球A，另一端有平衡體P，在A旁還置有另一與它一樣大小的固定小球B。為了研究帶電體之間的作用力，先使A、B各帶一定的電荷，這時秤桿會因A端受力而偏轉。轉動懸絲上端的懸鈕，使小球回到原來位置。這時懸絲的扭力矩等於施於小球A上電力的力矩。如果懸絲的扭力矩與扭轉角度之間的關系已事先校準、標定，則由旋鈕上指針轉過的角度讀數和已知的秤桿長度，可以得知在此距離下A、B之間的作用力。
如何比較力的大小【通過懸絲扭轉的角度可以比較力的大小】

C. 靜電的庫侖定律是怎樣提出和確立的

提出

庫侖定律可以說是一個實驗定律，也可以說是牛頓引力定律在電學和磁學中的「推論」。假如說它是一個實驗定律，庫侖扭稱實驗起到了重要作用，而電擺實驗則起了決定作用；即便是這樣，庫侖仍然借鑒了引力理論，模擬萬有引力的大小與兩物體的質量成正比的關系，認為兩電荷之間的作用力與兩電荷的電量也成正比關系。假如說它是牛頓萬有引力定律的推論，那麼普利斯特利和卡文迪許等人也做了大量工作。因此，從各個角度考察庫侖定律，重新准確的對它進行熟悉，確實是非常必要的。

科學家對電力的早期研究

人類對電現象的熟悉、研究，經歷了很長的時間。直到16世紀人們才對電的現象有了深入的熟悉。吉爾伯特比較系統地研究了靜電現象，第一個提出了比較系統原始理論，並引入了「電吸引」這個概念。但是吉爾伯特的工作仍停留在定性的階段，進展不大。18世紀中葉，人們藉助萬有引力定律，對電和磁做了種種猜測。18世紀後期，科學家開始了電荷相互作用的研究。

富蘭克林最早觀察到電荷只分布在導體表面。普利斯特利重復了富蘭克林的實驗，在《電學的歷史和現狀》一書中他根據牛頓的《自然哲學的數學原理》最先預言電荷之間的作用力只能與距離平方成反比。雖然這個思想很重要，但是普利斯特利的結論在當時並沒有得到科學界的重視。

在庫侖定律提出前有兩個人曾作過定量的實驗研究，並得到明確的結論。可惜，都沒有及時發表而未對科學的發展起到應有的推動作用。一位是英國愛丁堡大學的羅賓遜，認為電力服從平方反比律，並且得到指數n=2.06，從而電學的研究也就開始進行精確研究。不過，他的這項工作直到1801年才發表。另一位是英國的卡文迪許。1772～1773年間，他做了雙層同心球實驗，第一次精確測量出電作用力與距離的關系。發現帶電導體的電荷全部分布在表面而內部不帶電。卡文迪許進一步分析，得到n=20.02。他的這個同心球實驗結果在當時的條件下是相當精確的。但可惜的是他一直沒有公開發表這一結果。

庫侖定律的建立

庫侖是法國工程師和物理學家。1785年，庫侖用扭稱實驗測量兩電荷之間的作用力與兩電荷之間距離的關系。他通過實驗得出：「兩個帶有同種類型電荷的小球之間的排斥力與這兩球中心之間的距離平方成反比。」同年，他在《電力定律》的論文中介紹了他的實驗裝置，測試經過和實驗結果。

庫侖的扭秤巧妙的利用了對稱性原理按實驗的需要對電量進行了改變。庫侖讓這個可移動球和固定的球帶上同量的同種電荷，並改變它們之間的距離。通過實驗數據可知，斥力的大小與距離的平方成反比。但是對於異種電荷之間的引力，用扭稱來測量就碰到了麻煩。經過反復的思考，庫侖借鑒動力學實驗加以解決。庫侖設想：假如異種電荷之間的引力也是與它們之間的距離平方成反比，那麼只要設計出一種電擺就可進行實驗。
通過電擺實驗，庫侖認為：「異性電流體之間的作用力，與同性電流體的相互作用一樣，都與距離的平方成反比。」庫侖利用與單擺相類似的方法測定了異種電荷之間的引力也與它們的距離的平方成反比，不是通過扭力與靜電力的平衡得到的。可見庫侖在確定電荷之間相互作用力與距離的關系時使用了兩種方法，對於同性電荷，使用的是靜電力學的方法；對於異性電荷使用的是動力學的方法。

庫侖注重修正實驗中的誤差，最後得到：「在進行剛才我所說的必要的修正後，我總是發現磁流體的作用不管是吸引還是排斥都是按距離平方倒數規律變化的。」但是應當指出的是，庫侖只是精確的測定了距離平方的反比關系，並把靜電力和靜磁力從形式歸納於萬有引力的范疇，我們這里要強調的是庫侖並沒有驗證靜電力與電量之積成正比。「庫侖僅僅認為應該是這樣。也就是說庫侖驗證了電力與距離平方成反比，但僅僅是推測電力與電量的乘積成正比。」

庫侖定律的驗證和影響

庫侖定律是平方反比定律，自發現以來，科學家不斷檢驗指數2的精度。1971年威廉等人的實驗表明庫侖定律中指數2的偏差不超過10^-16，因此假定為2。事實上，指數為2和光子靜止質量為零是可以互推的。其實假如mz不為零，即使這個值很小，也會動搖物理學大廈的重要基石，因為現有理論都是以mz等於零為前提。到目前為止，理論和實驗表明點電荷作用力的平方反比定律是相當精確的。200多年來，電力平方反比律的精度提高了十幾個數量級，使它成為當今物理學中最精確的實驗定律之一。回顧庫侖定律的建立過程，庫侖並不是第一個做這類實驗的人，而且他的實驗結果也不是最精確的。我們之所以把平方反比定律稱為庫侖定律是因為庫侖結束了電學發展的第一個時期。庫侖的工作使靜電學趨於高度完善。電量的單位也是為了紀念庫侖而以他的名字命名的。

庫侖定律不僅是電磁學的基本定律，也是物理學的基本定律之一。庫侖定律闡明了帶電體相互作用的規律，決定了靜電場的性質，也為整個電磁學奠定了基礎。庫侖從1777年起就致力於把超距作用引入磁學和電學。他認為靜電力和靜磁力都來自遠處的帶電體和荷磁體，並不存在什麼電流體和渦旋流體對帶電物質和磁體的沖擊；這些力都符合牛頓的萬有引力定律所確定的關系。庫侖提供了精密的測量，排除了關於電本性的一切思辯。庫侖的工作對法國物理學家的影響還可以從稍後的拉普拉斯的物理學簡略綱領得到證實。這個物理學簡略綱領最基本的出發點是把一切物理現象都簡化為粒子間吸引力和排斥力的現象，電或磁的運動是荷電粒子或荷磁粒子之間的吸引力和排斥力產生的效應。這種簡化便於把分析數學的方法運用於物理學。

D. 庫侖定律使用什麼儀器實驗出來的

庫侖扭秤

庫侖扭秤由懸絲、橫桿、兩個帶電金屬小球（庫侖最初的實驗是用帶電木髓小球進行的），一個平衡小球，一個遞電小球、旋鈕和電磁阻尼部分等組成。兩個帶電金屬小球中，一個固定在絕緣豎直支桿上，另一個固定在水平絕緣橫桿的一端，橫桿的另一端固定一個平衡小球。橫桿的中心用懸絲吊起，和頂部的旋鈕相連，轉動旋鈕，可以扭轉懸絲帶動絕緣橫桿轉動，停在某一適當的位置。橫桿上的金屬小球（稱為動球）和豎直支桿上的固定小球都在以O為圓心，半桿長L為半徑的圓周上，動球相對於固定小球的位置，可通過扭秤外殼上的刻線標出的圓心角來讀出。當兩個金屬小球帶電時，橫桿在動球受到的庫侖力力矩作用下旋轉，懸絲發生扭轉形變，懸絲的扭轉力矩和庫侖力力矩相平衡時，橫桿處於靜止狀態。儀器的中心軸上裝有一個永磁體托架，旋開其上緊固螺釘，可使托架升降，以改變永磁體和橫桿上的阻尼金屬板的距離，調整橫桿轉動的電磁阻尼時間。整個儀器都裝在有機玻璃罩內，既有較高的透明度，又可防灰塵。有機玻璃罩的下半部做成可開合的門，以便清潔絕緣橫桿和豎立支桿，調整絕緣橫桿的水平，使金屬小球帶電等。儀器的底座上裝有三個螺旋支腳，旋轉支腳，可調底座水平。

E. 1798年英國物理學家誰利用扭秤實驗裝置比較准確地測出了引力常量

A、牛頓發現了萬有引抄力襲定律；卡文迪許利用扭秤實驗裝置比較准確地測出了引力常量G，故A錯誤；
B、密立根通過油滴實驗精確測定了元電荷e電荷量，故B正確；
C、法拉第首先提出用電場線描述電場，用磁感線形象地描述磁場，促進了人們對電磁現象的研究，故C正確；
D、庫侖通過庫侖扭秤實驗總結得出庫侖定律並准確測定了靜電力常量k的值，故D正確；
故選：BCD

F. 庫侖定律是如何建立的

庫侖是法國工程師和物理學家。1785年，庫侖用扭稱實驗測量兩電荷之間的作用力與兩電荷之間距離的關系。他通過實驗得出：「兩個帶有同種類型電荷的小球之間的排斥力與這兩球中心之間的距離平方成反比。」同年，他在《電力定律》的論文中介紹了他的實驗裝置，測試經過和實驗結果。
庫侖的扭秤巧妙的利用了對稱性原理按實驗的需要對電量進行了改變。庫侖讓這個可移動球和固定的球帶上同量的同種電荷，並改變它們之間的距離。通過實驗數據可知，斥力的大小與距離的平方成反比。但是對於異種電荷之間的引力，用扭稱來測量就碰到了麻煩。經過反復的思考，庫侖借鑒動力學實驗加以解決。庫侖設想：假如異種電荷之間的引力也是與它們之間的距離平方成反比，那麼只要設計出一種電擺就可進行實驗。 庫侖定律的發現者庫侖
通過電擺實驗，庫侖認為：「異性電流體之間的作用力，與同性電流體的相互作用一樣，都與距離的平方成反比。」庫侖利用與單擺相類似的方法測定了異種電荷之間的引力也與它們的距離的平方成反比，不是通過扭力與靜電力的平衡得到的。可見庫侖在確定電荷之間相互作用力與距離的關系時使用了兩種方法，對於同性電荷，使用的是靜電力學的方法；對於異性電荷使用的是動力學的方法。
庫侖注重修正實驗中的誤差，最後得到：「在進行剛才我所說的必要的修正後，我總是發現磁流體的作用不管是吸引還是排斥都是按距離平方倒數規律變化的。」但是應當指出的是，庫侖只是精確的測定了距離平方的反比關系，並把靜電力和靜磁力從形式歸納於萬有引力的范疇，我們這里要強調的是庫侖並沒有驗證靜電力與電量之積成正比。「庫侖僅僅認為應該是這樣。也就是說庫侖驗證了電力與距離平方成反比，但僅僅是推測電力與電量的乘積成正比。」

G. 扭秤實驗的庫侖定律的驗證

法國物理學家庫侖於1785年利用他發明的扭秤實驗，測定了電荷之間的作用力。庫侖在實驗中發現靜電力與距離平方成反比，同時他也認識到了靜電力與電量的乘積成正比，從而得到了完整的庫侖定律。庫侖定律第一次打開了電的數學理論的大門，使靜電學進入了定量研究的新階段，也為泊松等人發展電學理論奠定了基礎。庫侖還曾用扭秤證明了地磁場對磁針有力矩的作用，力矩大小與磁針對子午線偏斜角的正弦成正比，這構成了磁矩概念的基礎。
庫侖定律是一有關基本力的的定律，它的指數是否精確為2，關繫到高斯定理是否正確，因此兩百多年來，它的正確性不斷經歷著實驗的考驗。
庫倫曾用扭秤裝置做過大量實驗工作，但值得注意的是，在精度方面遠不如萬有引力定律的扭秤實驗。試驗中的帶電小球都是有限大的帶電體，兩帶電體之間的距離不可能很大，，因此將兩帶電小球視為點電荷就不夠精確，同時兩球上的電荷分布互有影響，特別是兩帶電球之間的距離也無法精確測定，而且還存在漏電現象。因此設分母中r的指數為2+δ，庫倫本人的實驗誤差是δ≤0.04，即庫侖定律表示為F=[k*q(1)*q(2)]/r^(2±0.04)。英國科學家卡文迪許於1773年測得δ≤0.02。
後人曾改進實驗裝置來驗證庫侖定律。
由於萬有引力定律於庫侖定律之間的相似性，扭秤實驗不失為一種同用的方法。

H. 物理史上有一個庫倫用扭秤裝置研究了帶電體間的相互作用，提出了庫侖定律；

是庫倫！

18世紀80年代，法國物理學家庫侖製作了一台十分精巧的絲懸磁針裝置，並內用它在巴黎天容文台測量地磁場的強度。有一次，為了測量的准確，庫侖用放大鏡觀察磁針偏轉的角度，他偶然發現，平時用肉眼觀察靜止不動的磁針，竟在發生微小的振動。
「為什麼會這樣呢？」庫侖緊緊抓住這個問題不放，「能不能用懸絲製造靈敏測力儀器呢？」庫侖反復研究金屬絲的扭力和它的扭轉角度、直徑與長度之間的關系。庫侖在大量實驗基礎上經過分析發現：對某種金屬絲而言，在彈性范圍內，金屬絲產生的扭力矩與它的扭轉和直徑的四次方的乘積成正比，與金屬絲的長度成反比。庫侖在1785年公布了這一研究成果，宣布發現了彈性理論，發明了扭秤。這種扭秤為研究微小相互作用力提供了強有力的工具，人們把它叫做庫侖扭秤。
你知道庫侖扭秤是怎樣發明的嗎？
思維火花
庫侖在使用絲懸磁針時，偶然用放大鏡發現靜止的磁針還在發生微小的振動，這啟發了他的靈感，想到可用懸絲製造靈敏測力儀器，通過大量的實驗，終於發明了扭秤。

I. 庫侖如何發現庫侖定律

庫侖（１７３６～１８０６）庫侖，法國物理學家，出生於昂古萊姆。

庫侖曾在巴專黎軍事工程學院學習屬。１７７４年被選為法國科學院院士。庫侖是１８世紀一位學識淵博的學者，在物理學上作出許多重要貢獻。１７８１年，他發表一篇重要論文《簡單機械理論》，提出摩擦力和作用於物體表面上的正壓力成正比的關系。他證明地球磁場對磁鐵的作用，相當於與偏差角的正弦成正比的一力偶，並據此推斷出，在解釋磁作用時需要使用吸引力和排斥力作為對抗渦流。他建立磁體在磁場中的運動方程式，並根據短的振盪時間推導出磁矩。他發明扭力平衡法以測量電的排斥力，並把結果推廣到實驗上更困難的排斥力情況中，推導出表示兩靜止點電荷間相互作用力的定律，即著名的庫侖定律。他還致力於導體上電荷分布的研究，證明導體的全部電荷都集中在表面上。

庫侖的著作還有《金屬力和彈性的理論和實驗研究》、《電氣與磁性》等。

庫侖是１８世紀與英國卡文迪許齊名的物理學家，後人為了紀念他，把電量單位定為「庫侖」，簡稱「庫」。

J. 庫侖定律是如何得出來的

庫倫定律的公式是通過實驗得出來的，實際上庫侖定律的文字表述是兩個點電荷之間的相版互作用權力的大小與它們所帶電量的乘積成正比，與他們之間的距離成反比，方向沿二者的連線，同性相斥，異性相吸，而且庫倫力滿足疊加原理。寫成公式的時候就是F=kQ1Q2/rr，當取定某個單位制的時候，k的值也就隨之確定，它沒有什麼物理意義。當單位制為國際單位制（電荷單位為庫倫的那一種）時，k的取值為光速的平方除以10的7次方。而還有一種單位制（被叫做高斯單位制），則是取k=1。這就好像牛頓第二定律當中，本來是F=kma，而通過單位制的選取使得k=1。