談庫侖定律的適用條件

蔡 亮

(南京市第十二中學 江蘇 南京 210011)

1 庫侖定律的不同表述

(1)人民教育出版社《普通高中課程標準試驗教科書選修3-1》

真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上[1].

(2)廣東教育出版社《普通高中課程標準試驗教科書選修3-1》

真空中兩個點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上[2].

(3)人民教育出版社《新概念高中物理讀本第二冊》

在真空中，兩個靜止的點電荷q1和q2之間的相互作用力的大小和q1與q2的乘積成正比，和它們之間的距離r的平方成反比；作用力的方向沿著它們的連線，同號電荷相斥，異號電荷相吸[3].

(4)浙江教育出版社McGraw Hill Education系列的《科學發現者物理原理與問題》

庫侖定律指出，兩個相距為r的電荷qA和qB之間的作用力大小，與它們所帶的電荷量成正比，與它們之間的距離的平方成反比[4].

在應用庫侖定律時，要牢記庫侖定律只適用于點電荷或電荷均勻分布的帶電小球.

(5)機械工業出版社《概念物理》(英文版，原書第11版)

(6)比較

可以看出教材[1]強調兩個關鍵詞：真空和靜止；教材[2]與[1]比較,少了靜止二字；教材[3]仍然強調真空和靜止；教材[4]為美國高中主流物理教材，未提及真空和靜止，只是強調點電荷；教材[5]為美國物理教材，也未提及真空和靜止，也只強調點電荷(for two charged objects that are much smaller than the distance between them).

2 庫侖定律的適用條件

(1)是否只適用于真空

(2)是否只適用于靜止電荷

由于靜止的源電荷產生的電場的空間分布情況是不隨時間變化的，所以,運動的電荷所受到的靜止源電荷施加的電場力是遵守庫侖定律的.但是反過來,靜止的電荷所受到的由運動電荷激發電場產生的電場力就不遵守庫侖定律了，因為運動電荷除了激發電場外，還要激發磁場，而在此時牛頓第三運動定律也不再成立.可以證明庫侖定律適用于源電荷靜止、受力電荷運動的情況，但不適用于運動電荷對靜止電荷的作用力.

(3)分析和建議

在教材[1]和[3]中都明確提出了靜止二字，可是在隨后列舉的例題中,要求計算氫原子電子和原子核之間的庫侖力與兩者之間萬有引力的大小關系，電子不是運動的嗎？學生這么問筆者，是啊，這個例子與教材的表述不是自相矛盾嗎？教材之所以這么處理是為了尊重庫侖通過實驗得到的規律，因為實驗是在近真空和靜止狀態下得到的，所以，不能說教材編寫有誤.而粵教版教材[2]的處理還是很明智的，表述中去掉靜止二字，同樣也在隨后舉出同樣的例子，這也就能夠“自圓其說”了.而在美國的兩套教材[4]、[5]中都未明確提出靜止和真空兩個關鍵詞.不管怎么樣，至少在教材的比較中，我們對庫侖定律的適用條件有了更深的認識.條件過窄，學生容易鉆牛角尖;條件過寬，又不能讓學生對庫侖定律有更全面的認識.培養學生理性、辯證地看待問題、理解問題和分析問題，也是貫徹新課程理念的一個方面吧.我們建議，作為教師，心里應該有數，都應向學生說明庫侖定律的適用條件即源電荷是靜止的，受力的電荷是運動的，不管是真空中，還是在非真空中(即介質中)都可以應用庫侖定律.所以，教師在教學過程中不要刻意地強調真空和靜止兩詞，否則容易在學生的思維空間堵上一面厚厚的墻.

參考文獻

1 普通高中課程標準實驗教科書.物理(選修3-1).北京：人民教育出版社，2010

2 普通高中課程標準實驗教科書.物理(選修3-1).廣州：廣東教育出版社，2004

3 趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本.北京：人民教育出版社，2009

4 錢振華等(譯).科學發現者—物理原理與問題.杭州：浙江教育出版社，2008

5 Paul G.Hewitt(保羅·休伊特). Conceptual physics.北京：機械工業出版社，2012

6 葉邦角.電磁學.北京：科學出版社，2007