談庫(kù)侖定律的適用條件

蔡 亮

(南京市第十二中學(xué) 江蘇 南京 210011)

1 庫(kù)侖定律的不同表述

(1)人民教育出版社《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書選修3-1》

真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教科書選修3-1》

真空中兩個(gè)點(diǎn)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(cè)》

在真空中，兩個(gè)靜止的點(diǎn)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(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸[3].

(4)浙江教育出版社McGraw Hill Education系列的《科學(xué)發(fā)現(xiàn)者物理原理與問題》

庫(kù)侖定律指出，兩個(gè)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(yīng)用庫(kù)侖定律時(shí)，要牢記庫(kù)侖定律只適用于點(diǎn)電荷或電荷均勻分布的帶電小球.

(5)機(jī)械工業(yè)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(qiáng)調(diào)兩個(gè)關(guān)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(qiáng)調(diào)真空和靜止；教材[4]為美國(guó)高中主流物理教材，未提及真空和靜止，只是強(qiáng)調(diào)點(diǎn)電荷；教材[5]為美國(guó)物理教材，也未提及真空和靜止，也只強(qiáng)調(diào)點(diǎn)電荷(for two charged objects that are much smaller than the distance between them).

2 庫(kù)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(chǎn)生的電場(chǎng)的空間分布情況是不隨時(shí)間變化的，所以,運(yùn)動(dòng)的電荷所受到的靜止源電荷施加的電場(chǎng)力是遵守庫(kù)侖定律的.但是反過來,靜止的電荷所受到的由運(yùn)動(dòng)電荷激發(fā)電場(chǎng)產(chǎn)生的電場(chǎng)力就不遵守庫(kù)侖定律了，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)電荷除了激發(fā)電場(chǎng)外，還要激發(fā)磁場(chǎng)，而在此時(shí)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律也不再成立.可以證明庫(kù)侖定律適用于源電荷靜止、受力電荷運(yùn)動(dòng)的情況，但不適用于運(yùn)動(dòng)電荷對(duì)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(jì)算氫原子電子和原子核之間的庫(kù)侖力與兩者之間萬(wàn)有引力的大小關(guān)系，電子不是運(yùn)動(dòng)的嗎？學(xué)生這么問筆者，是啊，這個(gè)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(kù)侖通過實(shí)驗(yàn)得到的規(guī)律，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)是在近真空和靜止?fàn)顟B(tài)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(guó)的兩套教材[4]、[5]中都未明確提出靜止和真空兩個(gè)關(guān)鍵詞.不管怎么樣，至少在教材的比較中，我們對(duì)庫(kù)侖定律的適用條件有了更深的認(rèn)識(shí).條件過窄，學(xué)生容易鉆牛角尖;條件過寬，又不能讓學(xué)生對(duì)庫(kù)侖定律有更全面的認(rèn)識(shí).培養(yǎng)學(xué)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(gè)方面吧.我們建議，作為教師，心里應(yīng)該有數(shù)，都應(yīng)向?qū)W生說明庫(kù)侖定律的適用條件即源電荷是靜止的，受力的電荷是運(yùn)動(dòng)的，不管是真空中，還是在非真空中(即介質(zhì)中)都可以應(yīng)用庫(kù)侖定律.所以，教師在教學(xué)過程中不要刻意地強(qiáng)調(diào)真空和靜止兩詞，否則容易在學(xué)生的思維空間堵上一面厚厚的墻.

參考文獻(xiàn)

1 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)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(xué)發(fā)現(xiàn)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(jī)械工業(yè)出版社，2012

6 葉邦角.電磁學(xué).北京：科學(xué)出版社，2007