庫侖定律適用于運動電荷嗎

曾自力

(廣東省佛山市順德區第一中學,廣東佛山 528300)

1 問題的提出

筆者一次聽課,內容是“庫侖定律”.課上教師特別指出庫侖定律的適用條件有3點:①真空;②靜止電荷;⑧點電荷.接下來講解課本上的一道例題(粵教版選修3-1第7頁):

氫原子由1個質子和1個電子組成.根據經典模型,電子繞核做圓周運動,軌道半徑 r是5.3×10-11m.求:電子受到的靜電力.

解析:由庫侖定律,靜電力的大小為

教師講完后,一位細心的學生問:庫侖定律的適用條件是靜止電荷,但本題電子做圓周運動,不能用庫侖定律.

2 兩種教材的表述

為了回答學生的問題,筆者仔細閱讀了人教版和粵教版教材,發現對庫侖定律的表述略有不同.

人教版[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.

粵教版[2]: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.

粵教版跟人教版相比,缺少了“靜止”條件,誰是誰非呢?

3 庫侖定律適用于靜止源電荷

庫侖定律是一條實驗定律,是庫侖通過著名的扭秤實驗,于1785年總結出在真空中的兩個靜止點電荷相互作用規律.那么,庫侖定律適用于運動電荷嗎?由于運動電荷除了激發電場外,還要激發磁場,可以證明,庫侖定律中靜止條件可以放寬成:靜止源電荷(施力電荷)對運動電荷的作用力,但不能推廣到運動電荷對靜止電荷的作用力.[3]

綜上所述,對庫侖定律的表述,人教版加上“靜止”,是傳統教材的表述方法,但使條件過窄,而粵教版沒加“靜止”條件,目的是避免在概念的嚴密性上糾纏,符合新課程理念,但又使條件過寬,筆者認為這都不利于學生對庫侖定律的真正理解,不管哪種表述,作為教師,都應該向學生說明庫侖定律的適用條件:源電荷是靜止的,受力電荷可以是運動的.

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,2004.

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

3 葉邦角.電磁學.北京:科學出版社,2007.