靜電力常量究竟是誰測得的

靜電力常量究竟是誰測得的？

摘要：

“在庫侖那個(gè)年代，還不知道怎樣測量物體所帶的電荷量，甚至連電荷量

的單位都沒有.”那么，靜電力常量k究竟是由誰何時(shí)得出的呢？教材與眾多

教輔書究竟誰出錯(cuò)了？1787年庫侖得出了庫侖定律，但是庫侖并沒有改變電

量進(jìn)行測量，而是說“假說前一部分（電力分別與相互作用的兩個(gè)電荷量成

正比）無需證明”.但在長度、電荷量的單位沒有確定之前，根本無法測算出

k值.1889年第1屆國際計(jì)量大會(huì)批準(zhǔn)國際米原器（鉑銥米尺）的長度為1

米，即長度的國際單位米被定義和使用.1881年第1屆國際電學(xué)大會(huì)確定庫

侖（C）為電荷量的國際單位.至此可以計(jì)算出靜電力常量k=9.0×10Nm/C.

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一、提出問題：靜電力常量k究竟是不是由庫侖得出

教學(xué)中，經(jīng)常遇到有關(guān)法國學(xué)者庫侖（b,1736-1806)、庫

侖定律和靜電力常量的問題。《中學(xué)物理教學(xué)參考》Vol.45 No.5 Mar.2014曾

湖賢老師的《法拉第電磁感應(yīng)定律是由誰總結(jié)得出》中引用了這樣一道試題：

許多科學(xué)家在物理學(xué)發(fā)展過程中做出了重要貢獻(xiàn)，下列敘述中符合物理學(xué)史的是

（ ）

A.牛頓提出了萬有引力定律，還通過實(shí)驗(yàn)測出了萬有引力常量

B.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出了電磁感應(yīng)定律

C.庫侖發(fā)現(xiàn)了電荷之間的相互作用規(guī)律---庫侖定律，并利用扭秤實(shí)驗(yàn)測出了靜

電力常量k

D.哥白尼提出了日心說并發(fā)現(xiàn)了行星沿橢圓軌道運(yùn)行的規(guī)律

曾湖賢老師給出的參考答案為C.

在 《中學(xué)教材全解 高中物理 選修3-1》學(xué)案版（薛金星 主

編 2014年3月第3次印刷）第8頁，在對庫侖定律表達(dá)式的理解中也寫道：

在國際單位制中，電荷量的單位是庫侖（C），力的單位是牛頓（N），距離的單位

是米（m），k是靜電力常量，是庫侖通過實(shí)驗(yàn)裝置庫侖扭秤測出的，結(jié)果是k=9.0

×10Nm/C.其他眾多教輔資料的認(rèn)識也與此相同.即認(rèn)為，庫侖得出，

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并且?guī)靵鲇蓪?shí)驗(yàn)測出F、q、q、r，帶入之后，得出k=9.0×10Nm/C.但是在普

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通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書選修3 一1 人教版2 0 1 4 年5 月第

36 版)第6頁寫道：“在庫侖那個(gè)年代，還不知道怎樣測量物體所帶的電荷量，

甚至連電荷量的單位都沒有.”那么，靜電力常量k究竟是由誰何時(shí)得出的呢？

教材與眾多教輔書究竟誰出錯(cuò)了？

筆者認(rèn)真學(xué)習(xí)教材并查閱了相關(guān)資料，得出靜電力常量并非庫侖得出的

結(jié)論.

二、物理學(xué)史回顧

1、庫侖與庫侖定律

1773年法國科學(xué)院懸賞征求改進(jìn)船用指南針的方案。庫侖當(dāng)時(shí)正在研

究靜磁力，

他把磁針的支托改為用頭發(fā)絲或蠶絲懸掛，以消除摩擦引起的誤差，這個(gè)巧妙的

改進(jìn)使他

獲得1777年法國科學(xué)院的頭等獎(jiǎng)。接著他研究了金屬絲的扭力，于1784年提出

了金屬絲

的扭力定律。這二成果具有極為重要的意義，它給出了一種新的測量極小力的方

法。也就

在1784年他設(shè)計(jì)出一種新型測力儀器──扭秤.1785年,庫侖用他本人發(fā)明的電

扭秤得出

了庫侖定律.帶電球相互接觸,使電荷均分,兩球帶同性電互相排斥,然后借助銀

扭絲恢復(fù)

兩球到原始位置,從銀扭絲的轉(zhuǎn)角測知電力的大小，即庫侖扭秤實(shí)驗(yàn).于是，庫侖

得出了“帶

同號電的兩球之間的斥力，與兩球中心之間距離的平方成反比”的結(jié)論.1787年

庫侖又進(jìn)

一步指出了電扭秤方法的欠缺:由于不穩(wěn)定平衡,測量異性電荷的吸引力時(shí)實(shí)驗(yàn)

會(huì)遇到困

難.同時(shí)還設(shè)計(jì)了第二種測量方法———電擺實(shí)驗(yàn),其原理與萬有引力作用下的

單擺實(shí)驗(yàn)

相似.地面上單擺周期為,如果電引力也遵從平方反比規(guī)律,則他設(shè)計(jì)的電擺

周期也應(yīng)與兩電荷距離成正比.庫侖的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過修正,與理論值基本符合.于

是他得出

結(jié)論,“正電與負(fù)電的相互吸引力也與距離的平方成反比”.庫侖定律由此為世人

所知，即：

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。用一個(gè)公式來表示庫侖定律就

是

.但是庫侖并沒有改變電量進(jìn)行測量，而是說“假說的前一部分無需

證明”，他

是在模仿萬有引力定律，認(rèn)為電力分別與相互作用的兩個(gè)電荷量成正比，就如同

萬有引力

分別與相互作用的兩個(gè)物體的質(zhì)量成正比一樣.幸運(yùn)的是，庫侖的想法是正確的.

2、電荷量和長度國際單位的定義：

1687年，英國物理學(xué)家牛頓在他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，

定義了作用和力以及運(yùn)動(dòng)等概念，這些概念和定義沿用至今.但是當(dāng)時(shí)并沒有

給出這些概念的國際單位. 最早是在1791年法國國民議會(huì)上通過建立以

“米”為基礎(chǔ)的長度計(jì)量單位.米制單位是十進(jìn)位的，而且有比較科學(xué)的、能

以較高精度復(fù)現(xiàn)的基準(zhǔn)器。由于它有這些優(yōu)點(diǎn)，逐漸為其他國家所接受。1889

年第1屆國際計(jì)量大會(huì)批準(zhǔn)國際米原器（鉑銥米尺）的長度為1米，即長度

的國際單位米被定義和使用.

美國物理學(xué)家密立根（1868-1953）在1907-1913年，通過著名

的油滴實(shí)驗(yàn)精確地測定了基本電荷，得到電子電荷的數(shù)值為e=（4.774±

0.009）×10esu，該實(shí)驗(yàn)證明

-10

電荷是量子化的，自然界存在基本電荷.密立根當(dāng)時(shí)用的電量單位是esu

（electrostatic unit），esu那個(gè)時(shí)代所用的靜電單位.這個(gè)單位是高斯

單位制里電量的單位.電荷量度的思想，最早是由德國的數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家高

斯（，1777—1855）提出的。1839年，高斯在他的著作《與距離

平方成反比的吸引力和推斥力的普遍理論》中，為電量確定了一個(gè)單位，按

照高斯的定義，兩個(gè)相同電量的電荷相距1厘米時(shí)，若相互間的靜電斥力為

1達(dá)因，則每一電荷的電量定義為1靜電制電量單位，簡稱1“靜庫”。高斯

還創(chuàng)造了磁體磁矩的量度以及磁場強(qiáng)度的量度，從而建立了第一個(gè)合理的電

磁學(xué)單位制——高斯制，它是以毫米、毫克和秒為基礎(chǔ)的“絕對”電學(xué)單位

制。在高斯單位制中，上述庫侖定律中的系數(shù)k=1.

1881年第1屆國際電學(xué)大會(huì)確定庫侖（C）為電荷量的國際單位，

定義為1安恒定電流在1秒時(shí)間間隔內(nèi)所傳送的電荷量為1庫侖，即1庫侖

=1安·秒，也就是庫侖的現(xiàn)定義. 高斯單位制和國際單位制中電量的換算

關(guān)系為1C=2.9979×10(esu).至此，國際單位制中k=9.0×10Nm/C的數(shù)值

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才得以計(jì)算確定.

三、幾點(diǎn)認(rèn)識和建議

1、庫侖定律是庫侖通過實(shí)驗(yàn)和運(yùn)用類比的思想得出的，庫侖并沒有改變電

荷量進(jìn)行測量.

教材中對庫侖扭秤的介紹，既包含探究了庫侖力與電荷間距離的關(guān)系，也通過相

同小

球接觸平分電量的方法探究了庫侖力與電荷量的關(guān)系.教材這種處理可能是為了

體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的完整性和嚴(yán)密的探究性，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到科學(xué)的解決問題的方法.其實(shí)，

通過查閱資料，庫侖并沒有改變電荷量去測量，而是通過類比萬有引力定律的方

法，直接給出與電荷量成正比的結(jié)論.類比的方法也是重要的物理思想方法，教

材寫出真實(shí)的庫侖定律的發(fā)現(xiàn)過程，照樣可以讓學(xué)生感受物理方法的力量，不必

為了教育而含糊處理.

2、但是靜電力常量k并不是庫侖得出的，教材可以明確寫明.

庫侖利用扭秤實(shí)驗(yàn)，總結(jié)得出了庫侖定律.但是在庫侖那個(gè)年代，沒有

電荷量的單位，更無法測量物體所帶的電荷量，這一點(diǎn)教材的說明是準(zhǔn)確的.在

筆者考證的物理學(xué)史資料中，在庫侖逝世近30多年后，高斯單位制中出現(xiàn)電荷

量的單位，即esu靜電單位.1881年才開始使用庫侖（C）為電荷量的單位.所以

靜電力常量k，不是由庫侖得出的，從這一點(diǎn)來看，可以說靜電力常量k是高斯

得出的.為解決教學(xué)中的師生困惑，建議教材將這一結(jié)論明確寫明，或可以在教

材節(jié)后的科學(xué)漫步中進(jìn)行介紹.

3、高中物理教輔類書籍應(yīng)該進(jìn)行必要的完善.

教輔類書籍在教學(xué)中有著重要的作用，書籍中知識應(yīng)務(wù)必做到準(zhǔn)確規(guī)

范，以便能在教學(xué)中起到正確的輔助作用.作為編者不應(yīng)對教材中未寫明的內(nèi)容

進(jìn)行隨意改編，而應(yīng)該本著事實(shí)就是的精神，考究其是否規(guī)范和準(zhǔn)確，不然不僅

起不到輔助作用，卻會(huì)誤導(dǎo)學(xué)生，妨礙正確內(nèi)容的接受和理解.

以上為個(gè)人觀點(diǎn)，不當(dāng)之處，敬請指教！

參考文獻(xiàn)：

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