库仑定律公式

库仑定律

库仑定律（英文：Coulomb'slaw）：是电磁场理论的基本定律之一。真空中两个静止的

点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用

力的方向沿着这两个点电荷的连线，同名电荷相斥，异名电荷相吸。公式：F=k*(q1*q2)/r^2。

库仑定律成立的条件：真空中；静止；点电荷。（静止是在观测者的参考系中静

止，中学计算一般不做要求）

库仑定律：法国物理学家查尔斯·库仑于1785年发现，因而命名的一条

物理学定律。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律。因此，电学的研究从

定性进入定量阶段，是电学史中的一块重要的里程碑。库仑定律阐明，在真空中

两个静止点电荷之间的相互作用力与距离平方成反比，与电量乘积成正比，作用

力的方向在它们的连线上，同号电荷相斥，异号电荷相吸。真空中两个点电荷之

间的相互作用力F的大小，跟它们的电荷量Q

1

.Q

2

的乘积成正比，跟它们的距离

r的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线。同种电荷相斥，异种电荷相

吸。上述结论可表示为F=KQ

1

.Q

2

/r²，式中，K是静电常量。如果各个物理量都采

用国际制单位，即电荷量的单位用C(库)，力的单位用N，距离的单位用m,则K=9.0

×910N·m²/C²

定义：真空中两个静止点电荷之间的互相作用力，与它们的距离的2次方

成反比，作用力的方向在它们的连线上。

验证:库仑定律是1784年至1785年间法国物理学家查尔斯·库仑通过扭

秤实验总结出来的。

物理意义(1)描述点电荷之间的作用力，仅当带电体的半径远小于两者的

平均距离，才可看成点电荷(2）描述静止电荷之间的作用力，当电荷存在相对运

动时，库仑力需要修正为电磁力（Lorentz力）。但实践表明，只要电荷的相对

运动速度远小于光速c，库仑定律给出的结果与实际情形很接近。

注意事项(1)库仑定律只适用于计算两个点电荷间的相互作用力，非点电

荷间的相互作用力,库仑定律不适用。（注意：不能直接认为当r无限小时F就无

限大，因为当r无限小时两电荷已经失去了作为点电荷的前提。）

(2)应用库仑定律求点电荷间相互作用力时，不用把表示正,负电荷的

"+","-"符号代入公式中计算过程中可用绝对值计算，其结果可根据电荷的正,

负确定作用力为引力或斥力以及作用力的方向。

(3)库仑力一样遵守牛顿第三定律,不要认为电荷量大的对电荷量小的电荷

作用力大。(两电荷之间是作用力和反作用力)

库仑定律的历史

提出：库仑定律可以说是一个实验定律，也可以说是牛顿引力定律在电学和

磁学中的“推论”。假如说它是一个实验定律，库仑扭称实验起到了重要作用，

而电摆实验则起了决定作用；即便是这样，库仑仍然借鉴了引力理论，模拟万有

引力的大小与两物体的质量成正比的关系，认为两电荷之间的作用力与两电荷的

电量也成正比关系。假如说它是牛顿万有引力定律的推论，那么普利斯特利和卡

文迪许等人也做了大量工作。因此，从各个角度考察库仑定律，重新准确的对它

进行熟悉，确实是非常必要的。

早期研究：人类对电现象的熟悉、研究，经历了很长的时间。直到16世纪

人们才对电的现象有了深入的熟悉。吉尔伯特比较系统地研究了静电现象，第一

个提出了比较系统原始理论，并引人了“电吸引”这个概念。但是吉尔伯特的工

作仍停留在定性的阶段，进展不大。18世纪中叶，人们借助于万有引力定律，

对电和磁做了种种猜测。

18世纪后期，科学家开始了电荷相互作用的研究。富兰克林最早观察到电

荷只分布在导体表面。普利斯特利重复了富兰克林的实验，在《电学的历史和现

状》一书中他根据牛顿的《自然哲学的数学原理》最先预言电荷之间的作用力只

能与距离平方成反比。虽然这个思想很重要，但是普利斯特利的结论在当时并没

有得到科学界的重视。在库仑定律提出前有两个人曾作过定量的实验研究，并得

到明确的结论。可惜，都没有及时发表而未对科学的发展起到应有的推动作用。

一位是英国爱丁堡大学的罗宾逊，认为电力服从平方反比律，并且得到指数

n=2.06，从而电学的研究也就开始进行精确研究。不过，他的这项工作直到1801

年才发表。

另一位是英国的卡文迪许。1772～1773年间，他做了双层同心球实验，第

一次精确测量出电作用力与距离的关系。发现带电导体的电荷全部分布在表面而

内部不带电。卡文迪许进一步分析，得到n=2.02。他的这个同心球实验结果在

当时的条件下是相当精确的。但可惜的是他一直没有公开发表这一结果。

建立：库仑是法国工程师和物理学家。1785年，库仑用扭称实验测量两电

荷之间的作用力与两电荷之间距离的关系。他通过实验得出：“两个带有同种类

型电荷的小球之间的排斥力与这两球中心之间的距离平方成反比。”同年，他在

《电力定律》的论文中介绍了他的实验装置，测试经过和实验结果。库仑的

扭秤巧妙的利用了对称性原理按实验的需要对电量进行了改变。库仑让这个可移

动球和固定的球带上同量的同种电荷，并改变它们之间的距离。通过实验数据可

知，斥力的大小与距离的平方成反比。但是对于异种电荷之间的引力，用扭称来

测量就碰到了麻烦。经过反复的思考，库仑借鉴动力学实验加以解决。库仑设想：

假如异种电荷之间的引力也是与它们之间的距离平方成反比，那么只要设计出一

种电摆就可进行实验。

库仑定律的发现者库仑：通过电摆实验，库仑认为：“异性电流体之间的作

用力，与同性电流体的相互作用一样，都与距离的平方成反比。”库仑利用与单

摆相类似的方法测定了异种电荷之间的引力也与它们的距离的平方成反比，不是

通过扭力与静电力的平衡得到的。可见库仑在确定电荷之间相互作用力与距离的

关系时使用了两种方法，对于同性电荷，使用的是静电力学的方法；对于异性电

荷使用的是动力学的方法。库仑注重修正实验中的误差，最后得到：“在进行

刚才我所说的必要的修正后，我总是发现磁流体的作用不管是吸引还是排斥都是

按距离平方倒数规律变化的。”但是应当指出的是，库仑只是精确的测定了距离

平方的反比关系，并把静电力和静磁力从形式归纳于万有引力的范畴，我们这里

要强调的是库仑并没有验证静电力与电量之积成正比。“库仑仅仅认为应该是这

样。也就是说库仑验证了电力与距离平方成反比，但仅仅是推测电力与电量的乘

积成正比。”

验证：库仑定律是平方反比定律，自发现以来，科学家不断检验指数2的精

度。1971年威廉等人的实验表明库仑定律中指数2的偏差不超过10^-16，因此

假定为2。事实上，指数为2和光子静止质量为零是可以互推的。其实假如mz

不为零，即使这个值很小，也会动摇物理学大厦的重要基石，因为现有理论都是

以mz等于零为前提。到目前为止，理论和实验表明点电荷作用力的平方反比定

律是相当精确的。200多年来，电力平方反比律的精度提高了十几个数量级，使

它成为当今物理学中最精确的实验定律之一。回顾库仑定律的建立过程，库仑并

不是第一个做这类实验的人，而且他的实验结果也不是最精确的。我们之所以把

平方反比定律称为库仑定律是因为库仑结束了电学发展的第一个时期。库仑的工

作使静电学趋于高度完善。电量的单位也是为了纪念库仑而以他的名字命名的。

影响：库仑定律不仅是电磁学的基本定律，也是物理学的基本定律之一。库

仑定律阐明了带电体相互作用的规律，决定了静电场的性质，也为整个电磁学奠

定了基础。库仑从1777年起就致力于把超距作用引入磁学和电学。他认为静电

力和静磁力都来自远处的带电体和荷磁体，并不存在什么电流体和涡旋流体对带

电物质和磁体的冲击；这些力都符合牛顿的万有引力定律所确定的关系。库仑提

供了精密的测量，排除了关于电本性的一切思辩。库仑的工作对法国物理学家的

影响还可以从稍后的拉普拉斯的物理学简略纲领得到证实。这个物理学简略纲领

最基本的出发点是把一切物理现象都简化为粒子间吸引力和排斥力的现象，电或

磁的运动是荷电粒子或荷磁粒子之间的吸引力和排斥力产生的效应。这种简化便

于把分析数学的方法运用于物理学。