静电力常量究竟是谁测得的

静电力常量究竟是谁测得的？

摘要：

“在库仑那个年代，还不知道怎样测量物体所带的电荷量，甚至连电荷量

的单位都没有.”那么，静电力常量k究竟是由谁何时得出的呢？教材与众多

教辅书究竟谁出错了？1787年库仑得出了库仑定律，但是库仑并没有改变电

量进行测量，而是说“假说前一部分（电力分别与相互作用的两个电荷量成

正比）无需证明”.但在长度、电荷量的单位没有确定之前，根本无法测算出

k值.1889年第1届国际计量大会批准国际米原器（铂铱米尺）的长度为1

米，即长度的国际单位米被定义和使用.1881年第1届国际电学大会确定库

仑（C）为电荷量的国际单位.至此可以计算出静电力常量k=9.0×10Nm/C.

922

一、提出问题：静电力常量k究竟是不是由库仑得出

教学中，经常遇到有关法国学者库仑（b,1736-1806)、库

仑定律和静电力常量的问题。《中学物理教学参考》Vol.45 No.5 Mar.2014曾

湖贤老师的《法拉第电磁感应定律是由谁总结得出》中引用了这样一道试题：

许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列叙述中符合物理学史的是

（ ）

A.牛顿提出了万有引力定律，还通过实验测出了万有引力常量

B.奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第通过实验总结得出了电磁感应定律

C.库仑发现了电荷之间的相互作用规律---库仑定律，并利用扭秤实验测出了静

电力常量k

D.哥白尼提出了日心说并发现了行星沿椭圆轨道运行的规律

曾湖贤老师给出的参考答案为C.

在 《中学教材全解 高中物理 选修3-1》学案版（薛金星 主

编 2014年3月第3次印刷）第8页，在对库仑定律表达式的理解中也写道：

在国际单位制中，电荷量的单位是库仑（C），力的单位是牛顿（N），距离的单位

是米（m），k是静电力常量，是库仑通过实验装置库仑扭秤测出的，结果是k=9.0

×10Nm/C.其他众多教辅资料的认识也与此相同.即认为，库仑得出，

922

并且库仑由实验测出F、q、q、r，带入之后，得出k=9.0×10Nm/C.但是在普

12

922

通高中课程标准实验教科书选修3 一1 人教版2 0 1 4 年5 月第

36 版)第6页写道：“在库仑那个年代，还不知道怎样测量物体所带的电荷量，

甚至连电荷量的单位都没有.”那么，静电力常量k究竟是由谁何时得出的呢？

教材与众多教辅书究竟谁出错了？

笔者认真学习教材并查阅了相关资料，得出静电力常量并非库仑得出的

结论.

二、物理学史回顾

1、库仑与库仑定律

1773年法国科学院悬赏征求改进船用指南针的方案。库仑当时正在研

究静磁力，

他把磁针的支托改为用头发丝或蚕丝悬挂，以消除摩擦引起的误差，这个巧妙的

改进使他

获得1777年法国科学院的头等奖。接着他研究了金属丝的扭力，于1784年提出

了金属丝

的扭力定律。这二成果具有极为重要的意义，它给出了一种新的测量极小力的方

法。也就

在1784年他设计出一种新型测力仪器──扭秤.1785年,库仑用他本人发明的电

扭秤得出

了库仑定律.带电球相互接触,使电荷均分,两球带同性电互相排斥,然后借助银

扭丝恢复

两球到原始位置,从银扭丝的转角测知电力的大小，即库仑扭秤实验.于是，库仑

得出了“带

同号电的两球之间的斥力，与两球中心之间距离的平方成反比”的结论.1787年

库仑又进

一步指出了电扭秤方法的欠缺:由于不稳定平衡,测量异性电荷的吸引力时实验

会遇到困

难.同时还设计了第二种测量方法———电摆实验,其原理与万有引力作用下的

单摆实验

相似.地面上单摆周期为,如果电引力也遵从平方反比规律,则他设计的电摆

周期也应与两电荷距离成正比.库仑的实验数据通过修正,与理论值基本符合.于

是他得出

结论,“正电与负电的相互吸引力也与距离的平方成反比”.库仑定律由此为世人

所知，即：

真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它

们的距离

的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。用一个公式来表示库仑定律就

是

.但是库仑并没有改变电量进行测量，而是说“假说的前一部分无需

证明”，他

是在模仿万有引力定律，认为电力分别与相互作用的两个电荷量成正比，就如同

万有引力

分别与相互作用的两个物体的质量成正比一样.幸运的是，库仑的想法是正确的.

2、电荷量和长度国际单位的定义：

1687年，英国物理学家牛顿在他的《自然哲学的数学原理》中，

定义了作用和力以及运动等概念，这些概念和定义沿用至今.但是当时并没有

给出这些概念的国际单位. 最早是在1791年法国国民议会上通过建立以

“米”为基础的长度计量单位.米制单位是十进位的，而且有比较科学的、能

以较高精度复现的基准器。由于它有这些优点，逐渐为其他国家所接受。1889

年第1届国际计量大会批准国际米原器（铂铱米尺）的长度为1米，即长度

的国际单位米被定义和使用.

美国物理学家密立根（1868-1953）在1907-1913年，通过著名

的油滴实验精确地测定了基本电荷，得到电子电荷的数值为e=（4.774±

0.009）×10esu，该实验证明

-10

电荷是量子化的，自然界存在基本电荷.密立根当时用的电量单位是esu

（electrostatic unit），esu那个时代所用的静电单位.这个单位是高斯

单位制里电量的单位.电荷量度的思想，最早是由德国的数学家和物理学家高

斯（，1777—1855）提出的。1839年，高斯在他的著作《与距离

平方成反比的吸引力和推斥力的普遍理论》中，为电量确定了一个单位，按

照高斯的定义，两个相同电量的电荷相距1厘米时，若相互间的静电斥力为

1达因，则每一电荷的电量定义为1静电制电量单位，简称1“静库”。高斯

还创造了磁体磁矩的量度以及磁场强度的量度，从而建立了第一个合理的电

磁学单位制——高斯制，它是以毫米、毫克和秒为基础的“绝对”电学单位

制。在高斯单位制中，上述库仑定律中的系数k=1.

1881年第1届国际电学大会确定库仑（C）为电荷量的国际单位，

定义为1安恒定电流在1秒时间间隔内所传送的电荷量为1库仑，即1库仑

=1安·秒，也就是库仑的现定义. 高斯单位制和国际单位制中电量的换算

关系为1C=2.9979×10(esu).至此，国际单位制中k=9.0×10Nm/C的数值

9922

才得以计算确定.

三、几点认识和建议

1、库仑定律是库仑通过实验和运用类比的思想得出的，库仑并没有改变电

荷量进行测量.

教材中对库仑扭秤的介绍，既包含探究了库仑力与电荷间距离的关系，也通过相

同小

球接触平分电量的方法探究了库仑力与电荷量的关系.教材这种处理可能是为了

体现实验的完整性和严密的探究性，让学生学习到科学的解决问题的方法.其实，

通过查阅资料，库仑并没有改变电荷量去测量，而是通过类比万有引力定律的方

法，直接给出与电荷量成正比的结论.类比的方法也是重要的物理思想方法，教

材写出真实的库仑定律的发现过程，照样可以让学生感受物理方法的力量，不必

为了教育而含糊处理.

2、但是静电力常量k并不是库仑得出的，教材可以明确写明.

库仑利用扭秤实验，总结得出了库仑定律.但是在库仑那个年代，没有

电荷量的单位，更无法测量物体所带的电荷量，这一点教材的说明是准确的.在

笔者考证的物理学史资料中，在库仑逝世近30多年后，高斯单位制中出现电荷

量的单位，即esu静电单位.1881年才开始使用库仑（C）为电荷量的单位.所以

静电力常量k，不是由库仑得出的，从这一点来看，可以说静电力常量k是高斯

得出的.为解决教学中的师生困惑，建议教材将这一结论明确写明，或可以在教

材节后的科学漫步中进行介绍.

3、高中物理教辅类书籍应该进行必要的完善.

教辅类书籍在教学中有着重要的作用，书籍中知识应务必做到准确规

范，以便能在教学中起到正确的辅助作用.作为编者不应对教材中未写明的内容

进行随意改编，而应该本着事实就是的精神，考究其是否规范和准确，不然不仅

起不到辅助作用，却会误导学生，妨碍正确内容的接受和理解.

以上为个人观点，不当之处，敬请指教！

参考文献：

[1] 人民教育出版社课程教材研究所.普通高中课程标准实验教科书物理选修

3-1[M].北京：人民教育出版社2014.5.第6页

[2] 中学教材全解：学案版：人教实验版.高中物理.3-1：选修/薛金星主编.-

西安：陕西人民教育出版社，2012.1.第8页

[3]物理学史/郭奕玲，沈慧君编著.-2版.-北京：清华大学出版社，2005.8（2008

重印）.

第96页、97页、98页

[4] 中国大百科全书 .物理学/周光照主编.-北京：中国大百科全书出版社，

2009.7 .第292页