库仑定律所有公式 库伦定理?( 二 )


。可以发现,库仑定律和万有引力定律的相似性有着必然的联系,这也是定律之间的横向联系 。
03
概念之间的横向关系
“场”的概念是物理学中的一个重要概念 , 也是现代物理学与经典力学在物质观理解上的最大区别 。这种物质不同于通常的实物 。它不是由分子原子构成的,但也是客观存在的 。带电体周围有电场,人们会引入试荷Q来探究电场的性质 。对于电场中的同一点,试求电场力与电荷之比 。
是确定的,对于电场中的不同点,
通常是不同的 , 并且与它在电场中的位置有关 。因此,
反映了电场的性质,称为电场强度 。相应地,在探索磁场时,人们往往会引入一个类似于试荷的“电流元” 。在垂直于磁场方向的磁场中的某一位置放置一根短的带电直导线,带电直导线上的力F与电流I和直导线长度L的乘积成正比 。因为这个比例
它与通电导线的长度和电流无关,可以用来描述磁场的强度 , 即磁感应强度 。如图3,从电场、磁场到重力场,那么
描述重力场的不仅仅是众所周知的重力加速度,还有重力场强度 , 进一步到重力场强度,还有从能量角度的电势、重力势、引力势等概念,这些都是概念之间的横向关系 。
图3静电场、磁场和重力场
在计算点电荷电场的基础上,人们还想知道定量计算一般带电体产生的电场强度E和电势的数学方法 。笛卡尔在《哲学的本质》中提出了一个关于自然科学的“指导原则”:为了解决所遇到的问题,我们必须把它们分成几个部分 , 我们必须从最简单的(对象)开始,逐步进入对复杂的(对象)的认识 。这种方法系统地渗透到物理学的所有分支,从力学和电学到原子物理学 。比如运动、力等的合成 。都体现了这一思想,前提条件是“部分”的相加必须服从“叠加原理” 。力学部分从质点运动开始 , 再到质点系;一部分电是从点电荷产生的电场引入的,然后到电荷系统;力学和电学在连续统层次上的讨论方法体现了“由简单到复杂”的思维原则 。当然,线性系统只是自然界的一个近似的、理想化的模型系统,真实的系统更多的是非线性系统 。
在力学中,描述质点运动状态的物理量是位置x、动量p等物理量,它们是质点空之间位置的函数 。位置的变化产生位移X,位置随时间的变化产生速度V,速度随时间的变化产生加速度a .在力学中,描述一个质点状态的物理量是位置X和速度V,它们之间的关系是随时间的变化率 。
。在静电学中,描述电场状态的物理量是电场强度E和电势,它们的定义反映了空之间的变化率关系 。
,从时间变化率的关系到空的关系 。
机械平衡是指质点受到两个外力的平衡,合力为零,质点保持静止或匀速直线运动;如果说“静”叫“静平衡”,那么“匀速直线运动”可以叫“动平衡” 。热力学中的平衡态是指系统中不存在“质量流”和“热流”且不随时间变化,但系统中的分子仍在做无规热运动的宏观状态,故称为“热动力学平衡态” 。同样 , 电学中的静电平衡态是指在外电场和内电场的共同作用下,导体中净电荷为零,内部电场强度为零 , 导体表面电荷没有定向运动的状态 。也是另一种意义上的“动态平衡”,是电场强度与电荷分布相互作用而达到的动态平衡 。因此,导体的静电平衡是平衡思想中机械平衡和热平衡水平关系的深化和发展 。
在物理系统中 , 一个粒子从起点运动到终点 。如果施加一个力,这个力所做的功由于路径不同而不变,这个力叫做保守力 。如果物体绕闭合路径运动,保守力对物体所做的功永远为零 , 也就是势能和其他形式的能量转化为零,所以系统间的势能保持不变 。当相对位置确定后,它们之间的势能是确定的 , 唯一的,所以保守力是一个与势能密切相关的概念 。重力、万有引力、弹力、静电力、分子力都有这个性质 。重力对应重力势能,弹力对应弹性势能 , 静电力对应电势能,分子力对应分子势能 。因此,卫星绕地球转、地球绕太阳转、电子绕原子核转等宏观和微观稳定模型体系都是保守力体系 。
04
结论:横向联系拓展了物理视界 。
横向联系不仅适用于物理学中不同内容的联系,也适用于不同学科之间联系的拓展 。比如变化量与变化率、稳定与变化、结构与功能、系统与系统模型等跨学科概念在其他学科中也有广泛应用 。学科内和学科间的概念交叉 , 不仅可以加深我们对概念和规律的理解,拓宽我们的物理视野 , 也是解决问题和认识未知的重要途径 。