
主要思政元素:
1.库伦发现定理
库伦通过扭秤实验得到:两电荷间的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,用扭称来测量就遇到了麻烦。因为金属丝的扭转的回复力矩仅与角度的一次方成比例,这就不能保证扭称的稳定。经过反复的思考,库仑发明了电摆。他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。最后库仑终于找出了在真空中两个点电荷之间的相互作用力与两点电荷所带的电量及它们之间的距离的定量关系,这就是静电学中的库仑定律,即两电荷间的力与两电荷的乘积成正比,与两者的距离平方成反比。库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,它使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。电荷的单位库仑就是以他的姓氏命名的。
库伦定理的两点启发:
(1)类比方法的运用。类比法是科学研究中的一种重要思维方法,被赞誉为科学活动中的“伟大的引路人”。物理史上很多重大发现、发明,往往发端于类比。在向新的科学问题进军时,通过对新旧科学问题之间相似的联想,类比推理可以帮助取得重大突破。梳理库仑定律的建立过程, 我们可以看到类比方法在物理学研究中有重要性。把万有引力的平方反比规律类比到电力这个新的领域,使得库仑定律一开始就走上了正确的道路(没有走弯路)。
(2)理论和实验,相辅相成。物理学是一门自然科学,其研究始终着眼于探索物质世界及其运动的规律;物理学又是以实验为本的科学,物理学的概念、规律及公式等都是以实验为基础的。库仑定律不仅是一个实验定律,还可以说是万有引力定律在电学和磁学中的“推论”。
2. 富兰克林发明避雷针。
1752年6月的一天,阴云密布,电闪雷鸣,一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道,带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝,他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大,风筝很快就被放上高空。刹那,雷电交加,大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线,父子俩焦急的期待着,此时,刚好一道闪电从风筝上掠过,富兰克林用手靠近风筝上的铁丝,立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动,大声呼喊:“威廉,我被电击了!成功了!成功了!我捉住‘天电’了!!”随后,他又将风筝线上的电引入莱顿瓶中。回到家里以后,富兰克林用雷电进行了各种电学实验,证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的想法,在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。
富兰克林冒着生命危险研究雷电,发明了避雷针,避免了无数雷击灾难,破除了“雷击是上天惩罚”的迷信,而且他将自己的研究成果无偿地奉献给了全人类,并没有为此申请能获得巨大收益的专利。