库仑定理(库仑定律的所有公式)
学习物理知识时，对一些物理概念和规律的理解要结合物理学史讲解理论的来龙去脉，让学习者获得一个动态的、主动的学习过程，消除物理知识的神秘感，可以增强思维的灵活性 。通过研究物理学的历史，我们可以知道物理学家的成败，也可以增强我们对物理的兴趣和“认真推动物理”的信心 。
本文以库仑定律为例，结合物理学史，将库仑简化为一个有血有肉的科学家，使库仑不再只是一个电量单位，库仑定律也不再只是一个干巴巴的物理公式 。今年恰逢库仑诞辰280周年(1736-1806年)和他逝世210周年 。本文简要回顾了库仑定律的发现过程，希望对读者有所启发 。
科学家对电的早期研究
人类对电现象的认识经历了漫长而曲折的道路 。殷商时期，甲骨文中出现了“雷”和“电”的形声字 。然而，直到16世纪，人们对电的现象才有了更深刻的认识 。英国伊丽莎白一世女王的御医w·吉尔伯特(1544-1603)首次提出了“电引力”的概念，并系统地研究了静电现象 。1600年，吉尔伯特发现一些物质相互摩擦后可以吸引光线和小物体 。他称这种力量为“琥珀力量” 。后来，科学术语“电”是根据希腊单词“琥珀”的词根制定的 。
18世纪，牛顿创立经典力学理论后，三大运动定律和万有引力定律奠定了物理科学发展的基础，统一了天地的运动，完成了对自然规律的第一次理论概括和总结 。18世纪中叶，人们坚信万有引力定律的正确性，并将其外推至电和磁的研究 。18世纪后期，随着实验条件的不断改善，科学家们开始了电荷相互作用的实验研究 。
1733年，法国科学家杜菲(C. du Fay，1698-1739)根据大量实验事实，大胆地得出结论，自然界中存在不同种类的电荷 。一个叫“琥珀电”；一个叫“玻璃电” 。1747年，美国科学家B .富兰克林(1706-1790)将丝绸摩擦玻璃带的电称为“正电”，将毛皮摩擦琥珀带的电称为“负电”，从而提出了正负电的概念 。
1759年，德国科学家艾皮努斯(1724-1802)提出了一个假设，即电荷之间的斥力和引力随着带电体之间距离的减小而增加 。然而，埃皮努斯并没有用实验来验证这个假设 。1760年，D .伯努利(1700-1782)猜想电是否会像引力一样服从平方反比定律，他的想法在当时具有代表性 。
1755年，富兰克林观察到电荷只分布在导体表面，而导体内部没有静电效应 。他把这一现象告诉了英国科学家J. Priestley (1733-1804)，并建议Priestley重复实验以证实这一点 。从牛顿的万有引力理论出发，Priestley曾经将电荷的作用力与万有引力进行比较，推测电荷的作用力也符合平方反比定律 。但是这个结果并没有经过实验验证，所以一直停留在猜测阶段，最终被搁置 。顺带一提，在科学研究的过程中，科学家之间的交流与合作，可以凝聚所有人的智慧，形成优势互补，并经常激起宝贵的创造火花，进而发展为重大科研成果，推动科学进步 。科学史上有很多这样的历史经验值得我们借鉴 。
在科学史上，曾经有两位英国科学家对电力做了定量的实验研究，得到了明确的结论 。遗憾的是，他们没有及时公布研究成果，也没有对科学的发展起到应有的推动作用 。一个是J .罗宾逊(1739-1805)，另一个是h .卡文迪什(1731-1810) 。Robinson设计了杠杆装置得出电力服从平方反比定律的结论，得到的指数偏差δ =0.06，并认为实验误差导致指数过大 。1801年，罗宾逊发表了这项研究成果 。
从1772年到1773年，卡文迪什做了一个双层同心球实验(图1)来精确测量电功率和距离之间的关系 。根据卡文迪什的分析，由于带电金属球壳内部的任何一点都没有电力，如果将球壳切成两半，在空腔中放入电荷，电荷不受力的影响，这说明球壳两部分上的电荷对P点电荷的静电力是相互抵消的 。卡文迪什证明，只有当静电力与距离的平方成反比时，两种力才会相互抵消 。他由此得到的功率服从平方反比定律，他用下面的形式表示功率 。卡文迪什的同心球实验比库仑的扭转平衡实验早了11年 。卡文迪什使用了当年最原始的电子测量仪器 。由于其巧妙的设计，它取得了非常可靠的结果 。
图1卡文迪什及其双同心球体照片
虽然卡文迪什是“所有有学问的人中最富有的，所有最富有的人中最有学问的”，但由于性格孤僻，他很少与他人交往 。直到卡文迪什去世，研究结果才公开发表 。1879年，麦克斯韦整理了卡文迪什的研究成果，他的工作为世人所知 。如果这一成果能及时发表，也许现在的库仑定律就要改名了 。因此，为了促进科学进步，仅仅提出丰富的想法、开展新的实验、阐述新的问题或创造新的方法是不够的 。还必须有效和及时地与他人交流创新成果，并为共享知识建设做出贡献 。只有那些能够被其他科学家及时有效认识和利用的研究成果才有意义 。所以做科研，要慎重假设，大胆验证，善于分享，及时发表科研成果，让科学造福人类 。
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