之前我弄了一個講物理知識的系列，叫作《給初中生講講高中物理之<恒定電流>》。有同學(xué)不滿足于此，想了解電路之外的電磁學(xué)知識。其實直流電路還有很多能講的東西，比如基爾霍夫定律，Y-Δ變換等等等等，能講的太多了。但這里不妨從頭講起，講靜電場。電磁學(xué)的問題里，場是很重要的部分，很重要很重要。電路部分深里的東西可以以后再說。至于為什么這個系列沒有標(biāo)注“講給初中生”，是因為我想多講一點，有的部分憑普通初中生的能力可能無法理解。

文章里給出的例題一般是可作為小結(jié)論的東西，當(dāng)做例題做掉了。更有難度的習(xí)題請讀者自行尋找。

下面開始講。這一篇文章講庫侖定律，電場概念。

這個世界中的電荷總共兩種，正電荷與負(fù)電荷，同種排斥，異種相吸。其實這個正負(fù)號也是人為規(guī)定的，為了區(qū)分兩種電荷，我們把絲綢摩擦過的玻璃棒所帶電荷叫正電荷，把毛皮摩擦過的橡膠棒所帶電荷叫負(fù)電荷，它們的數(shù)量就分別用正負(fù)數(shù)表示。

初中我們學(xué)過摩擦起電，還有一種起電方式叫靜電感應(yīng)，讀者不妨自行了解，這里不做贅述。從各種起電的實驗中可以總結(jié)出電荷守恒定律：電荷不能被創(chuàng)造或消滅，只能相互傳遞。在任何物理過程中，電荷的代數(shù)和是守恒的。這條定律是十分重要的。

再說說電量。物體所帶電荷數(shù)量的多少叫電量（q），單位是庫倫（C）。電荷量值有個基本單元，任何粒子或宏觀物體所帶電量都只能是該數(shù)值的整數(shù)倍，這個值就是一個質(zhì)子或電子所帶電量的絕對值，即元電荷e：

接著介紹庫侖定律，這同樣是十分重要的，是一條實驗定律。先擺出庫侖定律的表述：

庫侖定律作為靜電學(xué)的奠基，我們得說說明白，不能只知道個公式就往下跳了。在公式里，k是一個比例常數(shù)，根據(jù)單位制的不同而不同。在高斯制中，k=1；在國際單位制中，，ε0為真空介電常數(shù)，對應(yīng)k約為。那個頭頂帶個尖尖的r是單位矢量，模長為1，放在公式里就是指個方向。為啥一定沿聯(lián)線呢？如果不沿著聯(lián)線，那么空間旋轉(zhuǎn)180°不就不對稱了嘛。（由此讀者能不能感受到，這是推出來的結(jié)論，并非實驗結(jié)論）實驗得出的結(jié)論其實就是庫侖力與r平方成反比（這個平方在實驗中還有一定的誤差δ，隨著實驗的精度提升δ也越來越小）。這個電力平方反比律的形式與萬有引力的公式很相似，電量q也是類比于引力質(zhì)量。

然后說說適用條件。首先是真空中，就是為了使得這兩個點電荷只受彼此之間的作用力，不受其他電荷干擾。如果沒有在真空中，那么情況就是麻煩了點，但是我們有力的獨立作用原理，多用幾次庫侖定律也就可以解決問題。這也是個比較實際的思考，畢竟實際的介質(zhì)、導(dǎo)體之類肯定不是只有兩個電荷啊。就是在介質(zhì)里介電常數(shù)肯定得改一改。然后是點電荷，這是電磁學(xué)里的理想模型，就像力學(xué)里的質(zhì)點。理想模型是個好東西，能大大滴減小問題的麻煩程度。庫侖定律只適用于點電荷間，實際電荷肯定不是點電荷。但當(dāng)電荷本身線度可以忽略，比如帶電體間的距離遠(yuǎn)大于帶電體本身大小，就可看作點電荷處理。最后是靜止，要求點電荷相對靜止，且相對觀察者靜止。此時是庫侖力滿足牛頓第三定律的，即q1對q2的力與q2對q1的力等大反向共線。如果電荷要動呢？假設(shè)q1不動，q2動，那么q1對q2的力還是滿足庫侖定律的，但q2對q1的力就不行了，因為有推遲效應(yīng)?？雌饋磉@樣不滿足牛三啊，但是這恰說明電荷之間還有一種物質(zhì)，場。q1不動，場就不動，q2動，其激發(fā)的場就動了。場作為一種物質(zhì)，也是有動量的。對于q1,q2與場所構(gòu)成的系統(tǒng)，滿足動量守恒。如果考慮場，牛三依然成立的。

庫侖定律的應(yīng)用尺度是相當(dāng)廣的，原子核尺度到地球尺度沒問題。研究也發(fā)現(xiàn)從微觀的原子，分子結(jié)構(gòu)，到宏觀固體、液體結(jié)構(gòu)，化學(xué)作用的微觀本質(zhì)等等都和電磁力有關(guān)。

下面來說電場與電場強(qiáng)度。

庫侖定律給出了兩個點電荷之間相互作用的定量關(guān)系，但沒有說明這種力是如何傳遞的。歷史上有兩種觀點的爭論。一種是瞬時傳遞的，即超距作用，一種是要用一定時間傳遞的，即近距作用，通過一種彈性媒質(zhì)——以太來傳遞。而事實上，超距作用的觀點是錯的，而“以太”的假設(shè)也是錯的，電力是通過電場傳遞的。

任何電荷都在自身周圍激發(fā)電場，電場對處于其中的電荷有力的作用，叫電場力。用上面的圖來說的話，q1由于自身電荷激發(fā)一個電場，q2在該場中，于是受到電場力F12，就這么回事。

為了研究電場，我們引入電場強(qiáng)度矢量。干看著這個電場是沒有用的，要讓它發(fā)揮作用，即對電荷施加力才好研究。于是我們就放一個電荷到電場中，但這個電荷的電量必須要足夠小，小到使得原來的電場不改變，同時其線度也要足夠小，看作點電荷。這樣的電荷又叫作試探電荷。同時為便于研究，試探電荷一般是正的。

根據(jù)庫侖定律，試探電荷在電場里任一點所受電場力F總是與試探電荷自身帶電q0成正比，于是F/q0是一個大小與方向均與試探電荷無關(guān)的矢量，反映電場本身性質(zhì)。如果試探電荷為負(fù)則該量方向反一反就行。這就是電場強(qiáng)度（E），用文字描述就是電場強(qiáng)度大小為單位電荷在該處所受電場力大小，方向為正電荷在該處所受電場力方向。進(jìn)一步計算的話，，q為場源電荷，r為到場源電荷距離。易得這樣的場是球?qū)ΨQ的。要描繪電場，要看到空間上每一點都有一個矢量，這些矢量的總體就是矢量場了。

為形象描述電場分布我們引入電場線。對于正點電荷有向外輻射的直線，負(fù)點電荷就有向內(nèi)匯聚的直線。把這些小箭頭連起來就有電場線，電場線上一點的切線方向與該點電場方向相同。

最后說說場強(qiáng)疊加原理。點電荷組產(chǎn)生的電場在某點的場強(qiáng)為各點電荷單獨存在時產(chǎn)生電場在該點場強(qiáng)的矢量疊加，讀者不妨自行推導(dǎo)。下面留一個題算算。

一對靠的很近的等量異號電荷構(gòu)成的帶電體系叫電偶極子。令兩個點電荷分別為+q與－q，其間距離為L。試求兩電荷延長線上某點A與中垂線上某點B的場強(qiáng)，A與B到兩電荷聯(lián)線中點O的距離均為r。

三連喲