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平方反比定律（物理学定律）

次浏览 | 更新时间：2023-05-20

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平方反比定律

物理学定律

反平方定律是一个物理学定律，又称平方反比定律、逆平方律、反平方律；如果任何一个物理定律中，某种物理量的分布或强度，会按照距离源的远近的平方反比而下降，那么这个定律就可以称为是一个反平方定律。

基本信息

中文名	平方反比定律
外文名	The Inverse Square Law
别名	逆平方律、反平方律
应用学科	物理学

基本内容

平方反比定律，指物体或粒子的作用强度，随距离的平方而线性衰减，即作用力与距离平方成反比关系。例如天体之间的万有引力，电荷之间的库仑力，或灯泡的照度都是随着距离的平方线性衰减。

物理学

“物理学是优美的，它的美表现在基本物理规律的简洁和普适性"。十七、十八世纪相继发现的两大物理规律：万有引力定律和库仑定律，可以说是物理学史上一次伟大革命，这两个定律表述简洁，内容深邃，构成了思维与自然和谐的统一。

1、两定律发现的历史背景

万有引力定律是伟大科学家牛顿致力二十多年研究的结果，他从苹果落地开始思考，直到星际间的运动，总结出物体之间的作用规律，最后发表于1687年，其数学表述为：F=GMm/r^2，他是在开普勒、第谷研究得星运动规律的基础上总结并推广到任何物体之间存在相互作用的引力，宣告天上和地下的万物都遵循同一条规律，彻底否定了宗教势力的天上地下不同的思想，这是人类认识史上的一次飞跃，牛顿应用万有引力成功地解释了潮汐现象，接着海王星、冥王星的发现进一步证实了万有引力定律的正确性、万有引力定律的创立，使天上的运动和地面上的运动统一在一起，揭开了神秘宇宙的第一层面纱，为人类认识宇宙、了解自然迈开了第一步。

库仑定律是法国科学家库仑在1785年确立的，库仑注意到电荷之间的静电力与万有引力有许多类似之处，并大胆地假设静电作用的规律与万有引力有类似的形式，他将电荷的作用力表述为：F=KQ1Q1/r^2被后人称为“库仑定律”。力和距离都服从平方反比关系，库仑定律中的电量q与万有引力中的m相当，不同的是，万有引力总是引力，而库仑力可以是引力也可以是斥力。

2、关于静电力恒量K与万有引力常量G

牛顿发现万有引力之后后一百多年，英国科学家卡文迪许于1798年用精巧的扭秤装置对万有引力常量G作了一个比较精确的测量，在当时无人超过他测量的精度，在此之前，人们只知道存在这样一个常量，但不知道它为多少，阻碍了人们研究星球质量、密度、半径等一系列与星球有关的问题，万有引力常量是目前测得最不精确的基本物理常量之一。因为要测量G，就必须先测引力F，而引力太弱，又不能屏蔽其它物体对它的干扰，实验很难做，国际科联理事会科技数据委员会1986年推荐的数据为G=6.6725985×10^-11m^3/kg*s^2(或N.m^2/kg^2)，不精确度为万分之1.28，而这样的精确度并不高。

对于静电力恒量K，库仑在推测静电作用的规律过程中也是用的扭抨测量K值，不知是库仑根据卡文迪许的实验得启发而采用扭秤，还是两人思维不谋而合，至今仍判断不清，静电力恒量的测定比万有引力常量的测定要精确得多，因为两个带电体之间的作用力是比较明显的，也容易屏蔽外界的干扰，在国际单位制中，K=8.9875×10^9Nm^2/C^2

3、关于两定律中距离平方是否可靠的问题

平方反比定律是否会出现偏差？即r的指数是否一定等于2，这是目前科学家关心的问题，库仑定律中平方反比若有偏差，理论上会导致光子的静止质量不为零，从而出现真空中光速可变（真空散射），黑体辐射公式要修改，电荷不守恒，这样便会动摇电磁学乃至物理学整个大厦的基础，几百年来，随着精密仪器的出现和实验技术的提高，并经过不少科学家的努力，距离指数已达2+3×10的精确度。尽管精度很高，但是它是否严格等于2，仍受到物理学家的普遍关注，并将进一步得到检验，如果万有引力的指数有偏差，则会引起力场的高斯定理不成立等一系列问题，是与我们所学的知识背道而弛的，这些基本物理规律被破坏当然不可能想象。譬如说，现在如果有人宣布r的指数比2略大或者略小，哪怕只是一丁点儿，物理学则可能重新被修改。

还有，万有引力定律和库仑定律在形式上的相似性，是否意味着这两种作用的某种内在的质的统一性，至今还是一个谜，有待我们去揭示。

4、两个定律的适应范围

在中学阶段，库仑定律中电荷要视为静止（两电荷相对静止且均在惯性系中）的点电荷，万有引力定律中的物体要视为质点，但如果不能视为点电荷和质点，也能根据力的矢量迭加原理和微积分理论求得其值。

库仑定律是电磁学中的基本定律，包括著名的a粒子散射以及地球物理探测在内的大量实验表明：库仑定律在小至原子、原子核的线度，大至地球的线度内，即在10～10m的范围内是可靠的，但在小至10m以下和大至天文距离时，库仑定律能否精确成立还未经实验证实，当然也没有理由预料在大距离下库仑定律会遭到破坏，万有引力定律在太阳系内讨论天体运动获得了巨大的成功，它的威力究竟能力能延伸多远？当今牛顿万有引力的新版本----广义相对论已证明“万有引力理论的普适性超越了宇宙的边缘”（赵凯华语）。正是这样，从苹果落地到月亮，从太阳到宇宙，上穷碧落下黄泉，凡是有引力参与的一切物理现象，无不归结到一条简洁定律之中。茫茫宇宙，看似杂乱无间的星体运动都被一条精简的数学语言-----平方反比定律约束着，这不是知识的力量、人类智慧的结晶吗？

自然界中基本相互作用目前已知有四种：万有引力作用、电磁作用、强相互作用和弱相互作用。强弱相互作用是一种短程力，作用程不超过原子核线度，在微观世界中，万有引力和电磁力相比是微不足道的，如电子与质子之间的库仑力是万有引力的10倍，因此，在微观领域，起作用的是库仑力，但在整个电中性宇宙中，万有引力使天体有规律地按轨道运动，它就象一根指挥棒，调节着整个宏观世界的运动。

两个平方反比定律，是物理学生存与发展的基础，支撑着物理学这根擎天大柱，而它们却以惊人相似的表述形式展现在我们面前，我们想信世界是统一的，自然科学便是一种追求真、善、美的科学。

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