平方反比定律是啥？

Posted 2023-04-06

定义

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。

两大平方反比定律

“物理学是优美的，它的美表现于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：

。他是在开普勒、第谷研究得出了行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：

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，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，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，这还是一个谜，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于我们面前，我们相信世界是统一的，自然科学便是一种追求真、善、美的科学。

参考技术A

平方反比定律是一个定义范围，不是具体的某个定律。

平方反比定律是一个物理学定律，又称反平方定律、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平方反比定律。

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：

被后人称为“库仑定律”。

扩展资料

用途

明乎平方反比定律，除了可以设置背景明暗之外，日常拍摄亦有不少实际用途。

例如，以闪灯拍摄集体照时，有时会出现前排亮后排暗的现像，这是因为闪灯与前后排距离不同的缘故。遇上这情况，根据平方反比定律，只要将闪灯尽量移后一点，使闪灯与前后排距离的比例朝1:1靠拢，问题便可得到改善。

参考资料：百度百科-平方反比定律

引力为何与距离的平方成反比？平方反比有何特殊意义？

　　引力与距离呈平方反比定律，或许正说明我们的宇宙空间是三维的。

　　物理学中有四种基本力，其中强力和弱力只在微观尺度有效，电磁力和万有引力的作用范围是无限的，而且电磁力和万有引力都满足平方反比定律，实现生活中还有很多物理现象满足这一规律，比如灯泡的光照强度也是和距离平方成反比。

　　

　　平方反比定律指的是物体或者粒子的强度，与距离的平方呈线性衰减，为了证明库伦力和万有引力严格遵循平方反比定律，实验科学家花了不少心血；万有引力非常微弱，使得万有引力的测量非常困难，但是库伦力很容易测量，目前科学家对库仑力指数的测量精度，已经达到了2±10^-10。

　　

　　假如电磁相互作用不严格遵循平方反比定律，那么光子的静止质量将不严格为零，真空中的光速也将不固定，电荷也将不守恒，这会使得现有的整个物理学大厦坍塌，所以平方反比定律对于物理学来说非常重要。

　　电磁力和万有引力在形式上的这种相似性，是否存在更本质的原因，目前还有待人们去探寻，我们不妨从空间维度出发，来简单探讨下平方反比定律。

　　首先，电磁力和万有引力都可以用“场”来描述，分别叫做电磁场和引力场，场是物质的一种，它真实存在，而且有能量有动量，这是物理学中一个非常重要的概念，一旦离开了场，我们会发现很多物理问题变得棘手。

　　

　　比如做加速运动的电荷会辐射电磁波，从而使自身受到一个阻尼力，这个力就没有反作用力；还有假如太阳发生超新星爆炸，地球要8分钟后才受影响，那么在这8分钟之内，地球受到的引力也没有反作用力，而且动量守恒定律也将被破坏。如果其中引入电磁场施加了反作用力，以及引力场带走了动量，那么这两个问题就能轻松得到解决。

　　有了场的概念，我们再来看平方反比定律就容易很多，一个点质量激发的引力场是向四周扩散的，无论扩散多远，场的矢量加起来都应该和初始时一致，因为场是物质，在电磁场中就对应高斯定律（磁场∮BdA=0，电场∮EdA=q/ε）。

　　

　　我们把场想象成一个点光源，并且向三维空间中发射光子，距离发散点的半径为r时，发散面的面积为A=4πr^2，于是光子的扩散密度和距离平方呈反比，这或许就是平方反比的物理意义。

　　这一切都得益于我们宇宙空间是三维的，或者说电磁相互作用和万有引力在三维空间中传播，这个定律其实也可以利用数学推广到任意维度N，在N维度扩展的场强强度，与r^（N-1）呈反比。

　　

　　所以大自然偏好平方反比定律是有着深刻原因的，至于强力和弱力，由于只在微观尺度有效，而且形式更为复杂，在超弦理论中描述还有七个维度蜷缩在微观世界，这之间是否存在联系谁也说不清楚。

参考技术A 与距离的平方成反比与速度的平方同属于一种熵，单位焦耳，地球引力方向是36O℃的方向，因此是万有引力与距离的平方成反比！即oA=oA（oB）=oBxoB，也就是万有引力与距离平方成反比同质能方程、动能方程、加速度同属于一种原理！ 参考技术B 因为距离的大小时时刻刻都会限制物体的吸引的，效果很强，所以成平方关系，特殊意义就是对于物理理论有促进作用 参考技术C 因为所有的力都是矢量，也就意味着力有大小还有方向，根据伯特兰定理，引力会随着距离的增加而减弱，所以引力与距离的平方成反比，平方反比和真实的引力强度并没有直接的关联性，也并没有任何的特殊意义。 参考技术D 平方反比定律指的是物体或者粒子的强度,与距离的平方成线性衰减,为了证明库伦力和万有引力严格遵循平方反比定律,实验科学家花了不少心血;万有引力非常微弱,使得万有引力的测量非常困难,但是库伦力很容易测量,目前科学家对库仑力指数的测量精度,已经达到了2±10^-10。