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万有引力定律
在浩瀚宇宙中,每一个天体都在不停地运动,月球在围绕地球运动,地球在围绕太阳运动、、、、
为什么会这样运动,是什么力在维持天体的这种运动呢?
17世纪前,人们普遍认为行星做的是完美而又神圣的圆周运动,无需什么动因。
开普勒时代,人们开始萌发了各种解释,例如伽利略认为一切物体都有合并的趋势;开普勒认为是受到了来自太阳类似磁力的作用;笛卡尔认为是受到了行星周围的“以太”作用。
一、人类对天体运动的思考?
牛顿时代,胡克、哈雷等对这一问题的认识更进一步,都认为行星围绕太阳的运动是因为受到太阳对它的引力作用,甚至能够在圆轨道下证明:这种引力跟距离的二次方成反比;但无法在椭圆轨道下证明,更没有引力的一般规律。
牛顿对这个问题又是怎样认为的呢?
(1)为什么苹果从树上掉下,要落向地面而不飞向天空?
(2)把苹果从山脚搬到山顶,重力变化大吗?
(3)把苹果再往高处搬,搬到月球的高度,苹果还受到重力吗?
(4)现在你再认真想一想,月球受到重力吗?
(5)为什么月球没有落到地面,而是围绕地球运动呢?
“牛顿” 进一步思考,地球对月球既然有引力作用,那么这种引力作用与哪些因素有关呢?
“牛顿”经过认真的思考,认为地面上物体的自由下落与天空中月亮围绕地球运动的道理是相同的,都是由于地球对它们有引力作用,只是表现形式不一样。
二、万有引力定律
1、推导:
2、万有引力定律:
(1)内容:
任何两个物体之间都存在相互作用的引力,引力的大小与这两个物体的质量的乘积成正比,与这两个物体之间的距离的平方成反比。
(2)表达式:
表达式中G称为引力常量,是一个与物质种类无关的普适常量
(3)万有引力定律的适用条件:
①严格讲:只适用于质点间的引力计算, r表示两质点间的距离。
③特别地:当两物体是质量分布均匀的球体,不管是否可看成质点,r表示两球心之间的距离。
④当研究物体不满足上述三个条件时:
②近似地:当两物体间距离远远大于物体的尺寸时,物体可近似看作质点,r表示两物体间的距离。
可以把物体假想分割成无数个质点,求出每个质点受到的引力,然后求合力;
或者采用填补法将不规则物体变成均匀球体计算。
(4)万有引力定律的理解:
①普遍性:普遍存在于宇宙中的任何有质量的物体间。是自然界的基本相互作用之一。
②相互性:两个物体间的万有引力是一对作用力和反作用力,符合牛顿第三定律。
③宏观性:通常情况下,一般物体之间万有引力非常小,只有在质量巨大的天体间或天体与物体间它的存在才有宏观的实际意义。
(5)万有引力定律发现的意义:
①第一次揭示了自然界中的一种基本相互作用规律;
③第一次让人们认识到:人类有能力理解天上的事物;
②第一次将“地上”的力学问题与“天上”的力学问题统一起来,实现了物理学第一次大统一;
牛顿虽然发现了万有引力定律,但由于当时缺少精密仪器,牛顿并没有测出引力常量G,因此万有引力定律并不具有实际使用价值!
三、万有引力常量G
在发现万有引力定律一百多年以后的1798年, 英国物理学家卡文迪许(1731-1810),巧妙地利用扭秤装置,第一次在实验室里比较准确地测出了引力常量,
从而真正赋予了万有引力定律使用的实际价值!
标准值:
常用值:
1、下面关于万有引力的说法中正确的是( )
A、万有引力是普遍存在于宇宙空间中所有具有质量的物体之间的相互作用力;
B、重力和引力是两种不同性质的力;
C、地球对人造卫星的万有引力远大于卫星对地球的万有力;
D、万有引力定律对质量大的物体适用,对质量小的物体不适用;
E、地球表面的大气层是因为万有引力的约束而存在于地球表面附近;
A、当r无穷大时,万有引力趋近为零;
B、当r为零时,万有引力将趋近无穷大;
C、对两个球体而言,r就是指两个球心间的距离;
D、当两物体m1和m2间有另一质量不可忽略的物体
m3存在时,则m1和m2间万有引力将增大;
E、G是一个比例常数,是没有单位的;
3、一个行星,其半径比地球的半径大2倍,质量是地球
的25倍,则它表面的重力加速度是地球表面重力加速度
的( )
A、6倍 B、25/4倍
C、25/9倍 D、12倍