人教版人教高一物理万有引力常量的测定

1、万有引力常量的测定2021/8/7 星期六1万有引力定律: 自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比. 公式中的G是一个常数，叫万有引力常量. 普遍性相互性宏观性特殊性公式适用的条件：两个质点之间质量分布均匀的球体之间2021/8/7 星期六2 一个西瓜、一盘水果可以测量它们的质量，那么地球的质量又是多少？什么样的称才能测出地球的质量呢？二百年之前，英国物理学家卡文迪许历时五十余年，终于在牛顿去世一百余年之后测定了万有引力常量，推算出了地球地质量，卡文迪许因此被称为“能称出地球质量的人”。 2021/8/7 星期六3他是怎么做的呢

2、?2021/8/7 星期六4一、 历史回顾 1686年牛顿发现万有引力定律，但由于当时实验条件和技术的限制，很难精确的测量上述比例适中的比例系数。1789年，英国物理学家卡文迪许巧妙的利用了扭秤装置，第一次在实验室里对两个物体间的引力大小作了精确的测量和计算2021/8/7 星期六5实验演示请注意观察: 1 扭秤的组成 2 扭秤中小平面镜的作用 3 扭秤中的”T”型架的作用 4 实验原理: 力矩的平衡2021/8/7 星期六6实验装置示意图的分析： 本实验中的设计思想是等效的思想，并利用两次放大的方法将微小量放大进行测量实验中卡文迪许发现石英丝发生了扭转，从而证明万有引力的存在通过多次改变两球

3、的质量，并进行了两次“放大”，其作用是：尽可能的增大了T型架连接两球的长度R，使m、M之间的万有引力能产生较大的力矩，使的石英丝有较大的偏转角度尽可能的增大弧形尺与小镜间的距离R，使小镜M上的反射光在弧线上移动的距离s较大数值：G 6.6711011Nm2/Kg22021/8/7 星期六7测量G值的意义： 证明了万有引力的存在及万有引力定律的正确性第一次测出来了引力常量使万有引力定律能进行定量计算,显示出真正的实用价值.标志着力学实验精密程度的提高,开创了测量弱力的新时代 可测定远离地球的一些天体的质量、平均密度等如根据地球表面的重力加速度可测定地球的质量等2021/8/7 星期六81、关于万

4、有引力常量G，下列说法中正确的是（ ）A在国际单位制中，G在数值上等于两个质量都是1kg的物体相距1m时的相互作用力的大小BG是一个没有单位的比例常数，它的数值是人为规定的C在不同的星球上，G的数值不一样D在不同单位制中，G的数值是不同的AD2021/8/7 星期六9关于引力常量下列说法中正确的是（ ）A引力常量是两个质量为1kg的物体相距1m时的相互作用力B牛顿发现了万有引力定律时，给出了引力常量的值C引力常量的测出，证明了万有引力的存在D引力常量的测定，使人们可以测量天体的质量 C D2021/8/7 星期六103 有一质量为100kg的人造卫星,在离地面1000km 的高空绕地球作匀速圆

5、周运动,求: 卫星所受的向心力 卫星的运行速度 卫星运行的周期 已知地球的半径为6400km,地球的质量约为61024kg. 2021/8/7 星期六11例4：把太阳系各行星的运动都近似看作匀速圆周运动，则离太阳越远的行星 A.周期越小 B.线速度越小 C.角速度越小 D.加速度越小 B、C、D2021/8/7 星期六12由于太阳不断向外辐射能量，太阳的质量在不断减少假定地球的质量不变，每间隔一年，地球的运动可看做是一个新的匀速圆周运动，则( ) A地球的轨道半径在增大 B地球的轨道半径在减小 C地球的线速度在增大 D地球的线速度在减小2021/8/7 星期六13分析：令太阳质量为M地球质量为

6、m，则有F=G ,由于太阳的质量减小，导致地球作圆周运动的向心力减小，使地球做离心运动，半径增大，A对、B错；由v= ，M减小、r增大时，v将减小，D对、 C错2021/8/7 星期六14某小报登载：年月日，国发射了一颗质量为 100 kg周期为1 h的人造环月卫星一位同学记不住引力常量G的数值且手边没有可查找的资料，但他记得月球半径约为地球半径的1/4，月球表面重力加速度约为地球的1/6 经过推理，他认定该报道 是一则假新闻，试写出他的论证方案(地球半径约为64103 km) 2021/8/7 星期六15设地球半径为R，表面重力加速度为g，对环月卫星，其最小周期满足： =(解得T2=6 (R

7、/g)T= =103分60分 2021/8/7 星期六16土星周围有美丽壮观的“光环”，组成环的颗粒是大小不等、线度从1m到10 m的尘埃、岩石，类似于卫星，它们与土星中心的距离从73104km延伸到14105km已知环的外缘颗粒绕土星做圆周运动的周期约为14 h引力常量为66710-11Nm2kg2，则土星的质量约为(估算时不考虑环中颗粒间的相互作用)( ) A90l018kg B641023kg C 901026kg D641026kg2021/8/7 星期六17 分析：由万有引力提供向心力得： =6.41026kg 2021/8/7 星期六18开拓思维新天地 2021/8/7 星期六19

8、 美国科学家利用新型实验装置进行的测量表明，至少在108微米的尺度上不存在引力定律异常现象。 牛顿于300多年前确定了万有引力公式，卡文迪许测定引力常数也有200多年历史近年来理论物理学的发展使一些科学家认为，在非常微小的尺度上，引力与距离的平方成反比定律可能不成立因此，用更精密的实验测量微小尺度上的引力，成为非常受关注的研究课题。2021/8/7 星期六20 美国科罗拉多大学和斯坦福大学的科学家日前说，他们设计的新装置使用了一种频率为千赫兹的共鸣振荡技术，对相隔108微米的物体之间的引力进行了测量这是迄今最精密的引力测量实验.这一实验给寻找引力定律背离的努力确定了一个新的尺度上限，即108微米在用新型装置进行的实验中，科学家并未发现任何异常现象科学家希望，这种新型实验装置经过改进如提高共鸣振荡频率后，能够在更小的尺度上探究引力的性质，寻找证明超弦理论的证据.2021/8/7 星期六21关于哈雷彗星的预报 哈雷利用万有引力定律解释了1531年、1607年和1682年三次出现的彗星，实际上是同一颗彗星的三次回归，它出现的周期为75或76年。 由此，他预言这颗彗星于1759年会再次出现.1759年，虽然哈雷已去世17年，但全世界的天文台都在等待着这颗彗星。果然，