2012屆高考物理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)復(fù)習(xí) 萬有引力定律1

1、2012屆高考物理知識(shí)點(diǎn)總結(jié)復(fù)習(xí) 萬有引力定律萬有引力定律是牛頓在前人大量觀測和研究的基礎(chǔ)上總結(jié)概括出來的最偉大的定律之一。萬有引力定律被發(fā)現(xiàn)的意義在于把地面上所了解的現(xiàn)象與宇宙中天體變化的規(guī)律統(tǒng)一了起來，直接向有神論進(jìn)行了沖擊；另一方面萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)摧毀了人類過去對宇宙的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，為人類確立全新的宇宙觀打下了基礎(chǔ)。這就是說萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)不僅具有學(xué)術(shù)上的意義，對人類物質(zhì)觀、宇宙觀的發(fā)展和進(jìn)步都起到了極其重要的作用。一、歷史的回顧：古代從農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和航海的實(shí)際需要出發(fā)，很早就開始了對天體運(yùn)動(dòng)的研究?！疤煳膶W(xué)”可稱作是發(fā)展最早的自然科學(xué)之一。在幾千年的發(fā)展過程中“地心說”和“日心說”進(jìn)行了

2、長期的斗爭。1、公元二世紀(jì)以希臘天文學(xué)家托勒玫為代表的地心說認(rèn)為：地球是宇宙的中心，宇宙萬物都是上帝創(chuàng)造。宇宙中的一切天體都圍著地球旋轉(zhuǎn)。這個(gè)學(xué)說在教會(huì)支持下，延續(xù)一千余年?，F(xiàn)在看來這個(gè)學(xué)說是錯(cuò)誤的，但地心說的出現(xiàn)仍舊促使了世界航海事業(yè)的發(fā)展，對提高發(fā)展生產(chǎn)力起到了積極作用。2、十六世紀(jì)波蘭天文學(xué)家哥白尼，經(jīng)過四十年的觀測和研究，在古代日心說的啟發(fā)下重新提出了新的日心說：太陽是宇宙的中心，地球和其它行星一樣都繞太陽旋轉(zhuǎn)。這個(gè)學(xué)說很容易解釋許多天文現(xiàn)象。這種學(xué)說雖然受到教會(huì)的反對和迫害，但在伽利略、布魯諾為代表的一些人支持下仍被人們逐漸接受。3、丹麥天文學(xué)家第谷經(jīng)過二十余年長期對行星的觀測和精確

3、測量，又經(jīng)他的助手開普勒用二十年時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析概括進(jìn)一步完善了“日心說”。開普勒于十七世紀(jì)發(fā)表著名的開普勒三定律。開普勒第一定律：所有的行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽運(yùn)動(dòng)，太陽是在這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。開普勒第二定律：對每個(gè)行星來說，太陽和行星的連線在相等的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積。開普勒第三定律：所有行星的橢圓軌道的長半軸的三次方跟公轉(zhuǎn)周期的平方的比值都相等。即三大定律的發(fā)現(xiàn)，使人類的天文學(xué)知識(shí)提高了一大步。牛頓對行星運(yùn)動(dòng)的解釋： 牛頓從他本人發(fā)現(xiàn)的牛頓第二定律出發(fā)深入分析和研究了天體運(yùn)行的規(guī)律，他對行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的解釋主要有以下幾個(gè)層次：1、設(shè)行星都沿圓周運(yùn)動(dòng)，那么行星運(yùn)動(dòng)所需的向心力

4、應(yīng)滿足：由開普勒第三定律則：式中為行星質(zhì)量，R為行星運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。式中的常數(shù)K對太陽系來說保持不變。從牛頓第三定律出發(fā)，太陽吸引行星的力應(yīng)與行星吸引太陽的力大小相等。既然與行星質(zhì)量成正比，那么行星吸引太陽的力也應(yīng)與太陽的質(zhì)量M成正比，也就是說常數(shù)K是一個(gè)與太陽質(zhì)量M成正比的數(shù)。再引進(jìn)一個(gè)常數(shù)G，并令：則太陽吸引行星的力：常數(shù)G是與太陽質(zhì)量無關(guān)的恒量。2、行星與衛(wèi)星之間的作用力與太陽和行星之間的作用力同屬一個(gè)性質(zhì)的力。關(guān)于這一點(diǎn)牛頓是從月亮運(yùn)行的周期T、軌道半徑R等已知參數(shù)計(jì)算得出，月球和地球之間的作用力也是跟它們質(zhì)量的乘積成正比，跟它們之間的距離的平方成反比的。3、地球?qū)Φ孛嫖矬w的吸引力跟地

5、球?qū)υ虑虻奈偻N性質(zhì)的力。地面上的重力加速度為g，地球的半徑為R，而月球到地心的距離恰為地球半徑的60倍，而月球作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度恰為重力加速度的1/3600，這說明地球?qū)ξ矬w的吸引力和地球?qū)υ虑虻奈σ矊偻恍再|(zhì)的力。以上這些為牛頓提出萬有引力定律打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。三、萬有引力定律：1、內(nèi)容：任何兩個(gè)物體都是互相吸引的，引力的大小跟兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的平方成反比。這就是萬有引力定律。2、公式應(yīng)注意：（1）公式中G稱作萬有引力恒量，經(jīng)測定。（2）公式中的R為質(zhì)點(diǎn)間的距離。對于質(zhì)量分布均勻的球體，可把它看做是質(zhì)量集中在球心的一個(gè)點(diǎn)上。（3）從可以看出，萬有引力是非常

6、小的，平時(shí)很難覺察，所以它的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了對天體（質(zhì)量特別大）運(yùn)動(dòng)的研究過程。四、萬有引力恒量的測定：自牛頓發(fā)表萬有引力定律以來，人們試圖在實(shí)驗(yàn)中測出引力的大小，其目的在于給“萬有引力定律”進(jìn)行鑒別和檢驗(yàn)。因?yàn)闆]有被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的理論總是空洞的理論，更無實(shí)際意義。英國物理學(xué)家卡文迪許承擔(dān)了這樣一項(xiàng)科學(xué)難題，他發(fā)揮了精湛的實(shí)驗(yàn)才能，取得了極其精確的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)裝置是用的扭秤（如右圖所示），秤桿長2.4，兩端各置一個(gè)鉛質(zhì)球，再用另外兩個(gè)球靠近，研究它們的引力規(guī)律。實(shí)驗(yàn)原理是用力矩平衡的道理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：首先驗(yàn)證了萬有引力的正確性。另外測定了萬有引力恒量為：目前萬有引力恒量的公認(rèn)值為：小結(jié)：1、萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)，絕不是牛頓一人的成果。它是人類長期研究奮斗的結(jié)果，甚至有人獻(xiàn)出了寶貴的生命。2、萬有引力定律的確立，并不是在1687年牛頓發(fā)表之時(shí)，而應(yīng)是1798年卡文迪許完成實(shí)驗(yàn)之時(shí)。3、萬有引力定律的公式： 只適用于質(zhì)點(diǎn)間的相互作用。這里的“質(zhì)點(diǎn)”要求是質(zhì)量分布均勻的球