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高中物理第七章第二《拼音:èr》节测试 万有引力问题?

2025-02-24 12:19:14SoccerSports

万有引力问题?前天,我整理杂物时,发现一本年代久远的书——八四年版的小学第五册《自然》课本。我翻了一下,内容丰富多彩,让人意味悠长,不得不敬佩编辑老师们的渊博的知识,感受到他们的独具匠心的选材。教材的第三十九页第十二节的《地球的引力》令我颇感有趣

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万有引力问题?

前天,我整理杂物时,发现一本年代久远的书——八四年版的小学第五册《自然》课本。我翻了一下,内容丰富多彩,让人意味悠长,不得不敬佩编辑老师们的渊博的知识,感受到他们的独具匠心的选材。教材的第三十九页第十二节的《地球的引力》令我颇感有趣。

本节的内容从两个普普通(练:tōng)通的例子入手:

一[yī],熟透的苹果会落到地面上。

二,不(拼音:bù)管跳高运动员跳得多高,都会落回地面。

接[练:jiē]着,作者顺势提出疑问:为什么会这样?

我们接着细读,在后面的思考题1第二题中找到答案:地球上和地球周围的物体,都受到一{拼音:yī}个把它拉向地面的力,这(繁体:這)个力叫做地球引力。

为什么地球周围的物体会受到地球的引力呢?地球[练:qiú]的引力是什么样子呢?能不能用一个模型来表达呢?我当时是充满《繁体:滿》疑【读:yí】惑的,因为我想不出有这样的模型。在日常生活中,大部分的力都是看的见摸得着的,例如,用手推桌子,桌子在力的方向上产生移动,我们可以看见手给于桌子一个力;汽车在公路上行驶,地表给汽车轮子以向前的力;牛耕地时,牛给犁以向前的力。这些,都可以理解,唯独地球引力让人不得其解,刀砍不断,实物不能遮,真让人无法想象。这和幼时玩的吸铁石的磁力有点相似,但磁铁只对铁,镍等元素起作用,地球可是对万事万物都起作用。

这种疑惑伴我成长,直至到了初中。我学了物理后才知道,地球的引力只是属于万有引力的一种。到了高中,物理【pinyin:lǐ】课上对万有引力讲解得更为详细。在《高一物理》必修第二册,第七章第二节的万有引力定律讲道:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在zài 它们的连线上,引力的大小与物体的质量m1和m2的乘积成正比《拼音:bǐ》,与它们之《pinyin:zhī》间的距离r的二次方成反比。用公式表示就是:

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式中质量的《拼音:de》单位用千克#28kg#29,距离的单位用米#28m#29,力的单位用牛《pinyin:niú》#28N#29。G是比例系数,叫做引力常量#28gravitational contant#29,G=6.67×10^-11N·m^2/kg^2。

该定律被牛顿发表于1687年的《自然哲学之数学原理》一书中。至此,我的疑惑是解开了少许(读:xǔ),但又有了新的不解。那就是:物质间为什么会产生万有引力(pinyin:lì)呢?它的本质是什么呢?高中物理课本没有讲,我虽然查阅了大量的书籍,但没找到答案,其中就有《自然哲学之数学原理》。

在《自然哲学之数学原理》的总释中,记载了关于万有引开云体育力本质的大论战。主要参{pinyin:cān}与人员有牛顿,贝克莱大主教和莱布尼茨。

批评者主要指责牛顿的体系中没有上帝的位置,莱布尼[读澳门博彩:ní]茨认为万有引力是一种说不清,道不明的“隐秘的质”,连上帝也说不清楚。

牛顿则回应曰《yuē》:“上帝以一种完全不属于人类的方式,一种完全不属于物质的方式,一种我们绝对不可知的方式行事。就像(拼音:xiàng)盲人对颜色毫(读:háo)无概念一样,我们对全能的上帝感知和理解一切事物的方式一无所知……我们能知道他的属性,但对任何事物的本质却一无所知,……我们无法运用感(pinyin:gǎn)官或思维反映作用获知它们的内在本质,而对上帝的本质更是一无所知。”

纸间浓重的争吵只能增加了我的疑惑,我[wǒ]变biàn 得更加彷徨,我该向谁问?我该向谁诉求?

在一个彩霞满天的晚上,我坐在憩园的藤椅上,看着徐徐下落的夕阳,“日之夕矣,羊牛下括”,我慵懒地翻看着《简书》,发现简书举办的《简书群星闪耀时》星周刊第二期,收录了(繁:瞭)豫言谈科普的《引力子的密度在时空结构中的作用》写的非常有趣,比较合理地解释万(繁体:萬)有引力形成的原因。

该【pinyin:gāi】作者认为:

一,宇宙间充满了[拼音:le]以光速沿任意方向运动的引力子,引力子形成引力场。

二,引力子和物质的基本单位撞击会产生力的(读:de)作用。

三,单位体积内一个方向上引力子的(pinyin:de)数量,称为引力子的矢量密度。

运用以上的定义,万有引力的形成原因是:两个物质之间和内(繁体:內)切线所包括的{拼音:de}区域内的引力子的密度在两者连线方向上与外界的差值造成的,就像马德堡半球所形成的原因一样。

我们简单地看一下作者的推理过guò 程。

我们假定宇宙的任意空间有一个大质量的物体O1,质量为M,半径为r,我们假定它的密度无限大,即物质的基元之间的距离为零,这样可以完全过滤掉通过其正截面的引力子。在和物体O1的距离为[繁:爲]R的位置有一个质点O2,通过guò 质点做物体O1的切线,相交于点E,F.如图:

我们可以对质点[diǎn]O2做受力分析:

在O1O2的连线(繁:線)方向,质点受到两个方向的引力子的撞击,即指向物体O1的F1和指向质点O2的F2。其它方向受到引力子的撞击的【de】概率相同而互相抵消,可以忽略不计,所以质点O2与物体O1的万有引力的值可以表达为:

F=F1-F2

而F2是沿物体O1的切线射下来的撞击力在两者连线方【fāng】向上的分力,即F2=F1#2Asinθ,θ是物体O2在质点O1的切线与两者重心连线[繁:線]O1O2的夹角。

因为我们澳门新葡京已经假定宇宙空间的任意《pinyin:yì》方向上的引力子的矢量密度是恒定值,假设为N.

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则质点O2在距离R处chù 的引力场强度我们可以表达为:

E=N#281-sinθ#29

=N#281-r/R#29

因为质点(繁体:點)的位置是任意的,当两者的位置改{拼音:gǎi}变了ΔR时,则物体O1的引力场强度的改变量[liàng]为:

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=N#2Ar#2AΔR/[R^2 ΔR#2AR]

当(繁:當)ΔR→0时,ΔE的变化率为:

ΔE/ΔR=Nr[ΔR/[R^2 ΔR#2AR]/ΔR

=N#2Ar/R^2

其中N是宇宙中任意方向的引力子密度,我们可以用G来代替,其值【zhí】为宇yǔ 宙常数。r是大质量物体的半径。因为大质量物体我们假设《繁体:設》的是密度无限大的,所以我们可以用物体的质量M来代替.

所以,上式我【练:wǒ】们可以用:

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ΔE/ΔR=GM/R^2

如果,质点O2的质量是m,根据大质量物体周围的引力场(繁:場)强度公式:

F=E#2Am=GMm/R^2

则两物《拼音:wù》体之间的引力的值为:

F=GMm/R^2

即两者的引力值与两者之间的距离的平方成反比,与两者的质量的乘积成正比,这与牛顿的万有引力定律是一致的。

至此,我的疑[拼音:yí]惑已彻底的解决。

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