2017年物理學(xué)術(shù)論文

　　物理學(xué)發(fā)展史是一塊蘊(yùn)藏著巨大精神財(cái)富的寶地。下面是小編為大家精心推薦的2017年物理學(xué)術(shù)論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　2017年物理學(xué)術(shù)論文篇一

　　萬(wàn)有引力與重力

　　【摘 要】地球?qū)ξ矬w的引力是物體具有重力的根本原因。但重力又不完全等于引力，這是因?yàn)榈厍蛟诓煌５刈赞D(zhuǎn)，地球上的一切物體都隨著地球自轉(zhuǎn)而繞地軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這就需要向心力，向心力來(lái)自哪里?只能來(lái)自地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力，它是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力，另一個(gè)分力是物體的重力。本文通過(guò)討論萬(wàn)有引力和重力的特點(diǎn)，說(shuō)明了萬(wàn)有引力與重力的區(qū)別和聯(lián)系。

　　【關(guān)鍵詞】萬(wàn)有引力 重力 向心力

　　【中圖分類(lèi)號(hào)】O314 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810(2011)23-0144-02

　　牛頓看到蘋(píng)果落地發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力，這只是一種傳說(shuō)。但是，牛頓經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀(guān)察研究，產(chǎn)生如下假想：太陽(yáng)、行星以及離我們很遠(yuǎn)的恒星，不管彼此相距多遠(yuǎn)，都是互相吸引著，其引力隨距離的增大而減小，地球和其他行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)，就是靠這樣的引力維持。同樣，地球不僅吸引地面上和表面附近的物體，而且也可以吸引很遠(yuǎn)的物體(如月亮)，其引力也是隨距離的增大而減弱。牛頓進(jìn)一步猜想，宇宙間任何物體間都存在吸引力，這些力具有相同的本質(zhì)，遵循同樣的力學(xué)規(guī)律，其大小都與兩者間距離的平方成反比，這就是萬(wàn)有引力定律。

　　萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)，是17世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的成果之一。它把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，對(duì)以后物理學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。它第一次解釋了一種基本相互作用的規(guī)律，在人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的歷史上樹(shù)立了一座里程碑。

　　地球?qū)ξ矬w的引力是物體具有重力的根本原因，但重力又不完全等于引力，這是因?yàn)榈厍蛟诓煌５刈赞D(zhuǎn)，地球上的一切物體都隨著地球自轉(zhuǎn)而繞地軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這就需要向心力。那么，萬(wàn)有引力、重力、物體繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的向心力三者之間有什么關(guān)系呢?

　　一 萬(wàn)有引力

　　牛頓經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研究，證實(shí)了關(guān)于地球和物體間、各天體之間的引力都屬于同一種性質(zhì)力，都遵循同樣的力學(xué)規(guī)律的假想是正確的。牛頓把這種引力規(guī)律做了合理的推廣，于1687年在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》上發(fā)表了萬(wàn)有引力定律。其核心內(nèi)容是：任意兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)有通過(guò)連心線(xiàn)方向上的力相互吸引，該引力的大小與它們的質(zhì)量乘積成正比，與它們距離的平方成反比，與兩物體的化學(xué)本質(zhì)或物理狀態(tài)以及中介物質(zhì)無(wú)關(guān)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

　　萬(wàn)有引力定律揭示了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，在天文學(xué)上和宇宙航行計(jì)算方面有著廣泛的應(yīng)用。它為實(shí)際的天文觀(guān)測(cè)提供了一套計(jì)算方法，可以只憑少數(shù)觀(guān)測(cè)資料，就能算出按周期運(yùn)行的天體運(yùn)動(dòng)軌道?？茖W(xué)史上哈雷彗星、海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)，都是應(yīng)用萬(wàn)有引力定律取得重大成就的例子。利用萬(wàn)有引力公式，開(kāi)普勒第三定律等還可以計(jì)算太陽(yáng)、地球等無(wú)法直接測(cè)量的天體的質(zhì)量。牛頓還解釋了月亮和太陽(yáng)的萬(wàn)有引力引起的潮汐現(xiàn)象。他依據(jù)萬(wàn)有引力定律和其他力學(xué)定律，成功地解釋了地球兩極呈扁平形狀的原因和地軸復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，推翻了古代人類(lèi)認(rèn)為的神之引力。

　　牛頓在推出萬(wàn)有引力定律的同時(shí)，并沒(méi)能得出引力常量G的具體值。G的數(shù)值于1789年由卡文迪許利用他所發(fā)明的扭秤得出?？ㄎ牡显S的扭秤試驗(yàn)，不僅以實(shí)踐證明了萬(wàn)有引力定律，同時(shí)也讓此定律有了更廣泛的使用價(jià)值。

　　1798年，即在牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律一百多年以后，英國(guó)物理學(xué)家卡文迪許，巧妙地利用扭秤裝置，第一次在實(shí)驗(yàn)室里比較準(zhǔn)確地測(cè)出了引力常量。

　　卡文迪許扭秤的主要部分是一個(gè)輕而堅(jiān)固的T形架，倒掛在一根金屬絲的下端，T形架水平部分的兩端各裝一個(gè)質(zhì)量是m的小球，T形架的豎直部分裝一面小平面鏡M，它能把射來(lái)的光線(xiàn)反射到刻度尺上，這樣就能比較精確地測(cè)量金屬絲的扭轉(zhuǎn)。

　　實(shí)驗(yàn)時(shí)，把兩個(gè)質(zhì)量都是m'的大球放在圖1所示的位置，它們與小球的距離相等。由于m受到m'的吸引，T形架受到力矩作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，使金屬絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相反的扭轉(zhuǎn)力矩，阻礙T形架轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)這兩個(gè)力矩平衡時(shí)，T形架停下來(lái)不動(dòng)。這時(shí)金屬絲扭轉(zhuǎn)的角度可以從小鏡M反射的光點(diǎn)在刻度尺上移動(dòng)的距離求出，再根據(jù)金屬絲的扭轉(zhuǎn)力矩跟扭轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，就可以算出這時(shí)的扭轉(zhuǎn)力矩，進(jìn)而求得m與m'的引力F?？ㄎ牡显S經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，證明牛頓的萬(wàn)有引力定律是正確的，并測(cè)出了引力常量。卡文迪許測(cè)出的G=6.7×10-11 Nm2/kg2，與現(xiàn)在的公認(rèn)值6.67×10-11Nm2/kg2極為接近。

　　二 重力

　　由于地球的吸引而使物體受到的力，叫做重力。重力的方向總是豎直向下，但不一定是指向地心的(只有在赤道和兩極指向地心)。地面上同一點(diǎn)處物體受到重力的大小與物體的質(zhì)量m成正比，同樣，當(dāng)m一定時(shí)，物體所受重力的大小與重力加速度g成正比，用關(guān)系式G=mg表示。通常在地球表面附近，g值約為9.8牛每千克。物體的各個(gè)部分都受重力的作用。但是，從效果上看，我們可以認(rèn)為各部分受到的重力作用都集中于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是重力的等效作用點(diǎn)，叫做物體的重心。

　　三 萬(wàn)有引力和重力的關(guān)系

　　重力并不等于地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力，由于地球本身的自轉(zhuǎn)，除了兩極以外，地面上其他地點(diǎn)的物體，都隨著地球一起圍繞地軸做近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這就需要有垂直指向地軸的向心力，這個(gè)向心力只能由地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力來(lái)提供，我們可以把地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力分解為兩個(gè)分力，一個(gè)分力F1，方向指向地軸，大小等于物體繞地軸做近似勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力;另一個(gè)分力G就是物體所受的重力。其中萬(wàn)有引力的重力分量提供重力加速度，萬(wàn)有引力的向心力分量提供保持隨地球自轉(zhuǎn)的向心加速度。

　　根據(jù)以上論述，當(dāng)物體處于地球表面的某一點(diǎn)時(shí)，物體受到地球的萬(wàn)有引力F引，該引力可分解為繞地球自轉(zhuǎn)的向心力F1和物體受到的重力F2，萬(wàn)有引力分解圖見(jiàn)圖2。

　　四 萬(wàn)有引力與重力的大小關(guān)系

　　當(dāng)物體在赤道上，萬(wàn)有引力F引、向心力F1、重力G(F2)三力方向相同，均指向地心，此時(shí)向心力F1達(dá)到最大值，重力G達(dá)到最小值，三者的大小關(guān)系如下：

　　G=F引-F1=

　　當(dāng)物體在兩極時(shí)，F(xiàn)1=0，G=mg，此時(shí)重力等于萬(wàn)有引

　　力，重力達(dá)到最大值，此時(shí)重力G=F引= =mg。

　　當(dāng)物體由赤道向兩極移動(dòng)的過(guò)程中，向心力減小，重力增大，萬(wàn)有引力F引、向心力F1、重力G(F2)三力間符合平行四邊形定則。

　　五 結(jié)論

　　通過(guò)上述討論，使我們認(rèn)識(shí)到地面附近的物體由于地球的萬(wàn)有引力而受到重力作用。但物體所受的重力一般并不等同與地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力，地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)效果：一個(gè)效果是使物體隨地球一起參與地球的自轉(zhuǎn)，另一個(gè)效果是使物體落向地面(或壓在地面上)。也就是說(shuō)，萬(wàn)有引力可以分解為兩個(gè)力，即維持物體隨地球自轉(zhuǎn)也就是繞地軸做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力和物體的重力。

　　參考文獻(xiàn)

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