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一、万有引力定律的内容和公式
1、公式:$F=G\frac{m_1m_2}{r^2}$。
2、内容:自然界中任何两个物体都相互吸引,引力的方向在它们的连线上,引力的大小与物体的质量$m_1$和$m_2$的乘积成正比、与它们之间距离$r$的二次方成反比。
3、引力常量$G$:由英国物理学家卡文迪许测量得出,常取$G=6.67×10^{-11}$ N·m$^2$/kg$^2$。
4、测定$G$值的意义:
(1)证明了万有引力定律的存在。
(2)使万有引力定律有了真正的实用价值。
5、适用条件:
(1)适用于计算两个质量分布均匀的球体间的万有引力,其中r是两个球体球心间的距离。
(2)计算一个均匀球体与球外一个质点间的万有引力,其中r为球心与质点间的距离。
(3)当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时,公式也近似适用,其中r为两物体质心间的距离。
6、特点:
(1)普遍性:万有引力不仅存在于星球间,任何客观存在的有质量的物体之间都存在着这种相互吸引力。
(2)相互性:两个物体相互作用的引力是一对作用力和反作用力,它们大小相等,方向相反,分别作用于两个物体上。
(3)宏观性:在通常情况下,万有引力非常小,只是在质量巨大的星球间或天体与天体附近的物体间,它的存在才有实际的物理意义。
7、与重力的关系:
(1)地面上的物体的重力随纬度的升高而增大,故重力加速度g从赤道到两极逐渐增大。
(2)在两极,重力等于万有引力,重力加速度最大。
(3)在赤道,$G\frac{Mm}{R^2}=F_{\rm n}+mg$,故$mg=G\frac{Mm}{R^2}-mRω^2$。
(4)黄金代换式:由于地球的自转角度很小,地球的自转带来的影响很小。一般情况下认为$G\frac{Mm}{R^2}=mg$,故$GM=gR^2$。
(5)重力与高度的关系:离地面越高,重力加速度越小,物体所受重力也越小。
二、万有引力定律的相关例题
(多选)对于质量分别为$m_1$和$m_2$的两个物体间的万有引力的表达式$F=G\frac{m_1m_2}{r^2}$,下列说法中正确的是____
A.公式中的$G$是引力常量,它是由实验得出的,而不是人为规定的
B.当两个物体间的距离*r*趋于零时,万有引力趋于无穷大
C.$m_1$和$m_2$所受引力大小总是相等的
D.质量大的物体受到的引力大
答案:AC
解析:引力常量$G$的值是由英国物理学家卡文迪许通过实验测定出来的,A正确;两个物体之间的万有引力是一对作用力与反作用力,它们总是大小相等、方向相反,分别作用在两个物体上,C正确,D错误;当$r$趋于零时,这两个物体不能看成质点,万有引力公式不再适用,B错误。
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