高中物理(高一)
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第四章 物質間的基本交互作用

第一節 重 力

〇、自然界四大基本交互作用:

1. 重力交互作用:即重力或萬有引力

2. 電磁交互作用:即庫侖靜電力及磁力

3. 弱交互作用:有人稱為弱力

4. 強交互作用:有人稱為強力

一、重力交互作用:

1. 對於重力不同的解釋:

(1) 在古典力學的觀點:萬有引力被認為來源於重力的力的作用,具有超距的吸引作用。

 a. 牛頓認為重力具超距作用,重力的傳遞不需時間(或認為傳遞的素度為無限大)。

 b. 愛因斯坦在相對論提出的說法,重力的傳播速度為真空中的光速。

(2) 由廣義相對論的觀點:萬有引力來源於質量對時空的扭曲,而不是一種力的作用。

 (圖)

 a. 量子重力理論:以量子理論解釋重力及重力場。

 b. 在量子重力理論中,認為重力子為傳遞重力的假想粒子。

二、重力與視重:

1. 萬有引力定律:

(1) 萬有引力定律:宇宙中任二物體間的相互吸引力,與二物體質量的乘積成正比,而與二物體質量中心間距離的平方成反比。
      F_g \, \propto \, \frac{m_1 m_2}{R^2} \quad \Rightarrow \quad F_g \, =\, \frac{Gm_1 m_2}{R^2}

(2) 萬有引力的性質:

 a. 萬有引力 (gravitational force),又稱為重力 (gravity)。

 b. 地球對物體的萬有引力恆指向地心,故地球引力又稱為地心引力。

 c. 萬有引力定律僅適用於質點之間,或球體之間的相互作用。

 * 均勻球體或質量呈球狀分佈時的重力效應,首由牛頓以積分方法證明,如同球體的質量集中在其重心或質量中心相同,故萬有引力定律能使用於二球體之間的相互作用。

 d. 萬有引力常數 G,由卡文迪斯 (Cavendish) 用扭擺實驗測得。

  (a) G\, =\, 6.67\times 10^{-11} \; N\cdot m^2 /kg^2 \, =\, 6.67\times 10^{-11} \; m^3 /kg\cdot s^2

  (b) G 的單位為 N\cdot m^2 /kg^2,或可推算為 m^3 /kg\cdot s^2

2. 重量:

(1) 重量 (weight):物體所受地球引力的大小,即所受重力的大小。

(2) 在同一地點,物體的重量與其重力質量成正比:W\, =\, mg\, \propto m

(3) 同一物體的重量隨位置而異,即在不同的地點,物體的重量與該地重力加速度的大小成正比:W\, =\, mg\, \propto g

(4) 重量可由彈簧秤測得。

3. 視重:

(1) 在慣性坐標系中,物體的視重,即磅秤上呈現的讀數。

(2)

* 正向力 (normal force,N):垂直於接觸表面的作用力。

 

三、重力與大氣壓力:

 

四、重力與人造衛星:

 

 

0最後修改紀錄: 2010/10/17(Sun) 22:32:01


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