高中物理:万有引力怎么计算?注意这个方法!
2019-04-02 00:12:52
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万物之间皆有引力......
方程君一直觉得,冥冥中有一股力量在吸引着我向钱看齐,这一定是万有引力在作怪。前排指引:引力有多大,这是今天的内容。
这里会说的是:
①万有引力的基本计算步骤。
②万有引力计算中会用到的一个基本方法。
【1】万有引力的计算(点击查看思维导图)
1、引力常量:在计算之前,记得先记住“引力常量”。
666,是不是非常像,一下就能够记住。
2、万有引力的计算步骤:在计算万有引力的过程中,有一个需要特别注意的,那就是物体之间的距离:r
r:指两个物体质心(质量中心)间的距离。
对于质量均匀的规则几何体来说,质心就在它们的几何中心上。(考试主要针对这一种)比如这两个货的质心间的距离r:一般的万有引力的计算步骤,见上面的思维导图。具体的计算。
我们来估算两个质量分别为100kg和10kg,半径大小都为0.25m的小球,当它们相距0.5m时,它们之间的万有引力约有多大?
解题的思考步骤如下:
①确定两物体的质量:
质量分别为100kg,10kg
②确定质心距离r:可以确定:r=1m。
③列式计算:【2】割补法对于规则均匀的物体间万有引力的计算,基本只需要用到上面的步骤就好。但是,对于一些不规则的几何物体间的万有引力,则需要用一个方法割补法。
割补法包括了两种基本的方法:
1、补全法(主要考察方法)适用于不规则物体缺失部分为规则几何体,且补全后也变成规则几何体的情况。
有一质量为M,半径为R的密度均匀球体,在距离球心O为R的地方有一质量为m的质点,现从M中挖去一半径为R/2,质量为m1的球体,如图所示,求剩下部分对m的万有引力F为多大?
题目解说:挖去半径为R/2的球体后,剩下的部分(蓝色部分)虽然形状是规则的球形,但内部的质量分布并不均匀(存在空心部分)。
若要计算剩下部分对质点的万有引力大小,需要把挖去的部分补回去,重新形成一个规则的,且质量均匀的几何体。
补全之后,整个球体对质点的万有引力=剩下部分(蓝色部分)对质点的万有引力+补上去部分(灰色部分)对质点的万有引力。
也即是:
解题步骤:整体对质点的万有引力:
①确定质量大小:分别为m和M。
②确定质心距离r:
则质心距离:r=2R。
③列式计算:
挖去部分对质点的万有引力:
①确定质量大小:分别为m和m1。
②确定质心距离r:
则质心距离:r=5R/2。
③列式计算:
最终,根据上面列出的三个公式,整合后则可以求得剩余部分对质点的万有引力。
2、分割法(次要考察方法)分割法则适合用于形状不规则,但可分割为几个规则几何物体的不规则物体。
求下面这些球对某一个物体的万有引力。
这些球堆积成了一个复杂的,不规则的物体。
如果要求这个物体对另外的某个物体的万有引力,则必须将这个不规则物体分割成一个个的小球,分别求每个球对另一个物体的万有引力。
最终,这些球对另一个物体的万有引力的合力,就是这个不规则物体对另一个物体的万有引力。(由于分割法较为复杂,且考察的情况较少,方程君在这里不做详细的展开。)
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②万有引力计算中会用到的一个基本方法。
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666,是不是非常像,一下就能够记住。
2、万有引力的计算步骤:在计算万有引力的过程中,有一个需要特别注意的,那就是物体之间的距离:r
r:指两个物体质心(质量中心)间的距离。
对于质量均匀的规则几何体来说,质心就在它们的几何中心上。(考试主要针对这一种)比如这两个货的质心间的距离r:一般的万有引力的计算步骤,见上面的思维导图。具体的计算。
我们来估算两个质量分别为100kg和10kg,半径大小都为0.25m的小球,当它们相距0.5m时,它们之间的万有引力约有多大?
解题的思考步骤如下:
①确定两物体的质量:
质量分别为100kg,10kg
②确定质心距离r:可以确定:r=1m。
③列式计算:【2】割补法对于规则均匀的物体间万有引力的计算,基本只需要用到上面的步骤就好。但是,对于一些不规则的几何物体间的万有引力,则需要用一个方法割补法。
割补法包括了两种基本的方法:
1、补全法(主要考察方法)适用于不规则物体缺失部分为规则几何体,且补全后也变成规则几何体的情况。
有一质量为M,半径为R的密度均匀球体,在距离球心O为R的地方有一质量为m的质点,现从M中挖去一半径为R/2,质量为m1的球体,如图所示,求剩下部分对m的万有引力F为多大?
题目解说:挖去半径为R/2的球体后,剩下的部分(蓝色部分)虽然形状是规则的球形,但内部的质量分布并不均匀(存在空心部分)。
若要计算剩下部分对质点的万有引力大小,需要把挖去的部分补回去,重新形成一个规则的,且质量均匀的几何体。
补全之后,整个球体对质点的万有引力=剩下部分(蓝色部分)对质点的万有引力+补上去部分(灰色部分)对质点的万有引力。
也即是:
解题步骤:整体对质点的万有引力:
①确定质量大小:分别为m和M。
②确定质心距离r:
则质心距离:r=2R。
③列式计算:
挖去部分对质点的万有引力:
①确定质量大小:分别为m和m1。
②确定质心距离r:
则质心距离:r=5R/2。
③列式计算:
最终,根据上面列出的三个公式,整合后则可以求得剩余部分对质点的万有引力。
2、分割法(次要考察方法)分割法则适合用于形状不规则,但可分割为几个规则几何物体的不规则物体。
求下面这些球对某一个物体的万有引力。
这些球堆积成了一个复杂的,不规则的物体。
如果要求这个物体对另外的某个物体的万有引力,则必须将这个不规则物体分割成一个个的小球,分别求每个球对另一个物体的万有引力。
最终,这些球对另一个物体的万有引力的合力,就是这个不规则物体对另一个物体的万有引力。(由于分割法较为复杂,且考察的情况较少,方程君在这里不做详细的展开。)
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