物质间的基本交互作用培训资料.ppt

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1、物质间的基本交互作用1.運動場上的選手拉扯鏈球，使鏈球持續受到指向圓心的作用力方能做圓周運動。2.牛頓推論「地球吸引月球的重力（亦稱為萬有引力（universalgravitation）），則是月球繞地球做圓周運動的向心力來源」。3.當投手水平投出棒球，棒球最終會墜落至地面，是因為飛行中的棒球始終受到指向地心的重力作用。4.無論是地面的拋體運動或是月球繞地球公轉等，皆受重力影響。一、天體公轉與地表拋體運動皆受重力影響1665年，牛頓根據當代的研究成果推論，提出萬有引力定律：任何兩質點之間存在一互相吸引之力，稱為萬有引力或重力。此力的大小與兩質點的質量成正

2、比，與兩質點之間的距離平方成反比FFrm1m21798年，英國科學家卡文迪西利用兩對大小鉛球之間的萬有引力對連桿產生的力矩，在實驗室中準確的測出萬有引力常數G值。二、萬有引力定律(a)卡文迪西的扭擺實驗裝置。(b)現今教學實驗室所使用的實驗裝置。利用所測出的G值，卡文迪西是第一位推算出地球質量與密度的科學家。推算過程如下：萬有引力的性質：兩個具有體積的物體，其間的萬有引力須以積分的方法來計算，不一定可以看成是所有質量都集中在質心來計算。一個均勻球體對外界物體所產生的吸引力，相當於球體的質量全部集中於球心處的質點所產生的吸引力。均勻球殼對球殼內的質點所產生

3、的萬有引力為零；對球殼外的質點所產生的吸引力，相當於球殼的質量全部集中於球心處的質點所產生的吸引力。4.物體在地球表面上之重量W亦即物體受地球吸引之重力Fg（物體與地球間之萬有引力），雖然重力的SI單位為牛頓，但通常我們都用公斤重或公克重來表示；且質量1公斤的物體在緯度45°的海平面上所受到的重力我們稱為1公斤重。（M：地球質量；m物體質量；g：物體所在處之重力加速度，亦稱為重力場強度）5.月球、人造衛星受重力作用何以不會落到地球表面？原因如下：這是因月球所受之重力提供為使月球作等速圓周運動所需之向心力，其方向指向球心的特性，所以所有繞地衛星的軌道面必

4、須通過地球的球心，且在圓形軌道上運轉時，其速率不變，但其方向則隨時間作均勻的改變。6.當太空船在環繞地球運行時，太空人在太空船中也會有失重現象。原因如下：(1)當太空人及太空船環繞地球運行時，同時都受到地球的重力作用，地球的重力提供了太空船及太空人做圓周運動所需的向心力。(2)這向心力會使太空船及太空人做相同的向心加速度運動，他們的向心加速度是相同的，因此太空船的地板沒有給太空人任何正向力，太空人實際上是飄浮在太空船內的，所以太空人便失重了。1.克卜勒的行星運動定律完全從天文觀測數據中歸納得出，屬於經驗定律。2.牛頓從運動定律和重力定律出發，圓滿地解釋

5、克卜勒行星運動定律的原因。(1)因為行星繞太陽的軌道不是直線，根據牛頓第二運動定律，行星必須有向心力才能維持軌道運動。(2)若將行星受到太陽的萬有引力作為向心力來源，根據萬有引力隨著軌道半徑的平方成反比的性質，可以導出行星各自公轉週期平方與軌道半徑立方的比值恆為一常數，該常數和太陽的質量有關。三、對克卜勒的行星運動定律的解釋例題：洲際通訊衛星繞地球赤道運轉，其週期與地球自轉相同，此種衛星稱為同步衛星。相對地，由地面看此衛星好像是懸在高空中靜止不動。下列有關同步衛星的敘述，何者正確？【87.推甄】(A)它的位置太高，不受地心引力的作用，所以它能懸在高空中靜

6、止不動(B)它所受的太陽引力恰等於地球對它的引力(C)它所受的月亮引力恰等於地球對它的引力(D)它所受的地心引力，恰等於它繞地球作等速圓周運動所需的向心力答案：D例題：10kg的鐵球與5kg的鐵球由靜止狀態自同一位置同時落下，兩球落地所需時間相同，是因為(A)兩球材質相同(B)兩球所受地心引力相等(C)每一球所受重力與質量之比值相同(D)兩球的位能變化相同。答案：C例題：設地球為一均勻球體，如果地球的半徑放大為原來的兩倍，但地球的密度保持不變，則地球表面的物體的重量變為原來的幾倍？答案：2倍例題：兩質點間的萬有引力與其質量的乘積成正比，而與其距離的平方成

7、反比。小君想從萬有引力常數G、地球表面的重力加速度g、和地球半徑R去估算地球的質量M，她寫出的正確計算式應為下列何者？【100.學測】答案：A答案：B例題：小明由1樓坐電梯到10樓，再從10樓坐回1樓，何時量得體重較輕？(A)由1樓剛起動，加速上升時(B)往上在5樓，電梯等速度運動時(C)往上快到10樓，電梯減速時(D)往下快到1樓，電梯減速時。答案：C例題：一物由高空落入地面深井中（未超過地心），其所受重力(A)一直減小(B)一直增大(C)先減後增(D)先增後減。答案：D例題：關於地球表面各地之重力加速度g之值，以下敘述何者正確？(A)赤道附近的海平面

8、g值大於9.8公尺∕秒2(B)赤道附近的海平面g值正好為9.8公尺∕秒2(C)緯