牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上,利用他的運動定律把行星的向心加速度與太陽對它的引力聯(lián)系起來,巧妙推導(dǎo)出太陽和行星之間的引力關(guān)系。
(1)行星圍繞太陽的運動當(dāng)作勻速圓周運動,已知行星的質(zhì)量為m,太陽的質(zhì)量為M,行星與太陽中心之間的距離為r,請利用牛頓定律和開普勒定律導(dǎo)出太陽和行星之間的引力表達式F=GMmr2;
(2)牛頓思考月球繞地球運行的原因時,蘋果偶然落地引起了他的遐想:拉住月球使它圍繞地球運動的力與拉著蘋果下落的力,是否都與太陽吸引行星的力性質(zhì)相同,遵循著統(tǒng)一的規(guī)律--平方反比規(guī)律?因此,牛頓開始了著名的“月-地檢驗”。
a.已知月球與地球的距離約為地球半徑的60倍,如果牛頓的猜想正確,請你據(jù)此計算月球公轉(zhuǎn)的向心加速度a和蘋果下落的加速度g的比值ag;
b.在牛頓的時代,月球與地球的距離r′、月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期T′等都能比較精確地測定,請你據(jù)此寫出計算月球公轉(zhuǎn)的向心加速度a的表達式;已知r′≈3.84×108m,T′≈2.36×106s,地面附近的重力加速度g=9.80m/s2,請你根據(jù)這些數(shù)據(jù)估算比值a;與(1)中的結(jié)果相比較,你能得出什么結(jié)論?
c.假如有一顆在赤道上的蘋果樹,長到了月亮的高度。請你根據(jù)蘋果的運動狀態(tài)進行受力分析,在圖中的樹枝上畫出一個長勢符合物理規(guī)律的蘋果,并推斷如果樹冠上的蘋果被人用剪刀剪離樹枝,蘋果是否會落回地面?(分析過程中可忽略其它星球?qū)μO果的作用)。
M
m
r
2
a
g
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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