请利用开普勒行星运动定律和牛顿第二、三定律,推导出引力的表达式.

所属学校:学历教育 科目:高中物理 2024-08-01 10:06:21 高中物理

请利用开普勒行星运动定律和牛顿第二、三定律,推导出引力的表达式.

【答案】

设中心天体的质量为M,环绕天体的质量为m,环绕天体的公转周期为T,轨道半径为r;由于中心天体对环绕天体的引力充当向心力,则:M对m:F=mr 1 (1)

据开普勒第三定律: 2 =K(2)

由(1)(2)式得:F=mr 1 (3)

关系式: 3 (4)m对M(据牛三): 4 (5)

综合(5)(6)式: 5 (6)

写成等式:F= 6

即:太阳与行星间的引力大小与太阳的质量和行星的质量的乘积成正比,与两者距离的二次方成反比.

【解析】

设中心天体的质量为M,环绕天体的质量为m,环绕天体的公转周期为T,轨道半径为r;由于中心天体对环绕天体的引力充当向心力,则:M对m:F=mr 1 (1)

据开普勒第三定律: 2 =K(2)

由(1)(2)式得:F=mr 1 (3)

关系式: 3 (4)m对M(据牛三): 4 (5)

综合(5)(6)式: 5 (6)

写成等式:F= 6

即:太阳与行星间的引力大小与太阳的质量和行星的质量的乘积成正比,与两者距离的二次方成反比.

答:推导过程如上所示.

【考点精析】本题主要考查了万有引力定律及其应用的相关知识点,需要掌握应用万有引力定律分析天体的运动:把天体的运动看成是匀速圆周运动,其所需向心力由万有引力提供.即 F引=F向;应用时可根据实际情况选用适当的公式进行分析或计算.②天体质量M、密度ρ的估算才能正确解答此题.

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