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萬有引力定律發(fā)現(xiàn)的歷史是物理學(xué)中一段波瀾壯闊的歷史,開普勒、牛頓等科學(xué)家都貢獻了自己的智慧。開普勒在第谷留下的浩繁的觀測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了行星運動的三大定律:①所有行星繞太陽運動的軌道都是橢圓,太陽處在橢圓的一個焦點上;②對任意一個行星來說,它與太陽的連線在相等時間內(nèi)掃過相等的面積;③所有行星的軌道的半長軸的三次方跟它的公轉(zhuǎn)周期的二次方的比值都相等,即:
a
3
T
2
=K.牛頓是經(jīng)典物理學(xué)的集大成者,他利用數(shù)學(xué)工具和開普勒定律發(fā)現(xiàn)萬有引力定律之時,雖未得到萬有引力常量G的具體值,但在不停的思考中猜想到:拉住月球使它圍繞地球運動的力與使蘋果落地的力,是否都是地球的引力,并且都與太陽和行星間的引力遵循統(tǒng)一的規(guī)律—平方反比規(guī)律?牛頓給出了著名的“月—地檢驗”方案:他認為月球繞地球近似做勻速圓周運動,首先從運動學(xué)的角度計算出了月球繞地球做勻速圓周運動的向心加速度an1;他又從動力學(xué)的角度計算出了物體在月球軌道上的向心加速度an2.他認為可以通過比較兩個加速度的計算結(jié)果是否一致驗證遵循統(tǒng)一規(guī)律的猜想。
(1)牛頓對于萬有引力定律的推導(dǎo)過程嚴謹而繁瑣,中學(xué)階段可以借鑒牛頓的思想(即從運動角度推理物體的受力)由簡化的模型得到。若將行星繞太陽的運動視為勻速圓周運動,圓周運動半徑為r,行星質(zhì)量為m,太陽質(zhì)量為M,請你結(jié)合開普勒定律、圓周運動、牛頓定律等知識,證明:太陽與行星之間的引力與它們質(zhì)量的乘積成正比,它們距離平方成反比,即:F
M
m
r
2
。
(2)牛頓時代已知如下數(shù)據(jù):月球繞地球運行的周期T、地球半徑R、月球與地球間的距離60R、地球表面的重力加速度g。
a.請你分別從運動學(xué)的角度和動力學(xué)的角度推導(dǎo)出“月—地檢驗”中的兩個加速度an1、an2的大小表達式;
b.已知月球繞地球做圓周運動的周期約為T=2.4×106s,地球半徑約為R=6.4×106m,計算時可取g≈π2m/s2.結(jié)合題中的已知條件,求上述兩個加速度大小的比值
a
n
1
a
n
2
(保留兩位有效數(shù)字),并得出合理的結(jié)論。

【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:307引用:4難度:0.4
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    G
    m
    1
    m
    2
    r
    2
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