组卷网 > 高中物理综合库 > 力学 > 万有引力与宇宙航行 > 万有引力定律 > 万有引力定律的发现 > 万有引力常量的测定
题型:解答题 难度:0.65 引用次数:330 题号:9256049
牛顿认为公式中的引力常数G是普适常数,不受物体的形状、大小、地点和温度等因素影响,引力常数的准确测定对验证万有引力定律将提供直接的证据。英国物理学家卡文迪许(H.Cavendish1731-1810)根据牛顿提出的直接测量两个物体间的引力的想法,采用扭秤法第一个准确地测定了引力常数。扭秤的主要部分是一个轻而坚固的T形架,倒挂在一根金属丝的下端。T形架水平部分的两端各装一个质量是的小球,T形架的竖直部分装一面小平面镜M,它能把射来的光线反射到刻度尺上,这样就能比较精确地测量金属丝地扭转。实验时,把两个质量都是地大球放在如图所示的位置,它们跟小球的距离相等。由于受到的吸引,T形架受到力矩作用而转动,使金属丝发生扭转,产生相反的扭转力矩,阻碍T形架转动。当这两个力矩平衡时,T形架停下来不动。这时金属丝扭转的角度可以从小镜M反射的光点在刻度尺上移动的距离求出,再根据金属丝的扭转力矩跟扭转角度的关系,就可以算出这时的扭转力矩,进而求得的引力F
(1)若已知小球的质量,大球质量,两球心间的距离,请据引力常量G的标准值求出两球间万有引力F的大小。(保留三位有效数字)
(2)卡文迪许把自己的实验说成是“称量地球的质量”,若不考虑地球自转的影响,地面上的物体所受重力等于地球对物体的引力,请用地球表面的重力加速度g、地球的半径R和引力常量G,推导表示出地球的质量M.
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【知识点】 万有引力常量的测定

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解答题 | 适中 (0.65)
【推荐1】如图,根据天文观测,8大行星由内向外依次为水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星,它们几乎在同一个平面内绕太阳做匀速圆周运动。
1.许多科学家对天文学的发展都做出了巨大贡献,其中(  )
A.伽利略发现了万有引力定律
B.卡文迪什用扭秤测定了引力常量
C.牛顿发现万有引力定律,并测定了引力常量
D.爱因斯坦发现牛顿力学在强引力场下依然精确
2.做匀速圆周运动的物体,(  )
A.速率一定变化B.角速度一定变化
C.加速度一定变化D.合力与速度可能在同一条直线上
3.若不计行星之间的相互作用力,则(  )
A.水星公转的速率最大B.海王星公转的加速度最大
C.土星公转的周期比地球短D.火星与地球公转的角速度相等
4.地球质量为M、半径为R,引力恒量为G。则地球表面处的重力加速度可表示为(  )
A.B.C.D.
5.宇航员在距离火星表面的位置将一小石块以的初速度水平抛出,经落到火星表面,不计空气阻力。则内小石块速度改变量的方向____________,火星表面处的重力加速度为____________
2023-05-01更新 | 213次组卷
解答题 | 适中 (0.65)
名校
【推荐2】1798年,卡文迪许在《伦敦皇家学会哲学学报》论文中发表了“扭秤”的思想,如图1所示。

(1)卡文迪许扭秤实验采用的主要研究方法是(       
A.控制变量法B.累积法C.转换研究对象法D.放大法

(2)关于卡文迪许扭秤实验下列说法正确的是(       
A.大球和小球之间的距离和其尺寸数量级相当,不可当作质点,万有引力定律不适用
B.扭秤装在封闭的箱子里是为了防止空气不均匀受热引起的气流对微小力测量的干扰
C.卡文迪许利用扭秤测定了万有引力常数的数值,被称为第一个测量地球质量的人
D.大球和小球除了相互之间的引力之外还会受到重力,重力对该实验的测量有影响

(3)卡文迪许扭秤的某种现代简化模型如图2所示,两个质量为的小球固定在一根总长度为L的轻杆两端,用一根石英悬丝将轻杆水平的悬挂起来,距离小球r处放置两个质量为的大球。根据万有引力定律,固定小球的轻杆会受到一个力矩而转动,从而使石英悬丝扭转。引力力矩与悬丝的弹性恢复力矩大小相等,已知引力力矩大小可以表示为引力的大小乘以作用点到支点的距离,弹性恢复力矩可以表示为常数k乘以悬丝旋转角。激光水平入射到固定于悬丝上的平面镜上,弧形标尺到平面镜的距离为d。从静止释放轻杆到最终平衡的过程中,弧形标尺上反射光点移动的距离为s,则万有引力常数的表达式为______.(用题干中已知的物理量表示)

2024-05-17更新 | 71次组卷
解答题 | 适中 (0.65)

【推荐3】牛顿得出了万有引力与物体质量及它们之间距离的关系,但却无法算出两个天体之间万有引力的大小,为什么呢?最终哪位科学家通过什么方法解决了这个问题呢?引力常量的测定具有哪些意义呢?

2024-03-31更新 | 25次组卷
共计 平均难度:一般