万有引力定律公式的适用范围

万有引力定律是著名的物理学家爱因斯坦提出的一条重要定律，它解释了物体之间的引力作用。

万有引力定律规定，任何两个物体之间都存在着引力，引力的大小取决于它们之间的质量，距离和它们之间的质量。

万有引力定律的适用范围是广泛的，它适用于宇宙中的任何物体，包括星球、行星、小行星、恒星、黑洞、星云、星系和宇宙。

它也适用于地球上的任何物体，例如飞机、卫星、人类、动物、植物、岩石、水等等。

万有引力定律不仅仅适用于物体之间的引力，它还可以用来解释物理现象，如地球的潮汐、行星的轨道运动等。

例如，太阳对地球的引力使地球绕太阳转，而地球对月球的引力使月球绕地球转，这些都是万有引力定律的体现。

此外，万有引力定律还可以用来解释量子力学中的一些现象，例如量子力学中的量子隧穿效应。

量子隧穿效应是指一个粒子可以穿过一个潜在的屏障，而不用能量，这是由于粒子的波函数可以穿过屏障，而万有引力定律可以解释这一现象。

总之，万有引力定律是一条重要的定律，它适用于宇宙中的任何物体，也适用于地球上的任何物体，可以用来解释物理现象和量子力学中的现象。

万有引力定律公式总结.1．万有引力提供向心力：ma r Tm r m r v m r M G ====222224m πω 2.忽略地球自转的影响：mg RGM =2m （2g R GM =，黄金代换式）一、测量中心天体的质量和密度 测质量：1．已知表面重力加速度g ，和地球半径R 。

（mg R GM =2m，则G gR M 2=）一般用于地球 2．已知环绕天体周期T 和轨道半径r 。

(r T m r Mm G 2224π= ，则2324GT r M π=) 3．已知环绕天体的线速度v 和轨道半径r 。

（r v m rMm G 22=，则G rv M 2=）4．已知环绕天体的角速度ω和轨道半径r （r m rMm G 22ω=，则G r M 32ω=）5．已知环绕天体的线速度v 和周期T （T rv π2=,r v m rM G 22m =，联立得G T M π2v 3=）测密度：（以2为例说明）已知环绕天体的质量m 、周期T 、轨道半径r 。

中心天体的半径R ，求中心天体的密度ρ 解：由万有引力充当向心力r T m r Mm G 2224π= 则2324GT r M π=——① 又334R V M πρρ⋅==——②联立两式得：3233RGT r πρ= 当R=r 时，有23GTπρ=注：R 中心天体半径，r 轨道半径，球体体积公式334R V π= 二、星球表面重力加速度、轨道重力加速度问题 1．在星球表面: 2R GMmg =（g 为表面重力加速度，R 为星球半径） 2．离地面高h: 2)(h R GMg m +='（g '为h 高处的重力加速度）联立得g'与g 的关系： 22)('h R gR g += 三、卫星绕行的向心加速度、速度、角速度、周期与半径的关系 1．ma r M G=2m ，则2a rMG =（卫星离地心越远，向心加速度越小） 2．r v m rMm G 22=，则rGMv =（卫星离地心越远，它运行的速度越小） 3．rm r Mm G22ω=，则3r GM =ω（卫星离的心越远，它运行的角速度越小） 4．r Tm r Mm G 2224π=，则GMT 32r 4π=（卫星离的心越远，它运行的周期越大） 四、三个宇宙速度。

第三节 万有引力定律一、万有引力定律1、内容：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的方向在它们的连线上，引力的大小与物体的质量m 1和m 2的乘积成正比，与它们之间距离r 的二次方成反比．2、公式：F ＝G m 1m 2r2 3、方向：两物体连线指向受力物体。

4、理解：①普适性即大到天体小到原子分子都会受到万有引力作用。

②宏观性即地面上的一般物体或更小分子原子之间的万有引力比较小，与其他力比较可忽略不计，但在质量巨大的天体之间或天体与其附近的物体之间，万有引力起着决定性作用③相互性即m1吸引m2同时m2也在吸引m1。

④客观性即万有引力是客观存在的。

⑤独立性即周围环境不会影响两物体间的万有引力，两个物体之间的万有引力只与它们本身的质量和它们间的距离有关。

5、说明：①此公式适用于质点之间的相互作用。

②质量分布均匀的球体r 为两球体球心之间的距离。

③质量分布均匀的球体与质点的引力r 为质点到球心之间的距离。

④特别注意：r 趋向于无穷小，F 趋向于无限大，此说法是错误的，因为r 无限性公式不在成立。

6、万有引力的两个推论：①在均匀质量的球层空腔内的任意位置，质点受到的该球层的万有引力为零。

②在均匀质量的球体内部距离球心r 处质点受到的万有引力等于半径为r 的球体对其的引力。

二、万有引力与重力的关系1.万有引力的作用效果：万有引力F ＝G Mm R2的效果有两个： ①一个是重力mg ，②另一个是物体随地球自转需要的向心力F n ＝mrω2．2．重力与纬度的关系：地面上物体的重力随纬度的升高而变大．①赤道上：重力和向心力在一条直线上F ＝F n ＋mg ，即G Mm R 2＝mr ω2＋mg ，所以mg ＝G Mm R 2－mr ω2. ②地球两极处：向心力为零，所以mg ＝F ＝G Mm R 2.③其他位置：重力是万有引力的一个分力，重力的大小mg ＜G Mm R 2，重力的方向偏离地心．3.在粗略计算式，万有引力等于重力，即mg ＝G Mm R 2，GM=gR 2，此式子又被成为“黄金代换”。

万有引力黄金公式适用条件
万有引力黄金公式适用于任何有质量的物体在一定距离内的引力作用场景。

它是由万有引力定律得出的，具体公式为GM=gR^2，其中G为万有引力
常数，M为星球的质量，g为星球表面的重力加速度，R为星球的半径。

这个公式的适用范围很广，不仅仅是地球表面的物体绕地球自转，只要满足有质量、有距离的引力作用场景，都可以使用黄金代换公式。

然而，黄金代换只适用于不自转或自转很慢的天体，因为在这些天体的表面，可以认为万有引力完全提供了引力。

在快速旋转的天体表面，引力需要提供重力和向心力，所以GMM/(R^2)=mg不成立，黄金替代不适用。

以上内容仅供参考，建议查阅关于万有引力的书籍或咨询天文学家以获取更准确的信息。

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[1] 万有引力定律是艾萨克·牛顿在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。

牛顿的普适的万有引力定律表示如下：任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。

该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比，与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

中文名万有引力定律外文名Law of universal gravitation 表达式F=(G×M₁×M₂)/R²提出者艾萨克·牛顿提出时间1687年应用学科数学、自然哲学、物理学、自然学等适用领域范围物理学、自然学等推理依据编辑伽利略在1632年实际上已经提出离心力和向心力的初步想法。

布里阿德在1645年提出了引力平方比关系的思想.牛顿在1665～1666年的手稿中，用自己的方式证明了离心力定律，但向心力这个词可能首先出现在《论运动》的第一个手稿中。

一般人认为离心力定律是惠更斯在1673年发表的《摆钟》一书中提出来的。

根据1684年8月～10月的《论回转物体的运动》一文手稿中，牛顿很可能在这个手稿中第一次提出向心力及其定义。

万有引力与相作用的物体的质量乘积成正比，是发现引力平方反比定律过渡到发现万有引力定律的必要阶段.·牛顿从1665年至1685年，花了整整20年的时间，才沿着离心力—向心力—重力—万有引力概念的演化顺序，终于提出“万有引力”这个概念和词汇。

·牛顿在《自然哲学的数学原理》第三卷中写道：“最后，如果由实验和天文学观测，普遍显示出地球周围的一切天体被地球重力所吸引，并且其重力与它们各自含有的物质之量成比例，则月球同样按照物质之量被地球重力所吸引。

另一方面，它显示出，我们的海洋被月球重力所吸引；并且一切行星相互被重力所吸引，彗星同样被太阳的重力所吸引。

由于这个规则，我们必须普遍承认，一切物体，不论是什么，都被赋与了相互的引力（gravitation）的原理。

万有引力定律应用1、 常量：kg 10624⨯=地m ，m R 6104.6⨯=地，m 1048⨯=地月r ，m 105.111⨯=日地r ，kg 10230⨯=日m ，引力常量2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-（卡文迪许用扭秤装置测得） 50kg 的人在赤道上：N F 500=万，N F 2=向，向万F N F =- (其中N=mg)2、 地球同步卫星(轨道平面与赤道平面共面，绕行方向与地球自转方向相同，角速度与地球的自转角速度相同)：周期T=24h ，距离地球表面高度地R m h 5.5106.37≈⨯=，速率s km v /1.3=近地卫星：速率s km v /9.7=（第一宇宙速度）（卫星的最大环绕速度）（卫星进入轨道的最小发射速度）周期min 85≈T （卫星环绕地球的最小周期）每天绕地球绕行大约17圈3、 开普勒第三定律：2234πGM k T r == （T 为环绕天体的公转周期，r 是轨道半径，M 为中心天体质量）4、 向向F ma mg mr T mr r v m rMm G ======'2222)2(ωπ 5、 黄金代换：mg RMm G =2（M 为中心天体的质量，R 为中心天体的半径，g 为中心天体表面的重力加速度） (选择填空题可直接用黄金代换式：2gR GM =)6、 求环绕天体线速度v ：r v m r Mm G 22= r gR r GM v 2== 7、 求环绕天体周期T ：22)2(T mr rMm G π=23322gR r GM r T ππ== 8、 求环绕天体角速度：22ωmr r Mm G= 3r GM =ω 9、 求环绕天体加速度：向ma r Mm G=2 2r GM a =向 10、 求距离地球表面h 的地方的重力加速度g h 或者环绕天体的向心加速度：由向ma mg h R Mm G h ==+2)(和mg R Mm G =2可得向a g h R R g h =+=22)( （M 为中心天体的质量，R 为中心天体的半径，g 为中心天体表面的重力加速度）11、 求中心天体质量：2222)2(ωπmr T mr r v m mg rMm G ====，则可得中心天体的质量G r GTr G r v G gR M 32232224ωπ====（M 为中心天体的质量，R 为中心天体的半径，g 为中心天体表面的重力加速度，r 是两物体的质心间的距离，也是环绕天体的轨道半径）12、 求中心天体的密度（1）已知中心天体的半径R 和环绕天体的公转周期T ：由22)2(T mr r Mm G π=和334R M πρ⋅= 可得3233R GT r πρ= （当环绕天体在中心天体表面附近时，则有r=R ，则23GTπρ=，即只要知道近地卫星的运动周期即可知道地球的平均密度） （2）已知中心天体表面重力加速度g 和其半径R 由mg RMm G =2 和334R M πρ⋅=得GRg πρ43= 13、 赤道上的物体：T=24h T R v π2= 22）（向T R a π= 14、航天器变轨问题的5个注意点： （1）卫星的a 、v 、ω、T 相互联系，其中一个量变化，其他量也变； （2）卫星a 、v 、ω、T 均与卫星的质量无关，只由轨道半径r 和中心天体质量共同决定； （3） 卫星变轨时半径的变化，根据万有引力和所需向心力的大小关系判断；稳定在新轨道上的运行速度变化由rGM v = 判断。

第七章万有引力与宇宙航行7.1行星的运动 ....................................................................................................................... - 1 -7.2万有引力定律 ................................................................................................................... - 6 -7.3万有引力理论的成就...................................................................................................... - 14 -7.4宇宙航行 ......................................................................................................................... - 21 -7.5相对论时空观与牛顿力学的局限性.............................................................................. - 30 -7.1行星的运动一、地心说和日心说开普勒定律1．地心说地球是宇宙的中心，是静止不动的，太阳、月亮以及其他星体都绕地球运动。

2．日心说太阳是静止不动的，地球和其他行星都绕太阳运动。

[注意]古代两种学说都是不完善的，因为不管是地球还是太阳，它们都在不停地运动，并且行星的轨道是椭圆，其运动也不是匀速率的。

鉴于当时人们对自然科学的认识能力，日心学比地心说更进一步。

万有引力定律及其应用二.万有引力定律(1)内容：宇宙间的一切物体都是互相吸引的，两个物体间的引力大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比． (2)公式：F ＝G221r m m ,其中2211/1067.6kg m N G ⋅⨯=-，称为为有引力恒量。

(3)适用条件：严格地说公式只适用于质点间的相互作用，当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小时，公式也可近似使用，但此时r 应为两物体重心间的距离．对于均匀的球体,r 是两球心间的距离．注意：万有引力定律把地面上的运动与天体运动统一起来，是自然界中最普遍的规律之一，式中引力恒量G 的物理意义是：G 在数值上等于质量均为1千克的两个质点相距1米时相互作用的万有引力． 三、万有引力和重力重力是万有引力产生的，由于地球的自转，因而地球表面的物体随地球自转时需要向心力．重力实际上是万有引力的一个分力．另一个分力就是物体随地球自转时需要的向心力，如图所示，由于纬度的变化，物体做圆周运动的向心力F 向不断变化，因而表面物体的重力随纬度的变化而变化，即重力加速度g 随纬度变化而变化，从赤道到两极逐渐增大．通常的计算中因重力和万有引力相差不大，而认为两者相等，即m 2g ＝G221r m m , g=GM/r 2常用来计算星球表面重力加速度的大小，在地球的同一纬度处，g 随物体离地面高度的增大而减小，即g h =GM/（r+h ）2，比较得g h =（hr r +）2·g 在赤道处，物体的万有引力分解为两个分力F 向和m 2g 刚好在一条直线上，则有 F ＝F 向＋m 2g ， 所以m 2g=F 一F 向＝G221r m m －m 2R ω自2因地球目转角速度很小G221r m m » m 2R ω自2,所以m 2g= G221r m m假设地球自转加快，即ω自变大，由m 2g ＝G 221rm m －m 2R ω自2知物体的重力将变小，当G221r m m =m 2R ω自2时，m 2g=0，此时地球上物体无重力，但是它要求地球自转的角速度ω自＝13Gm R ，比现在地球自转角速度要大得多. 四.天体表面重力加速度问题设天体表面重力加速度为g,天体半径为R ，由mg=2Mm G R 得g=2MG R ,由此推得两个不同天体表面重力加速度的关系为21212212g R M g R M =*五．天体质量和密度的计算原理：天体对它的卫星（或行星）的引力就是卫星绕天体做匀速圆周运动的向心力．G2rmM =m224Tπr ，由此可得：M=2324GT r π；ρ=V M=334R M π=3223R GT r π（R 为行星的半径）由上式可知，只要用实验方法测出卫星做圆周运动的半径r 及运行周期T ，就可以算出天体的质量M ．若知道行星的半径则可得行星的密度专题：人造天体的运动基础知识一、卫星的绕行角速度、周期与高度的关系（1）由()()22mMv Gmr h r h =++，得v =h ↑，v ↓ （2）由G()2h r mM+=m ω2（r+h ），得ω=()3h r GM+，∴当h ↑，ω↓（3）由G ()2h r mM+()224m r h T π=+，得T=()GM h r 324+π ∴当h ↑，T ↑ 二、三种宇宙速度：① 第一宇宙速度（环绕速度）：v 1=7.9km/s ，人造地球卫星的最小发射速度。