物理学史1.4 万有引力定律的发现和牛顿的综合
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万有引力定律的发现历程在很早以前,人们就在不断地探索天体运动的奥妙.亚里士多德曾提到过力的概念,他认为力是产生非自然运动的原因,力的作用只有在相互接触时才能传递,因此,对于遥远的天体,这个力是毫无用处的.开普勒为天体运动奥妙的揭开做出了重大贡献,但却未解开天体运动的动力学之谜.1645 年法国天文学家布里阿德提出一个假设:从太阳发出的力,和离太阳距离的平方成反比.笛卡儿1644 年提出“旋涡"假说,把行星的运动归结为动力学原因.1666 年意大利的玻列利提出引力是距离的幂的某种函数.1673 年惠更斯在研究摆的运动时给出了向心加速度理论.英国的胡克已经觉察到引力和重力有同样的本质,1674 年他提出引力随离吸引中心距离而变化,1680 年他又进一步提出了引力反比于距离的平方的假设.哈雷的伦恩从圆形轨道与开普勒定律出发,导出了作用于行星的引力与它们到太阳的距离的平方成反比.当科学的接力棒传到了牛顿手中时,他便向万有引力定律的红线冲刺了.他站在前人的肩上,发挥他卓越的才能,建立了万有引力定律,为科学做出了重大的贡献.牛顿发现万有引力定律的过程中包含着丰富的物理学思想和物理学方法论内容,其主要的思路与运用的物理学方法大致体现在以下几方面.一、运用科学想象和推理,牛顿论证了行星运行都要受到一个力的作用牛顿对行星运动的研究工作首先是从研究月球开始的.牛顿想象,如果没有任何力作用于月球的话,根据牛顿当时已发现的牛顿第一定律可知,月球就应当做匀速直线运动.但月球是绕地球作圆周运动,所以月球必定要受到力的作用.牛顿当年写道:“没有这种力的作用月球不可能保持在自己的轨道上;如果这个力比轨道所需的力小,则它使月球偏离直线的程度不够;如果这个力比轨道所要求的力大,则它使月球偏离直线的程度太大,并使月球的轨道更靠近地球.”那么迫使月球绕地球旋转的力的性质是如何的呢?据说,有一次牛顿正在思考这个问题时,忽然看到一个苹果从树上掉了下来,他吃了一惊,同时便陷入了沉思.当时已知苹果是受重力作用而下落的,他推想,如果苹果树长得很高,熟透了的苹果会不会落地呢?当然是会的!但如果苹果树长得象月球那么高,树上的苹果是否还会落地呢,牛顿作了合理的设想,设想这种作用力的范围要比通常所想象的还要大得多,比如说,很可能一直延伸到月球那么高,因此,这样既使苹果树长得象月球那么高,苹果仍会落地的.正是这种作用力使地球对月球施加影响.同时,从开普勒第一定律(行星沿椭圆轨道绕太阳运行,太阳位于这些椭圆的一个焦点上)可知,各行星和卫星都是沿椭圆形路径运动(非匀速直线运动)因此,根据牛顿第一定律便可推知,各行星如卫星的运动都要受到一种力的作用.二、运用类比方法,牛顿推证了行星运行所受到的力是一种连续地指向一确定中心的作用力牛顿在由地面上的苹果下落联想到天上的月球也受一种力的作用,但进而思考,月球为什么不会象树上的苹果那样落地呢?这样他又联想到物体的旋转问题:绳子的一端系着一块石头,另一端抓在我们手中,让石头作旋转运动,这时如果我们松手,石头就会沿直线轨道飞出去,这说明石头之所以作圆周运动是由于一种力拉着石头.进而类比,这块石头好比月球,而我们的手又相当于地球,手通过绳子施于石头的力又很相似于地球施于月球的作用力.牛顿接着又描述了从高山上平抛一个铅球的理想实验,他设想,从高山上铅球平抛出去,本来应当笔直的前进,可是在重力作用下,它就沿抛物线落到了地面.如果平抛速度增加,它就会落得更远一些,再增加抛出速度,则铅球可能会绕地球半圈.当抛出速度足够大时,铅球就会绕地球一圈、两圈、乃至永远绕地球作圆周运动而不落回到地面上,这说明,只要有一个指向确定中心点的力,又具有足够的初速度,则物体就可作圆周运动.把月球类比于这个铅球,则可知,月球受一个指向确定中心点的力,所以才会作圆周运动.行星也应如此.牛顿进一步在开普勒第二定律的基础上改换问题的提法,开普勒第二定律是说:对于任何一个行星来说,它的矢径(行星到太阳的联线)在任何地点、在相等的时间内,沿轨道所扫过的面积相等.(这条定律也适用于月球绕地球的运行)牛顿则寻找在相等的时间间隔内物体若受一指向确定中心的力的作用,物体到中心联线扫过的面积存在什么规律?牛顿从数学上证明了(证明过程从略)在这种情况下,各面积之间存在相等的关系.牛顿接着又证明了这个命题的逆命题,即在任何一曲线上运动的物体,如果它到一确定点的连线在相等时间内扫过相等的面积,则物体受一指向该确定点的向心力.牛顿接着由开普勒第二定律所概括的现象推出行星或卫星受一连续的指向一确定中心的力,并且这个中心就在椭圆的一个焦点上.三、运用数学方法,牛顿推导出行星运行所受到的向心力遵从平方反比定律牛顿在由开普勒第二定律得到的存在一个连结指向一确定中心点的力作用于行星上的基础上,进一步去寻找物体在前人提出的椭圆轨道上运动时,所受的指向椭圆焦点的向心力的规律.牛顿利用了开普勒第一定律,用数学方法证明了(证明过程从略)沿所有圆锥曲线(或双曲线、抛物线、圆、椭圆等)在任何时刻的向心力必定与该物体到焦点的距离平方成反比,其数学形式为F =c/R 2即—-向心力定律 式中R 是从该物体中心到椭圆焦点的距离,c 为该物体的一个常数.牛顿由开普勒第三定律进一步推知向心力平方反比定律.其数学推导为:设某一行星的质量为m ,行星的运行轨道近似圆(由于行星椭圆轨道的偏心率很小,如地球为0.0167,因而其轨道可近似看作圆)根据开普勒第二定律,可将行星视为匀速圆周运动由牛顿第二定律.F =ma =m ·22224)2(TmR T R R m R v ππ== 式中m —行星质量,T —行星运行周期,R-圆周轨道半径.再由开普勒第二定律.T 2= kR 3 代入上式得224kR m F π= 令k24πμ= 得 2R m F μ= 式中μ是一个与行星无关而只与太阳的性质有关的量,称为太阳的高斯常数;m 为行星质量.由上式可知:引力与行星的质量成正比.牛顿通过研究引力使不同大小的物体同时落地和同磁力的类比,得出引力的大小与被吸引物体的质量成正比,从而把质量引进了万有引力定律.牛顿又进一步用实验作了验证:他用摆做了一系列实验,实验的结果以千分之一的准确度表明,对于各种不同的物质,万有引力与质量的比例始终是一个常数.牛顿又接着作了大胆的假设,行星受到的引力与太阳的质量有关,并用数学作了推证地球对一切物体包括太阳的引力应为2R M F μ'= μ′—地球的高斯常数,M —太阳的质量 太阳对地球的引力为2Rm F μ=,式中m —地球的质量,μ—太阳的高斯常数 根据牛顿第三定律有:F =F ′即2R M μ'2R m μ= G mM ='=μμ G 是一个与地球和太阳的性质都无关的恒量,所以引力的平方反比定律的数学形式为2RMm G F = 四、运用演绎推理方法,牛顿把引力的平方反比定律推广到一切物体,得出一切物体间均存在引力的结论牛顿得到平方反比定律之后,寻求进一步的原因:符合这个定律的力是什么性质的力?它是由什么决定的?牛顿首先由月球运行情况探讨了使月球保持轨道运行的力与重力之间的关系.由平方反比定律可知,月球受一指向地球的力的作用,它与月球到地心距离的平方成反比.通过数学计算和实验验证,牛顿得到了月球受的向心力就是重力的结论,这样牛顿就把地面落体运动的原因和月球运行的原因归于同一了.此后,牛顿运用牛顿第三定律推知,地球对月球也有引力,地球对太阳也有吸引力.牛顿由木星卫星和木星有吸引、土星与土星卫星有吸引,行星与太阳之间有吸引力等现象出发,认为这些和月地之间的现象系“同类现象,使月球不能出离轨道的力的原因可推至于一切行星”.这样,牛顿就把天体和其运行中心之间的力都归于引力.此后,他又由土星、木星会合点附近相互间的“运动失调”以及太阳使月球的“运动失调”现象,提出行星之间和恒星与卫星之间均有引力的作用,于是才提出了万有引力的假说.这样,牛顿由研究月球、地球,以至研究行星、恒星、卫星等推出了一切物体相互间均存在引力的结论.五、运用归纳概括方法,牛顿总结出了万有引力定律,完成了万有引力定律的发现工作牛顿对提出的万有引力假说进行了充分的论证,牛顿由原来得出的天体运行向心力平方反比定律,得出万有引力符合平方反比关系;由引力使不同大小物体同时落地,得出引力的大小和被吸引物体的质量成正比;又由牛顿第三定律,得出吸引物体和被吸引物体的区分是相对的,所以引力也和吸引物体的质量成正比,从而得出引力符合221R m m GF =.这样,牛顿就完成了万有引力的发现工作.牛顿发现的万有引力定律的内容为:宇宙间的任何物体之间都存在相互作用的吸引力,这种吸引力的大小与它们的质量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比,作用力的方向是沿两物体的联线方向,即21221R m m G F = G 为引力恒量(引力常数);m 1m 2 分别为两个相互吸引的物体的质量;R 12为物体m 2 与m 1 的质心间距离.六、运用科学观察和科学实验验证万有引力定律理论牛顿的万有引力定律是经过科学观察和科学实验的检验后才得到普遍承认的:1.关于地球形状的测定牛顿根据他的引力理论指出,地球不是正球体,而是两极方向稍扁的扁球体,后经过法国科学家的几次测量证明了牛顿的推论是正确的.牛顿这个足不出户的人正确地给出了地球的形状,这显示了牛顿理论的威力.2.地月验证由运动学公式可计算出月球的向心加速度R TR v a n 2224π== 已知R =3.84×108 米;T =2。
高中物理第一题常考的物理学史(总8页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--高中物理第一题常考的物理学史1、1638年,意大利物理学家伽利略在《两种新科学的对话》中用科学推理论证重物体和轻物体下落一样快;并在比萨斜塔做了两个不同质量的小球下落的实验,证明了他的观点是正确的,推翻了古希腊学者亚里士多德的观点(即:质量大的小球下落快是错误的);2、1654年,德国的马德堡市做了一个轰动一时的实验——马德堡半球实验;3、1687年,英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了三条运动定律(即牛顿三大运动定律)。
4、17世纪,伽利略通过构思的理想实验指出:在水平面上运动的物体若没有摩擦,将保持这个速度一直运动下去;得出结论:力是改变物体运动的原因,推翻了亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因。
同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出:如果没有其它原因,运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。
5、英国物理学家胡克对物理学的贡献:胡克定律;经典题目:胡克认为只有在一定的条件下,弹簧的弹力才与弹簧的形变量成正比(对)6、1638年,伽利略在《两种新科学的对话》一书中,运用观察-假设-数学推理的方法,详细研究了抛体运动。
17世纪,伽利略通过理想实验法指出:在水平面上运动的物体若没有摩擦,将保持这个速度一直运动下去;同时代的法国物理学家笛卡儿进一步指出:如果没有其它原因,运动物体将继续以同速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。
7、人们根据日常的观察和经验,提出“地心说”,古希腊科学家托勒密是代表;而波兰天文学家哥白尼提出了“日心说”,大胆反驳地心说。
8、17世纪,德国天文学家开普勒提出开普勒三大定律;9、牛顿于1687年正式发表万有引力定律;1798年英国物理学家卡文迪许利用扭秤实验装置比较准确地测出了引力常量;10、1846年,英国剑桥大学学生亚当斯和法国天文学家勒维烈(勒维耶)应用万有引力定律,计算并观测到海王星,1930年,美国天文学家汤苞用同样的计算方法发现冥王星。
物理学史上的三次大综合Three large comprehensive history of physics [Abstract]Four major comprehensive history of physics, every time a comprehensiverealization of all physical theories make a big step forward.[Keyword]Classical mechanics; electromagnetic wave;electromagnetic induction; quantummechanicsIn promoting the development of production and scientific experiments, physics continue to accumulate, development and integration, through the germination period, a different period of classical physics and modern physics during the development stage. Since the 16th century, physics theory theoretically achieve four large integrated. Every time a comprehensive realization, have made a major step forward in physics theory.1 第一次伟大的综合17世纪,牛顿力学构成了完整的体系。
可以说,这是物理学第一次伟大的综合。
牛顿将天上行星的运动与地球上苹果下坠等现象概括到一个规律里面去了,建立了所谓的经典力。
至于苹果下坠启发了牛顿的故事究竟有无历史根据,那是另一回事,但它说明了人们对于形象思维的偏爱。
牛顿发现万有引力定律牛顿发现万有引力定律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。
牛顿的普适万有引力定律表示如下:任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。
该引力的大小与它们的质量乘积成正比,与它们距离的平方成反比,与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。
万有引力定律是解释物体之间的相互作用的引力的定律。
是物体(质点)间由于它们的引力质量而引起的相互吸引力所遵循的规律。
是牛顿在前人(开普勒、胡克、雷恩、哈雷)研究的基础上,凭借他超凡的数学能力证明,在1687年于《自然哲学的数学原理》上发表的。
万有引力的发现过程小时候,老师告诉我们,牛顿是因为有一天坐在苹果树下打瞌睡,被树上成熟的苹果掉下来打到,就让他发现了万有引力的存在。
当然,这只是儿童版的「童话故事」。
如果牛顿真那么天才,他能够「看的到」万有引力的存在,而我就只会把苹果捡起来吃,我想今天我是不会来教各位物理的,我也会没那个勇气来当个科学家了。
因为天才身边总是会有奇迹发生。
或许苹果落地事件是一个重要的刺激,可是只凭一个单一的刺激是不可能有这么一个大的发现。
好了,我们该回来到成人版的故事了,到底牛顿是怎麼发现万有引力的存在呢?在谈论万有引力发现的事件时,对於当时天文学及力学的发展情形也得有一些说明,才能了解当时代科学的背景,以及它是如何影响刺激牛顿发现万有引力。
有关力学:牛顿了解伽利略早先所发展出来的惯性观念,他知道在不受外力作用的情形下,动者恒做等速度直线运动。
他也知道若一个运动中物体的速率或运动方向有了变化,其中必定有力的作用。
当时的牛顿,受到天文学家哥白尼提出的「地球绕日的圆形轨道」的影响可能正对月亮的运行轨迹不是直线、是绕著地球的圆形轨道而深感困惑。
但是他已知道,由海更士提出「一物体要作圆周运动需要施一个向中心的力量」的理论。
由天文看,行星绕太阳运动也应需要一向心的吸引力量,可是,这个力到底是什?有关天文学:西元1543年哥白尼提出天体运行论,以太阳为诸行星的运转中心和地球自转来解释星象,对人类以自我为中心的宇宙观作了一个革命性的改变。
万有引力定律的发展史是一个充满探索和发现的历史。
这个过程中,许多科学家都做出了重要的贡献。
首先,在哥白尼的《天体运行论》中,他主张地球不是宇宙的中心,这个观点与当时的教会传统学说相左,受到了迫害,直至被教会处死。
随后,开普勒在1596年发表了《宇宙的秘密》,他在书中假定了一个以太阳为中心的宇宙体系。
伽利略在1609年出版了《星际使者》,他指出木星周围的一系列卫星绕着太阳运行,而月球表面有山川和峡谷,银河是由成千上亿颗恒星组成。
牛顿在1666年从剑桥大学回到位于英国乡村的家中,他注意到苹果从树上落下来,并由此发现了万有引力。
他的万有引力概念的核心——现在被称为万有引力定律——即宇宙中的一切事物都在不断地吸引着其他一切事物。
而且这力量的强弱与它
的质量成比例,换句话说,一个物体越大,它的引力就越强。
这个理论为后来的物理学发展提供了重要的基础。
最后,开普勒在1619年出版了《宇宙谐和论》,他提出了“开普勒三定律”中的最后
一条定律。
这些定律的提出对牛顿发现万有引力定律起到了至关重要的作用,也为万有引力定律提供了数据支持。
这就是万有引力定律的发展史的大致过程。
这个过程中充满了许多科学家的探索和发现,这些科学家们的贡献为我们理解宇宙提供了宝贵的启示。
高二物理物理学史试题1.在物理学发展过程中,许多物理学家做出了杰出贡献,下列说法中错误的是( )A.奥斯特发现了电流的磁效应B.安培首先总结了电路中电流与电压和电阻的关系C.洛仑兹发现了磁场对运动电荷的作用规律D.法拉第发现了磁能产生电【答案】B【解析】奥斯特发现了在电流的周围存在磁场,即电流的磁效应,所以A正确;欧姆首先总结了流过电阻的电流与电阻两端的电压的关系,即欧姆定律,故B错误;洛仑兹通过研究发现了磁场对运动电荷的作用力,即洛伦兹力,所以C正确;法拉第首先发现了磁能产生电,即法拉第电磁感应定律,所以D正确,本题错误的选B【考点】本题考查物理学史2.在电磁学发展过程中,许多科学家做出了贡献。
下列说法正确的是()A.安培发现了磁场对运动电荷的作用规律;洛仑兹发现了磁场对电流的作用规律B.楞次通过实验总结出电磁感应的条件;欧姆发现了欧姆定律C.奥斯特发现了电流磁效应;法拉第发现了电磁感应现象D.库仑发现了电流的热效应。
定量得出了电能和热能之间的转换关系【答案】C【解析】发现磁场对运动电荷作用规律的是洛伦兹,发现磁场对电流作用规律的是安培,故A选项错误;总结出电磁感应的条件的是法拉第,故选项B错误;奥斯特发现了电流磁效应;法拉第发现了电磁感应现象,故选项C正确;定量得出电能和热能之间关系的是焦耳,故选项D错误。
【考点】物理学史3.科学家法拉第对电磁学的发展作出了重大贡献,下列陈述中不符合历史事实的是()A.法拉第首先引入“场”的概念来研究电和磁的现象B.法拉第首先发现电磁感应现象并给出了电磁感应定律C.法拉第通过实验总结出了电磁感应现象中感应电流方向的判定方法D.法拉第首先发现了电流的磁效应现象【答案】CD【解析】为了研究电和磁的相关规律,法拉第第一个引入了“场”的概念,使得人类研究抽象的电磁更加形象化,故A正确;法拉第通过大量实验发现了电磁感应现象,后人通过其实验总结出了电磁感应定律的定量表述,我们通常把这一定律称做法拉第电磁感应定律,以纪念法拉第对电磁研究的卓越贡献,所以B正确;楞次通过实验总结了感应电流的判定方法,即楞次定律,所以C 错误;首先发现电流磁效应的是丹麦的物理学家奥斯特,所以D错误;由上所述,可知本题答案选CD。
高中物理中呈现的所有物理学史材料的总结1、胡克:英国物理学家;发觉了胡克定律(F弹=kx)2、伽利略:意年夜利的有名物理学家;伽利略时期的仪器、装备非常粗陋,技巧也比拟落伍,但伽利略奇妙地应用迷信的推理,给出了匀变速活动的界说,导出s反比于t。
并赐与试验测验;揣摸并测验得出,不管物体轻重怎样,其自在着落的快慢是一样的;经过歪面试验,揣摸出物体如不受外力感化将保持匀速直线活动的论断。
后由牛顿归结成惯性定律。
伽利略的迷信推理办法是人类思维史上最巨年夜的成绩之一。
3、牛顿:英国物理学家;能源学的奠定人,他总结跟开展了后人的发觉,得出牛顿定律及万有引力定律,奠定了以牛顿定律为根底的经典力学。
4、开普勒:丹麦地理学褰;发觉了行星活动法则的开普勒三定律奠定了万有引力定律的根底。
5、卡文迪许:英国物理学家;奇妙的应用扭秤安装测出了万有引力常量。
6、布朗:英国动物学家;在用显微镜不雅看悬浮在水中的花粉时,发觉了“布朗活动〞。
7、焦耳:英国物理学家;测定了热功当量J=4.2焦/卡,为能的转化守恒定律的树破供给了坚固的根底。
研讨电流经过导体时的发烧,失掉了焦耳定律。
8、开尔文:英国迷信褰;创建了把一273℃作为零度的热力学温标。
9、库仑:法国迷信家;奇妙的应用“库仑扭秤〞研讨电荷之间的感化,发觉了“库仑定律〞。
10、密破根:美国迷信家;应用带电油滴在竖直电场中的均衡,失掉了根本电荷e。
11、欧姆:德国物理学察;在试验研讨的根底上,欧姆把电流与水流等比拟,从而引入了电流强度、电动势、电阻等不雅点,并断定了它们的关联。
12、奥斯特:丹麦迷信察;经过试验发觉了电流能发生磁场。
13、安培:法国迷信家;提出了有名的分子电流假说。
14、汤姆生:英国迷信家;研讨阴极射线,发觉电子,测得了电子的比荷e/m;汤姆生还提出了“枣糕模子〞,在事先能说明一些试验景象。
15、劳伦斯:美国迷信家;创造了“盘旋减速器〞,使人类在取得高能粒子方面迈进了一步。
历史上的重要科学发现总结人类在漫长的历史中经历了无数次科学探索和发现,这些重大的科学发现改变了我们对世界的认识,推动了人类社会的发展。
本文将对历史上一些重要的科学发现进行总结,并探讨它们所带来的深远影响。
1. 万有引力定律的发现(17世纪)伽利略、开普勒和牛顿是三位对万有引力定律做出重要贡献的科学家。
伽利略通过实验证明了自由落体时受到的加速度是恒定的;开普勒通过观测行星运动的数据总结出了行星运动的三大定律;牛顿进一步提出了万有引力定律,阐明了物体之间相互吸引的本质。
这一发现推动了天文学和物理学的发展,奠定了现代物理学的基石。
2. 电磁感应定律的发现(19世纪)法拉第和霍尔是电磁感应定律的重要贡献者。
法拉第发现变化的磁场可以诱导电流,建立了电磁感应定律;霍尔发现电流通过导体时会产生横向电压差,提出了霍尔效应。
这一发现为电磁学的发展奠定了基础,推动了电力工业的崛起。
3. 相对论的提出(20世纪)爱因斯坦的相对论彻底颠覆了牛顿力学的框架。
狭义相对论提出了时间和空间的相对性,阐述了光速不变的原理;广义相对论则将引力解释为时空的弯曲。
这一理论在理论物理学和天体物理学领域产生了深远影响,开创了现代宇宙观的新时代。
4. 量子力学的建立(20世纪)普朗克、爱因斯坦、玻尔等物理学家的工作奠定了量子力学的基础。
普朗克提出了能量量子化的概念;爱因斯坦解释了光电效应;玻尔建立了氢原子模型。
量子力学的建立为理解微观世界提供了新的框架,成为支撑现代物理学和化学的重要理论。
5. DNA的结构解析(20世纪)沃森、克里克和威尔金斯的合作研究揭示了DNA的双螺旋结构。
这一发现奠定了遗传学的基础,推动了现代生物科学的快速发展。
后续的基因工程、基因组学等领域的发展也离不开对DNA结构的深入理解。
总结起来,历史上的重要科学发现不仅推动了科学的进步,也对人类社会产生了深远影响。
通过这些发现,我们更好地理解了自然界的规律,为技术革新和社会进步提供了支持。
高考物理物理学史知识点知识点训练及答案(2)一、选择题1.万有引力的发现实现了物理学史上第一次大统一:“地上物理学”和“天上物理学”的统一.它表明天体运动和地面上物体的运动遵从相同的规律.牛顿发现万有引力定律的过程中将行星的椭圆轨道简化为圆轨道,还应用到了其他的规律和结论.下面的规律和结论没有被用到的是( )A.开普勒的研究成果B.卡文迪许通过扭秤实验得出的引力常量C.牛顿第二定律D.牛顿第三定律2.下列说法正确的是A.伽利略的理想斜面实验说明了“力是维持物体运动的原因”B.采用比值定义法定义的物理量有:电场强度FEq=,电容QCU=,加速度Fam=C.库仑通过实验得出了库仑定律,并用扭秤实验最早测量出了元电荷e的数值D.放射性元素发生一次β衰变,新核原子序数比原来原子核序数增加13.在物理学的发展过程中,许多物理学家都做出了重要的贡献,他们也创造出了许多物理学研究方法。
下列关于物理学史与物理学研究方法的叙述中正确的是()A.物理学中所有物理量都是采用比值法定义的B.元电荷、点电荷都是理想化模型C.奥斯特首先发现了电磁感应现象D.法拉第最早提出了“电场”的概念4.在物理学发展过程中,许多科学家做出了贡献,下列说法正确的是()A.自然界的电荷只有两种,美国科学家密立根将其命名为正电荷和负电荷,美国物理学家富兰克林通过油滴实验比较精确地测定了电荷量e的数值B.卡文迪许用扭秤实验测定了引力常量G和静电力常量k的数值C.奥斯特发现了电流间的相互作用规律,同时找到了带电粒子在磁场中的受力规律D.开普勒提出了三大行星运动定律后,牛顿发现了万有引力定律5.了解物理规律的发现过程,学会像科学家那样观察和思考,往往比掌握知识本身更重要。
以下符合史实的是( )A.焦耳发现了电流的磁效应B.法拉第发现了电磁感应现象,并总结出了电磁感应定律C.惠更斯总结出了折射定律D.英国物理学家托马斯杨利用双缝干涉实验首先发现了光的干涉现象6.物理学推动了科学技术的创新和革命,促进了人类文明的进步,关于物理学发展过程的认识,下列说法中正确的是A.牛顿应用“理想斜面实验”推翻亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的观点B.卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析,提出了原子核是由质子和中子组成的C.牛顿在发现万有引力定律的过程中应用了牛顿第三定律D.英国科学家法拉第心系“磁生电”思想是受到了安培发现电流的磁效应的启发7.下列说法正确的是( )A.在国际单位制中,力学的基本单位是千克、牛顿、秒B.开普勒通过对行星运动规律的研究总结出了万有引力定律C.库仑在前人研究的基础上,通过扭秤实验研究得出了库仑定律D.法拉第首先发现了电流可以使周围的小磁针偏转8.物理学家通过对实验的深入观察和研究,获得正确的科学认知,推动物理学的发展.下列说法不符合事实的是A.爱因斯坦为了解释黑体辐射,提出了能量量子假说,把物理学带进了量子世界B.汤姆孙利用阴极射线管发现了电子,说明原子可分,有复杂内部结构,并提出了原子的枣糕模型,从而敲开了原子的大门C.贝克勒尔发现了天然放射性现象,说明原子核有复杂结构D.卢瑟福通过α粒子的散射实验,提出了原子核式结构模型9.伽利略是实验物理学的奠基人,下列关于伽利略在实验方法及实验成果的说法中不正确的是A.开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法B.通过实验发现斜面倾角一定时,不同质量的小球从不同高度开始滚动,加速度相同C.通过实验和理想实验,提出了惯性的概念,从而奠定了牛顿力学的基础D.为了说明力是维持物体运动的原因用了理想实验法10.下列说法正确的是()A.开普勒行星运动定律只适用于行星绕太阳的运动,不适用于卫星绕行星的运动B.牛顿提出了万有引力定律,并测定了引力常量的数值C.万有引力的发现,揭示了自然界一种基本相互作用的规律D.地球绕太阳在椭圆轨道上运行,在近日点和远日点受到太阳的万有引力大小是相同的11.下列叙述正确的是()A.开普勒三定律都是在万有引力定律的基础上推导出来的B.爱伊斯坦根据他对麦克斯韦理论的研究提出光速不变原理,这是狭义相对论的第二个基本假设C.伽利略猜想自由落体的运动速度与下落时间成正比,并直接用实验进行了验证D.红光由空气进入水中,波长变长,颜色不变12.今年是爱因斯坦发表广义相对论100 周年。
万有引力定律的发现自从人类开始思考宇宙的奥秘,万有引力定律的发现就成为了人们关注的焦点之一。
这个定律的发现不仅揭示了物质世界的秩序,也使人类对宇宙的认识更加深入。
本文将以人类的视角,讲述万有引力定律的发现及其对人类的影响。
在人类的认知历史中,牛顿是第一个提出并完整描述万有引力定律的科学家。
他在1666年至1667年间,当他在家乡的农舍里避免瘟疫时,思考着当时的科学问题。
通过观察苹果掉落的现象,他开始思考落下的苹果为什么会受到地球的吸引力。
从这个简单的观察开始,牛顿逐渐发展出了万有引力定律。
万有引力定律简洁而深刻地描述了物体之间的相互作用。
它指出,任何两个物体之间都存在一种相互吸引的力,这个力的大小与物体的质量成正比,与物体之间的距离的平方成反比。
换句话说,质量越大的物体之间的引力越大,物体之间的距离越近,引力也越大。
牛顿的发现对人类的影响是巨大的。
首先,它使人类对宇宙的运行秩序有了更深入的认识。
我们知道,地球围绕太阳运行,月球围绕地球运行,这些都是因为万有引力的作用。
万有引力定律让我们明白,所有物体都相互吸引,这种相互吸引使得宇宙中的星体能够保持相对稳定的运行轨道。
万有引力定律的发现也推动了人类对科学方法的发展。
牛顿通过观察现象,形成假设,进行实验证实了他的理论。
这种科学方法的应用不仅使得万有引力定律得以发现,也为后来的科学研究提供了范例。
科学家们开始用这种方法来探索自然界的规律,并逐渐揭示了更多的奥秘。
万有引力定律的应用也对人类的生活产生了实际的影响。
例如,它在航天领域的应用使得人类能够准确地计算出飞船的轨道,从而使得宇航员能够安全地进入太空。
在工程设计中,人们也需要考虑到引力的影响,以确保建筑物的稳定。
万有引力定律可以说是人类科技发展的基石之一。
总的来说,万有引力定律的发现是人类认知宇宙的一个重要里程碑。
它揭示了物体之间的相互作用,推动了科学方法的发展,对人类的生活产生了实际的影响。
通过牛顿的发现,我们更加深入地认识了宇宙的运行规律,也使得人类对宇宙的探索更加深入。
物理学发展过程中的重大发现
1. 万有引力定律:1642年,牛顿提出了万有引力定律,表明两个物体之间的引力是它们质量的乘积与它们之间距离的平方成正比。
2. 牛顿三定律:1676年,牛顿提出了牛顿三定律,表明物体之间的相互作用力总是成对的,并且大小相等,方向相反。
3. 声速测量:1690年,莱布尼茨使用的方法来计算声速,这使得人们首次能够准确地测量声音在空气中的传播速度。
4. 光的折射和反射:1621年,斯涅耳发现,光线在其传播路径进入透明材料时会发生偏折和反射,而反射角和入射角相等。
5. 电磁学基础:1820年代和1830年代,法拉第等人发现了电磁感应和磁场的关系,并提出了伏打电流定律和迈克尔逊-莫雷实验,表明光波是一种电磁波。
6. 相对论:1905年,爱因斯坦提出了相对论,他证明了相对运动的物理学规律,在这些规律中,光具有特殊的地位,让整个物理学的基础发生了重大变革。
7. 量子力学:20世纪20年代,诸如海森堡、施雷丁格和波尔等人发展了量子力学,这是一种全新的物理理论,其基本原理是体系的状态只能用概率来描述,而不是像牛顿力学一样精确预测。
万有引力定律的发现万有引力定律现在大家公认是牛顿发现的,连小学生也知道牛顿在苹果树下休息,看见苹果落地而想到万有引力的故事。
但它的发现岂只是看见苹果落地这么简单?万有引力公式:这个公式与库仑定律有着惊人的相似之处。
G为万有引力常量,由英国物理学家卡文迪许首先在实验室测出其大小。
在牛顿的时代,一些科学家已经有了万事万物都有引力的想法。
而且牛顿和胡克(即发明了显微镜并用显微镜观察到细胞结构的罗伯特虎克)曾经为了万有引力的发现优先权发生过争论,有资料表明,万有引力概念由胡克最先提出,但由于胡克在数学方面的造诣远不如牛顿,不能解释行星的椭圆轨道,而牛顿不仅提出了万有引力和距离的平方成正比,而且圆满的解决了行星的椭圆轨道问题,万有引力的优先发现权自然归属牛顿。
正如牛顿所说他是站在巨人的肩膀上。
万有引力发现前的准备开普勒有着不可磨灭的贡献。
开普勒是德意志的天文学家,幼年患猩红热导致视力不好,后来有幸结识弟谷,一年后弟谷过世,把他一生的天文观测资料留给了开普勒。
在此基础上,开普勒经过20年的计算和整理于1609年发表了行星运动的第一、第二定律。
后来又经过十年又发表了行星运动的第三定律。
牛顿老年在回忆过去的时候有这样的话:同年(1666年)我开始把引力与月亮轨道联系起来并找出如何估计一个天体在球体内旋转时用来趋向球面的力的方法。
根据开普勒的行星周期与于他们的距离轨道中心的距离的二分之三次方成正比的规律,我得出使行星沿轨道旋转的力必然与他们离旋转中心的距离的平方成反比的结论。
从而把使月亮沿轨道旋转所需的力与地球表面的引力相比较发现它它们符合得很接近。
所有这些发生在1665年和1666年两个时疫年内,因为那时正是我创造发明的黄金时期,我对数学和哲学的思考比此后的任何时都候来的多。
此后惠更斯先生发表的关于离心力的思想,我猜想他在我之前就有了,最后在1676和1677之间的冬天我发现了一个命题:利用与距离成反比的离心力行星必然环绕力的中心沿椭圆轨道旋转,这中心在椭圆的下部,从这中心作出的半径所经过的面积与时间成正比……摘自《从落体到无线电波——经典物理学家和他们的发现》作者:当代美国著名物理学家诺贝尔奖获得者埃米里奥·赛格雷从上面的话可以知道,牛顿的平方反比律是由开普勒的行星运动定律得出的。
2015-2016学年江苏省宿迁市泗阳县致远中学高一〔下〕月考物理试卷〔2〕一、单项选择题〔每一小题5分,共45分〕1.如下说法符合史实的〔〕A.牛顿发现了行星的运动规律B.开普勒发现了万有引力定律C.卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量D.牛顿发现了海王星和冥王星2.如下说法正确的答案是〔〕A.第一宇宙速度是人造卫星环绕地球运动的速度B.第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度C.如果需要,地球同步通讯卫星可以定点在地球上空的任何一点D.地球同步通讯卫星的轨道可以是圆的也可以是椭圆的3.关于环绕地球运转的人造地球卫星,有如下几种说法,其中正确的答案是〔〕A.轨道半径越大,速度越小,周期越长B.轨道半径越大,速度越大,周期越短C.轨道半径越大,速度越大,周期越长D.轨道半径越小,速度越小,周期越长4.两颗质量之比m1:m2=1:4的人造地球卫星,只在万有引力的作用之下,环绕地球运转.如果它们的轨道半径之比r1:r2=2:1,那么它们的动能之比为〔〕A.8:1 B.1:8 C.2:1 D.1:25.科学家们推测,太阳系的第十六颗行星就在地球的轨道上,从地球上看,它永远在太阳的背面,人类一直未能发现它,可以说是“隐居〞着的地球的“孪生兄弟〞.由以上信息可以确定〔〕A.这颗行星的公转周期和地球相等B.这颗行星的半径等于地球的半径C.这颗行星的密度等于地球的密度D.这颗行星上同样存在着生命6.假设行星绕太阳公转的半径为r,公转的周期为T,万有引力恒量为G,如此由此可求出〔〕A.某行星的质量 B.太阳的质量C.某行星的密度 D.太阳的密度7.如下说法中正确的答案是〔〕A.天王星偏离根据万有引力计算的轨道,是由于天王星受到轨道外面其他行星的引力作用B.只有海王星是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的C.天王星是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的D.以上均不正确8.2001年10月22日,欧洲航天局由卫星观测发现银河系中心存在一个、超大型黑洞,命名为MCG6﹣30﹣15,由于黑洞的强大引力,周围物质大量掉入黑洞,假定银河、系中心仅此一个黑洞,太阳系绕银河系中心匀速运转,如下哪一组数据可估算该黑洞的质量〔〕A.地球绕太阳公转的周期和速度B.太阳的质量和运行速度C.太阳质量和到MCG6﹣30﹣15的距离D.太阳运行速度和到MCG6﹣30﹣15的距离9.西昌卫星发射中心的火箭发射架上,有一待发射的卫星,它随地球自转的线速度为v1、加速度为a1;发射升空后在近地轨道上做匀速圆周运动,线速度为v2、加速度为a2;实施变轨后,使其在同步卫星轨道上做匀速圆周运动,运动的线速度为v3、加速度为a3.如此v1、v2、v3的大小关系和a1、a2、a3的大小关系是〔〕A.v3>v2>v1;a3>a2>a1B.v1>v2>v3;a1>a2>a3C.v2>v3>v1;a2>a3>a1D.v3>v2>v1;a2>a3>a1二、多项选择题〔每题6分,共24分〕10.关于开普勒行星运动的公式=k,以下理解正确的答案是〔〕A.k是一个与行星无关的常量B.假设地球绕太阳运转轨道的半长轴为R地,周期为T地;月球绕地球运转轨道的长半轴为R月,周期为T月,如此C.T表示行星运动的自转周期D.T表示行星运动的公转周期11.下面的哪组数据,可以算出地球的质量M地〔引力常量G为〕〔〕A.月球绕地球运动的周期T与月球到地球中心的距离R1B.地球绕太阳运行周期T2与地球到太阳中心的距离R2C.人造卫星在地面附近的运行速度v3和运行周期T3D.地球绕太阳运行的速度v4与地球到太阳中心的距离R412.发射地球同步卫星要经过三个阶段:先将卫星发射至近地圆轨道1,然后使其沿椭圆轨道2运行,最后将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如下列图.当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的答案是〔〕A.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度B.卫星在轨道1上经过Q点时的速度等于它在轨道2上经过Q点时的速度大小C.卫星在轨道3上的速度小于它在轨道1上的速度D.卫星在轨道3上受到的引力小于它在轨道1上受到的引力13.“东方一号〞人造地球卫星A和“华卫二号〞人造卫星B的质量之比为m A:m B=1:2,轨道半径之比为2:1,如此下面的结论中正确的答案是〔〕A.它们受到地球的引力之比为F A:F B=1:1B.它们的运行速度大小之比为v A:v B=1:C.它们的运行周期之比为T A:T B=:1D.它们的运行角速度之比为ωA:ωB=:1三、计算题〔共31分〕14.宇航员驾驶一飞船在靠近某行星外表附近的圆形轨道上运行,飞船运行的周期为T,行星的平均密度为ρ.试证明ρT2=k〔万有引力恒量G为,k是恒量〕.15.在某个半径为R=105m的行星外表,对于一个质量m=1kg的砝码,用弹簧称量,其重力的大小G=16N.请您计算该星球的第一宇宙速度V1是多大?〔注:第一宇宙速度V1,也即近地、最大环绕速度;此题可以认为物体重力大小与其万有引力的大小相等.〕16.神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进展变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度h=342km的圆形轨道.地球半径R=6.37×103km,地面处的重力加速度g=10m/s2.试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式〔用h、R、g表示〕,然后计算周期的数值〔保存两位有效数字〕.2015-2016学年江苏省宿迁市泗阳县致远中学高一〔下〕月考物理试卷〔2〕参考答案与试题解析一、单项选择题〔每一小题5分,共45分〕1.如下说法符合史实的〔〕A.牛顿发现了行星的运动规律B.开普勒发现了万有引力定律C.卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量D.牛顿发现了海王星和冥王星【考点】物理学史;万有引力定律的发现和万有引力恒量的测定.【分析】开普勒发现了行星的运动规律;牛顿发现了万有引力定律;卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量;亚当斯发现的海王星.【解答】解:A、开普勒发现了行星的运动规律.故A错误;B、牛顿发现了万有引力定律.故B错误;C、卡文迪许第一次在实验室里测出了万有引力常量.故C正确;D、亚当斯发现的海王星.故D错误.应当选:C【点评】对于牛顿在发现万有引力定律的过程中,要记住相关的物理学史的知识点即可.2.如下说法正确的答案是〔〕A.第一宇宙速度是人造卫星环绕地球运动的速度B.第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度C.如果需要,地球同步通讯卫星可以定点在地球上空的任何一点D.地球同步通讯卫星的轨道可以是圆的也可以是椭圆的【考点】第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度;人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.【专题】人造卫星问题.【分析】地球同步卫星即地球同步轨道卫星,又称对地静止卫星,是运行在地球同步轨道上的人造卫星,星距离地球的高度约为36000 km,卫星的运行方向与地球自转方向一样、运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等,卫星在轨道上的绕行速度约为3.1公里/秒,其运行角速度等于地球自转的角速度.由万有引力提供向心力解得卫星做圆周运动的线速度表达式,判断速度与轨道半径的关系可得,第一宇宙速度是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度,轨道半径最小,线速度最大.【解答】解:A、第一宇宙速度是人造卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度,而人造卫星环绕地球运动的速度随着半径增大而减小,故A错误;B、第一宇宙速度是人造卫星运动轨道半径为地球半径所对应的速度,故B正确;C、地球同步卫星运行轨道为位于地球赤道平面上圆形轨道、运行周期与地球自转一周的时间相等,故C错误;D、地球同步轨道卫星,又称对地静止卫星,是运行在地球同步轨道上的人造卫星,轨道一定是圆,故D错误;应当选:B【点评】注意第一宇宙速度有三种说法:①它是人造地球卫星在近地圆轨道上的运行速度,②它是人造地球卫星在圆轨道上运行的最大速度,③它是卫星进入近地圆形轨道的最小发射速度.该题主要考查了地球同步卫星的相关知识点,有四个“定〞:定轨道、定高度、定速度、定周期,难度不大,属于根底题.3.关于环绕地球运转的人造地球卫星,有如下几种说法,其中正确的答案是〔〕A.轨道半径越大,速度越小,周期越长B.轨道半径越大,速度越大,周期越短C.轨道半径越大,速度越大,周期越长D.轨道半径越小,速度越小,周期越长【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.【专题】人造卫星问题.【分析】要求卫星的线速度与轨道半径之间的关系,可根据G=m来求解;要求卫星的运动周期和轨道半径之间的关系,可根据有G=m R来进展求解.【解答】解:人造地球卫星在绕地球做圆周运动时地球对卫星的引力提供圆周运动的向心力故有G=m R故T=,显然R越大,卫星运动的周期越长.又G=mv=,显然轨道半径R越大,线速度越小.故A正确.应当选A.【点评】一个天体绕中心天体做圆周运动时万有引力提供向心力,灵活的选择向心力的表达式是我们顺利解决此类题目的根底.F向=m=mω2R=m R,我们要按照不同的要求选择不同的公式来进展求解.4.两颗质量之比m1:m2=1:4的人造地球卫星,只在万有引力的作用之下,环绕地球运转.如果它们的轨道半径之比r1:r2=2:1,那么它们的动能之比为〔〕A.8:1 B.1:8 C.2:1 D.1:2【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.【专题】人造卫星问题.【分析】由万有引力表达式,推导出来卫星动能的表达式,进而可以知道动能的比值关系.【解答】解:由万有引力表达式:mv2=如此动能表达式为:带入质量和半径的可以得到:E k1:E k2=1:8,故B正确应当选B【点评】重点一是公式的选择,要选用向心力的速度表达式,重点二是对公式的变形,我们不用对v开方,而是直接得动能表达式.5.科学家们推测,太阳系的第十六颗行星就在地球的轨道上,从地球上看,它永远在太阳的背面,人类一直未能发现它,可以说是“隐居〞着的地球的“孪生兄弟〞.由以上信息可以确定〔〕A.这颗行星的公转周期和地球相等B.这颗行星的半径等于地球的半径C.这颗行星的密度等于地球的密度D.这颗行星上同样存在着生命【考点】万有引力定律与其应用;向心力.【专题】万有引力定律的应用专题.【分析】研究行星绕太阳做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式.太阳系的第十六颗行星就在地球的轨道上,说明它与地球的轨道半径相等.【解答】解:A、万有引力提供向心力,由牛顿第二定律得:,行星的周期T=2π,由于轨道半径相等,如此行星公转周期与地球公转周期相等,故A正确;B、这颗行星的轨道半径等于地球的轨道半径,但行星的半径不一定等于地球半径,故B错误;C、这颗行星的密度与地球的密度相比无法确定,故C错误.D、这颗行星是否存在生命无法确定,故D错误.应当选:A.【点评】向心力的公式选取要根据题目提供的物理量或所求解的物理量选取应用.环绕体绕着中心体匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,我们只能求出中心体的质量.6.假设行星绕太阳公转的半径为r,公转的周期为T,万有引力恒量为G,如此由此可求出〔〕A.某行星的质量 B.太阳的质量C.某行星的密度 D.太阳的密度【考点】万有引力定律与其应用;人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.【专题】计算题.【分析】研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式求出太阳的质量.【解答】解:A、根据题意不能求出行星的质量.故A错误;B、研究卫星绕地球做匀速圆周运动,根据万有引力提供向心力,列出等式:=m得:M=,所以能求出太阳的质量,故B正确;C、不清楚行星的质量和体积,所以不能求出行星的密度,故C错误;D、不知道太阳的体积,所以不能求出太阳的密度.故D错误.应当选:B.【点评】根据万有引力提供向心力,列出等式只能求出中心体的质量.要求出行星的质量,我们可以在行星周围找一颗卫星研究,即把行星当成中心体.7.如下说法中正确的答案是〔〕A.天王星偏离根据万有引力计算的轨道,是由于天王星受到轨道外面其他行星的引力作用B.只有海王星是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的C.天王星是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的D.以上均不正确【考点】万有引力定律与其应用.【专题】人造卫星问题.【分析】天王星不是依据万有引力定律计算轨道而发现的.海王星和冥王星是依据万有引力定律计算轨道而发现的,根据它们的发现过程,进展分析和解答.【解答】解:A、D、科学家亚当斯通过对天王星的长期观察发现,其实际运行的轨道与圆轨道存在一些偏离,且每隔时间t发生一次最大的偏离.亚当斯利用牛顿发现的万有引力定律对观察数据进展计算,认为形成这种现象的原因可能是天王星外侧还存在着一颗未知行星〔后命名为海王星〕,故A正确,D错误;B、海王星和冥王星都是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的.故B错误;C、天王星不是人们依据万有引力定律计算轨道而发现的.故C错误.应当选:A.【点评】此题考查了物理学史,解决此题的关键要了解万有引力定律的功绩,体会这个定律成功的魅力.根底题目.8.2001年10月22日,欧洲航天局由卫星观测发现银河系中心存在一个、超大型黑洞,命名为MCG6﹣30﹣15,由于黑洞的强大引力,周围物质大量掉入黑洞,假定银河、系中心仅此一个黑洞,太阳系绕银河系中心匀速运转,如下哪一组数据可估算该黑洞的质量〔〕A.地球绕太阳公转的周期和速度B.太阳的质量和运行速度C.太阳质量和到MCG6﹣30﹣15的距离D.太阳运行速度和到MCG6﹣30﹣15的距离【考点】万有引力定律与其应用.【专题】万有引力定律的应用专题.【分析】根据万有引力提供向心力,去求中心天体的质量.【解答】解:A、地球绕太阳公转,中心天体是太阳,根据周期和速度只能求出太阳的质量.故A错误.B、根据万有引力提供向心力,中心天体是黑洞,太阳的质量约去,只知道线速度或轨道半径,不能求出黑洞的质量.故B、C错误.D、根据万有引力提供向心力,知道环绕天体的速度和轨道半径,可以求出黑洞的质量.故D正确.应当选:D.【点评】解决此题的关键掌握根据万有引力提供向心力.9.西昌卫星发射中心的火箭发射架上,有一待发射的卫星,它随地球自转的线速度为v1、加速度为a1;发射升空后在近地轨道上做匀速圆周运动,线速度为v2、加速度为a2;实施变轨后,使其在同步卫星轨道上做匀速圆周运动,运动的线速度为v3、加速度为a3.如此v1、v2、v3的大小关系和a1、a2、a3的大小关系是〔〕A.v3>v2>v1;a3>a2>a1B.v1>v2>v3;a1>a2>a3C.v2>v3>v1;a2>a3>a1D.v3>v2>v1;a2>a3>a1【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.【专题】人造卫星问题.【分析】根据万有引力提供向心力,比拟近地卫星和同步卫星的线速度和加速度大小,根据同步卫星与地球自转的角速度相等,通过v=rω,以与a=rω2比拟待发射卫星的线速度与同步卫星的线速度以与加速度关系.【解答】解:对于近地卫星和同步卫星而言,有:G,解得a=,v=,知v2>v3,a2>a3.对于待发射卫星和同步卫星,角速度相等,根据v=rω知,v3>v1,根据a=rω2知,a3>a1.如此v2>v3>v1;,a2>a3>a1,故C正确.应当选:C【点评】解决此题的关键知道线速度与向心加速度与轨道半径的关系,以与知道同步卫星与地球自转的角速度相等.二、多项选择题〔每题6分,共24分〕10.关于开普勒行星运动的公式=k,以下理解正确的答案是〔〕A.k是一个与行星无关的常量B.假设地球绕太阳运转轨道的半长轴为R地,周期为T地;月球绕地球运转轨道的长半轴为R月,周期为T月,如此C.T表示行星运动的自转周期D.T表示行星运动的公转周期【考点】开普勒定律.【分析】开普勒第一定律是太阳系中的所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆,太阳处在所有椭圆的一个焦点上.在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的.开普勒第三定律中的公式=k,可知半长轴的三次方与公转周期的二次方成正比.【解答】解:A、k是一个与行星无关的常量,与恒星的质量有关,故A正确.B、公式=k中的k是与中心天体质量有关的,中心天体不一样,k值不一样.地球公转的中心天体是太阳,月球公转的中心天体是地球,k值是不一样的.故B错误.C、T代表行星运动的公转周期,故C错误,D正确.应当选AD.【点评】行星绕太阳虽然是椭圆运动,但我们可以当作圆来处理,同时值得注意是周期是公转周期.11.下面的哪组数据,可以算出地球的质量M地〔引力常量G为〕〔〕A.月球绕地球运动的周期T与月球到地球中心的距离R1B.地球绕太阳运行周期T2与地球到太阳中心的距离R2C.人造卫星在地面附近的运行速度v3和运行周期T3D.地球绕太阳运行的速度v4与地球到太阳中心的距离R4【考点】万有引力定律与其应用;人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.【专题】人造卫星问题.【分析】万有引力的应用之一就是计算中心天体的质量,计算原理就是万有引力提供球绕天体圆周运动的向心力,列式只能计算中心天体的质量.【解答】解:A、月球绕地球做圆周运动,地球对月球的万有引力提供圆周运动的向心力,列式如下:可得:地球质量M=,故A正确;B、地球绕太阳做圆周运动,太阳对地球的万有引力提供地球做圆周运动向心力,列式如下:可知,m为地球质量,在等式两边刚好消去,故不能算得地球质量,故B错;C、人造地球卫星绕地球做圆周运动,地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力,列式有:,可得地球质量M=,根据卫星线速度的定义可知得代入M=可得地球质量,故C正确;D、地球绕太阳做圆周运动,太阳对地球的万有引力提供地球做圆周运动向心力,列式如下:可知,m为地球质量,在等式两边刚好消去,故不能算得地球质量,故D错.应当选AC.【点评】万有引力提供向心力,根据数据列式可求解中心天体的质量,注意向心力的表达式需跟量相一致.12.发射地球同步卫星要经过三个阶段:先将卫星发射至近地圆轨道1,然后使其沿椭圆轨道2运行,最后将卫星送入同步圆轨道3.轨道1、2相切于Q点,轨道2、3相切于P点,如下列图.当卫星分别在1、2、3轨道上正常运行时,以下说法正确的答案是〔〕A.卫星在轨道1上经过Q点时的加速度等于它在轨道2上经过Q点时的加速度B.卫星在轨道1上经过Q点时的速度等于它在轨道2上经过Q点时的速度大小C.卫星在轨道3上的速度小于它在轨道1上的速度D.卫星在轨道3上受到的引力小于它在轨道1上受到的引力【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系.【专题】定性思想;推理法;人造卫星问题.【分析】根据牛顿第二定律比拟卫星在轨道1和轨道2上经过Q点的加速度大小.根据变轨的原理得出卫星在轨道1和轨道2上经过Q点的速度大小.根据线速度与轨道半径的关系比拟卫星在轨道3和轨道1上的速度大小.【解答】解:A、根据牛顿第二定律得,a=,因为卫星在轨道1上和轨道2上经过Q点时,r相等,如此加速度相等,故A正确.B、卫星在轨道1上的Q点需加速,使得万有引力不够提供向心力,做离心运动进入轨道2,所以卫星在轨道1上经过Q点时的速度小于它在轨道2上经过Q点时的速度大小,故B错误.C、根据得,v=,轨道3的半径大于轨道1的半径,如此卫星在轨道3上的速度小于它在轨道1上的速度,故C正确.D、卫星在轨道3上的轨道半径小于在轨道1上的轨道半径,根据F=知,卫星在轨道3上受到的引力小于它在轨道1上受到的引力,故D正确.应当选:ACD.【点评】此题关键抓住万有引力提供向心力,先列式求解出线速度的表达式,再进展讨论,注意在同一位置的加速度大小相等,并理解卫星变轨的原理.13.“东方一号〞人造地球卫星A和“华卫二号〞人造卫星B的质量之比为m A:m B=1:2,轨道半径之比为2:1,如此下面的结论中正确的答案是〔〕A.它们受到地球的引力之比为F A:F B=1:1B.它们的运行速度大小之比为v A:v B=1:C.它们的运行周期之比为T A:T B=:1D.它们的运行角速度之比为ωA:ωB=:1【考点】人造卫星的加速度、周期和轨道的关系;万有引力定律与其应用.【专题】人造卫星问题.【分析】人造地球卫星的向心力由万有引力提供,如此由公式可得出各量的表达式,如此可得出各量间的比值.【解答】解:人造地球卫星的万有引力充当向心力,即.解得:,,.A、根据F=,引力之比1:8,故A错误.B、由,线速度之比为1:,故B正确.C、由,周期之比为,故C正确.D、由可知,角速度之比为,故D错误.应当选:BC.【点评】此题考查万有引力在天体运动中的应用,注意此题中的质量为中心天体地球的质量.三、计算题〔共31分〕14.宇航员驾驶一飞船在靠近某行星外表附近的圆形轨道上运行,飞船运行的周期为T,行星的平均密度为ρ.试证明ρT2=k〔万有引力恒量G为,k是恒量〕.【考点】万有引力定律与其应用.【专题】证明题;平抛运动专题.【分析】研究飞船在某行星外表附近沿圆轨道绕该行星飞行,根据根据万有引力提供向心力,列出等式.根据密度公式表示出密度进展证明.【解答】证明:设行星半径为R、质量为M,飞船在靠近行星外表附近的轨道上运行时,有=即M=①又行星密度ρ==②将①代入②得ρT2==k证毕【点评】解决此题的关键掌握万有引力提供向心力,再根据条件进展分析证明.15.在某个半径为R=105m的行星外表,对于一个质量m=1kg的砝码,用弹簧称量,其重力的大小G=16N.请您计算该星球的第一宇宙速度V1是多大?〔注:第一宇宙速度V1,也即近地、最大环绕速度;此题可以认为物体重力大小与其万有引力的大小相等.〕【考点】第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度.【专题】万有引力定律的应用专题.【分析】根据重力与质量的关系可算出重力加速度的大小,再由牛顿第二定律,即可求解.【解答】解:由重力和质量的关系知:G=mg所以g=设环绕该行星作近地飞行的卫星,其质量为m’,应用牛顿第二定律有:m′g=m′解得:V1=代入数值得第一宇宙速度:v1=400m/s答:该星球的第一宇宙速度v1是400m/s.【点评】考查牛顿第二定律的应用,并学会由重力与质量来算出重力加速度的大小的方法,注意公式中的质量不能相互混淆.16.神舟五号载人飞船在绕地球飞行的第5圈进展变轨,由原来的椭圆轨道变为距地面高度h=342km的圆形轨道.地球半径R=6.37×103km,地面处的重力加速度g=10m/s2.试导出飞船在上述圆轨道上运行的周期T的公式〔用h、R、g表示〕,然后计算周期的数值〔保存两位有效数字〕.【考点】万有引力定律与其应用;向心力.【专题】万有引力定律在天体运动中的应用专题.【分析】在地球外表,重力和万有引力相等,神舟五号飞船轨道上,万有引力提供飞船做圆周运动的向心力.【解答】解析:设地球质量为M,飞船质量为m,速度为v,地球的半径为R,神舟五号飞船圆轨道的半径为r,飞船轨道距地面的高度为h,如此据题意有:r=R+h因为在地面重力和万有引力相等,如此有g=即:GM=gR2飞船在轨道上飞行时,万有引力提供向心力有:。
牛顿与万有引力定律的发现牛顿是万有引力定律的发现者。
他在1665~1666年开始考虑这个问题。
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。
1679年,R·胡克在写给他的信中提出,引力应与距离平方成反比,地球高处抛体的轨道为椭圆,假设地球有缝,抛体将回到原处,而不是像牛顿所设想的轨道是趋向地心的螺旋线。
牛顿没有回信,但采用了胡克的见解。
在开普勒行星运动定律以及其他人的研究成果上,他用数学方法导出了万有引力定律。
高一物理物理学史试题答案及解析1.万有引力定律的发现实现了物理学上第一次大统一“地上物理学”和“天上物理学”的统一。
它表明天体运动和地面上物体的运动遵从相同的规律。
牛顿在发现万有引力定律的过程中将行星的椭圆轨道假想成圆轨道,另外还应用到了其他的规律和结论。
以下的规律和结论没有被用到的是()A.牛顿第二定律B.牛顿第三定律C.开普勒的研究成果D.卡文迪许通过扭秤实验得出的引力常数【答案】D【解析】牛顿在发现万有引力定律的过程中首先利用了开普勒对行星运动的究成果,然后应用牛顿第二定律推导了恒星对行星的引力大小,再利用牛顿第三定律推导了行星对恒星的引力大小,然后推广到任意两个物体之间,总结出了万有引力定律,后来卡文迪许才通过扭秤实验得出的引力常数,所以总结万有引力定律没有被用到的是D.【考点】有关万有引力定律的物理学史。
2.伽利略是经典力学的开创者,下列有关他的叙述正确的是 ().A.伽利略对运动进行了描述和分类,对自由落体运动规律进行了探索,得到了惯性原理,研究了抛体运动的轨迹B.伽利略提出了运动的相对性原理,开创了实验科学C.伽利略的研究,无论是在动力学的基本原理上,还是在动力学的研究方法上,都做出了奠基性的重要贡献D.伽利略发现了小振幅摆动的等时性【答案】ABCD【解析】伽利略是经典力学的开创者,上述皆为其科学贡献,故A、B、C、D均正确.3.以下说法与事实相符的是A.根据亚里士多德的论断,两物体从同一高度自由下落,重的物体和轻的物体下落快慢相同;B.根据亚里士多德的论断,物体的运动不需要力来维持;C.伽利略通过理想斜面实验,总结出了牛顿第一定律;D.根据牛顿第一定律可知,物体运动的速度方向发生了变化,必定受到外力的作用。
【答案】D【解析】A、B选项中都应是根据伽利略的论断,而不是根据亚里士多德的论断,故选项A、B错误;牛顿根据理想斜面实验总结出了牛顿第一定律,不是伽利略,故C错误;根据牛顿第一定律,物体若不受力则保持原来的运动状态,若速度方向发生了变化即运动运动状态发生了变化,则必定受外力作用,故D正确。
1.4万有引力定律的发现和牛顿的综合1687年,牛顿发表了《自然哲学的数学原理》。
这部巨著总结了力学的研究成果,标志了经典力学体系初步建立。
这是物理学史上第一次大综合,是天文学、数学和力学历史发展的产物,也是牛顿创造性研究的结晶。
在这一节中我们主要想追溯牛顿作出人类史上如此丰功伟绩的渊源和他的创造过程。
牛顿所处的时代背景已如前述,他的生平也已有许多专著作了介绍,在此毋庸赘述。
1.4.1苹果的故事苹果落地的故事早已脍炙人口。
根据牛顿的信件,可以证明在他年轻的时候(1665—1666年)因瘟疫在乡下居住时,确曾研究过数学和天文学,并思考过引力问题,他写道①:“在1665年的开始,我发现计算逼近级数的方法,以及把任何幂次的二项式归结为这样一个级数的规则。
同年5月间,我发现了计算切线的方法, (11)月间发现了微分计算法;第二年的1月发现了颜色的理论,5月开始研究积分计算法。
这一年里我还开始想到重力是伸向月球的轨道的,同时在发现了如何来估计一个在天球内运动着的天体对天体表面的压力以后,我还从开普勒关于行星的周期是和行星轨道的中心距离的3/2次方成正比的定律,推出了使行星保持在它们的轨道上的力必定要和它们与它们绕之而运行的中心之间的距离的平方成反比例。
而后把使月球保持在它轨道上所需要的力和地球表面上的重力作了比较,并发现它们近似相等。
所有这些发现都是在1665年和1666年的鼠疫年代里作出来的。
”这封信写于1714年,二百多年来,人们都是根据这封信以及其他一些文献资料来说明牛顿的创造经过的。
这封信虽然没有提到苹果的故事,但是说明至少在《原理》发表22年以前,牛顿就已经开始了引力问题的思考。
人们要问:既然在1665—1666年牛顿就已经推算出了引力的平方反比定律,为什么迟了二十多年才发表?过去流传了种种解释。
有人说,牛顿当时推算的结果由于地球半径的数据不够准确误差过大,出于谨慎等待了20年。
有人说,牛顿的推算只是证明了圆形轨道的运动,而行星的轨迹是椭圆,他当时无法计算,只有等到他本人发明了微积分之后,才能有效地解决这个问题。
也有人说,牛顿观察苹果落地的故事也许确有其事,因为牛顿晚年至少向四个人讲到这件事,而他当时也确在思考引力问题。
他肯定想到要把重力延伸至月球。
还有人说,牛顿1714年的那封信有意歪曲历史,是故意编造的,同样,苹果落地的故事,也是出自牛顿本人和他的亲属的编造,他们大概是出自辩护优先权的需要。
长期以来,(牛顿的《原理》已经发表整整三百年了),有关牛顿的著作甚少。
牛顿的手稿一直被搁置一边,既未得到研究,也未公开发表,直到近几十年,对牛顿的研究才活跃起来,牛顿的书信和手稿陆续整理出版,研究牛顿的书刊不断问世,出现了好几位以研究牛顿闻名于世的科学史专家以及他们的学派。
他们对过去的一些误传进行了考证,对《原理》一书的背景作了系统的研究,对牛顿的生平和创造经过进行了分析。
现在我们可以更全面地、更正确地也更深刻地阐述牛顿的工作了,这里仅就牛顿发现万有引力定律的经过作些介绍,读者也许会发现,这一经过要比苹果落地的故事更富有戏剧性。
1.4.2牛顿的早期研究牛顿在大学学习期间,接触到亚里士多德的局部运动理论,后来,又读到伽利略和笛卡儿的著作,受他们的影响,开始了动力学的研究。
开普勒和布里阿德(I. Bulliadus, 1605—1694)的天文学工作启示了他对天文学的兴趣,使他产生了证明布里阿德的引力平方反比关系的想法,布里阿德曾在1645年提出一个著名假设,从太阳发出的力,应与距太阳的距离的平方成反比例;而开普勒则猜想太阳与行星之间靠磁力作用。
1664年上半年,牛顿摆脱了亚里士多德的影响,转而接受伽利略重视实验和数学的观念。
笛卡儿关于寻求“自然的第一原因”的思想,也大大激励了牛顿。
惯性定律、碰撞规律和动量守恒、以及圆周运动的解析,就是直接从笛卡儿的著作中学习到的成果。
在牛顿的手稿中,令人特别感兴趣的,是他在1665—1666年写在笔记本上未发表的论文。
在这些手稿中,提到了几乎全部力学的基础概念和定律,对速度给出了定义,对力的概念作了明确的说明,实际上已形成了后来正式发表的理论框架。
他还用独特的方式推导了离心力公式。
离心力公式是推导引力平方反比定律的必由之路。
惠更斯(Christian Huygens, 1629—1695)到 1673年才发表离心力公式。
牛顿在1665年就用上这个公式,肯定是他自己独立作出的成果。
然而问题在于,他这时是从什么角度来认识离心力的呢?下面让我们根据他未发表的手稿来追溯他推导离心力公式的思路吧①1.牛顿在分析圆周运动和推求离心力时,考虑有一小球在空心的球面上运动,如图1-4。
这个物体必受一指向中心n的力作用。
他先考虑半个圆周,物体受力可以用一内接正方形的两条边来求,牛顿用下式表示:推广一步,得再推广到任意的规则多边形,得于是他写道:“如果物体被无限多边的外接等边多边形的边(也即圆本身)反弹,所有反弹的力之比等于所有各边对半径之比。
”用现代述语就是:离(向)心力对时间的积分与动量之比等于2π。
结果是正确的,但是含意模糊,没有直接求得离心力。
这就是牛顿初次推导离心力的尝试。
2.接着,牛顿又通过圆周运动和单摆运动比较“离心力”和重力。
他用图1-5表示圆周运动和单摆运动。
c沿圆周Cgef运动,b沿摆长ab=ad 的圆弧摆动,d为圆cgef的中心,牛顿写出下列关系:“ad∶dc=重力∶中心d施于c的力。
”3.在1665年另一份手稿上,牛顿写下了如下关系:“一个物体在等于某一圆周运动的离心力作用下沿直线运动,该圆周半径为R,则当圆周运动走过距离为R时,物体沿直线走过的距离为这个关系正是离心力公式的特殊形式,请看:①wl100019_0031_0与牛顿给出的结果一致,不过当时牛顿并没有给出导致上述关系的证明。
4.在1669年的手稿中,终于找到了牛顿推导离心力公式的方法,他采用图1-6并说明如下:“当沿圆周AD,从物体A的中心朝向D的力具有如下大小:在相当于AD这段时间内,物体离开圆周有一段距离,这段距离相当于沿切线不受力自由行走的距离。
“假定这个力以重力方式沿直线作用,它就会使物体走过的距离与时间的平方成正比。
为了求得在转一周ADEA的期间走过的距离,我们来找一线段,这个线段与BD之比正好等于周长ADEA的平方与AD的平方之比。
”牛顿在手稿中给出答案,这个距离“等于19.7392半径。
”正好等于19.7392R,可见牛顿推证的关系就是d=27π2R。
以上的资料说明了什么呢?(1)证实牛顿在1665年已经掌握离心力公式,因此他从圆周运动推出平方反比关系是完全可能的;(2)但是他推导离心力的思路非常独特,他根据的是笛卡儿的碰撞理论和伽利略的时间平方关系,加上他自己高明的数学才能,得到的是物理意义含混不清的数学关系,可见,他当时没有明确圆周运动的力学特征;(3)牛顿当时还没有认识到引力的普遍性。
1.4.3牛顿再次研究天体问题1679年,这时牛顿已经将力学问题搁置了十几年,在这期间,他创立了微积分,这一数学工具使他有可能更深入地探讨力学问题。
这年年底,牛顿意外地收到了胡克的一封来信,询问地球表面上落体的路径,牛顿在回信中错误地把这个轨迹看成是终止于地心的螺旋线。
经胡克指出,牛顿承认了错误。
但在回答胡克第二封信时又出了错,他推证了一种轨道,是在重力等于常数的情况下作出的。
胡克于是再次复信,指出错误,说他自己认为重力是按距离的平方成反比变化的。
这些信成了后来胡克争辩发现权的依据。
牛顿则认为自己早已从开普勒第三定律推出了平方反比关系,认为胡克在信中提出的见解缺乏坚实的基础,所以一直拒绝承认胡克的功绩。
其实,胡克的提示对牛顿是重要的,胡克第一个正确地论述了圆周运动,建立了完整的概念。
他把圆周运动看成是不平衡状态,认为有某种力持续地作用于作圆周运动的物体,破坏它的直线运动,使之保持闭合路径。
1679—1680年间的通信对牛顿有深刻教益,以后他就采用惠更斯的“向心力”一词,并在1680年证明椭圆轨道中的物体必受一指向焦点的力,这个力与距焦点的距离的平方成反比。
这一工作后来成了《原理》一书的奠基石之一。
椭圆轨道的平方反比定律和万有引力定律还不是一回事。
到这个时候,牛顿仍没有认识到万有引力。
有一事例可资证明:1680年11月有一颗大彗星拂晓前出现在东方天空,朝太阳方向运动,直至消失;两个星期后,又有一颗大彗星在日落后出现在西方天空,远离太阳而去。
英国皇家天文学家佛兰斯特(J.Flamsteed)坚持说,这两颗彗星其实是同一颗,在太阳近旁方向大约改变了180°。
不过他是用一种幻想式的物理学来处理这个问题,把太阳和彗星之间的作用看成是磁极之间的磁力,说先是太阳吸引彗星的一极,而后又排斥另一极。
牛顿对那些彗星也观察得非常细致,亲自作了观测记录。
有趣的是,他竟主张这是两颗不同的彗星。
于是在牛顿和佛兰斯特之间进行了多次通信,这些信件说明牛顿还没有树立万有引力的观念,因此没有把自己的理论应用到彗星上去。
他那时也和其他物理学家一样,把平方反比定律看成是只有太阳系才遵守,而彗星不属于太阳系,也就不受这一定律的管辖。
1.4.4《原理》的三步曲由于惠更斯在1673年提出了离心力公式,不止一个人先后从开普勒第三定律推出了平方反比定律,其中有哈雷(Edmond Hal-ley)和雷恩(Christopher Wren)。
在一次聚会中,哈雷、雷恩和胡克谈论到在平方反比的力场中物体的轨迹形状。
当时胡克曾声称,可以用平方反比关系证明一切天体的运动规律,雷恩怀疑胡克的说法,提出如果有谁能在2个月给出证明,他愿出40先令作为奖励。
胡克坚持说他确能证明,只是不愿先公布,为的是想看看有谁能解决,到那时再与之较量。
于是哈雷就在1684年8月专程去剑桥访问了牛顿,向牛顿征询关于平方反比定律的轨迹问题,对此牛顿立刻回答说:轨迹应是椭圆。
哈雷问他:您怎样知道的?牛顿答:我作过计算。
哈雷希望看到计算内容,牛顿怕再象上次那样出错,就故意假装找不到。
不过,他还是按哈雷的要求重新作了计算,并将证明寄给了哈雷。
于是,哈雷不久就收到了牛顿的一篇9页长的论文。
这篇论文没有题目,人们通常称之为《论运动》(De motu)。
这就是《原理》一书的前身,也可以说是它的第一阶段。
牛顿在这篇论文中讨论了在中心吸引力的作用下物体运动轨迹的理论,由此导出了开普勒的三个定律。
但是还有两个关键问题没有解决,一个是对惯性定律的认识,牛顿在《论运动》一文中,仍然停留在固有力(inherent force)和强迫力(imPressed force)这样两个基本概念上。
物体内部的“固有力”,使物体维持原来的运动状态,作匀速直线运动,而外加的强迫力则使物体改变运动状态。