【图文】物理：5.1《万有引力定律及引力常量的测定》课件(鲁科版必修2)_百度文库
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物理：5.1《万有引力定律及引力常量的测定》课件(鲁科版必修2)
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你可能喜欢释义/万有引力常数
万有引力常数提出人牛顿其中m为行星质量，R为行星轨道半径，即太阳与行星的距离。也就是说，太阳对行星的引力正比于行星的质量而反比于太阳与行星的距离的平方。而此时已经得到他的第三定律，即作用力等于反作用力，用在这里，就是行星对太阳也有引力。同时，太阳也不是一个特殊物体，它和行星之间的引力也应与太阳的质量M成正比，即：用语言表述，就是：太阳与行星之间的引力，与它们质量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。这就是牛顿的万有引力定律。如果改其中G为一个常数，叫做。应该说明的是，牛顿得出这个规律，是在与等人的探讨中得到的。牛顿发现了万有引力定律，但引力常量G这个数值是多少，连他本人也不知道。按说只要测出两个物体的质量，测出两个物体间的距离，再测出物体间的引力，代入万有引力定律，就可以测出这个常量。但因为一般物体的质量太小了，它们间的引力无法测出，而天体的质量太大了，又无法测出质量。所以，万有引力定律发现了100多年，仍没有一个准确的结果，这个公式就仍然不能是一个完善的等式。直到100多年后，英国人卡文迪许利用扭秤，才巧妙地测出了这个常量。
定义/万有引力常数
万有引力常数又称，即中表示引力与两物体质量、距离关系公式中的系数。万有引力常量是自然界中少数几个最重要的物理常量之一。其值约等于6.67259×10^(-11)N·m^2/(kg^2)；它是在牛顿发现万有引力定律一百多年以后，由物理学家于1798年巧妙的在实验室里用扭秤测定的万有引力常数，从而算出地球的质量和密度。
测量历史/万有引力常数
万有引力常数最早出现在牛顿的万有引力方程中，但是其数值直到死后的71年（1798年）才被卡文迪许(Henry&Cavendish)通过实验测得。卡文迪许最初的目的不是为了测量这个常数，而是为了测量地球的质量，所以这个实验又称为称地球实验。卡文迪许得到的数值为 。之后的很长时间，这个常数的精度仅有少量的改善。常数G非常难以测量，因为引力相比试验中的其他力来说非常微弱，而且实验中很难避免其他物体引力的影响。而且，万有引力常数也无法通过其他精确测量的参数间接的计算得到。历史上发表的万有引力常数数值变化很大。2014年，CODATA得到了精度最高的测量值。
公式/万有引力常数
万有引力公式万有引力公式两质点间的吸引力(F)与二者的质量(M和m)的乘积成正比，而与他们之间的距离(r)的平方成反比，其中的比例常数G即是万有引力常数适用条件：1.只适用于计算质点间的相互作用力，即当两个物体间的距离远大于物体的大小时才近似适用;2.当两个物体距离不太远的时候，不能看成质点时，可以采用先分割，再求矢量和的方法计算;3.一个质量分布均匀的球体与球外一个质点的万有引力（或两个均匀球体间的引力），可用公式计算，这时r是指球心间距离。
实验/万有引力常数
卡文迪许实验这是一个卡文迪许扭秤的模型扭秤的主要部分是这样一个T字形轻而结实的框架，把这个T形架倒挂在一根石英丝下。若在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力，石英丝就会扭转一个角度。力越大，扭转的角度也越大。反过来，如果测出T形架转过的角度，也就可以测出T形架两端所受力的大小。在T形架的两端各固定一个小球，再在每个小球的附近各放一个大球，大小两个球间的距离是可以较容易测定的。根据万有引力定律，大球会对小球产生引力，T形架会随之扭转，只要测出其扭转的角度，就可以测出引力的大小。当然由于引力很小，这个扭转的角度会很小。怎样才能把这个角度测出来呢？卡文迪许在T形架上装了一面小镜子，用一束光射向镜子，经镜子反射后的光射向远处的刻度尺，当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时，刻度尺上的光斑会发生较大的移动。这样，就起到一个化小为大的效果，通过测定光斑的移动，测定了T形架在放置大球前后扭转的角度，从而测定了此时大球对小球的引力。卡文迪许用此扭秤验证了牛顿万有引力定律，并测定出引力常量G的数值。这个数值与近代用更加科学的方法测定的数值是非常接近的。
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第一个测定万有引力常数的是谁
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我们脚下的大地是个硕大无比的球体.古希腊时科学家用巧妙的方法测出了它的半径有6400多公里.但是,人们一直不知道这个巨大的球体有多少重? 地球那么大,那么重,用普通的秤来出地球的重量,那是不可思议的.第一,世界上没有这样一杆能称得起地球的巨秤.其次,谁也无法拿得起这杆秤.就算有一个力大无穷的大力士能提得起地球,也无法秤我们的地球,因为那个能够称得起地球的人,站在什么地方去称地球呢?人们总不能站在地球上称地球吧! 1750年,英国19岁的科学家卡文迪许向这个难题挑战.那么,他是怎样称出地球的重量的呢?卡文迪是运用牛顿的万有引力定律称出地球重量的.根据万有引力定律,两个物体间的引力与两个之间的距离的平方成反比,与两个物体的重量成正比.这个定律为测量地球提供了理论根据,卡文迪许想,如果知道了两个物体之间的引力和距离,知道了其中一个物体的重量,就能计算出另一个物体的重量.这在理论上完全成立.但是,在实际测定中,不必须先了解万有引力的常数K. 卡文迪许通过两个铅球测定出它们之间的引力,然后计算出引力常数.两个普通物体之间的引力是很小的,不容易精确地测出,必须使用很精确的装置.当时人们测量物体之间引力的装置用的是弹簧秤,这种秤的灵敏度太低,不能达到实验要求.卡文迪许利用细丝转动的原理,设计了一个测定引力的装置；细丝转过一个角度,就能计算出两个铅球之间的引力.然后,计算出引力常数.但是,这个方法还是失败了.因为两个铅球之间的引力太小了,细丝扭转的灵敏度还不够大.灵敏度问题成了测量地球重量的关键.卡文迪许为此伤透了脑筋.有一次,他正在思考这个问题,突然看到几个孩子在做游戏.有个孩子拿着一块小镜子对着太阳,把太阳反射到墙壁上,产生了一个白亮的光斑.小孩子用手稍稍地移动一个角度,光斑就相应地移动了距离.卡文迪许猛然醒悟,这不是距离的放大器吗?灵敏度不可以通过它来提高吗? 于是,卡文迪许在测量装置上装上一面小镜子.细丝受到另一个铅球微小的引力,小镜子就会偏转一个很小的角度,小镜子反射的光就转动一个相当大距离,很精确地知道引力的大小.利用这个引力常数,再测出一个铅球与地球之间的引力.根据万有引力公式,计算出了地球的重量,即为60万亿亿吨.现代测量的结果为59.76万亿亿吨. 地球平均半径 千米望采纳
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卡文迪许 用扭称测量。
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基本物理常数
基本物理常数（fundamental constants of physics）是物理领域的一些。这些的准确数值，由于从理论上说与测量地点、测量时间及所用的测量及材料均无关联，因此称为基本物理常数。基本物理常数的发现和测量，在物理学的发展中起了很大的作用。纵观物理学史可以看到，一些重大的物理理论常常与基本物理常数的发现或准确测定有着密切的联系。如在经典理论或中的基本物理常数有：、、等，它们与经典宏观理论密切相关；当物理学从的研究步入的探索时，仍然离不开基本物理常数。的建立开辟了微观物理的新纪元，伴随问世。随着对和的研究，出现了和常数。的出现，伴随着一个十分重要的基本物理常数，即中的。是的两个基本原理之一。在量子理论和建立的过程中，所确立的基本物理常数的数目已远大于原来中出现的常数。这充分说明，在和中，基本物理常数具有更加重要的作用
基本物理常数基本概念
基本物理常数是物理领域的一些普适常数，主要是指中常用的一些常数。最基本的有真空中光速с，普朗克常数h、e、me和阿伏伽德罗常数NA等。基本物理常数共有30多个，加上其组合量则有40—50个，它们之间有着深刻的联系，并不是彼此独立的。例如，电子的发现是通过对电子的e/m的测定获得的；M.普朗克建立的同时，发现了普朗克常数等。由此可见，基本物理常数出现于许多不同的之中，每一种物理现象的规律都同一种确定的常数有关
基本物理常数
物理学是一门实验科学，它的理论和定律是建立在实验测量的基础上的。中各个之间的关系，需要对每个物理量进行准确的测量。为此，物理学建立了严密的单位制体系，其中包括和。基本单位有严格的定义、科学的方法，并且在国际上可以进行彼此间的比对。上述的定义、研究、保持、复现和比对均由各国的研究机构承担，以保证物理量的在国际范围内的统一。基本常数与有密切的关系。如基本电荷(e)、电子和的质量(me和mp)、里德伯常数(R∞)和(α)等，它们在基本常数的有关中是相互关联的
基本物理常数定义单位基准
从1875年的建立到1960年采用前的近一个世纪的发展中，
基本物理常数
的定义和复现是以为基础的。如一杆和一个铂铱合金定义了米和质量单位千克，用地球绕太阳的定义了秒，用通电之间的定义电流单位等。这个时期是用宏观或宏观当作“不变量”来定义的
物理学发展到今天，形成了许多分支，如、、、、等等，包括大至宇宙、小至的广阔领域。但是物理学的这些分支都是用统一的物理理论结合在一起的，这些基本理论有、（见、）、（见）、等。这些理论的定量预言的准确程度，依赖于在理论中出现的基本物理常数值的准确
基本物理常数
性。特别重要的是，仔细研究由物理学不同领域的实验所确定的这些常数值，能逐个考察物理学一些基本理论的和正确性。由于应用了高稳定激光、、、等许多新方法，使基本物理常数测量的有所提高，很多常数的测量准确度已达10－6量级，更高的可达10－8—10－10量级。常数的准确值增加一位，就会有可能发现物理学中前所未知的矛盾，或获得解决今天所存在的某个矛盾的线索。
基本物理常数的重要性还表现在定义从而建立的工作上。普朗克早在1906年就建议用基本常数来定义计量基本单位，由于当时常数的测量准确度还很低，这个愿望不能实现。20世纪60年代以来，随着常数值的准确度不断提高，上述建议就有了现实意义。如由于可同时准确测量高稳定激光波长λ和频率v，就能够通过с=λv来准确定出真空中的光速с，长度单位可以通过时间单位（频率的倒数）和光速с导出；与此类似，通过公式v=γpB（式中γp为质子回磁比）可以由频率通过γp导出B，从而确定电流单位；在交流约瑟夫森效应中，由于v=(2e/h)·V，即可由频率单位通过2e/h的制的值来确定电压单位V；等等。可以看到，现在计量基准的发展趋势就是利用目前准确度最高的频率单位，通过有关的基本物理常数来定义其他的基本或。因此，未来的基本单位的定义和准确度在一定程度上依赖于基本物理常数的测定值和准确度。
在常数的数据处理中，多年来国际上一直采用来得出常数的一组最佳值。用这种方法可尽量减少常数最佳值的，但并不能消除测量中的。
基本常数的是1929年R.伯奇首先进行的，他的工作一直继续到1945年。后来三次平差是J.和E.科恩进行的。1969年，B.泰勒等人根据交流约瑟夫森效应测量的e/h值以及其他有关常数值，结合的理论研究，作出了新的平差。
70年代以来，基本常数的平差工作，是在国际科学协会科学技术数据委员会（简称CODATA）的基本常数工作组的直接主持下进行的。有 7个国家的专家参加了这项工作，由科恩和泰勒根据各国积累的实验数据具体分析编纂而得。1973年他们曾正式发表了一组国际推荐的基本常数表，称为1973年平差。
由于基本常数领域中工作的不断进展，常数数值也会不断更新，因此在大约十年左右将进行一次基本常数的新的平差，由此获得新的国际推荐值。1986年完成了一次平差。它是由CODATA基本常数任务组的泰勒和科恩负责编纂的。与1973年常数平差的国际推荐值相比，1986年平差的国际推荐值的有了明显的减小。大多数常数的不确定度减小一个量级。
根据天文和地球物理的观测资料，一些物理学家提出了基本物理常数可能随时间变化的理论推测。这些推测可能有助于推动物理学家和计量学家去对基本物理常数进行更精密的实验测量。但迄今为止，上述理论推测的论点还是不充分的，实验上也没有能够证实基本物理常数有随时间的变化
基本物理常数单位新基准
在研究原子物理学和量子力学的规律时，发现比宏观现象具有更好的不变性。如电子在原子中运动，当它受到外界作用时，其能量发生的变化是不连续的，只能在允许的能级之间跃迁。跃迁的能量变化ΔE=hν，式中h是一个恒定不变的量，称为。在特定条件下的许多，其辐射频率（ν）是非常稳定并具有很高的不变量，十分适合用来定义计量单位和作为使用。激光频标就是利用非常稳定的离子（或和分子）的跃迁频率来复现长度单位，并作为实用的或。铯-133原子的之间的跃迁的频率现已用于定义时间单位秒，其频率复现性已达10－15量级；激光频率测量的也已达到10－14量级。因此，频率是当今人类测量中最准确的。
可与频率媲美的不变量就是基本物理常数。由于它们的数值不随地点和时间而异，即在世界各地及宇宙空间内可以普遍适用。如真空中光速c是一个基本物理常数，无论是普照大地的太阳之光，来自遥远银河的之光，或是万家灯火的电光，若隐若显的，其光速是同样的数值。基本物理常数的不变性反映了自然界的一种规律性。许多物理理论和定律中都含有重要的基本物理常数，如相对论的公式中含有真空中光速c，量子力学的许多公式中含有普朗克常数h，中含有G等。
基本物理常数有很好的使其可以用于定义基本单位。长度和电单位已采用基本物理常数来重新定义或复现。随着科学技术的迅速发展，将来会有更多的基本单位采用这种方法来重新定义或复现，即用相应的确定频率和基本物理常数作为不变量来定义和复现基本单位。 　　物理学家和计量学家的目标是不断探索新的更完善的不变量作为基本单位的定义。不变量越是恒定，才能觉察和探索自然界任何细微变化的规律。 　　（CODATA）2006年推荐的平差的基本物理常数值包括了20个基本物理常数和两个。
基本物理常数空间尺度
宇宙范围：1.00×1027m
：1.00×1025
基本物理常数
半径：7.6×1022m
的距离：1.00×1017m
人类平均身高：1.5m
人类直径：1.00×10－5m
细菌线度：1.00×10－8m
原子线度：1.00×10－9m
线度：1.00×10－14m
线度：1.00×10－16m
基本物理常数基本物理常数简表
单位相对标准
6.67428×10－11
m3/(Kg·s2)1.0×10－4
mol－15.0×10－8
普适摩尔气体常数
J/(mol·K)1.7×10－6
J/K1.7×10－6
理想气体摩尔体积
m3/mol1.7×10－6
基本电荷（元电荷）
1.×10－19
C2.5×10－8
1.×10－27
Kg5.0×10－8
Kg5.0×10－8
－1.×1011
C/Kg2.5×10－8
1.×10－27
Kg5.0×10－8
1.×10－27
Kg5.0×10－8
C/mol2.5×10－8
（电常数）
8.×10－12
J/T2.5×10－8
1.×10－26
J/T2.6×10－8
5.×10－11
m6.8×10－10
J/T2.5×10－8
J/T2.5×10－8
J·s5.0×10－8
6.8×10－10常数
m－16.6×10－12波长h/mec
λc　2.×10－12
m1.4×10－9质子-电子质量比
4.3×10－10静电力常量k9.0×109N·m^2/C^2精确
词条作者：聂玉昕．《中国大百科全书》74卷（第二版） 物理学
词条：基本物理常数：中国大百科全书出版社，2009-07：244-246
词条作者：沈乃澂．《中国大百科全书》74卷（第一版） 物理学
词条：基本物理常数 ：中国大百科全书，1987
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引力常量的测定
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