考试不提供,需记忆。
用途
Newton's universal law of gravitation 用于万有引力(SPM 物理中四)。每一行运算都要带 SI 单位。 万有引力
符号与 SI 单位
| 符号 | 含义 | SI 单位 |
|---|---|---|
| F | 万有引力 | N |
| G | 万有引力常数 | N m² kg⁻² |
| m₁ | 第一个物体的质量 | kg |
| m₂ | 第二个物体的质量 | kg |
| r | 两中心间距离 | m |
公式变形
m₁ = Fr² / (G m₂)r = √(G m₁m₂ / F)
解题示例
常见陷阱
理解牛顿万有引力定律
牛顿定律指出,任意一对质量彼此相互吸引,其力为 F = G m₁m₂ / r²。
其中 F 是万有引力,单位牛顿(N);G 是万有引力常数,6.67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻²;m₁ 与 m₂ 是两个质量,单位千克(kg);r 是两中心间的距离,单位米(m)。力随任一质量增大,但按距离的平方递减,所以 r 增大一倍,力就减为四分之一。
求某一质量时,变形为 m₁ = Fr² / (G m₂);求间距时,用 r = √(G m₁m₂ / F)。同一大小的力作用在两个质量上,方向相反。
逐步演算示例
两个致密球,质量 m₁ = 1000 kg 与 m₂ = 2000 kg,中心相距 r = 5 m。取 G = 6.67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻²。
求它们之间的引力。
写出公式并代入单位:
F = G m₁m₂ / r² = (6.67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻² × 1000 kg × 2000 kg) / (5 m)²
F = (1.334 × 10⁻⁴) / 25 = 5.34 × 10⁻⁶ N。
即使是相距几米的数吨质量,引力也极其微小,这正是日常物体之间的引力从不被察觉的原因。答案以三位有效数字并附牛顿给出。
常见错误与考法
最重要的规则是:r 是两物体中心之间的距离,且必须平方;忘记平方是典型错误。
其他错误:漏掉常数 G 或看错它的十的幂(6.67 × 10⁻¹¹);从表面而非中心量取 r;以及在大数与小数相乘时科学记数法处理不当。
它在 定义(用文字陈述定律)、计算(求 F、某一质量或 r)、以及 解释(为何力随距离迅速减弱,或为何我们感觉不到两人之间的吸引)中受考查。
来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English), Sijil Pelajaran Malaysia: Format Pentaksiran mulai 2021, Fizik (4531) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)