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Newton's universal law of gravitation 公式,SPM 物理

公式:F = G m₁m₂ / r²。考试不提供,需记忆。

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Newton's universal law of gravitation
F = G m₁m₂ / r²

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

两质量 m₁ = 5 kg 与 m₂ = 10 kg 相距 r = 2 m(G = 6.67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻²)。 F = G m₁m₂ / r² = (6.67 × 10⁻¹¹ × 5 × 10) / 2² = 8.34 × 10⁻¹⁰ N。

常见陷阱

r 是两物体中心之间的距离,且须平方。使用 G = 6.67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻²。

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;m₁m₂ 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 kgm₂ = 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)

作者 spmphysics.com.my 编辑团队.· 更新于 2026年9月5日

常见问题

考试会给这个公式吗?
不会。SPM 物理试卷不提供公式表,因此需要记住。
为什么日常物体之间的引力如此微小?
因为常数 G 极小(6.67 × 10⁻¹¹)。即使是相距几米、质量数百千克的物体,力也只有几微牛顿,微弱到无法感觉。
r 是从表面还是从中心量取?
从每个物体的中心量取。对行星而言,这意味着半径加上任何高度,而不仅是表面以上的高度。然后在公式中 r 必须平方。
若距离增大一倍,力会怎样?
力变为原来的四分之一,因为 F 与 r² 成反比。距离变为三倍,则力变为九分之一。

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