万有引力常量G的测量

介绍了测量万有引力常量G的意义、历史与现状.具体讨论测量万有引力常量G的几种方法,着重阐述周期法测G的基本原理及原子干涉法测G的新进展.     

从大数假设到人择宇宙学原理

 我们知道,在物理量中有不少是物理常量,这些物理常量可分为两类。一类是物理常量,和物理性质有关,如比热、电阻率、折射率等,这些常量在一定条件下会随某一因素而改变;另一类是基本物理常量,是物理学中的普适常量,如真空中的光速c、引力常量G、普朗克常量h,等等。对这些基本物理常量的测定和研究在物理学的发展中占有重要地位。由于现代物理理论所依据的基本假设是这些物理常量的不变性,因此大量的物理实验都是围绕这些基本物理常量进行的。另外基本物理常量间的协调还是检验物理理论的重要途径,因而一直受到人们的高度重视。     

耐人寻味的物理常量

 如果说钢琴、小提琴、马头琴等乐器能为我们奏响美妙动听的音乐,那么,在研究物理学的过程中,我们围绕一些物理常量,能够讲述许多有趣动人的故事。它们的问世,为物理理论建立创造了最基本的前提条件。物理学中有许多常量。回顾一下物理学发展史,从经典物理到现代物理,从普通物理到理论物理,最引人注目的物理常量是重力加速度g、玻耳兹曼常数k、真空中的光速c、普朗克常数h。它们在揭示物理现象及其规律,建立物理理论过程中都具有划时代的意义。     

基本物理常数的精密测量──它在物理学和计量学中的意义

基本物理常数是物理学的一些普适常数,据不完全的统计,约有三十几个,它们之间有着深刻的联系.选择独立的五个常数,可以表示所有其他基本常数或组合量.这五个常数是:电子电荷e,电子静止质量me,普朗克常数h,真空中光速c和阿伏伽德罗数NA.因为质量、电荷和作用是量子化的,其相应的常数为me、e和h.质量和能量相联系的常数是c,通过h从能量过渡到频率(时间)和长度单位.阿伏伽德罗数NA是联系宏观量与微观量的常数.通过me,e,h和c可以描述在量子电动力学范围内的微观物理学.加上NA又与宏观电动力学建立了对应的关系.因此,这些独立常数相当于物理学…     

万有引力常数G精确测量实验进展

万有引力常数G是人类历史上引入的第一个基本物理学常数,其在理论物理、天体物理和地球物理等许多领域中扮演着重要角色.两百多年来,人们共测量出了200多个G值,但G的测量精度仍然是所有物理学常数中最差的,这一现象反映了测G工作本身的复杂性和困难性.本文简要概述了G值测量的意义和测G的历史,并结合自2010年以来国际上新出现的三个高精度测G实验介绍这一领域的研究进展,以及华中科技大学引力实验中心测G工作的最新动态.     

火星的现在,地球的未来

 在“勇气”号登陆火星时,美国一位科学家指出,火星的现在预兆地球的未来。下面将根据天体运动规律和一些天文资料对此作简单的说明。一、行星运行轨道的理论分析太阳系内行星绕太阳做椭圆运动,为简单起见我们将其视为匀速圆周运动。设太阳的质量为M,行星的质量为m,太阳与行星之间的距离为r,万有引力常量为G,万有引力为F。根据牛顿的万有引力公式,得F=GMm/r²。(1)设行星绕太阳做匀速圆周运动的周期为T,其向心加速度可表示为a=v²/r=ω2r=(2π/T)2r。根据牛顿第二定律,得F=ma=m(2π/T)2r,(2)由(1)、(2)得T=2πr3/(GM)。     

新课程背景下指导学生课外科学探究的实践——以Excel辅助探究行星的运动为例

新课标提倡学生应该具有信息收集和处理能力,有将物理知识应用于生活和生产实际的意识,勇于探究与日常生活有关的物理学问题[1].就如何落实新课标的该点要求,我们在教学过程中做了有益的探索.在讲授人教版高中《物理·必修2》第六章第4节"万有引力理论的成就"一节后,笔者给学生布置了一个任务,提出一种方法检验万有引力定律,     

万有引力定律与库仑定律的相似关系

物理学是一门研究大自然现象及规律的学科,不同的自然现象之间的联系千丝万缕,他们间存在着内在的联系与模式,我们是无法用肉眼看到其中的奥妙,但是通过科学的分析与探究,这些自然现象中的内在联系显现在我们面前的时候,就是新的物理的定律产生的时候。不同的物理定律的发现方式及特性显然是不同的,但是他们之间也是息息相关的,有存在着一些共同的特性。万有引力定律与库仑定律的相似关系吸引了很多专家学者不断探究,本文从万有引力定律与库仑定律的发现方法及定义入手,深入探究了万有引力定律与库仑定律的相似关系。     

中学物理与中段反导

中学物理中在讲万有引力与圆周运动时, 如何讲“ 萨德” 与“ 反导” 成了许多教师的一个难题, 有的都不 敢提反导, 因为一套高深的弹道理论成了不可逾越的障碍, 但利用E x c e l的计算和描图功能, 另辟蹊径, 成功解决这 个难题, 通过弹道轨道和拦截轨道的计算和模拟, 使得原来的不可能变为可能, 并且能形象展示弹道轨迹, 由此展开 了中学物理中用现有知识研究“ 反导之旅” , 以此为引导开展研究性学习, 拓展学生视野, 激发学生学习物理的兴趣     

爱因斯坦的最大错误

很久以前,物理学家深信宇宙是静止、不会改变的,是一个可以永远运转的天体钟机制。但当17世纪初,牛顿提出他的万有引力定律时,就出现了令人困惑的矛盾。根据年顿的说法,宇宙中的每颗星体都会互相吸引,因此它们不应该维持不动,彼此保持着固定的距离,而是应该全都掉到某一中心点,相吸在一起。     

万有引力的发现过程

万有引力发现与建立,经历了猜测—定性假设—定量研究阶段.牛顿在亚里士多德、开普勒、胡克、哈雷、雷恩等前人研究的基础上,凭借他超凡的理论和数学能力,总结得到这一定律.当人们学习万有引力定律并了解这一发现过程时,会对后来学习者有重要的引导和启迪作用.     

磁单极子存在吗?

一、关于磁单极子存在的理论依据 1931年P.A M.Dirac[1]在寻求电荷的量子化的解释时,预言了单个磁极的存在,并给出了电荷与磁荷的关系: g=nhc/2e=ne(137/2) =ng.其中h是约化普朗克常数;n是一个非零的整数;c是光速;c表示电荷;g表示磁荷;g0=68.5e是单位磁荷. Dirac的论断对磁单极的理论研究和实验寻找工作起了重要的推动作用.但是许多年里没有一个实验物理学家找到磁单极子存在的证据. 在长期的实验寻找失败之后,在理论研究上却有了若干新的进展.1974年荷兰的G.’tHooft[2]及苏联的A.M.Polyakov各自独立地发现基本粒子相互作用理论(如规范…     

牛顿学说在中国的早期传播及其影响

 众所周知,伊萨克•牛顿(IsaacNewton,1642～1727)是英国伟大的科学家,其研究领域包括了物理学、数学、天文学、自然哲学、炼金术和神学。牛顿发明了微积分,发现了万有引力定律,创建了经典力学,设计并制造了第一架反射式望远镜等,被誉为人类历史上最有影响力的科学家。正如恩格斯所说:"牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学;由于进行了光的分解,而创立了科学的光学;由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学;由于认识了力的本质,而创立了科学的力学"。假如牛顿生活的时代就有诺贝尔奖的话,他无疑会多次获得诺贝尔奖。为了纪念牛顿的杰出成就,以牛顿的姓氏命名力的单位,国际天文学联合会还把662号小行星命名为牛顿小行星。     

万有引力与重力及其势能的联系与区别

本文将重点讨论有关万有引力与重力的两方面问题：一是澄清万有引力与重力的区别与联系,二是讨论引力势能与重力势能形式不同的物理原因,并从数学上严格给出这两种势能表现形式的内在一致性．     

大数假说与物质层次结构

 1937年,诺贝尔奖获得者,英国物理学家狄拉克在《自然》杂志的139卷323页上发表了《大数假说及其后果》的论文,提出了著名的“大数假说”。宇宙中存在着两个数量级相等的神秘大数,一个大数是氢原子中静电力和万有引力之比:e²/Gmpme=2.3×10³⁹,e是电子或质子的电量,G是万有引力常量,me、mp分别是电子和质子的质量。另一个大数是根据大爆炸宇宙模型,以原子单位来量度的宇宙年龄t=7×10³⁹s,这两个貌似毫不相干的大数,分别来自一个小世界和一个大世界,却有着相同的数量级。狄拉克不认为这仅仅是一种巧合,他说:“这样两个大数如此接近,在自然界一定有某种基本的原因,我们目前不知道这个原因.     

万有引力之谜

近几年来,万有引力(重力)的問題在物理学上并不十分注意。目前,物理学正在忙于进行基本粒子和原子核的研究。但細心的观察者会发觉,人們对引力問題的兴趣无疑地是在增长。1957年在美国曾召开过一次关于万有引力的专門会議;1959年6月21日又在巴黎召开过一次国际万有引力的会議。在国外已不止一次地刊載过有关普及方面的文章(可惜,并不是常具有它应有的水平)来論述反万有引力或反     

称量地球质量的人:卡文迪什及万有引力常量的测定——"最美丽"的十大物理实验之二

在牛顿于1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中,第一次提出了万有引力定律.牛顿用这个定律成功地解释了月球的运动,说明了木星的卫星和太阳系行星的运动与月球绕地球的运动都是同一类型的运动,并且他对行星运动的解释与大量天文学观测的数据相符;他用太阳和月球对海洋的万有引力解释了海洋的潮汐;他证明了彗星的轨道是扁长椭圆或抛物线.     

辨析重力与万有引力的关系

重力,是学生在学习高中物理受力分析中是最常用到的一个力.然而很多人对重力的概念却存在着模糊甚至是错误的理解.在学习万有引力一章时.大多数教师都会这样叙述:"地面上的物体,地球施与的万有引力的一个分力提供向心力,万有引力的另一个分力就是重力."我们知道,力是按照效果分解的,一个分力提供向心力,向心力是效果力,那么重力的效果是什么呢?本文将辨析重力与万有引力的关系.     

应用“万有引力定律”解决问题的几点归类

万有引力定律的应用是高考的必考点,学生总结归类困难。利用万有引力和重力相等的关系和利用万有引力等于向心力的关系,总结归类出:不同星球表面重力加速度问题、计算中心天体的质量M和密度p、天体运动的线速度、角速度、周期,向心加速度、动能与轨道半径r的关系、地球同步卫星、双星问题。     

基本物理常数的概况及其在物理学中的作用

基本物理常数主要是指原子物理学中遇到的一些常数,最基本的是电子的电荷e,电子的静止质量me,普朗克常数h,阿伏伽德罗数(简称阿氏数)N,真空中光速c.光速本来不是原子物理学中的常数,但是它是一个最基本的物理常数,在原子物理学中常常遇到它. 这些常数的发现和测定在物理学的发展中起了很大的作用.各种物理现象以各种不同的方式联系到有关的一些基本物理常数,而关于这些常数的知识直接影响到我们对于有关物理现象本质的认识.例如,十九世纪未发现电子就是通过对电子的荷质比e/m测定而获得的.接着,类似的实验应用到离子建立了质谱仪,发现了大…