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科学四下第四单元《苹果为什么会落地》参考资料

科学四下第四单元《苹果为什么会落地》参考资料

【牛顿】

牛顿(1642~1727)英国伟大的物理学家、数学家、天文学家。恩格斯说:“牛顿由于发现了万有引力定律而创立了天文学,由于进行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,由于认识了力学的本性而创立了科学的力学。”的确,牛顿在自然科学领域里做出了奠基性的贡献,堪称科学巨匠。

牛顿出身英国北部林肯郡的一个农民家庭。1661年考上剑桥大学特里尼蒂学校,1665年毕业,当时正赶上鼠疫,牛顿回家避疫两年,其间几乎考虑了他一生中所研究的各个方面,特别是他一生中的几个重要贡献:万有引力定律、经典力学、微积分和光学。

牛顿发现万有引力定律,建立了经典力学,他用一个公式将宇宙中最大天体的运动和最小粒子的运动统一起来,使宇宙变得如此清晰:任何一个运动都不是无故发生,都是长长的一系列因果链条中的一个状态、一个环节,是可以精确描述的。人们打破了几千年来神的意志统治世界的思想,开始相信没有任何东西是智慧所不能确切知道的。相比于他的理论,牛顿更伟大的贡献是使人们从此开始相信科学。

牛顿是一位远远超过那个时代所有人智慧的科学巨人,他对真理的探索是如此痴迷,以至于他的理论成果都是在别人的敦促下才公之于世的,对牛顿来说创造本身就是最大的乐趣。

【重力】

一切物体在没有支持的时候都要向地面降落,这是因为地球对它周围的物体有引力,因此能把它们拉向地面。这种由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。一个物体受到10牛顿的重力,也可以说这个物体的重量是10牛顿。

【重力的大小】

通过实验我们可以知道,不同物体受到的重力是有大有小的。重力的大小可以用测力计测出。物体静止时对测力计的拉力大小等于物体受到的重力。用悬绳挂着的静止物体、用静止的水平物支持的物体,对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力大小等于物体受到的重力。事实上,质量增大几倍,重力也增大几倍,即重力跟质量成正比。

【重力的方向】

用一根线把物体悬挂起来,物体静止时,线的方向跟重力的方向一致,这个方向叫做竖直方向。所以重力的方向是竖直向下的。这是因为当一个物体在几个力作用下处于静止状态时,则所有作用于该物体的力的合力必定为零。当我们用一根线把物体悬挂起来,待物体静止,那么这个物体不仅受到线的竖直向上的拉力,还受到重力,而它们的合力为零,所以重力的方向一定与拉力的方向相反,是竖直向下的。

【重力与地球引力】

17世纪末,英国科学家牛顿在前人观察天体运动的基础上,发现了万有引力定律:

万有引力公式

即任意两个物体之间都存在着引力,引力的大小F跟两个物体的质量之积m₁m₂成正比,跟两个物体间距离的二次方r²成反比。式中的G₀为引力常数。地球引力即地球与物体之间的万有引力。

重力

重力是地球对物体的引力,但是一般地说重力并不等于地球引力。这是因为地球上的物体随着地球自转做匀速圆周运动,而需要向心力。这个向心力也来自地球引力。如图所示,地球对物体的引力F分解为两个力,一个是物体随地球自转做匀速圆周运动的向心力F’,另一个是重力G。因此重力G等于地球引力F与向心力F’的矢量差,即重力略小于地球引力,方向竖直向下但并不指向地心。

重力与地球引力的差值随纬度而异,在纬度不同的地方物体随地球自转做匀速圆周运动的半径不同,由向心力公式F’=mV²/r。可知,半径越大所需要的向心力越大,因而在赤道重力与地球引力的差值大些,而在两极可以认为差值等于零。

另外根据万有引力定律可知,在同一纬度物体所受重力的大小随高度的增加而减小。把一个物体从赤道移到两极,增加的重力大约是在纬度450(海平面)时的千分之五;地面物体每升高1千米所减小的重力不超过原来的万分之三,相差的数值很小。此外,由于地球各处地质构造不同对重力也有影响,这是重力探矿的依据。

【重心】

一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果上看,我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点,这一点叫做物体的重心。质量均匀分布的物体,重心的位置只决定于物体的形状。形状规则的均匀物体,它的重心就在几何中心上。例如:均匀的细直棒的重心在棒的中点,均匀球体的重心在球心,均匀圆柱的重心在轴线的中点。质量分布不均匀的物体,重心的位置除了与物体的形状有关外,还与物体内质量的分布有关。如载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化。

载重汽车的重心

薄板的重心位置可以用悬挂法求出。先在A点把物体悬挂起来,当物体处于平衡时,由二力平衡条件知道,物体所受的重力跟悬绳的拉力在同一直线上,所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上。然后在D点把物体悬挂起来,同样可以知道,物体的重心一定在通过D点的竖直线DE上。AB和DE的交点C,就是薄板重心的位置。

悬挂法求薄板的重心

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