重力基本相互作用》物理课件人教版必修

重力基本相互作用结重力是自然界最基本的相互作用之一它塑造了宇宙的构，影响了从原子课将讨质应现到星系的一切本程深入探重力的本、用及其在代物理学中的重要性认识重力无处不在吸引力现为重力是一种普遍存在的力，影重力总是表吸引力，从未质观响着宇宙中的所有物察到排斥力长程作用相互作用围质重力的作用范无限，但强度所有具有量的物体之间都存随距离增加而减弱在引力相互作用万有引力定律F=Gm1m2/r²1引力常数2G质量和3m1m2距离4r顿础牛的万有引力定律描述了两个物体之间的引力大小它是经典力学的基之一重力场定义特征场质对场场场重力是描述空间中每一点的重力强度的概念它反映了量重力是一个矢量，其强度和方向随位置变化强随距离增围周空间的影响加而减小重力加速度定义地球表面约为重力加速度是物体在重力作用下的加在地球表面，g

9.8m/s²，但会速度，通常用g表示随纬度和海拔而略有变化变化重力加速度在不同天体上有不同的值质径，取决于天体的量和半自由落体初始状态没释物体在有初速度的情况下从高处放加速下落物体受重力作用，以重力加速度g下落速度增加时线下落速度随间性增加，v=gt距离变化时下落距离与间的平方成正比，s=½gt²抛体运动初始状态1₀抛物体以初速度v和角度θ被出上升阶段2垂直速度减小，水平速度保持不变最高点3为垂直速度零，只有水平运动下降阶段4垂直速度增加，水平速度不变星球和卫星的运动轨道运动开普勒定律卫轨行星和星在中心天体的引力作描述行星运动的三大定律道椭圆轨状积关用下沿道运动形、面速率和周期系引力平衡卫现稳轨星的向心力由引力提供，实定道运动重力势能定义计算势场势为质重力能是物体由于在重力中的位置而具有的能量它反映了在地球表面附近，重力能可以近似E=mgh，其中m是量物体做功的潜力，h是高度机械能守恒定义1势在只有保守力作用的系统中，机械能（动能和能之和）保持不变应用2摆弹问题可用于分析动、自由落体和簧振动等限制3时存在非保守力（如摩擦力），机械能守恒不再适用宇宙中的太阳和行星组稳轨太阳系由太阳、八大行星、矮行星和众多小天体成行星在太阳引力作用下运行，形成定的道系统星球的质量和密度

1.989×10^

350.9k7g×10^24kg太阳质量地球质量质太阳是太阳系中最大的天体，其量地球是太阳系中密度最大的行星占整个系统的

99.86%

1.33g/cm³土星平均密度土星是太阳系中密度最小的行星，甚至低于水的密度黑洞定义事件视界过黑洞是一种极其致密的天体，黑洞边界，越此处后无法返连其引力如此强大，光都无法回逃脱奇点霍金辐射论过应缓理上位于黑洞中心，密度和黑洞可能通量子效慢蒸论曲率无限大的点发的理星际空间的探索旅行者探测器詹姆斯韦伯望远镜毅力号火星车·远进进远镜观测人类制造的最离地球的物体，已入星最先的空间望，能宇宙早期在火星表面探索生命迹象和收集样本际空间重力波理论预言1爱对论预因斯坦在1916年基于广义相言重力波存在间接证据2现证1974年发的双星系统间接实了重力波的存在直接探测3测2015年9月14日，LIGO首次直接探到重力波未来展望4开观测重力波天文学启了宇宙的新窗口引力透镜定义应用镜质弯围导线镜应质测遥远寻引力透是指大量天体曲其周空间，致背景天体的光天文学家利用引力透效研究暗物分布、探星系和现发生偏折的象找系外行星引力对空间结构的影响空间弯曲质围弯线传径量使周空间曲，影响光播路时间延缓场时较称为时缓强引力中间流逝慢，引力间延引力红移场时现红光从强引力逃逸波长变长，呈移空间扭曲转围时称为应旋天体会拖曳周空，框架拖曳效广义相对论基本思想场方程时爱场质引力不是力，而是空几何的表因斯坦方程描述了物分布现质时弯时关量和能量决定了空的与空几何之间的系曲实验验证进线红现验证对论水星近日点动、光偏折和引力移等象都了广义相宇宙的起源与演化大爆炸1约剧胀宇宙起源于138亿年前的一次烈膨初期宇宙2轻宇宙快速冷却，形成基本粒子和元素星系形成3质引力使物聚集，形成星系、恒星和行星加速膨胀4当胀驱前宇宙正在加速膨，可能由暗能量动暗物质和暗能量暗物质暗能量质质过导胀质现不发光也不与普通物相互作用的神秘物它通引力影响可一种假设的能量形式，可能致宇宙加速膨它的本仍是质谜见物的运动代物理学的一大团重力理论的发展历程亚里士多德时期1观物体有自然位置的点伽利略时期2现规发自由落体律牛顿时期3提出万有引力定律爱因斯坦时期4对论诠释广义相重新引力牛顿万有引力定律的局限性绝对时空作用速度12绝对时时传过假设存在间和空间，与假设引力瞬播，超光速对论相不符极端条件水星轨道34场预测释进在强引力或高速运动中无法准确解水星近日点动不准确爱因斯坦广义相对论的革新性时空统一引力即弯曲光线弯曲将时为维时连续释为质对时弯预释对线径间和空间统一四空体引力被解量空的曲言并解了引力光路的影响经典力学和相对论的统一广义相对论1特殊相对论2牛顿力学3对论论场简为顿对论则连广义相是最完整的引力理，在弱引力和低速情况下可化牛力学特殊相是接两者的桥梁量子引力理论的研究方向弦理论圈量子引力试图将时结假设基本粒子是微小振动的弦，统一所有基本力空量子化，描述离散的空间构超弦理论的尝试多维空间统一理论额维试图将假设存在外的空间度，总所有基本粒子和力统一维共10或11个度描述数学挑战实验验证论杂验证理极其复，需要发展新的目前缺乏直接的实据支持数学工具超重力理论的新进展基本思想将对称论超性引入引力理粒子预言预对称言每个已知粒子都有超伙伴维度扩展维论探索11空间中的超重力理宇宙学应用尝试释质解暗物和宇宙早期演化引力与其他基本相互作用的统一引力电磁力围负责结应最弱但作用范最广的力原子构和化学反强核力弱核力缚质导束夸克形成子和中子致某些放射性衰变重力与量子力学的融合量子场论引力量子化为场尝试将场描述粒子作的量子化激发引力量子化，引入引力子概念全息原理信息悖论维编码问题战探索三空间信息可能在二研究黑洞信息丢失，挑量维表面的思想子力学基本原理当代重力物理研究的前沿现领测质寻纠缠验验代重力研究涉及多个域，包括引力波探、黑洞成像、暗物搜、量子实和高能物理实结语与展望理论突破实验验证寻验术验证求统一引力与量子力学的理发展新的实技，量子论应框架引力效宇宙奥秘技术应用质探索暗物、暗能量和宇宙起利用引力研究成果发展新的技质术应源的本和用。