《万有引力复习》课件2

《万有引力复习》万有引力是自然界中的一种基本相互作用力，它支配着宇宙中所有物体之间的引力引言万有引力是宇宙中最基本的相互作用之一牛顿的苹果传奇故事，启发人们思考地球从行星的运动到星系的演化，万有引力无，是构成宇宙结构和运动规律的关键要素和苹果之间的吸引力处不在万有引力的基本概念引力万有引力的本质万有引力是自然界中的一种基本相互作用力，它描述了任何两个万有引力是由于物体质量造成的时空弯曲产生的，物体在弯曲的有质量的物体之间存在的吸引力时空中运动，表现出相互吸引的现象引力是宇宙中所有物质之间相互作用的根源，它决定了星系的形引力的大小与物体的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比成和演化，以及我们日常生活中感受到的重力牛顿万有引力定律任何两个物体之间都万有引力常数

1.

2.12存在着相互吸引的力万有引力常数是一个基本常数这种力的大小与两个物体的质，它反映了宇宙中引力相互作量成正比，与它们之间距离的用的强度平方成反比公式表达应用范围

3.

4.34牛顿万有引力定律可以用一个牛顿万有引力定律在解释许多简单的公式来描述，该公式可自然现象方面起着重要作用，以用来计算两个物体之间的万例如地球绕太阳的运动、潮汐有引力的大小的产生以及天体的运动万有引力的基本性质吸引力普遍性定量关系距离万有引力是相互作用的，两个万有引力普遍存在于宇宙中，万有引力的强度可以用牛顿万引力的大小与距离平方成反比物体之间存在吸引力所有物体之间都存在吸引力有引力定律来计算，距离越远，引力越弱质量与重力的关系质量物体所含物质的多少，是物体的一种固有属性重力物体之间由于质量而产生的相互吸引力，也称为万有引力关系质量越大，物体对其他物体的吸引力也越大，即重力越大重力加速度重力加速度是物体由于地球引力作用而产生的加速度它是地球表面附近物体自由落体运动的加速度，大小约为

9.8米每平方秒，方向总是指向地心重力加速度的值会随着地球的纬度、海拔高度和地质结构而略有变化重力场重力场是指由具有质量的物体产生的空间区域在这个区域内，任何物体都会受到重力的影响，并产生加速重力场可以用重力场强度来描述，它表示重力场在某一点的强弱程度重力场强度的大小与物体的质量成正比，与物体之间的距离成反比重力势能定义公式重力势能是指物体由于受到地球重力势能的计算公式为Ep=引力而具有的能量，其大小取决mgh，其中m为物体的质量，g于物体的质量、高度和地球引力为重力加速度，h为物体的高度场强度性质转换重力势能是标量，具有相对性重力势能可以转化为其他形式的物体的重力势能与参考系的选择能量，例如动能，例如物体从高有关，通常将地面或某一固定位处落下时，重力势能转化为动能置作为参考点，导致物体加速重力作用下的运动自由落体运动1物体在重力作用下，不受其他力影响的运动抛体运动2物体在重力作用下，同时受到初速度的运动圆周运动3物体在重力作用下，做圆周运动重力作用下的运动是常见的物理现象这些运动可以用牛顿定律来描述和预测，并广泛应用于天体运动、航空航天等领域地球引力作用下的运动自由落体运动1不受空气阻力影响的物体抛体运动2受到地球引力的影响圆周运动3物体沿圆形轨迹运动万有引力下的运动4受到地球引力和其它天体的引力影响地球引力作用下的运动，包括自由落体运动、抛体运动、圆周运动和万有引力下的运动，都是生活中常见的物理现象引力作用的应用卫星发射潮汐现象利用地球的引力将卫星送入轨道月球和太阳的引力对地球海洋造，并保持其稳定运行成潮汐，形成涨潮和退潮行星运动宇宙探索行星围绕恒星的运动受到引力的引力是宇宙探索的动力，例如利控制，遵循开普勒行星运动定律用引力弹弓效应加速探测器引力波的预言与发现爱因斯坦的预言引力波探测器引力波信号的发现引力波天文学爱因斯坦在广义相对论中预言激光干涉引力波天文台（LIGO2015年，LIGO首次探测到了引力波的发现开启了引力波天了引力波的存在，认为加速的）是专门用于探测引力波的设来自双黑洞合并产生的引力波文学的新纪元，为人类探索宇质量会产生时空的涟漪备，它利用激光干涉技术来测信号，证实了爱因斯坦的预言宙提供了新的窗口量时空的微小变化引力透镜效应光线在经过大质量天体附近时会发生偏折，就像光线通过透镜一样这种现象被称为引力透镜效应引力透镜效应可以用来研究遥远天体的性质，例如质量、距离和分布黑洞黑洞是时空中的一个区域，其引力场强大到任何东西，甚至光都无法逃逸黑洞是由质量足够大的恒星在自身引力作用下坍缩形成的黑洞的质量非常大，但其体积却很小黑洞的引力非常强大，它可以扭曲周围的时空，并吞噬附近的所有物质引力理论的发展早期1早期，人们对引力现象有简单的认识，认为是地球对物体的吸引力古希腊的亚里士多德认为，重的物体比轻的物体下落更快，这是一种错误的认识牛顿时代2牛顿提出了万有引力定律，解释了地球对物体的吸引力以及天体之间的相互吸引他的理论奠定了现代引力理论的基础爱因斯坦时代3爱因斯坦提出广义相对论，认为引力是时空弯曲的结果他的理论解释了许多牛顿引力无法解释的现象，例如水星近日点进动现代引力理论4现代引力理论试图将量子力学与广义相对论统一起来，解释宇宙的起源和演化引力对宇宙结构的影响星系团星系形成引力将星系聚集在一起，形成星系团，宇宙中引力导致气体和尘埃坍缩，形成恒星和星系，最大的结构塑造宇宙的形状宇宙网状结构暗物质晕引力将物质拉向密度较高的区域，形成宇宙网引力使暗物质聚集在星系周围，形成暗物质晕状结构，其中包含星系和星系团，影响星系的旋转和运动暗物质神秘的存在宇宙谜题暗物质无法直接观测到，但其暗物质约占宇宙物质总量的引力效应证明了它的存在85%，揭开其秘密将改变我们对宇宙的理解多种假设未来研究目前还没有一个统一的暗物质科学家们正在利用各种手段寻模型，各种理论仍在不断探索找暗物质，希望最终解开这个和完善宇宙谜题暗能量暗能量约占宇宙总能量的68%我们对暗能量的本质知之甚少宇宙学家正在努力探索暗能量的奥秘神秘能量暗能量是宇宙中一种未知能量形式它推动宇宙加速膨胀宇宙学模型宇宙模型大爆炸模型描述宇宙起源、演化和未来命运的理目前最被广泛接受的宇宙模型，解释论框架了宇宙起源于一个极高温、高密度的奇点暗物质和暗能量暴胀理论宇宙中存在大量不可见的暗物质和暗解释了宇宙在极早期经历了快速膨胀能量，影响着宇宙的结构和演化阶段，解释了宇宙均匀性和平坦性宇宙演化历程大爆炸宇宙诞生于约138亿年前的大爆炸，从一个极端高温、高密度、极小的奇点开始膨胀宇宙膨胀宇宙一直持续膨胀，温度逐渐降低，形成了星系、恒星、行星等天体结构星系形成星系通过引力聚集气体和尘埃，最终形成了星系团和超星系团恒星演化恒星在自身引力作用下发生核聚变，释放能量，形成星云，最终演化为白矮星、中子星或黑洞宇宙未来宇宙将继续膨胀，最终可能会走向热寂或大坍缩，目前科学家仍在不断探索研究宇宙的奥秘大爆炸理论大爆炸理论是现代宇宙学的主流理论，得到众多天文观测的支持，比如宇宙微波背景辐射大爆炸理论对宇宙起源、演化提供了重要的解释，也引发了更多关于宇宙的谜题，比如暗物质和暗能量大爆炸理论解释宇宙起源，描述宇宙诞生于一个极高温、高密度、极小的奇点宇宙诞生后，迅速膨胀冷却，形成物质、星系、恒星等引力的量子化量子化量子引力理论12引力是自然界四种基本力之一量子引力理论试图将量子力学，但它与其他三种力（强力、与广义相对论统一起来，描述弱力、电磁力）的不同之处在引力的量子性质于，引力还没有被量子化挑战弦理论34量子引力的研究面临着巨大的弦理论是目前最有希望的量子挑战，因为它需要结合量子场引力理论之一，它认为宇宙的论和广义相对论基本组成不是粒子，而是微小的弦相对论与引力狭义相对论广义相对论狭义相对论阐述了时间、空间以广义相对论将引力解释为时空弯及质量和能量之间的关系曲的几何效应它表明时间和空间并非绝对的，它描述了质量和能量如何影响时而是与观察者的运动状态相关空的几何结构，并解释了引力的本质引力场方程宇宙学意义广义相对论的核心是爱因斯坦引相对论为理解宇宙的结构和演化力场方程，它描述了时空曲率与提供了理论基础物质和能量之间的关系它解释了宇宙膨胀、黑洞形成以这个方程的解可以用来预测引力及引力波的存在场对时空结构的影响广义相对论时空弯曲引力透镜黑洞广义相对论认为，质量和能量会弯曲时空光线在引力场中弯曲，导致远处的物体看当物质坍缩成黑洞时，引力变得极强，光起来变形线也无法逃逸广义相对论检验实验广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的，它描述了引力是时空弯曲的结果它预测了一些奇特的现象，例如引力透镜效应和黑洞的存在实验结果结论水星近日点进动与广义相对论预测相支持广义相对论符光线弯曲实验证实了光线在引力场支持广义相对论中会弯曲引力红移实验证实了引力场中的光支持广义相对论谱会红移这些实验结果为广义相对论提供了强有力的证据时空概念的革新时间和空间不再绝对时空的弯曲广义相对论打破了牛顿物理学中绝对时质量和能量会使时空发生弯曲，导致光间和空间的概念，将时间和空间统一为线弯曲，时间膨胀等现象四维时空黑洞的形成宇宙膨胀当一个天体被压缩到足够小的空间时，广义相对论预测宇宙在不断膨胀，而膨其引力会使时空发生极度弯曲，形成黑胀的速度取决于宇宙中物质的密度和能洞量引力理论的未来发展量子引力理论暗物质与暗能量宇宙加速膨胀量子引力理论将广义相对论与量子力学统暗物质和暗能量占宇宙总质量能量的绝大宇宙加速膨胀的机制尚待揭示，可能需要一起来，解释宇宙早期和黑洞奇点的物理部分，对宇宙演化起着至关重要的作用新的物理理论解释现象我们所不知的万有引力暗物质与暗能量引力的量子化尽管万有引力主导着宇宙，但宇宙中暗物质与暗能量的占比远大现有的引力理论无法解释微观尺度上的引力现象，如黑洞奇点和于可见物质它们对引力场的影响巨大，却无法直接观测宇宙早期膨胀科学家们正在努力揭开暗物质与暗能量的神秘面纱，以理解其性将量子力学与广义相对论结合，实现引力的量子化，是未来物理质和作用机制学的重要目标结语万有引力是宇宙中一种基本作用力，它塑造了宇宙结构，影响着天体运动，并主宰着星系和星云的演化人类对万有引力的探索从未止步，从牛顿定律到爱因斯坦的广义相对论，引力理论不断发展，揭示着宇宙的奥秘。