高中物理:再看高考题,均匀球壳对壳内任一物体的引力为零

作者&投稿:泊矩 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
高一物理 第五题(为什么我的做法是错的?)球壳对壳内物体引力为0什么意思?~

一、题目涉及的问题是:物体在矿井下面,其重力加速度已经不再是g=9.8(N/kg)了,而是改变了。
矿井下的地球半径计算值,应该是R-d。最关键的是——此时,M也变了,因为厚度为d的一层的地壳的质量,在计算引力时,是要被去掉的。
应该设地球的密度为ρ,则地球对物体产生引力的部分质量为M=ρV=ρ(4/3)R³
把你的式子变换成:g=(Gρ(4/3)R³)/R²=Gρ(4/3)R

则g‘/g=[Gρ(4/3)(R-d)]/(Gρ(4/3)R)=(R-d)/R=1-d/R

答案选A。


二、关于“球壳对壳内物体引力为0”的问题。
1、题目的求解其实是应用了牛顿证明的一个非常经典的结论:一个质量分布均匀的球壁状物质层,对放在其内部区域的质点不产生重力作用(即质点受此均匀球状物质层引力的合力为零),而对放置在其外部的质点则产生引力作用,而且其作用就像是整个球壁层的质量集中在它的几何中心一样。

2、把球壳看成是等质量的一小块一小块组成的,那么取任意一小块A在关于球心相对称的位置肯定会存在一小块B,现在球心位置的若有一质点m,那么A,B对m的引力大小相等方向相反,故引力为0。假如这个质点不在球心也同理。 具体严格的证明需要用到微积分或者下面的方法。

3、用微元法证明:以物体m所在位置为顶点做两个无限小圆锥,设圆锥1的底面积为S1、半径为r1,圆锥2的底面积为S2、半径为r2,则有S1S2=r21r22.以S1、S2为底取极小的高度Δh,分别对应的体积为V1=S1Δh,V2=S2Δh.设球壳的密度为ρ,则有M1=ρS1Δh,M2=ρS2Δh.根据万有引力定律M1、M2对m的万有引力分别为F1=GM1mr21=GρS1Δhmr21,F2=GM2mr22=GρS2Δhmr22,因S1S2=r21r22,故F1=F2.由于两个对应的小圆锥对m的万有引力都相等,因此质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零.点评微元法是指将研究对象或研究过程分隔成许多微小单元分析,然后再累积起来的方法。

你想想,你在地球表面算引力用的r就是地球半径

在矿井里面算r用的是R-d对吧,就是当成一个半径为(R-d)的球对你吸引。

但你没有考虑,你在矿井里面(进入了地表下深一层),在你外围还有一层地球物质,对你也有吸引力。
但是你学的知识不够处理它,所以题目直接告诉你,这外面一层对你的引力总的来说是零

均匀球壳对壳内任一物体的引力为零




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