Question

【題目】牛頓認為公式中的引力常數(shù)G是普適常數(shù)，不受物體的形狀、大小、地點和溫度等因素影響，引力常數(shù)的準確測定對驗證萬有引力定律將提供直接的證據(jù)。英國物理學家卡文迪許（H.Cavendish1731-1810）根據(jù)牛頓提出的直接測量兩個物體間的引力的想法，采用扭秤法第一個準確地測定了引力常數(shù)。扭秤的主要部分是一個輕而堅固的T形架，倒掛在一根金屬絲的下端。T形架水平部分的兩端各裝一個質(zhì)量是的小球，T形架的豎直部分裝一面小平面鏡M，它能把射來的光線反射到刻度尺上，這樣就能比較精確地測量金屬絲地扭轉(zhuǎn)。實驗時，把兩個質(zhì)量都是地大球放在如圖所示的位置，它們跟小球的距離相等。由于受到的吸引，T形架受到力矩作用而轉(zhuǎn)動，使金屬絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生相反的扭轉(zhuǎn)力矩，阻礙T形架轉(zhuǎn)動。當這兩個力矩平衡時，T形架停下來不動。這時金屬絲扭轉(zhuǎn)的角度可以從小鏡M反射的光點在刻度尺上移動的距離求出，再根據(jù)金屬絲的扭轉(zhuǎn)力矩跟扭轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，就可以算出這時的扭轉(zhuǎn)力矩，進而求得與的引力F。

（1）若已知小球的質(zhì)量，大球質(zhì)量，兩球心間的距離，請據(jù)引力常量G的標準值求出兩球間萬有引力F的大小。（保留三位有效數(shù)字）

（2）卡文迪許把自己的實驗說成是“稱量地球的質(zhì)量”，若不考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，地面上的物體所受重力等于地球?qū)ξ矬w的引力，請用地球表面的重力加速度g、地球的半徑R和引力常量G，推導(dǎo)表示出地球的質(zhì)量M.

Answer 1

【答案】（1）；（2）設(shè)地球質(zhì)量為M，地球上的物體質(zhì)量為m，重力等于萬有引力，即，則地球質(zhì)量

【解析】

（1）由萬有引力定律： 代入數(shù)據(jù)，則有：

（2）設(shè)地球質(zhì)量為M，地球上的物體質(zhì)量為m，重力等于萬有引力，即

則地球質(zhì)量