万有引力与引力波-研究性学习结题报告.docx

万有引力研究性学习结题报告-万有引力与引力波合肥168中学 高二（9）班 郑皖苏【研究目的】了解有关万有引力的知识。 【研究过程】在网上和书籍中寻找大量资料，归纳、整理出有用的资料。 【研究结果】小组成员清楚地了解到了万有引力的知识。 万有引力，又称重力相互作用，是由于物体具有质量而在物体之间产生的一种相互作用。它的大小和物体的质量与两个物体之间的距离有关，其大小与两物间距离的平方成反比，与两物质量的乘积成正比，任何两个物体之间都存在这种吸引作用。 一、 万有引力 - 概述 在物理学上，万有引力是指具有质量的物体之间加速靠近的趋势，也是自然界的四大基本相互作用之一，另外三种相互作用分别是电磁相互作用、弱相互作用及强相互作用，万有引力是上述相互作用中作用力最微弱的，但是在超距上万有引力仍然具有吸引力的作用。在经典力学中，万有引力被认为来源于重力的力的作用。在广义相对论上，万有引力来源于存在质量对时空的扭曲，而不是一种力的作用。 在量子引力中，引力微子被假定为重力的传送媒介。 在地球上重力的吸引作用赋予物体重量并使它们向地面下落。此外，万有引力是太阳和地球等天体之所以存在的原因；没有万有引力天体将无法相互吸引形成天体系统，而我们所知的生命形式也将不会出现。万有引力同时也使地球和其它天体按照它们自身的轨道围绕太阳运转，按照自身的轨道围绕地球运转，形成潮汐，以及其它我们所观察到的各种各样的自然现象。 二、万有引力 宏观应用 极大数量的机械发明的正常运行在某种程度上依赖于重力而实现。例如，高度差可以提供有用的液压，这是静脉滴注和水塔的运作原理。利用水的重力势能发电的水力发电装置亦可以这种能量将电车推上斜坡。同样，缆绳上悬挂的重物可通过滑轮使缆绳及缆绳位于滑轮另一边的那一部分持续地绷紧。我们还可以举更多的例子：比如说制造铅弹，当铅水从散弹塔的顶端灌入后，会变成一颗颗如雨点一般散落的铅弹首先被分离成为多个小液滴，形成熔融状态的球体，之后逐渐凝固为固体，并在被众多相同的熔融石的共同作用下，最终在自由落体中冷却形成球形或近球形。重力驱动时钟由重力势能提供运行的能量，摆钟则依赖于重力来校准时间。人造卫星的正常运行则是运用牛顿原理计算的结果。 三、 万有引力 航天 在航天方面，万有引力主要应用于人造卫星的运行，在航天器上也有部分应用到了万有引力定律。 地球对周围的物体有引力的作用，因而抛出的物体要落回地面。但是，抛出的初速度越大，物体就会飞得越远。牛顿在思考万有引力定律时就曾设想过，从高山上用不同的水平速度抛出物体，速度一次比一次大，落地点也就一次比一次离山脚远。如果没有空气阻力，当速度足够大时，物体就永远不会落到地面上来，它将围绕地球旋转，成为一颗绕地球运动的人造地球卫星，简称人造卫星。 四、 万有引力引力波2015年9月14号协调世界时09:50:45，LIGO的两个引力波探测器同时探测到一个短暂的引力波信号，相对强度为1.010-21，频率覆盖35到250赫兹。在2016年2月11日23点30分，物理学家宣布人类首次直接探测到引力波。引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的，即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动。通俗地说，可以把它想象成水面上物体运动时产生的水波。但是，只有非常大的天体才会发出较容易探测的引力波，如超新星爆发或两个黑洞相撞时，而这种情况非常罕见。因此，相对论提出一百多年来，其“水星进动”和“光线偏转”等重要预言被一一证实，而引力波却始终未被直接探测到。这些图像展示这两个成员天体在合并之前，也就是在引力波频率为150赫兹左右的时刻，其相互间隔仅有数百千米，只有黑洞拥有足够高的密度，能够在相距如此近的情况上仍然不至于合并。根据爱因斯坦的广义相对论，这个信号来自于双黑洞系统的合并。这个双黑洞系统距离地球大约为410兆秒差距，也就是大约13亿光年(亮度距离)。两个黑洞的质量分别大约是36个太阳质量和29个太阳质量，其中引力波辐射损失的质量大约为3个太阳质量。这个发现表明存在太阳质量级别的双黑洞系统，是人类第一次探测到引力波，也是人类第一次探测到双黑洞合并。五、 万有引力 意义 万有引力定律的发现，是17世纪自然科学最伟大的成果之一。它把地面上物体运动的规律和天体运动的规律统一了起来，对以后物理学和天文学的发展具有深远的影响。它第一次解释了（自然界中四种相互作用之一）一种基本相互作用的规律，在人类认识自然的历史上树立了一座里程碑。也促进了人类航天事业的发展，使人类脱离地面飞向太空的梦想成为现实，对航天事业的产生和发展产生了深远影响。 探寻到引力波的最大意义在于，人类从此有了探寻宇宙第一声啼鸣的能力。也就是说，人类已经可以，或至少有能力（在理论上）探究原初引力波。这是万有引力继17世纪牛顿首次发现它以来，又有了一次源于爱因斯坦的伟大发现。它为宇宙学的研究者们找到了一条崭新的探究宇宙最本质奥秘的道路。也许在不远的将来，我们可以利用引力波来干更多