物理教學中的重力在生活中體現

初中物理階段，重力方面的問題是重點也是難點。重力方面的問題很多，如何避免出錯？筆者經過多年的教學發現，如果學生系統了解重力的基本問題，錯誤就很容易避免。

重力的本質

物理學中的“力”是一個十分重要的物理概念，力是物體對物體的作用，物體間力的作用是相互的。物理學家牛頓受到蘋果的啟發，發現了萬有引力定律，即任何兩個物體之間存在著吸引對方的力，是距離平方反比的關系，萬有引力公式是（其中G為常數6.67×10-11N·m2/kg2，M和m分別是兩個物體的質量，r為兩個物體之間的距離）。

在地球上，任何物體與地球之間必然存在著萬有引力。物體受到地球對他的吸引力的同時，地球是圍繞地軸自轉的，則地球與其上的物體組成的系統就不是慣性參照系，應當作為非慣性參照系來看待。物體與地球組成的非慣性參照系的相對運動微分方程：m′=-m

[（+×+×（）]-2m，并建立坐標（如圖一），取動坐標Z軸指向北極，x和y軸在赤道平面內與地球固結。若物體處于緯度為ψ的地面上的P點，并且處于相對靜止，固有=0，而地球自轉角速度為ω=7.3×10-5弧度·米-1恒定，固有=0，代入方程中有：，而。為物體到轉軸的垂直距離，方向背離轉軸指向物體。為慣性離心力，則微分方程變為：+=0。其中，是物體受到的引力，方向指向地心，是地面對物體的支持力，=-為視重，則有：=0，與的夾角為α。經過計算，可以看出物體受重力不僅與所受到的引力在方向上有差異，而且其大小也是隨緯度增加的，即重力在赤道最小，在兩極重力最大。

在中學階段，給出的重力大小的式子N=mg，其中g為常數，差異小于0.3牛頓/千克。當然這個粗略的公式，在宏觀上來說已經能滿足平常的需要了。

重力的意義

地球上物體的重力的大小是其質量數值大小近10倍關系，對人類來說是剛好合適的，不像在月球上那么小，才是地球上的六分之一左右，美國宇航員在上面行走會極不習慣；也不像在白矮星、中子星上那么大，大到人在上面會把自己壓壞。重力能使我們穩穩當當地在地球上活動不會飄到別的星球，而且重力還能產生一種使人類肌肉和骨骼強壯的生物過程。在失重狀態下，肌肉無賴以工作的重力，因此肌肉就會萎縮或退化，嚴重萎縮的肌肉組織就同紙一樣易被撕碎。沒有重力骨骼便無法更新再生，骨骼需要持續受力（活動）才能正常生長。這種受力活動會破壞老骨骼組織，在其中釋放鈣物質，從老骨骼中釋放出的鈣循環再形成組織。

所謂的失重，有時也叫零重力，是指物體的視重在特殊情況下用儀器測量不出大小的情況。而特殊情況有加速下落、減速上升或者繞地球作勻速圓周運動等。如：“下列四個實驗，哪些不能在繞地球飛行的宇宙飛船中完成？”A.用天平測量物體的質量；B.用彈簧秤測量物體的重力；C.用單擺測重力加速度；D.用水銀氣壓計測艙內的大氣壓強。該問題的正確答案是四項都不能完成。在環繞地球飛行的航天器中，物體處于完全失重的狀態，故要求的相應四個實驗不能完成。生活在軌道空間站上的宇航員，在處于完全失重的環境下會遇到很多問題，如：向前移動如果不憑借外物是辦不到的；較大食物殘渣和水分不能亂扔，否則它同樣處于漂浮狀態，彌漫在宇航員的周圍，有被吸入肺中的危險；長時間處于失重情況下宇航員身高會增長幾厘米，原因是脊柱間的間隔在長時間處于失重下會變大，但對于矮個子而言并不是好消息，因為他又回到地球上一段時間后會恢復原樣。

重力在生活中的應用

人類在實踐中利用重力的例子是很多的。水在重力作用下是往低處流的，則高出的水就具有重力勢能，這是一種非常好的資源，水電站就是人們利用水的勢能可轉化為電能的原理而建。人造地球衛星或者是空間站，由于重力的作用，因而能圍繞地球作勻速圓周運動而在空中為人類服務。

重力對生物的影響也是很大的。例如：受重力影響，一般植物的根都有向地性（或向心性），而莖則有背地性，對種子也是這種情況。重力對人類不利也是有的。例如：物體的質量大受到的重力大，人們要想搬動是很困難的；由于重力的因素，汽車發動機的轉子澆鑄得不是理想中的圓，因而會增加發動機的磨損，增加噪聲。

重力是地球吸引物體的一個分離，其大小隨緯度的增加而增加。重力的存在對人類而言，利弊共有，要發現利的一面利用之，弊的那一面預防之。因此，重力與摩擦力、彈力等一樣，成為與人類密切相關的力。利用重力，研究力學問題，對人類自身的生存和發展意義重大。美國專門成立了“重力和空間生物學學會”，該學會曾對就重力的生物學問題進行專題研究，表明對重力的研究已經邁出了地球，發展到了外太空。

（作者單位：貴州省安龍縣第三中學）