物理教學(xué)中的重力在生活中體現(xiàn)

初中物理階段，重力方面的問題是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。重力方面的問題很多，如何避免出錯(cuò)？筆者經(jīng)過多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，如果學(xué)生系統(tǒng)了解重力的基本問題，錯(cuò)誤就很容易避免。

重力的本質(zhì)

物理學(xué)中的“力”是一個(gè)十分重要的物理概念，力是物體對(duì)物體的作用，物體間力的作用是相互的。物理學(xué)家牛頓受到蘋果的啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，即任何兩個(gè)物體之間存在著吸引對(duì)方的力，是距離平方反比的關(guān)系，萬有引力公式是（其中G為常數(shù)6.67×10-11N·m2/kg2，M和m分別是兩個(gè)物體的質(zhì)量，r為兩個(gè)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?qū)λ奈Φ耐瑫r(shí)，地球是圍繞地軸自轉(zhuǎn)的，則地球與其上的物體組成的系統(tǒng)就不是慣性參照系，應(yīng)當(dāng)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(duì)運(yùn)動(dòng)微分方程：m′=-m

[（+×+×（）]-2m，并建立坐標(biāo)（如圖一），取動(dòng)坐標(biāo)Z軸指向北極，x和y軸在赤道平面內(nèi)與地球固結(jié)。若物體處于緯度為ψ的地面上的P點(diǎn)，并且處于相對(duì)靜止，固有=0，而地球自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸的垂直距離，方向背離轉(zhuǎn)軸指向物體。為慣性離心力，則微分方程變?yōu)椋?=0。其中，是物體受到的引力，方向指向地心，是地面對(duì)物體的支持力，=-為視重，則有：=0，與的夾角為α。經(jīng)過計(jì)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(xué)階段，給出的重力大小的式子N=mg，其中g(shù)為常數(shù)，差異小于0.3牛頓/千克。當(dāng)然這個(gè)粗略的公式，在宏觀上來說已經(jīng)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(zhì)量數(shù)值大小近10倍關(guān)系，對(duì)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(guó)宇航員在上面行走會(huì)極不習(xí)慣；也不像在白矮星、中子星上那么大，大到人在上面會(huì)把自己壓壞。重力能使我們穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)卦诘厍蛏匣顒?dòng)不會(huì)飄到別的星球，而且重力還能產(chǎn)生一種使人類肌肉和骨骼強(qiáng)壯的生物過程。在失重狀態(tài)下，肌肉無賴以工作的重力，因此肌肉就會(huì)萎縮或退化，嚴(yán)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(xù)受力（活動(dòng)）才能正常生長(zhǎng)。這種受力活動(dòng)會(huì)破壞老骨骼組織，在其中釋放鈣物質(zhì)，從老骨骼中釋放出的鈣循環(huán)再形成組織。

所謂的失重，有時(shí)也叫零重力，是指物體的視重在特殊情況下用儀器測(cè)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(yùn)動(dòng)等。如：“下列四個(gè)實(shí)驗(yàn)，哪些不能在繞地球飛行的宇宙飛船中完成？”A.用天平測(cè)量物體的質(zhì)量；B.用彈簧秤測(cè)量物體的重力；C.用單擺測(cè)重力加速度；D.用水銀氣壓計(jì)測(cè)艙內(nèi)的大氣壓強(qiáng)。該問題的正確答案是四項(xiàng)都不能完成。在環(huán)繞地球飛行的航天器中，物體處于完全失重的狀態(tài)，故要求的相應(yīng)四個(gè)實(shí)驗(yàn)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(huán)境下會(huì)遇到很多問題，如：向前移動(dòng)如果不憑借外物是辦不到的；較大食物殘?jiān)退植荒軄y扔，否則它同樣處于漂浮狀態(tài)，彌漫在宇航員的周圍，有被吸入肺中的危險(xiǎn)；長(zhǎng)時(shí)間處于失重情況下宇航員身高會(huì)增長(zhǎng)幾厘米，原因是脊柱間的間隔在長(zhǎng)時(shí)間處于失重下會(huì)變大，但對(duì)于矮個(gè)子而言并不是好消息，因?yàn)樗只氐降厍蛏弦欢螘r(shí)間后會(huì)恢復(fù)原樣。

重力在生活中的應(yīng)用

人類在實(shí)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(shì)能，這是一種非常好的資源，水電站就是人們利用水的勢(shì)能可轉(zhuǎn)化為電能的原理而建。人造地球衛(wèi)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(yùn)動(dòng)而在空中為人類服務(wù)。

重力對(duì)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(duì)種子也是這種情況。重力對(duì)人類不利也是有的。例如：物體的質(zhì)量大受到的重力大，人們要想搬動(dòng)是很困難的；由于重力的因素，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子澆鑄得不是理想中的圓，因而會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，增加噪聲。

重力是地球吸引物體的一個(gè)分離，其大小隨緯度的增加而增加。重力的存在對(duì)人類而言，利弊共有，要發(fā)現(xiàn)利的一面利用之，弊的那一面預(yù)防之。因此，重力與摩擦力、彈力等一樣，成為與人類密切相關(guān)的力。利用重力，研究力學(xué)問題，對(duì)人類自身的生存和發(fā)展意義重大。美國(guó)專門成立了“重力和空間生物學(xué)學(xué)會(huì)”，該學(xué)會(huì)曾對(duì)就重力的生物學(xué)問題進(jìn)行專題研究，表明對(duì)重力的研究已經(jīng)邁出了地球，發(fā)展到了外太空。

（作者單位：貴州省安龍縣第三中學(xué)）