對高中物理中重力的相關(guān)問題分析

◎章伊晗

對高中物理中重力的相關(guān)問題分析

◎章伊晗

在我們學(xué)習(xí)高中物理與重力相關(guān)的內(nèi)容當(dāng)中，有很多的試題是和物體的重心變化有關(guān)系的。同學(xué)們?nèi)绻苷_掌握物體的重心變化，利用其與重力做功以及重力勢能變化之間的關(guān)系，對物理的解題規(guī)律靈活運(yùn)用，這樣我們在解決題目時往往能夠事半功倍。

高中物理重力的相關(guān)知識點(diǎn)歸納

重力產(chǎn)生原因：由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力叫重力。

有關(guān)重力的說明：首先，重力的產(chǎn)生是因為地球?qū)ξ矬w有一定的吸引力，但是它并不等于地球?qū)ξ矬w的引力。物體的重力只是地球?qū)ξ矬w萬有引力中的一個分力，而另一個分力是來提供物體隨著地球旋轉(zhuǎn)所需要的向心力。一般情況下，物體隨地球自轉(zhuǎn)只需要很小的向心力，所以一般我們在計算的時候認(rèn)為物體所受重力的大小就等于地球?qū)ξ矬w的引力。這里還可以了解的是，物體在赤道處所需的向心力較大，在南北兩極，物體所受的重力較大。地球附近的物體都受重力的作用，地球是重力的施力物體。其次，我們需要了解的是，緯度和距離地面的高度都對重力的大小有一定影響，不同緯度的地方物體所受重力不同，上文闡述過，在南北兩極重力大，赤道處較小。與地面距離不同，重力也不同。簡單來說，就是物體越高，重力越小。但是在我們做題時，在地球表面和地球表面附近，我們認(rèn)為物體重力是不變的。一個物體所受的重力是和它的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)的，與是否有別的力對它作用也無關(guān)。

表示重力大小的公式為： G＝mg （也可以認(rèn)為牛頓第二定律），從公式可以看出，物體的重力的大小與物體的運(yùn)動狀態(tài)及所處的狀態(tài)都無關(guān)，只與它本身重力有關(guān)。此公式可認(rèn)為牛頓第二定律，其中g(shù)=9.8 N/kg這個可以用彈簧測力計測量出來。

重力方向是豎直向下的，需要注意的是，這里不可以認(rèn)為物體重力與其支撐面垂直。也不等同于指向地心，因為只有兩極和赤道處重力的方向才是指向地心的。

重力的重心是指物體各部分都受重力作用，效果上認(rèn)為集中到一個點(diǎn)上，這個點(diǎn)就叫重心，即是說重力的作用點(diǎn)。簡而言之就是，重心是物體各部分所受重力合力的作用點(diǎn)。

其中需要注意的是，物體的重心是可以不在物體上的，物體的形狀以及質(zhì)量分布都與物體的重心有關(guān)系，重心是一個等效的概念和一個等效的替代點(diǎn)。我們不能認(rèn)為物體只有重心處受重力，而物體的其他部分不受重力。一般有規(guī)則幾何形狀而且質(zhì)量分布均勻的物體的重心就在它的幾何中心。對于質(zhì)量分布不均的物體，要根據(jù)它的形狀和質(zhì)量分布來判定。其中可以用懸掛法來求得較薄物體的重心。

對重力勢能的理解相關(guān)問題

例，關(guān)于重力勢能，以下說法中正確的是( )。

A.某個物體處于某個位置，重力勢能的大小是唯一確定的。

B.重力勢能為。的物體，不可能對別的物體做功。

C.物體做勻速直線運(yùn)動時，重力勢能一定不變。

D.只要重力做功，重力勢能一定變化。

解析：我們可以根據(jù)重力勢能的表達(dá)式E p = mgh知道，物體的高度h是有相對性的，重力勢能的大小也是存在相對性的。所以當(dāng)某個物體處于某一個位置時，如果我們選擇不同的平面來作為參考，那么物體所受的重力勢能也是不同的。重力勢能的大于小是相對來說的，它的大小和參考平面相關(guān)，所以當(dāng)我們說一個物體的重力勢能為零時，指的是物體此時處于參考平面上，而不是說物體不能夠做功。例如，一層在地面上流動的水，假如我們把地面作為參考平面，那么水的重力勢能為零，但是這些水仍然可以對其他的物體做功。另外，重力勢能為零的物體也可能是有動能的，也可以對別的物體做功。在本道題中，正確答案選擇D。

重力做功與重力勢能的相關(guān)問題

例，運(yùn)動員跳傘將經(jīng)歷加速下降和減速下降兩個過程，將人和傘看成一個系統(tǒng)，在這兩個過程中，下列說法正確的是( )。

A.阻力對系統(tǒng)始終做負(fù)功

B.系統(tǒng)受到的合外力始終向下

C系統(tǒng)的重力勢能始終在增加

D.任意相等的時間內(nèi)重力做的功相等

解析：在運(yùn)動員下降的過程中，運(yùn)動員所受的阻力始終是向上的，所以第一個A正確。當(dāng)運(yùn)動員加速下降的時候，運(yùn)動員所受的合外力是向下的，減速下降時，運(yùn)動員所受合外力向上，所以B不對。運(yùn)動員在下降過程中，重力勢能是減少的，所以C不對。在運(yùn)動員下降過程中，在任意一樣的距離內(nèi)，重力做功是一樣的，所以D的說法是錯誤的。從本題可以發(fā)現(xiàn)，它是利用運(yùn)動員跳傘時的兩個過程，對功的概念進(jìn)行了考察，重力做功與重力勢能的關(guān)系，加速度方向與合力方向的關(guān)系等。

重力勢能變化的相關(guān)問題

例，在水平地面上平鋪n塊磚，每塊磚的質(zhì)量為m。其厚度為h，如圖1所示，若將磚一塊一塊地豎直疊放起來，人需要做多少功?

解析:此題對于同學(xué)們來說做起來可能會有些難度，需要我們仔細(xì)分析。首先磚塊平放與其豎直疊放是有區(qū)別的，二者重心所處的高度是不一樣的，找出磚塊在疊放前，疊放后重心數(shù)值的變化，就可以對其加以求解。n塊磚在平放時重心的高度h=h/2，其相應(yīng)的重力勢能Ep1=nmgh/2。n塊磚在豎直疊放后重心的高度h2=nh/2，其相應(yīng)的重力勢能為Ep2= nmgnh/2。可得人所做的功W人使磚的重力勢能增加，從而列出方程式:W人=△E.所以△E=Ep2一Ep1=nmgnh/2-nmgh/2 = n ( n一1) mgh/2，即人需要做的功為n(n –1) mgh/2。

從以上題型可以看出，高中物理重力考察的重點(diǎn)還是我們對基本概念的理解，這就需要我們在平時學(xué)習(xí)中要對基本知識點(diǎn)熟練掌握，對于題型要記住所考察的內(nèi)容，舉一反三，我們才能取得更好的成績。

（作者單位：湖南長沙明德中學(xué)）