揭秘重力與質量的關系

李皓昱

小紅是一名熱衷科學的中學生，在閱讀課上看到了一篇文章——《斜塔上的實驗》，引發了她深深的思考。這篇文章講述了著名的物理學家伽利略不畏懼反對的力量，在比薩斜塔上做了質量不同的兩個小球下落的實驗。結果兩個小球同時到達地面，這一實驗證明了伽利略提出的“物體下落速度與其質量無關”的結論。也就是說，質量不同的物體，從同一高度下落，它們會同時落地。

小紅想到物理課本中學習的知識。就提出了一個疑問：比薩斜塔實驗中兩個質量不同的小球，既然落地時間相同，那么它們對地面的作用效果是否也相同呢？

隨即她找到物理興趣小組的小明和小華，提出了自己的問題。

小明說：“小紅，你有沒有想過，為什么不同質量的物體拿在手上時感覺不同？”

小紅說：“嗯，其實這就是我們今天要探究的問題，我覺得這可能與重力有關。”

小華說：“我記得我們在課堂上學過。重力的大小與質量有關，但是這究竟是怎么樣的一個關系呢？”

小紅說：“我猜想，實驗中質量大的小球所受的重力會大一些。”

小華說：“那我們怎么做能讓實驗結果更直觀一些呢？”

小明說：“我們可以通過做實驗來探究這個問題。我們需要先設計一個實驗方案。”

小紅說：“有了！我們可以去學校操場的沙坑那做實驗。運動會上同學們進行沙坑跳遠，落下時會在沙子上留下痕跡。我們可以借助沙坑中的痕跡來研究重力與質量的關系。”

小華說：“這個主意不錯！小球落下造成的痕跡的確很直觀。”

為了驗證大家的猜想，他們一起設計了一個實驗：讓兩個大小相同、質量不同的小球從同一高度下落，在沙坑中留下大小和深淺不一的痕跡，由此進行比較，來探究物體所受的重力與質量的關系。

緊接著他們準備了兩個大小相同、質量不同的小球，尺子，天平，鉤碼，彈簧測力計等來進行實驗。

小紅說：“在實驗前，我們應該把沙池表面刮平、夯實一些，來減小實驗誤差，”隨后南小明測量數據、小華繪制表格記錄數據結果。

小紅左手拿著質量為0.05kg的小球，右手拿著質量為0.1kg的小球，雙手舉到同一高度。小明用尺子測量小球所處高度后，小紅雙手同時松開兩個小球，小球落在沙池上留下兩處痕跡，經過測量，右邊質量大的小球砸出的坑較大較深，左邊質量小的小球砸出的坑較小較淺。

小華說：“實驗的結果已經被我記錄下來了。我們再用彈簧測力計測量一下，驗證我們的結果吧。”

小明說：“我們需要先準備一些質量不同的物體，比如紙團、木球和鐵球，然后用測量儀器來測量它們的質量和所受的重力。”

小紅說：“我們還需要設計一個詳細的實驗步驟，確保我們在實驗過程中不犯錯誤。”

小明、小紅和小華很快就設計好了實驗步驟并開始實驗，他們拿來天平和彈簧測力計，測量出每個物體的質量和所受的重力，并記錄在表1中。

然后他們把這些數據畫在圖上（如圖1），看看能不能發現規律。

小紅說：“從圖1中我們可以看到，物體所受的重力和物體的質量確實成正比關系，我們的猜想是正確的。”

通過以上實驗，他們得出結論：質量大的物體所受的重力大，質量小的物體所受的重力小，物體所受的重力和質量成正比關系，且地球上的重力與質量的比值約為10N/kg。

實驗結束后三人進行了反思：

小明說：“在實驗開始前要盡量減少實驗中的變量。比如，不同質量的小球，其大小最好相同。”

小紅說：“在實驗中應盡量減小誤差，如沙面是否平整、兩手高度是否嚴格一致，這些因素都會對實驗的結果造成影響。”

小華說：“我們做這個實驗的時候，一定要按照正確的步驟來操作，避免出現錯誤。而且。我們還需要注意使用完好的測量儀器，確保數據的準確性。”

伽利略在科學研究中發現，數理科學是大自然的語言，為了學好這門大自然的語言，他決意奉獻自己的一生，這份決心與毅力造就了他“現代科學之父”的地位，通過以上實驗，三位同學不僅了解了重力與質量的關系，更親身體驗了科學探究的過程。這是一個充滿思考與挑戰的過程，它讓我們更加深入地理解和熱愛數理科學。