关于“重力”概念的一些思考
时间：2020-12-10 08:01:35 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘 要】 重力是物理学中最基本、最重要的力学概念之一，这就要求我们准确把握和理解重力的概念。但是，在平时的习题中有时对其所涉及的问题加以斟酌，就会发现有些习题对于“重力”的概念理解存在偏差。本文从举证相关习题及习题解析间的矛盾、逻辑推理、相关概念和重力定义建立的内涵等几个方面加以讨论，从而确定重力概念的本质。
【关 键 词】 习题解析；重力的概念；超重失重；微重力
物理学是自然科学中最普遍也是最严格的科学之一，在物理教学中，应准确把握相关概念、定理、定律的本质。在教学实践中，教师有时忽略了学生在做一些习题的过程中产生的问题，往往会使学生在知识建构的过程中感到矛盾和冲突，这不利于学生的学习。
关于重力的概念，高中物理中主要在物体的平衡、牛顿运动定律、万有引力三个章节中用得比较多。“重力”看似一个非常简单和容易理解的力学概念，但有时因为教师没有把重力概念的内涵讲透，导致学生不能清晰有效地掌握。
一、常见习题及解析
题目１：下列说法正确的是（ ）
Ａ． 物体的重力就是地球对物体的吸引力
Ｂ． 物体重力的方向指向地心
Ｃ． 在地球两极处的物体重力等于地球对物体的吸引力
Ｄ． 同一物体在地球表面任何地方的重力都相等
答案：Ｃ
解析１：由于地球的自转，不在两极处的物体受到的地球引力产生两部分效果。一部分提供物体做匀速圆周运动所需的向心力，另一部分是物体的重力，故Ａ错。不在两极和赤道上的物体其向心力和重力的合力指向地心（即地球对物体的引力方向），重力不指向地心，且不同纬度同一物体的重力大小也不等，故Ｂ、Ｄ错。
题目２：关于超重和失重现象，下列说法正确的是（ ）
Ａ． 超重现象就是物体的重力增加了，失重现象就是物体的重力减少了
Ｂ． 物体加速上升才能出现超重现象，物体加速下降才能出现失重现象
Ｃ． 物体的加速度方向向上就会出现超重现象，物体的加速度方向向下就会出现失重现象
Ｄ． 超重和失重现象中，物体的重力没有发生变化
答案：ＣＤ
解析２：根据重力公式Ｇ＝ｍｇ，可知Ａ错，Ｄ正确。根据牛顿第二定律Ｆ－ｍｇ＝ｍａ，Ｆ＞ｍｇ的条件就是加速度ａ向上，所以加速上升和减速下降都会出现超重现象，同理，加速下降和减速上升都会出现失重现象，故Ｂ错，Ｃ正确。
题目３：中国自主研制的神舟系列飞船的成功，标志着我国航空航天科技水平已达到世界最先进行列。若我们近似认为神舟３号飞船在地表附近绕地做匀速圆周运动，已知地球的质量为Ｍ，半径为Ｒ，引力常量为Ｇ，飞船的质量为ｍ，飞船绕地周期为Ｔ。求：（１）飞船受到地球对它的引力为多大？（２）飞船绕地运动的向心加速度为多大？（３）飞船的重力加速度为多大？
答案：（1）Ｆ引＝ＧＭｍ／Ｒ2 （2）ａ向＝ＧＭ／Ｒ2或ａ向＝4π2Ｒ／Ｔ2 （3）ｇ＝ＧＭ／Ｒ2或ｇ＝4π2Ｒ／Ｔ2
解析３：（１）由万有引力公式可得Ｆ引＝ＧＭｍ／Ｒ２ （２）做匀速圆周运动的飞船所需向心力由万有引力来提供：ＧＭｍ／Ｒ２＝４π２ｍＲ／Ｔ２ 根据牛顿第二运动定律ａ＝Ｆ合／ｍ可得ａ向＝ＧＭ／Ｒ２或ａ向＝４π２Ｒ／Ｔ２ （３）由于处于轨道上的飞船受到地球的万有引力就等于它的重力，所以其重力加速度ｇ＝ＧＭ／Ｒ２或ｇ＝４π２Ｒ／Ｔ２。
二、推敲习题解析间的矛盾
解析１和解析３中对（３）的解析明显存在矛盾。解析１认为重力不等同于万有引力的根本原因是地球自转造成的，重力是万有引力的一个分力。我们可以做一个简单的逻辑推理：考查放在地球赤道上的物体，由于地球的自转导致物体的重力小于它与地球间的万有引力，若地球的转速逐渐增大，则该物体的重力将逐渐减小，当地球赤道处的线速度达到７．９ ｋｍ／ｓ时，物体的重力减小到０。这样显然发现解析３中关于第（３）问的解答是错的，因为绕地表附近做匀速圆周运动的飞船的环绕速度可以认为是７．９ ｋｍ／ｓ，既然它已经没有重力了，当然也就无所谓重力加速度了。
若我们认为解析３中的（３）其解答是正确的，让我们再做一个逻辑推理：不考虑空气阻力，飞船因为某种原因其速度突然减到０（相对地表），它将在万有引力作用下落到地表，由于是近地飞船，引力大小可以认为不变，故这一过程中飞船将做自由落体运动，即处于完全失重状态。我们发现若解析２正确（失重时物体的重力不变），那么，由解析３中轨道处飞船的重力等于Ｇ＝ＧＭｍ／Ｒ２，可得解析１中关于重力Ｇ＜ ＧＭｍ／Ｒ２的说法是错误的。若解析１正确则显然解析２是错误的。
可见，若解析１正确，则解析３中有误。若解析３正确，则解析１或解析２中必定有一个是错误的。
三、明确相关概念
高等教育出版社（１９９８年）出版的《普通物理学》（第五版，修订版，第一册）中对重力的定义：地球表面附近的物体都受到地球的吸引作用，这种因地球吸引而使物体受到的力叫做重力。同时书中又指出：重力的存在主要是由于地球对物体的引力，在地面附近和一些要求精度不高的计算中，可以认为重力近似等于地球的引力。这和人教版高中物理新课标教材·必修１中关于重力的定义是一样的。人教版高中物理新课标教材·必修１中对超重和失重现象的定义：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象称为超重现象。物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象称为失重现象。
在《中学生理科月刊》２０００年第０７期中《如何给重力下定义》一文，对重力的概念提出了作者的一些想法，认为重力应该定义为：重力是地球对物体的吸引力。但在《中学生理科月刊》２０００年第１２期中《岂能如此给重力改定义》一文对此提出了异议，作者根据地表附近物体受到地球引力的两个分力是重力和向心力的证据，论证教科书上关于重力的概念是准确的，不能更改。
