◎章伊晗

對(duì)高中物理中重力的相關(guān)問(wèn)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(shì)能變化之間的關(guān)系，對(duì)物理的解題規(guī)律靈活運(yùn)用，這樣我們?cè)诮鉀Q題目時(shí)往往能夠事半功倍。

高中物理重力的相關(guān)知識(shí)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(shuō)明：首先，重力的產(chǎn)生是因?yàn)榈厍驅(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(wàn)有引力中的一個(gè)分力，而另一個(gè)分力是來(lái)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?cè)谟?jì)算的時(shí)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(duì)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(guò)，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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是物體越高，重力越小。但是在我們做題時(shí)，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(gè)物體所受的重力是和它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)的，與是否有別的力對(duì)它作用也無(wú)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(dòng)狀態(tài)及所處的狀態(tài)都無(wú)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(gè)可以用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量出來(lái)。

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?yàn)橹挥袃蓸O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(gè)點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)就叫重心，即是說(shuō)重力的作用點(diǎn)。簡(jiǎn)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(gè)等效的概念和一個(gè)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(duì)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(lái)判定。其中可以用懸掛法來(lái)求得較薄物體的重心。

對(duì)重力勢(shì)能的理解相關(guān)問(wèn)題

例，關(guān)于重力勢(shì)能，以下說(shuō)法中正確的是( )。

A.某個(gè)物體處于某個(gè)位置，重力勢(shì)能的大小是唯一確定的。

B.重力勢(shì)能為。的物體，不可能對(duì)別的物體做功。

C.物體做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能一定不變。

D.只要重力做功，重力勢(shì)能一定變化。

解析：我們可以根據(jù)重力勢(shì)能的表達(dá)式E p = mgh知道，物體的高度h是有相對(duì)性的，重力勢(shì)能的大小也是存在相對(duì)性的。所以當(dāng)某個(gè)物體處于某一個(gè)位置時(shí)，如果我們選擇不同的平面來(lái)作為參考，那么物體所受的重力勢(shì)能也是不同的。重力勢(shì)能的大于小是相對(duì)來(lái)說(shuō)的，它的大小和參考平面相關(guān)，所以當(dāng)我們說(shuō)一個(gè)物體的重力勢(shì)能為零時(shí)，指的是物體此時(shí)處于參考平面上，而不是說(shuō)物體不能夠做功。例如，一層在地面上流動(dòng)的水，假如我們把地面作為參考平面，那么水的重力勢(shì)能為零，但是這些水仍然可以對(duì)其他的物體做功。另外，重力勢(shì)能為零的物體也可能是有動(dòng)能的，也可以對(duì)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(shì)能的相關(guān)問(wèn)題

例，運(yùn)動(dòng)員跳傘將經(jīng)歷加速下降和減速下降兩個(gè)過(guò)程，將人和傘看成一個(gè)系統(tǒng)，在這兩個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是( )。

A.阻力對(duì)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(shì)能始終在增加

D.任意相等的時(shí)間內(nèi)重力做的功相等

解析：在運(yùn)動(dòng)員下降的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員所受的阻力始終是向上的，所以第一個(gè)A正確。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員加速下降的時(shí)候，運(yùn)動(dòng)員所受的合外力是向下的，減速下降時(shí)，運(yùn)動(dòng)員所受合外力向上，所以B不對(duì)。運(yùn)動(dòng)員在下降過(guò)程中，重力勢(shì)能是減少的，所以C不對(duì)。在運(yùn)動(dòng)員下降過(guò)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(shuō)法是錯(cuò)誤的。從本題可以發(fā)現(xiàn)，它是利用運(yùn)動(dòng)員跳傘時(shí)的兩個(gè)過(guò)程，對(duì)功的概念進(jìn)行了考察，重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，加速度方向與合力方向的關(guān)系等。

重力勢(shì)能變化的相關(guān)問(wèn)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(lái)，人需要做多少功?

解析:此題對(duì)于同學(xué)們來(lái)說(shuō)做起來(lái)可能會(huì)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(duì)其加以求解。n塊磚在平放時(shí)重心的高度h=h/2，其相應(yīng)的重力勢(shì)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(shì)能為Ep2= nmgnh/2?？傻萌怂龅墓人使磚的重力勢(shì)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(duì)基本概念的理解，這就需要我們?cè)谄綍r(shí)學(xué)習(xí)中要對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)熟練掌握，對(duì)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(jī)。

（作者單位：湖南長(zhǎng)沙明德中學(xué)）