春晓不觉晓,物理难点到。夜来翻书声,重力知多少?

文字:张虎岗 朗诵:王立宏

[张氏物语·重力的方向]

如果你是地球,

我就是地面附近的一粒微尘,

无论是被风吹起,还是落在山脊,

竖直向下总是我至死不渝的追寻,

纵然此刻身不能移,

但谁又能阻挡我的思念向你狂奔!

一、重力知多少?

读一读:据说,有一天牛顿正在苹果树下看书,突然从树上掉下一只熟透的苹果落在牛顿头上。为什么苹果会落向地球呢?

填一填:(1)由于______的吸引而使物体受到的力,叫做重力。重力的施力物体只有一个――_______;受力物体是地面的附近的_________。

(2)物体所受的重力跟它的_____成正比,其比值是_______,它们之间的关系可以写成________;重力的方向只有一个,即_______;重力在物体在上的作用点叫做______。

读一读:重心不一定在物体上,如密度均匀、粗细相同的圆环的重心在环心;另外,重心影响着物体的稳度,重心越低,物体越稳,越不容易倾倒;稳度还与支撑面有关,支撑面越大,稳度越大。

参考答案:(1)地球;地球;一切物体 (2)质量;9.8N/kg;G=mg;竖直向下;重心

二、重力画错了

关于重力的作图题中考中经常出现,但是由于受到无关因素的干扰或定势思维的影响,一不留神就会导致错误出现。

同学们在画重力的示意图时,一定认真分析题设的具体情景,审时度势,避免出错。

一、受无关因素干扰,基础掌握不牢

例1:如图1-甲所示,排球运动员发球后,排球离开手后仍在空中继续向斜上方飞行。请在图中画出排球的所受重力示意图。

错解 如图1-乙所示。

指点迷津 本题之所以产生错误是受到了排球运动方向的干扰,误将重力方向画成排球的运动方向。其实,物体所受重力的方向只有一个――竖直向下,即与水平地面垂直,而与它是否运动、运动方向等因素无关。

正解 如图1-丙所示。 

知识拓展 在画重力的示意图时,首先要确定重心,重心有时在物体上,有时不在物体上。对于质量均匀、形状规则的物体来说,重心在其几何中心;而对于篮球、空木箱这类物体来说,重心并不在物体上,而在其中空部分的中心上。

二、受定势思维干扰,知识运用僵化

例2:如图2-甲是地球表面附近的一些物体,请画出飞机所受重力的示意图。

错解 如图2-乙所示

指点迷津 本题重力方向画错是因为受到定势思维的干扰。在一般情景(如例1)中地面“水平”的,因此重力方向与我们平时认识的“水平方向”垂直,而在本题中给出的是整个地球表面,此时的“地面”并不是“水平”的,和因此重力的方向并不能简单按一般的原来的“竖直方向”来画。此时重力的方向应当指向地球的中心――地心,即物体的重心与物体的重心在同一条直线上。

正解 如图2-丙所示 

知识拓展 重力的方向总是竖直向下。在一般情景下,竖直向下可以理解为“垂直于水平面向下”,与物体是位于水平面上还是斜面上无关;从本质上说,竖直向下的含义是大约“指向地心”,比如例2中的地球表面各个物体重力的方向看上去虽然各不相同,有的甚至是“相反”的,但其实它们所受的重力的共同特点“指向地心”,也就是,是重力把各个地球表面的各个物体牢牢吸住,“竖直向下”是相对于被研究的物体位置而言的,并不是相对其他物体的位置而言的。

三、重力哪去了?

同学们,你们有没有梦想过拥有一身轻功,飞檐走壁,天马行空;有没有梦想过拥有一身神力,举千斤之重。

这些对我们常人来说是遥不可及的事情,对于身处宇宙飞船宇航员来说却是再简单不过。

在飞船中,宇航员们个个身轻如燕,任何物体都能被毫不费力地拿起,即便是不用手举着,这些被举起的物体也会无依无靠地悬在半空。

科学上,把这种情况叫做失重。

难道飞船中的物体真的失去了重力,不受到地球对它们吸引力了吗?

其实,原因并没有这么简单。重力是物体由于地球的吸收而受到力,当飞船离开地球的引力范围,自然也就不受重力作用了。

但是在很多时候,飞船所在的高度并没有脱离地球的引力范围,而是被地球的引力拉着做环绕地球的圆周运动。

那么,它们的重力去哪里了?

其实,当你看过杂技中的“水流星”表演就明白了。

水桶要做圆周运动,是由于向心力的原因。当水桶运动到最高点时,桶中的水受到重力和桶底对它的压力,这两个力的方向都是竖直向下的。它们的合力恰好等于水所需的向心力,因此水只能做圆周运动。如果水流星运动到最高点时速度慢了,水就会在重力的作用下流出;反之,如果水流星运动到最高点速度过快,水桶将被拉断,远离圆心而向外飞出。

宇宙飞向绕地球运动的情况和水流星运动情况相似:如果飞船速度过慢,就是落会地面;如果速度过快,就会远离地面。科学研究发现,只有当飞船的飞行速度达到7.9km/s时,它才能像水流星一样不停地围绕着地球做圆周运动,因为这个时候地球对飞船的吸引力正好等于它绕地球做圆周运动的向心力了。

这就是宇宙飞船中出现失重的原因。

失重环境是个很特殊的环境,在失重条件下可以生产出内部没有的晶体,可以生产出能承受强大拉力的细如蚕丝的金属丝。在失重的条件下,医生还可以为人做许多起死回生的手术……

也许在不久的将来,以上这些设想都会变成现实。

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