初中物理重力概念的三要素教學

【摘要】該文結合物理新課程教學實踐，從重力的定義出發，就重力的作用點、大小、方向這三個要素的知識拓展作一探討，旨在高屋建瓴地指導教學，培養學生的科學探究意識。

【關鍵詞】初中物理；重力概念；三要素

現行蘇科版《科學》教材對重力作如下定義：由于地球的吸引而使物體受到的力。定義給出了重力的施力物體，也講明了重力的性質，當屬引力的范疇。但沒有直接體現力的三要素，初中物理教師在教學中可對重力的“三要素”作適當的物理思維拓展與概念理解的關鍵點撥，以使學生學習高中物理中的相關知識時有一個扎實的基礎。

一、重力的“三要素”之一：重力的作用點

從定義可知，構成物體的所有物質都應受到重力作用，物體的任何一個組成部分都受重力作用。而在畫重力示意圖的過程中，卻常用一個點代替整個物體，把物體各部分所受到的重力作用都歸于這一點上，這就是“重心”的概念，這其中體現了等效替代的思想，用一個點代替整個物體。教學過程中應提示學生注意以下三點：①區分重心與幾何中心。只有質量分布均勻，形狀規則的物體這兩者才是重合的，否則是不可能重合的，也就是說，重心與幾何中心對同一物體來說是兩個不同的概念。②重心可以不在物體上，如“一個彎成90°的鐵棒”，重心的位置并不在鐵棒上。③當物理的形狀發生改變時，重心的位置會隨物體形狀的改變而發生改變，可以通過“兩次懸掛法”來尋找重心位置。只有當物體形狀對分析研究問題沒有影響時才可以用質點來代替整個物體。

二、重力的“三要素”之二：重力的大小

對于重力的大小，教材給出了如下解釋：物體重力的大小等于質量與g的乘積，即F=mg，其中g則定義為物體重量與質量的比值，限于學生知識基礎，教材并沒有給出明確說明。而作為教師應做到高屋建瓴，引領學生從重力的定義出發來分析理解這一問題。

牛頓于17世紀80年代提出了萬有引力定律，f=G■據此可知地表各處所受萬有引力大小均應相同。而重力與萬有引力的差別在于：考慮了地球的自轉。重力是引力與物體轉動離心力的合力，當地球自轉時，物體隨地球轉動時，受到一個離心力的作用，其大小可用公式fn=mω2r表示。離心力和物體所處緯度有關（見圖1）。借助平行四邊形法則可知，緯度越高，離心力越小，重力越大，即g 越大。另外還可從萬有引力定律看出：隨著高度的增加，因萬有引力的減小也會導致物體所受的重力的減小，即g的取值也和離地高度有關。

三、重力的“三要素”之三：重力的方向

對于重力的方向，日常教學中強調最多的是“豎直向下”，而非壓力中的垂直向下。從圖1中可以發現：對于正球體的地球，萬有引力方向是豎直向下，重力的方向絕非豎直向下，與引力方向有一夾角。只有當物體處于兩極點時，兩個方向才重合。牛頓在提出萬有引力定律的同時就已指明：由于繞軸自轉，地球不可能是正球體，而只能是一個兩極壓縮，赤道隆起，像桔子一樣的扁球體，如圖2所示，地球即為三軸橢球體，其中a＞b，a為赤道半徑，b為地心到極點距離。地球的半徑隨緯度的增加而變短，赤道的半徑最長，極半徑最短。這樣就很好解釋重力的方向問題：萬有引力方向指向地心，重力方向豎直向下（亦可理解為垂直于地面向下），兩者方向不重疊，有夾角。一般初中物理中不需要考慮地球的自轉效應，就直接把地球看成正球體，把重力與萬有引力等同，其方向直接指向地心，可直接表述為豎直向下。

這些知識雖然并不一定要直接對學生講授，但它對促進學生思維能力的發展，培養學生發現問題、分析問題和自主解決問題的能力很重要。教師必須做到心中有數，不可忽視。力的“三要素”是力的基本屬性，在講授力知識時應當強調力的三要素，不能因為對“三要素”的具體展開比較深，不能為初中學生所理解而忽略。力的三要素是力的內在規律性的表現，如果不對重力的三要素作適當的拓展教學，就容易造成重力定義的無內涵的教條宣講，學生實際上對重力的概念一無所獲。所以，緊緊把握力的三要素，在適當的時機，用適當的方式進行知識的拓展很有必要。筆者認為，教師可以抓住以下幾種機會進行補充：一是設計一些課堂師生互動的情景，如有學生提出相關問題時，教師應敏銳地發現學生新生成的問題，引導學生展開討論，即使化費一點課時，也是很值得的。二是教師直接提出問題，組織學生開展探究性學習，運用多媒體課件演示重力的三要素，啟發學生思考。三是作為物理學科課外活動的研究性課題提出，組織一些學有余力的學生通過實驗，驗證重力的三要素。只有這樣，才能把物理新課程理念落到實處，才能真正激發學生學習物理知識的興趣，實現知識、能力和情感的三維教學目標，才能在教學拓展、教學探究的過程中實現師生共同成長。

【參考文獻】

[1]教育部.全日制義務教育物理課程標準(實驗稿)[S].北京:北京師范大學出版社.2001

（作者單位：蘇州大學物理科學與技術學院；

江蘇省蘇州市振華中學校）