探究重力與質量的關系

劉榮剛

重力和質量是一對既有聯系又有區別的物理量，探究重力和質量的關系.就是要探究重力和質量之間的聯系和規律，進而應用規律解決問題，

例題某物理實驗小組的同學在探究物體所受重力大小與物體質量的關系時.進行了如下的思考和探究，請結合相關實驗情況回答下列問題.

1.小組中的小明想探究影響物體所受重力大小的因素，請你給他提出一個適合探究的問題.

提出的問題：____

分析：提出問題是解決問題的前提.由于不同人的生活經驗不同，提出的問題可能不同，但都應緊密結合物理知識，提出的問題能夠用現有的儀器驗證真偽，本題可提出問題：物體所受重力大小與什么因素有關？或重力的大小與質量是什么關系？

2.針對小明提出的問題，你能提出哪些猜想？

分析：猜想和假設要緊扣主題，直截了當，本題中由于小明想探究影響物體所受重力大小的因素，所以重在回答“影響因素”.而不是其他，所以可以假設：物體所受重力大小可能受物體形狀影響，物體所受重力大小可能受物體質量影響，物體所受重力大小可能受物體位置影響等，如果提出的問題是：重力的大小和質量有什么關系？則可以猜想如下：重力的大小與質量可能成正比：重力的大小隨質量的增大而增大等，這里面的差別請大家仔細體會，不要提出的問題和猜想不一致.猜想和假設要能直接回答提出的問題.

3.為了驗證物體所受重力大小可能與物體質量有關，小明設計實驗如下：

實驗器材：彈簧測力計，相同的鉤碼若干，

①測出1個鉤碼所受重力的大小；②測出2個鉤碼所受重力的大小；③測出3個鉤碼受重力的大小.

實驗結論：______

分析：設計實驗是將猜想具體化，借助具體的儀器和手段，進行計算和實驗，根據實驗所得出的數據，判斷前面的假設和猜想與實驗數據是否一致.從而得出正確的實驗結論或規律.本題中，物體所受的重力與物體質量的關系是：物體所受的重力隨質量的增大而增大.

4.小明用天平、鉤碼、彈簧測力計探究物體所受重力跟物體質量大小的關系.測量記錄的實驗數據如表1所示.

實驗前，小明要觀察彈簧測力計的____、

及指針是否指到零刻度線.

（1）某次測量中，彈簧測力計的讀數如圖1所示，請你將彈簧測力計的讀數填人表1空格中.

（2）由實驗可以得出的結論是：

（3）在用天平稱量鉤碼質量時，要注意使用天平之前，應該使游碼停留在_______位置，

分析：本階段圍繞實驗中儀器的使用、讀數、結論展開，因為實驗儀器使用是否規范.誤差大小，數據讀取是否正確等直接影響結論的準確性，甚至影響實驗結論的得出，本題中，使用彈簧測力計，應先觀察它的量程、分度值并調零；使用天平，應先調節天平平衡，注意將游碼移至零刻度位置.圖1中彈簧測力計的讀數為2N.分析表1中數據，可得出結論：物體受到的重力與物體的質量成正比（或物體質量越大，所受的重力越大；或物體受到的重力與物體的質量的比值是定值：或物體受到的重力與物體的質量的比值是10）.

5.結合表1的數據，作出重力隨質量變化的圖象，分析圖象，你認為重力與質量之間有什么關系？

分析：處理數據的方法有很多，如列表法、圖象法、函數法等，目的就是用高度概括的方法表達出物理現象的本質規律，數形結合不只是數學方法，也是物理方法，具體方法是：用5組數據在圖象中描點并繪出圖線.如圖2.觀察發現，圖象是過原點的一條直線，得出結論：物體受到的重力與物體的質量成正比.

6.實驗后，物理小組進行了反思與交流.組長發言說：“我們知道，g值反映了重力與質量的關系，而實際上在地球上不同的位置，g的值并不是一個定值.通過查資料我知道：一般在地球的赤道附近g值最小，越靠近兩極g值越大.”根據組長的發言，為了比較準確地測定某個城市位置的g值，請你完成測量方案的相關項目.

（1）需要用到的器材是：____

（2）設計一個實驗記錄表，并寫上要測量的物理量（名稱、符號和單位）.

（3）寫出數據的處理方法.

分析：我們知道物體所受重力與物體的質量有關.質量大的物體受到的重力大.但同時也應看到：重力的大小不是一成不變的，在不同情況下有些細微變化.例如，離地面的高度增加時，地球對物體的吸引力會減小，物體受到的重力會減小；由于地球是赤道略鼓、兩極稍扁的橢球體，所以同一物體在緯度越高的地方，所受重力會越大.同一物體從月球到地球，它的質量不變，但由于它在月球上受到的吸引力比在地球上要小，所以所受重力變小.故本題測量方案所需器材為彈簧測力計和鉤碼，設計實驗記錄表如表2（只要有鉤碼質量和鉤碼所受重力兩項即可1。