對高中物理中重力的相關問題分析

◎章伊晗

對高中物理中重力的相關問題分析

◎章伊晗

在我們學習高中物理與重力相關的內容當中，有很多的試題是和物體的重心變化有關系的。同學們如果能正確掌握物體的重心變化，利用其與重力做功以及重力勢能變化之間的關系，對物理的解題規律靈活運用，這樣我們在解決題目時往往能夠事半功倍。

高中物理重力的相關知識點歸納

重力產生原因：由于地球對物體的吸引而使物體受到的力叫重力。

有關重力的說明：首先，重力的產生是因為地球對物體有一定的吸引力，但是它并不等于地球對物體的引力。物體的重力只是地球對物體萬有引力中的一個分力，而另一個分力是來提供物體隨著地球旋轉所需要的向心力。一般情況下，物體隨地球自轉只需要很小的向心力，所以一般我們在計算的時候認為物體所受重力的大小就等于地球對物體的引力。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，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。簡單來說，就是物體越高，重力越小。但是在我們做題時，在地球表面和地球表面附近，我們認為物體重力是不變的。一個物體所受的重力是和它的運動狀態無關的，與是否有別的力對它作用也無關。

表示重力大小的公式為： G＝mg （也可以認為牛頓第二定律），從公式可以看出，物體的重力的大小與物體的運動狀態及所處的狀態都無關，只與它本身重力有關。此公式可認為牛頓第二定律，其中g=9.8 N/kg這個可以用彈簧測力計測量出來。

重力方向是豎直向下的，需要注意的是，這里不可以認為物體重力與其支撐面垂直。也不等同于指向地心，因為只有兩極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，效果上認為集中到一個點上，這個點就叫重心，即是說重力的作用點。簡而言之就是，重心是物體各部分所受重力合力的作用點。

其中需要注意的是，物體的重心是可以不在物體上的，物體的形狀以及質量分布都與物體的重心有關系，重心是一個等效的概念和一個等效的替代點。我們不能認為物體只有重心處受重力，而物體的其他部分不受重力。一般有規則幾何形狀而且質量分布均勻的物體的重心就在它的幾何中心。對于質量分布不均的物體，要根據它的形狀和質量分布來判定。其中可以用懸掛法來求得較薄物體的重心。

對重力勢能的理解相關問題

例，關于重力勢能，以下說法中正確的是( )。

A.某個物體處于某個位置，重力勢能的大小是唯一確定的。

B.重力勢能為。的物體，不可能對別的物體做功。

C.物體做勻速直線運動時，重力勢能一定不變。

D.只要重力做功，重力勢能一定變化。

解析：我們可以根據重力勢能的表達式E p = mgh知道，物體的高度h是有相對性的，重力勢能的大小也是存在相對性的。所以當某個物體處于某一個位置時，如果我們選擇不同的平面來作為參考，那么物體所受的重力勢能也是不同的。重力勢能的大于小是相對來說的，它的大小和參考平面相關，所以當我們說一個物體的重力勢能為零時，指的是物體此時處于參考平面上，而不是說物體不能夠做功。例如，一層在地面上流動的水，假如我們把地面作為參考平面，那么水的重力勢能為零，但是這些水仍然可以對其他的物體做功。另外，重力勢能為零的物體也可能是有動能的，也可以對別的物體做功。在本道題中，正確答案選擇D。

重力做功與重力勢能的相關問題

例，運動員跳傘將經歷加速下降和減速下降兩個過程，將人和傘看成一個系統，在這兩個過程中，下列說法正確的是( )。

A.阻力對系統始終做負功

B.系統受到的合外力始終向下

C系統的重力勢能始終在增加

D.任意相等的時間內重力做的功相等

解析：在運動員下降的過程中，運動員所受的阻力始終是向上的，所以第一個A正確。當運動員加速下降的時候，運動員所受的合外力是向下的，減速下降時，運動員所受合外力向上，所以B不對。運動員在下降過程中，重力勢能是減少的，所以C不對。在運動員下降過程中，在任意一樣的距離內，重力做功是一樣的，所以D的說法是錯誤的。從本題可以發現，它是利用運動員跳傘時的兩個過程，對功的概念進行了考察，重力做功與重力勢能的關系，加速度方向與合力方向的關系等。

重力勢能變化的相關問題

例，在水平地面上平鋪n塊磚，每塊磚的質量為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，人需要做多少功?

解析:此題對于同學們來說做起來可能會有些難度，需要我們仔細分析。首先磚塊平放與其豎直疊放是有區別的，二者重心所處的高度是不一樣的，找出磚塊在疊放前，疊放后重心數值的變化，就可以對其加以求解。n塊磚在平放時重心的高度h=h/2，其相應的重力勢能Ep1=nmgh/2。n塊磚在豎直疊放后重心的高度h2=nh/2，其相應的重力勢能為Ep2= nmgnh/2。可得人所做的功W人使磚的重力勢能增加，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還是我們對基本概念的理解，這就需要我們在平時學習中要對基本知識點熟練掌握，對于題型要記住所考察的內容，舉一反三，我們才能取得更好的成績。

（作者單位：湖南長沙明德中學）