探究重力大小與質(zhì)量的關(guān)系

胡愛銀

探究重力大小與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)是力學(xué)中的一個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)利用彈簧測(cè)力計(jì)和鉤碼探究重力G與質(zhì)量m之間的關(guān)系，培養(yǎng)了同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)探究能力和歸納能力。

[實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)]

在探究重力大小與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)鉤碼質(zhì)量為50 g，可以替代天平。實(shí)驗(yàn)時(shí)需逐漸增加鉤碼個(gè)數(shù)并分別測(cè)量重力。分析數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用以下兩種方法來尋找規(guī)律：（1）表格法，將每次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（質(zhì)量m、重力G）記錄在設(shè)計(jì)的表格中，比較[G]的關(guān)系;（2）圖象法，通過描點(diǎn)法將每次測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（質(zhì)量m、重力G）描繪在G-m圖象中，尋找G與m之間的關(guān)系。

通過實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論為：物體所受的重力大小與它的質(zhì)量成正比，用公式表示為[G=mg]，這里[g=9.8 N/kg]（粗略計(jì)算時(shí)一般取g = 10 N/kg）。

[實(shí)驗(yàn)拓展]

1.物體所受到的重力大小與它的質(zhì)量成正比，比值為[g=9.8 N/kg]，表示在地球附近質(zhì)量為1 kg的物體所受到的重力為9.8 N，但是千萬不要寫成1 kg = 9.8 N，因?yàn)榈忍?hào)兩邊是不同類型的物理量，無法形成等量關(guān)系。

2.雖然重力與質(zhì)量是不同類型的物理量，但是它們既有一定的聯(lián)系（即物體的重力大小與質(zhì)量成正比），又有一定的區(qū)別：（1）概念方面，重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的多少;（2）方向方面，重力的方向豎直向下，質(zhì)量無方向;（3）大小方面，重力會(huì)隨著物體所在位置（如高度、緯度）變化而變化，質(zhì)量是物體的一種屬性，與位置無關(guān)。

3.由于重力會(huì)隨著位置的變化而變化，因此g也會(huì)隨著位置的變化而變化，如在月球上g值是地球上的[16]。

4.物體所受到的重力大小與物體形狀無關(guān)（可以利用彈簧測(cè)力計(jì)與橡皮泥進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)），與物體狀態(tài)無關(guān)，與地理位置有關(guān)。

[典例探究]

例1 在“探究重力與質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中：

（1）測(cè)量物體重力前，除了觀察彈簧測(cè)力計(jì)的量程和分度值外，還應(yīng)將彈簧測(cè)力計(jì)在 方向調(diào)零。

（2）測(cè)量物體重力時(shí)，應(yīng)將物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下并讓它處于 狀態(tài)，這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)（即拉力大小）就等于物體的重力。

（3）實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)測(cè)量出了不同質(zhì)量鉤碼所受重力的多組數(shù)據(jù)，其中一次測(cè)量時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)指針位置如圖1所示，其讀數(shù)為 N。

（4）實(shí)驗(yàn)小組的小虹同學(xué)提出，“還可以測(cè)量鉤碼以外的其他物體的質(zhì)量和重力，將這些數(shù)據(jù)與鉤碼的數(shù)據(jù)放到一起來尋找規(guī)律”。而同組的小宇同學(xué)不贊同，他認(rèn)為，“必須全部用鉤碼的重力與質(zhì)量的數(shù)據(jù)來尋找規(guī)律”。你認(rèn)為 同學(xué)的觀點(diǎn)是正確的。

解析：（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量物體重力時(shí)，應(yīng)該在豎直方向上調(diào)零，這樣可以消除彈簧本身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

（2）測(cè)量物體重力時(shí)，應(yīng)讓物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)[F=G]。

（3）彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為F = 1.8 N。

（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有普遍性，可以選擇鉤碼以外的其他物體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與鉤碼的數(shù)據(jù)放到一起來尋找規(guī)律，因此，小虹同學(xué)的觀點(diǎn)是正確的。

答案：（1）豎直 （2）靜止 （3）1.8 （4）小虹

[能力提升]

不僅地球上的物體所受重力大小與它的質(zhì)量成正比，而且其他星球上的物體所受重力大小也與它的質(zhì)量成正比，即[G=km]，具體也可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

例2 小金對(duì)太空中的星球比較感興趣，他從網(wǎng)上查得：甲、乙兩個(gè)星球表面上物體的重力（G）與其質(zhì)量（m）的關(guān)系如圖2，從圖中信息可知，相同質(zhì)量的物體在甲星球表面上的重力 （選填“大于”“等于”或“小于”）其在乙星球表面上的重力，據(jù)圖可得甲星球表面上物體的重力G與它質(zhì)量m的關(guān)系式是 。

解析：根據(jù)甲、乙兩個(gè)星球表面上G-m圖象可知：相同質(zhì)量m的物體在甲星球表面上的重力大于乙星球表面上的重力。對(duì)于甲星球表面上G-m圖象，當(dāng)[m=8 kg]時(shí)，[G=120 N]，則[k=Gm=120 N8 kg=15 N/kg]，即[G=15 N/kg×m]。

答案：大于 [G=15 N/kg×m]