对高中物理中重力的相关问题分析

◎章伊晗

对高中物理中重力的相关问题分析

◎章伊晗

在我们学习高中物理与重力相关的内容当中，有很多的试题是和物体的重心变化有关系的。同学们如果能正确掌握物体的重心变化，利用其与重力做功以及重力势能变化之间的关系，对物理的解题规律灵活运用，这样我们在解决题目时往往能够事半功倍。

高中物理重力的相关知识点归纳

重力产生原因：由于地球对物体的吸引而使物体受到的力叫重力。

有关重力的说明：首先，重力的产生是因为地球对物体有一定的吸引力，但是它并不等于地球对物体的引力。物体的重力只是地球对物体万有引力中的一个分力，而另一个分力是来提供物体随着地球旋转所需要的向心力。一般情况下，物体随地球自转只需要很小的向心力，所以一般我们在计算的时候认为物体所受重力的大小就等于地球对物体的引力。这里还可以了解的是，物体在赤道处所需的向心力较大，在南北两极，物体所受的重力较大。地球附近的物体都受重力的作用，地球是重力的施力物体。其次，我们需要了解的是，纬度和距离地面的高度都对重力的大小有一定影响，不同纬度的地方物体所受重力不同，上文阐述过，在南北两极重力大，赤道处较小。与地面距离不同，重力也不同。简单来说，就是物体越高，重力越小。但是在我们做题时，在地球表面和地球表面附近，我们认为物体重力是不变的。一个物体所受的重力是和它的运动状态无关的，与是否有别的力对它作用也无关。

表示重力大小的公式为： G＝mg （也可以认为牛顿第二定律），从公式可以看出，物体的重力的大小与物体的运动状态及所处的状态都无关，只与它本身重力有关。此公式可认为牛顿第二定律，其中g=9.8 N/kg这个可以用弹簧测力计测量出来。

重力方向是竖直向下的，需要注意的是，这里不可以认为物体重力与其支撑面垂直。也不等同于指向地心，因为只有两极和赤道处重力的方向才是指向地心的。

重力的重心是指物体各部分都受重力作用，效果上认为集中到一个点上，这个点就叫重心，即是说重力的作用点。简而言之就是，重心是物体各部分所受重力合力的作用点。

其中需要注意的是，物体的重心是可以不在物体上的，物体的形状以及质量分布都与物体的重心有关系，重心是一个等效的概念和一个等效的替代点。我们不能认为物体只有重心处受重力，而物体的其他部分不受重力。一般有规则几何形状而且质量分布均匀的物体的重心就在它的几何中心。对于质量分布不均的物体，要根据它的形状和质量分布来判定。其中可以用悬挂法来求得较薄物体的重心。

对重力势能的理解相关问题

例，关于重力势能，以下说法中正确的是( )。

A.某个物体处于某个位置，重力势能的大小是唯一确定的。

B.重力势能为。的物体，不可能对别的物体做功。

C.物体做匀速直线运动时，重力势能一定不变。

D.只要重力做功，重力势能一定变化。

解析：我们可以根据重力势能的表达式E p = mgh知道，物体的高度h是有相对性的，重力势能的大小也是存在相对性的。所以当某个物体处于某一个位置时，如果我们选择不同的平面来作为参考，那么物体所受的重力势能也是不同的。重力势能的大于小是相对来说的，它的大小和参考平面相关，所以当我们说一个物体的重力势能为零时，指的是物体此时处于参考平面上，而不是说物体不能够做功。例如，一层在地面上流动的水，假如我们把地面作为参考平面，那么水的重力势能为零，但是这些水仍然可以对其他的物体做功。另外，重力势能为零的物体也可能是有动能的，也可以对别的物体做功。在本道题中，正确答案选择D。

重力做功与重力势能的相关问题

例，运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程，将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法正确的是( )。

A.阻力对系统始终做负功

B.系统受到的合外力始终向下

C系统的重力势能始终在增加

D.任意相等的时间内重力做的功相等

解析：在运动员下降的过程中，运动员所受的阻力始终是向上的，所以第一个A正确。当运动员加速下降的时候，运动员所受的合外力是向下的，减速下降时，运动员所受合外力向上，所以B不对。运动员在下降过程中，重力势能是减少的，所以C不对。在运动员下降过程中，在任意一样的距离内，重力做功是一样的，所以D的说法是错误的。从本题可以发现，它是利用运动员跳伞时的两个过程，对功的概念进行了考察，重力做功与重力势能的关系，加速度方向与合力方向的关系等。

重力势能变化的相关问题

例，在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量为m。其厚度为h，如图1所示，若将砖一块一块地竖直叠放起来，人需要做多少功?

解析:此题对于同学们来说做起来可能会有些难度，需要我们仔细分析。首先砖块平放与其竖直叠放是有区别的，二者重心所处的高度是不一样的，找出砖块在叠放前，叠放后重心数值的变化，就可以对其加以求解。n块砖在平放时重心的高度h=h/2，其相应的重力势能Ep1=nmgh/2。n块砖在竖直叠放后重心的高度h2=nh/2，其相应的重力势能为Ep2= nmgnh/2。可得人所做的功W人使砖的重力势能增加，从而列出方程式:W人=△E.所以△E=Ep2一Ep1=nmgnh/2-nmgh/2 = n ( n一1) mgh/2，即人需要做的功为n(n –1) mgh/2。

从以上题型可以看出，高中物理重力考察的重点还是我们对基本概念的理解，这就需要我们在平时学习中要对基本知识点熟练掌握，对于题型要记住所考察的内容，举一反三，我们才能取得更好的成绩。

（作者单位：湖南长沙明德中学）