揭秘重力与质量的关系

李皓昱

小红是一名热衷科学的中学生，在阅读课上看到了一篇文章——《斜塔上的实验》，引发了她深深的思考。这篇文章讲述了著名的物理学家伽利略不畏惧反对的力量，在比萨斜塔上做了质量不同的两个小球下落的实验。结果两个小球同时到达地面，这一实验证明了伽利略提出的“物体下落速度与其质量无关”的结论。也就是说，质量不同的物体，从同一高度下落，它们会同时落地。

小红想到物理课本中学习的知识。就提出了一个疑问：比萨斜塔实验中两个质量不同的小球，既然落地时间相同，那么它们对地面的作用效果是否也相同呢？

随即她找到物理兴趣小组的小明和小华，提出了自己的问题。

小明说：“小红，你有没有想过，为什么不同质量的物体拿在手上时感觉不同？”

小红说：“嗯，其实这就是我们今天要探究的问题，我觉得这可能与重力有关。”

小华说：“我记得我们在课堂上学过。重力的大小与质量有关，但是这究竟是怎么样的一个关系呢？”

小红说：“我猜想，实验中质量大的小球所受的重力会大一些。”

小华说：“那我们怎么做能让实验结果更直观一些呢？”

小明说：“我们可以通过做实验来探究这个问题。我们需要先设计一个实验方案。”

小紅说：“有了！我们可以去学校操场的沙坑那做实验。运动会上同学们进行沙坑跳远，落下时会在沙子上留下痕迹。我们可以借助沙坑中的痕迹来研究重力与质量的关系。”

小华说：“这个主意不错！小球落下造成的痕迹的确很直观。”

为了验证大家的猜想，他们一起设计了一个实验：让两个大小相同、质量不同的小球从同一高度下落，在沙坑中留下大小和深浅不一的痕迹，由此进行比较，来探究物体所受的重力与质量的关系。

紧接着他们准备了两个大小相同、质量不同的小球，尺子，天平，钩码，弹簧测力计等来进行实验。

小红说：“在实验前，我们应该把沙池表面刮平、夯实一些，来减小实验误差，”随后南小明测量数据、小华绘制表格记录数据结果。

小红左手拿着质量为0.05kg的小球，右手拿着质量为0.1kg的小球，双手举到同一高度。小明用尺子测量小球所处高度后，小红双手同时松开两个小球，小球落在沙池上留下两处痕迹，经过测量，右边质量大的小球砸出的坑较大较深，左边质量小的小球砸出的坑较小较浅。

小华说：“实验的结果已经被我记录下来了。我们再用弹簧测力计测量一下，验证我们的结果吧。”

小明说：“我们需要先准备一些质量不同的物体，比如纸团、木球和铁球，然后用测量仪器来测量它们的质量和所受的重力。”

小红说：“我们还需要设计一个详细的实验步骤，确保我们在实验过程中不犯错误。”

小明、小红和小华很快就设计好了实验步骤并开始实验，他们拿来天平和弹簧测力计，测量出每个物体的质量和所受的重力，并记录在表1中。

然后他们把这些数据画在图上（如图1），看看能不能发现规律。

小红说：“从图1中我们可以看到，物体所受的重力和物体的质量确实成正比关系，我们的猜想是正确的。”

通过以上实验，他们得出结论：质量大的物体所受的重力大，质量小的物体所受的重力小，物体所受的重力和质量成正比关系，且地球上的重力与质量的比值约为10N/kg。

实验结束后三人进行了反思：

小明说：“在实验开始前要尽量减少实验中的变量。比如，不同质量的小球，其大小最好相同。”

小红说：“在实验中应尽量减小误差，如沙面是否平整、两手高度是否严格一致，这些因素都会对实验的结果造成影响。”

小华说：“我们做这个实验的时候，一定要按照正确的步骤来操作，避免出现错误。而且。我们还需要注意使用完好的测量仪器，确保数据的准确性。”

伽利略在科学研究中发现，数理科学是大自然的语言，为了学好这门大自然的语言，他决意奉献自己的一生，这份决心与毅力造就了他“现代科学之父”的地位，通过以上实验，三位同学不仅了解了重力与质量的关系，更亲身体验了科学探究的过程。这是一个充满思考与挑战的过程，它让我们更加深入地理解和热爱数理科学。