對重力概念的思考

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1、·只看樓主··回復對重力概念的思考··ssitong·副教授9對重力定義的思考我國中學物理教材上，對重力的定義，幾十年來都采用下述說法：“地面附近一切物體都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力。”（見《高中物理新課標教材必修1》p51）初學者在學習萬有引力定律之前，對這個定義的接受并不困難，因為學生在初中階段就已經(jīng)形成了這種概念：重力與萬有引力有關，但二者卻不是一回事。學習了萬有引力定律之后，自然就會遇到這樣的問題：重力究竟是不是地球?qū)ξ矬w的引力呢？對此，教材上并未提及重力和地球引力之

2、間的關系，當然更談不上對二者關系的進一步解釋了。在中學階段，對二者關系的解釋大致如下：（1）物體所受的重力是由于地球?qū)ξ矬w的引力而產(chǎn)生的，但是重力卻不是地球?qū)ξ矬w的引力；（2）地球引力對地面上的物體產(chǎn)生的效果之一是使物體壓緊地面，或使只在重力作用下的物體產(chǎn)生重力加速度；另一效果則是，提供使物體圍繞著地球的極軸轉(zhuǎn)動所需要的向心力。這種解釋的結(jié)論是：重力是地球引力的一個分力。在這種解釋之下，處于平衡狀態(tài)的物體，重力的效果是壓緊水平支撐面或拉緊豎直繩，如果物體只在重力作用下運動，重力的作用效果是使物體產(chǎn)生重力

3、加速度。引力的另一個分力，則是提供物體隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力。筆者以為，上述流行多年的對重力的解釋是不完備的，存在著邏輯上的不自洽——第一，重力是性質(zhì)力還是效果力？按照教材的說法：“重力……是作為具有某種性質(zhì)的力來命名的”（見《高中物理新課標教材必修2》p21），因此重力無疑地屬于性質(zhì)力；然而，分力是按照作用效果命名的，屬于效果力。第二，什么叫做“在地面“附近”？地面上的物體當然是在地球“附近”，在地面之上，若物體所在的高度與地球半徑相比可以忽略不計，則可認為這樣的物體也在地面附近。但是，高度200千

4、米的地球衛(wèi)星，算不算位于地面附近？高度約為36000千米的地球同步衛(wèi)星呢？第三，由此引出的問題是：地球衛(wèi)星受不受地球的重力作用呢？按照教材對重力的定義，衛(wèi)星顯然由于地球?qū)λ鰣A周運動，因此必然受到重力，此時的重力就是地球?qū)πl(wèi)星的引力。但是這樣一來就更使人感到迷惑了——重力什么時候就是地球引力，什么時候只是地球引力的一個分力呢？第四，按照教材的定義，重力是由于地球吸引而產(chǎn)生的，無論物體到地球距離如何，只要受到地球的引力，物體總會受到重力作用。不論是物體圍繞著地球做圓周運動，還是物體在地面附近做拋體運

5、動，都在重力的作用下運動，此時重力對物體產(chǎn)生的加速度，不論是向心加速度還是重力加速度，都是重力對物體作用的效果。這兩種情況所不同的是，衛(wèi)星所受的地球重力，全部用來產(chǎn)生向心加速度，因此重力就是衛(wèi)星做圓周運動所需的向心力；在地面附近做拋體運動的物體，重力的作用效果使物體產(chǎn)生重力加速度，使物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力則由引力的另一個分力提供。由以上分析可見，因教材對重力定義的模糊不清，導致對重力概念理解的混亂：在某些場合，重力就是地球?qū)ξ矬w的引力，而在另外場合，重力卻被理解為地球引力的一個分力。這種模棱兩可的說

6、辭造成了人們長期以來對重力概念的含糊不清，也不符合物理概念的可操作性定義的原則。如果說在初中階段，由于沒有學習萬有引力定律，因此只能做這種定性的描述性的定義，那么到了高中階段，尤其是在學習了萬有引力定律之后，對這個重要概念仍然維持其原有的含糊不清，沒有結(jié)合萬有引力定律，對重力作出進一步的準確定義，而是簡單地回避了這個重要問題，始終避開重力與引力之間最基本的關系，這是十分令人感到不解的狀況。如何定義重力？對此的回答，應該使新的定義符合科學定義的三個要求：1、定義應該是自洽的，即定義中不能自相矛盾，不能在不

7、同的場合有不同的解釋或者理解。為此要明確，重力只能是按照物體之間的作用命名的性質(zhì)力，而不是按照作用效果來命名的效果力——地球引力的一個分力；2、定義應該是完備的，從定義中能夠確定它在所屬的概念**中具有的位置；如衛(wèi)星上的物體究竟受不受重力作用？3、定義應該是可操作的，也就是說，根據(jù)重力的定義能夠從原則上找到測量重力的實驗方法。筆者以為如下定義是符合按照這三個要求的：地球?qū)ξ矬w的引力叫做物體的重力。與此類似的說法，早在1996年國家教委考試中心頒布的《全國統(tǒng)一考試說明》中就提出了：“重力是物體在地球表面附

8、近所受到的地球?qū)λ囊Α保b于對“在地球表面附近”的不可操作性，筆者建議將這幾個字刪去，就成為重力概念的嚴格定義。為敘述簡便，以下稱這個定義為“重力的新定義”。新定義與原定義相比，有哪些優(yōu)點呢？第一、新定義強調(diào)了重力是性質(zhì)力，施力體是地球，受力體是處于地球引力場中的物體。避免了原定義對于重力究竟是性質(zhì)力還是效果力所出現(xiàn)的不自洽。第二、新定義指出了重力是萬有引力的一種，作為引力的子概念出現(xiàn)，并不是引力之外的某種新的相互作用，體現(xiàn)出物理概念的