重量重力地球吸引力.doc

中学物理知识解析重量、重力、地球吸引力平常人错误地认为重量、重力和地球吸引力是一回事，学了物理，我们就要弄清它们的区别和联系。具有传奇色彩的重量“重量”本来是日常用语，不是物理概念。“重量”一词自古就有。人们观察到以下几种现象：用手托着物体，就会感觉到物体对手有一个向下压的作用；把重物放在木板上，木板会被压弯；用手提着物体，感觉到物体对手有一个向下拉的作用；用悬绳吊着物体，悬绳会被拉长于是人们说“物体有重量”。那时，还没有“质量”概念，也没有“重力”概念。“重量”具有传奇色彩，它最初被人们糊里糊涂地当作“质量”，后来又被人们糊里糊涂地当作“重力”。在古代很长的时间内，“重量”和“质量”是混淆在一起的。人们误认为“重量是物体的属性”，“能够衡量物体中所含物质的多少”。在商品交换中，人们制造杆秤来称“物体的重量”，其实，用杠秤称量与用天平称量一样，都是通过在同一地点比较物体与标准物（秤砣或砝码）所受重力的大小来测量物体质量的。后来，有了弹簧秤，用弹簧秤称量物体重量就发现一个问题：同一物体在不同地点的重量不同。这才用引出“质量”概念，牛顿定义了“质量”概念，用“质量”来衡量物质的多少。牛顿发现了地球引力，但他并未区分地球引力和重力，这时的重力与重量也是不加区分的。1986年以前的物理课本就写道：“重力就是重量”。为了澄清“重力”和“重量”，笔者作过认真的研究，并多次在报刊上发表文章。1986年以后，课本回避了“重量”一词，但是学习者回避不了，因为他们早就听说“重量”这个词了，而且误认为“重量就是重力”。在现代，升降机、人造卫星、航天飞机的出现，日常用语中的“重量”又发生了变异。把测量重量的条件撇在一边，误认为“升降机中用弹簧秤测量出来的读数就是重量”，把“重量”同“压力”又混淆了。于是，在一些科普读物中，在大众流行的说法中，“失重”被错误地解释为“失去重量”或“失去重力”，甚至被错误地解释为“失去地球引力”；“超重”被错误地解释为“重量增加”；还有“人造重力”等等。“重量”到底是什么？我们要给它一个明确的说法。重力的大小是重量课本中说“通常把重力的大小叫做重量”，这就明确了重量的意义。而具有确定意义的词，就是概念了；重量的大小又是测量出来的，所以重量又是物理量。“通常把重力的大小叫做重量”这个定义，区分了“重量”和“重力”，也区分了“重量”和“压力”（或拉力），还规定了重量的测量方法。重力有大小，而且有方向；重量只是重力的大小，没有方向。再也不能说“重力就是重量”了。重力的大小是测量出来的，而这个测量值就是重量。重量既然是重力的大小，那就要用弹簧秤来测量，不能用天平或杆秤来测量。用弹簧秤测量重量，应用的是虎克定律：在弹性限度内，弹簧伸长量或缩短量与弹簧所受压力或拉力成正比。因为物体受到重力，挂在拉伸式弹簧秤上时，就对弹簧秤有拉力；放在压缩式弹簧秤上时，就对弹簧秤有压力。弹簧秤读数的直接意义是物体对弹簧秤的拉力或压力，这个读数不一定等于物体所受重力的大小。只有当弹簧秤和物体相对于地面保持静止状态时，这个读数才等于物体所受重力的大小重量。用弹簧秤测量“重量”的条件是：让弹簧秤和物体相对于地面保持静止状态（或作匀速直线运动）。为什么弹簧秤读数不一定等于物体所受重力的大小呢？这要从重力的效果说起。重力的效果和弹簧秤读数挂在悬绳下的物体对悬绳有拉力，放在支撑面上的物体对支撑面有压力，都是因为物体受到了重力。柔软的悬绳只承沿着绳的拉力，刚性的支撑面只承受垂直于支撑面的压力。以下情况与测重有关。1拉伸式弹簧秤和物体都保持静止状态（或沿竖直方向匀速运动）时，重力全部用来使物体产生对弹簧秤的竖直向下的拉力；弹簧秤的读数等于重量。2压缩式弹簧秤和物体都保持静止状态（或沿竖直方向匀速运动）时，重力全部用来使物体产生对弹簧秤的竖直向下的压力；弹簧秤的读数等于重量。3弹簧秤和物体都悬空时，物体所受的重力全部用来使物体沿竖直方向加速下落，对弹簧秤没有压力或拉力，弹簧秤的读数为零；然而，重力没有消失，重力的大小没变，重量没变。跳伞员在没有打开降落伞时，感到自己的重量“没”了，就是这个道理。4电梯里，人站在体重计上测量体重，有4种情况。 当电梯加速下降时，重力的一部分用来使人产生竖直向下的加速度，另一部分用来使人产生对体重计的竖直向下的压力，所以这压力小于人的体重，人也觉得脚底“轻”了些。其实，重力的大小没变，重量没变。 当电梯减速上升时，重力的一部分用来使人产生竖直向下的加速度，另一部分用来使人产生对体重计的竖直向下的压力，所以这压力小于人的体重，人也觉得脚底“轻”了些。其实，重力的大小没变，重量没变。 当电梯加速上升时，重力全部用来使人产生对体重计的竖直向下的压力，电梯的加速上升又增加了人的脚底与体重计之间的压力，所以这压力大于人的体重，人也觉得脚底“重”了些。其实，重力的大小没变，重量没变。下当电梯减速下降时，重力全部用来使人产生对体重计的竖直向下的压力，电梯的减速下降又增加了人的脚底与体重计之间的压力，所以这压力大于人的体重，人也觉得脚底“重”了些。其实，重力的大小没变，重量没变。重力的施力物体是地球，地面附近的区域内，绝对不会发生“失去重量或重力”的事情。在人造卫星或宇宙飞船上就另当别论了。地球吸引力、重力与失重重力与地球吸引力也不是一回事。地球与物体之间的吸引力属于万有引力。这吸引作用是相互的。说地球吸引力时，指的是地球给物体的那个吸引力。地球吸引力有什么效果呢？或说，地球吸引力充当着什么样的角色呢？答：地球吸引力的作用有两个，一是充当物体随地面绕地轴转动所需要的向心力，二是产生重力。每一种作用效果都对应着一个分力。重力只是地球吸引力在竖直方向上的分力。以地心为参照物观察时，我们把地球吸引力的两个方面的作用效果一览无余。以地面为参照物时，由于我们感觉不到地面的转动，就误以为重力就是地球吸引力。我们可以给重力这样