探究重力大小與質量的關系

胡愛銀

探究重力大小與質量的關系實驗是力學中的一個基礎性實驗，本實驗利用彈簧測力計和鉤碼探究重力G與質量m之間的關系，培養(yǎng)了同學們的實驗探究能力和歸納能力。

[實驗要點]

在探究重力大小與質量的關系實驗中，每個鉤碼質量為50 g，可以替代天平。實驗時需逐漸增加鉤碼個數(shù)并分別測量重力。分析數(shù)據(jù)時，可以采用以下兩種方法來尋找規(guī)律：（1）表格法，將每次測量的實驗數(shù)據(jù)（質量m、重力G）記錄在設計的表格中，比較[G]的關系;（2）圖象法，通過描點法將每次測量的實驗數(shù)據(jù)（質量m、重力G）描繪在G-m圖象中，尋找G與m之間的關系。

通過實驗得出的結論為：物體所受的重力大小與它的質量成正比，用公式表示為[G=mg]，這里[g=9.8 N/kg]（粗略計算時一般取g = 10 N/kg）。

[實驗拓展]

1.物體所受到的重力大小與它的質量成正比，比值為[g=9.8 N/kg]，表示在地球附近質量為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，因為等號兩邊是不同類型的物理量，無法形成等量關系。

2.雖然重力與質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，質量是物體所含物質的多少;（2）方向方面，重力的方向豎直向下，質量無方向;（3）大小方面，重力會隨著物體所在位置（如高度、緯度）變化而變化，質量是物體的一種屬性，與位置無關。

3.由于重力會隨著位置的變化而變化，因此g也會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（可以利用彈簧測力計與橡皮泥進行探究實驗），與物體狀態(tài)無關，與地理位置有關。

[典例探究]

例1 在“探究重力與質量的關系”的實驗中：

（1）測量物體重力前，除了觀察彈簧測力計的量程和分度值外，還應將彈簧測力計在 方向調零。

（2）測量物體重力時，應將物體掛在彈簧測力計下并讓它處于 狀態(tài)，這時彈簧測力計的示數(shù)（即拉力大?。┚偷扔谖矬w的重力。

（3）實驗小組的同學測量出了不同質量鉤碼所受重力的多組數(shù)據(jù)，其中一次測量時彈簧測力計指針位置如圖1所示，其讀數(shù)為 N。

（4）實驗小組的小虹同學提出，“還可以測量鉤碼以外的其他物體的質量和重力，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”。而同組的小宇同學不贊同，他認為，“必須全部用鉤碼的重力與質量的數(shù)據(jù)來尋找規(guī)律”。你認為 同學的觀點是正確的。

解析：（1）用彈簧測力計測量物體重力時，應該在豎直方向上調零，這樣可以消除彈簧本身重力對實驗的影響。

（2）測量物體重力時，應讓物體處于靜止狀態(tài)，此時[F=G]。

（3）彈簧測力計示數(shù)為F = 1.8 N。

（4）實驗時為了使實驗結論更具有普遍性，可以選擇鉤碼以外的其他物體進行實驗，并將實驗數(shù)據(jù)與鉤碼的數(shù)據(jù)放到一起來尋找規(guī)律，因此，小虹同學的觀點是正確的。

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量成正比，即[G=km]，具體也可以通過實驗進行探究。

例2 小金對太空中的星球比較感興趣，他從網(wǎng)上查得：甲、乙兩個星球表面上物體的重力（G）與其質量（m）的關系如圖2，從圖中信息可知，相同質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與它質量m的關系式是 。

解析：根據(jù)甲、乙兩個星球表面上G-m圖象可知：相同質量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。對于甲星球表面上G-m圖象，當[m=8 kg]時，[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]