“重力與萬(wàn)有引力的區(qū)別”的麻煩和尷尬

1、“重力與萬(wàn)有引力的區(qū)別的麻煩和為難內(nèi)容提要：說(shuō)重力不是萬(wàn)有引力 ,而是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力 ,這外表上雖然“迎合了人們習(xí)慣上俗稱的重力的概念 ,但對(duì)于要嚴(yán)格明確力的概念、學(xué)習(xí)超重失重知識(shí)、研究圓周運(yùn)動(dòng)及衛(wèi)星相關(guān)問(wèn)題的高中生 ,是不適宜的 ,這樣做并不利于教學(xué)。多年來(lái)的教輔資料上都說(shuō)“重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力 ,而且把此當(dāng)做知識(shí)點(diǎn)要求學(xué)生明確。很多老師也是這樣講了幾年、幾十年。現(xiàn)今假設(shè)上網(wǎng)搜索關(guān)于重力與萬(wàn)有引力之區(qū)別的話題 ,能搜出一大堆此類說(shuō)法的文章。還有的資料把“重量與“重力二者加以區(qū)別 ,說(shuō)前者是秤稱出來(lái)的 ,后者那么是萬(wàn)有引力。很多關(guān)于測(cè)量重力加速度g的資料 ,介紹的都是以地面為參考系的測(cè)

2、量 ,g值并不是絕對(duì)意義上的以“慣性參考系為參考的真實(shí)值。忽略地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地面海拔高度不同的影響 ,把地球看做是密度均勻的理想球體 ,那么地面上不同維度g值的不同主要是地球自傳影響的 ,那么我們俗稱的重量mg也確實(shí)不是萬(wàn)有引力 ,它應(yīng)該是以地面為參考的測(cè)量值。人教版教材上的表達(dá)是“假設(shè)不考慮地球自轉(zhuǎn)影響 ,地面上質(zhì)量為m的物體所受的重力mg等于地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力 ,而山東版教材無(wú)“不考慮地球自傳的前提就直接列出重力與萬(wàn)有引力相等 ,看來(lái) ,人教版教材支持重力與萬(wàn)有引力有區(qū)別的說(shuō)法 ,但歷年高考中沒(méi)發(fā)現(xiàn)把此問(wèn)題當(dāng)做考點(diǎn)。按教輔資料上的介紹 ,把物體分別放在赤道上的A點(diǎn)或北緯某個(gè)緯度上的B點(diǎn) ,把

3、重力看成是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力 ,它與地面給物體的力是一對(duì)平衡力抵消掉 ,這樣很容易得出物體所受到的合力向心力 ,它正是萬(wàn)有引力的另一個(gè)分力。就說(shuō)重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力也無(wú)妨 ,因?yàn)橐粋€(gè)概念的定義(例如此處的重力) ,本身就是人為主觀的約定和認(rèn)同 ,多數(shù)人長(zhǎng)期認(rèn)可的概念也無(wú)需更改。那么 ,駁斥“重力非萬(wàn)有引力之說(shuō)也就沒(méi)什么實(shí)際意義和必要性了。然而 ,問(wèn)題沒(méi)那么簡(jiǎn)單。大家尤其要注意到：“重力是萬(wàn)有引力的一個(gè)分力的說(shuō)法 ,其中的重力 ,是人們長(zhǎng)期生活在地球上 ,以地面為參考 ,所“感覺(jué)出的那個(gè)“重力。其實(shí) ,這是“構(gòu)造出的實(shí)際并不存在的力 ,人們解釋說(shuō)它是效果力。構(gòu)造出這個(gè)重力的目的 ,是在迎合老

4、百姓“秤的讀數(shù)是重力的思維習(xí)慣 ,認(rèn)為地面是不動(dòng)的參考標(biāo)準(zhǔn) ,物體相對(duì)地面靜止是一種平衡 ,所以要構(gòu)造出個(gè)與支持力相平衡的力 ,把這個(gè)力定義為重力。老百姓把大地當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)的慣性參考系可以 ,把秤的讀數(shù)當(dāng)做重力也可以 ,但對(duì)于系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理根底理論的高中生 ,再是這種思維就不適宜了。在此 ,秤的讀數(shù)是什么 ,是學(xué)生必須要明確的關(guān)鍵點(diǎn) ,此問(wèn)題通了 ,會(huì)帶來(lái)一通百通的效果。我們必須讓學(xué)生清楚：秤的讀數(shù)是支持力!它屬于彈力范疇 ,根本不是什么重力(這里的支持力 ,是指地面給物體的力 ,或干脆說(shuō)是秤盤(pán)子給物體的力 ,主要成分是支持力 ,假設(shè)把地球看成是理想球體 ,物體位置偏離赤道放置時(shí) ,還存在微小摩擦力

5、)。老百姓由生活習(xí)慣和生活經(jīng)驗(yàn)得出通俗的說(shuō)法或觀點(diǎn) ,有很多是錯(cuò)的 ,如“重的物體比輕的物體下落的快(2019年前哲學(xué)偉人也犯如此錯(cuò)誤)、“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持 ,等等。高中生學(xué)物理的過(guò)程中 ,很多內(nèi)容是在扭轉(zhuǎn)一些生活中形成的錯(cuò)誤說(shuō)法。一些嚴(yán)重的錯(cuò)誤是不可迎合的、必須扭轉(zhuǎn)的 ,而且有些扭轉(zhuǎn)難度很大 ,頗費(fèi)口舌。例如關(guān)于對(duì)“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持錯(cuò)誤思維的扭轉(zhuǎn) ,很多學(xué)生從高一到高三一直在進(jìn)行 ,有的甚至到高考前也還沒(méi)得到徹底解決。相比之下 ,“秤的讀數(shù)就是重力的思維 ,其錯(cuò)誤也是嚴(yán)重的、不可“迎合的、必須扭轉(zhuǎn)的。而且 ,這種扭轉(zhuǎn)難度并不大 ,或者說(shuō)起初就樹(shù)立了“稱的讀數(shù)是彈力的思維 ,那也就

6、無(wú)需扭轉(zhuǎn)了。關(guān)于重力是否是萬(wàn)有引力的問(wèn)題 ,筆者的觀點(diǎn)是 ,對(duì)于系統(tǒng)學(xué)習(xí)物理根底理論的高中生而言 ,應(yīng)該明確“重力就是萬(wàn)有引力。筆者比擬同意前面的那種把相對(duì)地面的測(cè)量值另外給個(gè)名字叫“重量 ,由它來(lái)用于老百姓日常生活的通俗話題中。此觀點(diǎn)的依據(jù)如下：第一 ,我們之前講過(guò)了“物理1中的超重和失重內(nèi)容 ,特別是剛剛和學(xué)生研究過(guò)圓周運(yùn)動(dòng)“汽車(chē)過(guò)拱橋的失重現(xiàn)象 ,當(dāng)時(shí)老師們都會(huì)強(qiáng)調(diào)“秤的讀數(shù)不是重力 ,很多老師還把這個(gè)“讀數(shù)賦予一個(gè)新的、教材上都不出現(xiàn)的名字：“視重!汽車(chē)過(guò)拱橋與物體隨地球自傳 ,都同屬于圓周運(yùn)動(dòng)的不平衡狀態(tài) ,都有失重現(xiàn)象。講汽車(chē)過(guò)拱橋時(shí)老師剛堅(jiān)強(qiáng)調(diào)“秤的讀數(shù)不是重力 ,這又說(shuō)“秤的讀

7、數(shù)就是重力 ,你老師出爾反爾會(huì)使學(xué)生糊涂的。第二 ,相對(duì)地面靜止 ,不是“重力與萬(wàn)有引力不同的理由。高中階段的高中生假設(shè)問(wèn)“老師 ,考慮地球自轉(zhuǎn) ,物體相對(duì)地面靜止 ,物體是平衡狀態(tài)嗎?你的答復(fù)顯然是“不平衡!那為什么要“構(gòu)造出個(gè)與支持力是平衡關(guān)系的重力硬往“物體平衡上去靠呢?雖然汽車(chē)過(guò)拱橋時(shí)相對(duì)地面有速度 ,物體隨地球自傳相對(duì)地面無(wú)速度 ,但在討論超重和失重問(wèn)題上 ,本質(zhì)是相同的。特別是以后分析衛(wèi)星的速度、萬(wàn)有引力、向心加速度問(wèn)題時(shí) ,都有相通的本質(zhì)問(wèn)題。同步衛(wèi)星也相對(duì)地面靜止 ,我們卻不能說(shuō)它重量為零。老百姓把“秤的讀數(shù)當(dāng)做重力 ,一來(lái)地球自傳所產(chǎn)生的影響微乎其微 ,人們又長(zhǎng)期生活在地球上

8、 ,二來(lái)老百姓也沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)別二者概念的必要性。但對(duì)于剛剛學(xué)完“超重、“失重和“汽車(chē)過(guò)拱橋的高中生 ,特別是對(duì)于我們的教師 ,不能為了迎合“通俗說(shuō)而為“清晰說(shuō)制造麻煩。第三 ,筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中感覺(jué)到 ,在考慮地球自傳的情況下 ,讓學(xué)生認(rèn)為“萬(wàn)有引力就是重力 ,之后 ,去理解靜止在地面上的物體也有輕微的失重現(xiàn)象 ,會(huì)使問(wèn)題變得更簡(jiǎn)單 ,更清晰 ,更容易接受、更有利于教學(xué)。這樣處理問(wèn)題 ,對(duì)力的感念的清晰化理解、對(duì)牛頓第一定律、第二定律 ,以及衛(wèi)星問(wèn)題的進(jìn)一步理解都會(huì)帶來(lái)好處。相反 ,那種另外構(gòu)造出“重力的處理方法 ,制造前后矛盾 ,使問(wèn)題復(fù)雜化 ,反而使學(xué)生陷入糊涂的境地。第四 ,把“重力稱

9、為是一種效果力也不妥。所謂效果力 ,是根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)的效果定義出來(lái)的力 ,實(shí)際上它可能不存在。它或是幾個(gè)力合力的“替身 ,或是從一個(gè)力中分解出的某分力的“替身 ,或是根本就無(wú)中生有的力。就“效果力這個(gè)概念而言 ,教材上是不出現(xiàn)的 ,只有教輔材料上出現(xiàn) ,它同“視重一樣是老師們?yōu)榱俗寣W(xué)生更好的理解問(wèn)題所創(chuàng)出的概念。但對(duì)此類問(wèn)題處理不當(dāng) ,會(huì)產(chǎn)生麻煩。例如 ,把在斜面上的物體受的重力分解出一個(gè)沿斜面向下的分力 ,有人把它叫做“下滑力 ,這或許還勉強(qiáng)站得住腳。但假設(shè)以向前減速運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂為參考 ,認(rèn)為物體還受到個(gè)向前的“慣性力 ,或以圓心為參考 ,認(rèn)為圓周運(yùn)動(dòng)的物體受“離心力就要受到質(zhì)疑了(愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的處理過(guò)程和方法除外)。其實(shí) ,構(gòu)造“重力就是成認(rèn)有“離心力 ,這個(gè)“重力就是那個(gè)虛幻的“離心力與實(shí)際的萬(wàn)有引力進(jìn)行合成的產(chǎn)物 ,最終落到“把大地看做靜止不動(dòng)的慣性參考系 ,物體受合力為零 ,物