八年級(jí)物理下冊(cè)：搞懂重力，就是拿下了力學(xué)的半壁江山

同學(xué)們，家長(zhǎng)們，大家好。

很多同學(xué)在升入八年級(jí)下學(xué)期之后，都會(huì)遭遇物理學(xué)習(xí)的第一次“滑鐵盧”。上學(xué)期的聲、光、熱，大多還是以觀察和記憶為主，只要肯下功夫，分?jǐn)?shù)一般都不會(huì)太難看。但是到了下學(xué)期，力學(xué)一登場(chǎng)，情況就完全變了。

力學(xué)需要極強(qiáng)的邏輯思維和空間想象能力。而作為力學(xué)的開篇重頭戲——“重力”，更是重中之重。可以說(shuō)，如果重力這一章沒吃透，后面的二力平衡、壓強(qiáng)、浮力根本無(wú)從談起。

今天，我們就把滬教版八年級(jí)物理下冊(cè)中關(guān)于“重力”的知識(shí)點(diǎn)掰開了、揉碎了，不僅要讓大家知道是什么，更要讓大家明白為什么，以及在考試中到底怎么考。

地球?qū)ξ覀兊摹吧钋閾肀А?/h2>

我們先來(lái)想一個(gè)問(wèn)題：為什么你向上拋出的籃球，最終都會(huì)落回地面？為什么水往低處流？為什么我們要用力才能提起一桶水？

這一切的背后，都有一個(gè)共同的“推手”。由于受到地球的吸引而使物體受到的力，我們把它叫做重力。

這里有三個(gè)非常關(guān)鍵的細(xì)節(jié)，往往是考試中最容易挖坑的地方，大家一定要拿小本本記下來(lái)。

首先，地球附近的物體，無(wú)論它是靜止的，還是運(yùn)動(dòng)的，無(wú)論它是巨大的巖石，還是微小的塵埃，都要受到重力作用。只要你在這個(gè)星球上，重力就無(wú)處不在。

其次，雖然重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的，但我們?cè)谖锢砀拍钌媳仨殗?yán)謹(jǐn)：重力并不完全等同于地球的吸引力。這是一個(gè)非常高階的考點(diǎn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，萬(wàn)有引力是“媽媽”，重力是“兒子”。萬(wàn)有引力提供給了物體兩個(gè)效果，一個(gè)是讓我們繞著地球轉(zhuǎn)（這部分叫向心力，高中會(huì)學(xué)），另一個(gè)就是把我們拉向地面，這部分才是重力。

所以在兩極，重力等于萬(wàn)有引力，而在赤道或其他位置，它們的大小并不相等。

重力的施力物體是地球。這一點(diǎn)在做受力分析時(shí)至關(guān)重要。很多同學(xué)會(huì)習(xí)慣性地說(shuō)“物體受重力作用，施力物體是地面”，這是錯(cuò)的。無(wú)論物體是放在桌子上，還是掛在墻上，拉住它、拽住它的，永遠(yuǎn)是腳下的這顆星球。

揭開重力大小的面紗

重力的大小怎么計(jì)算？這幾乎是所有初中生倒背如流的公式：

\[ G = mg \]

這里的 \( G \) 代表重力，單位是牛頓（N）；\( m \) 代表質(zhì)量，單位是千克（kg）；而 \( g \) 則是一個(gè)比值，通常取 \( 9.8 N/kg \)。它的物理意義是：質(zhì)量為 \( 1kg \) 的物體受到的重力是 \( 9.8N \)。

但是，死記公式是拿不到高分的。我們需要透過(guò)公式看到本質(zhì)。

在地球表面上，同一個(gè)物體的重力大小并不是一成不變的。教材里明確提到了一個(gè)很有趣的現(xiàn)象：緯度越高，同一物體的重力越大。這就意味著，如果你把一個(gè)精準(zhǔn)的彈簧測(cè)力計(jì)掛著同一個(gè)砝碼，從赤道帶到北極去，你會(huì)發(fā)現(xiàn)示數(shù)變大了。

這又是為什么呢？這就涉及到了地球的形狀。地球并不是一個(gè)完美的正球體，而是一個(gè)兩極稍扁、赤道略鼓的不規(guī)則橢球體。在兩極附近，物體距離地心更近，受到的引力作用更強(qiáng)，所以重力更大；而在赤道附近，距離地心較遠(yuǎn)，重力自然就小了一點(diǎn)點(diǎn)。

不過(guò)，這個(gè)差異在日常生活中非常微小。為了方便計(jì)算和解決問(wèn)題，在處理一般的物理問(wèn)題時(shí)，我們都默認(rèn)在地球附近任何地方，\( g \) 的值取 \( 9.8 N/kg \) 不變，甚至在一些粗略計(jì)算中可以直接取 \( 10 N/kg \)。

另外還有一個(gè)容易混淆的概念：重力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系。很多同學(xué)覺得，物體跑得越快，受到的重力就越大；或者物體向上飛的時(shí)候重力變小，向下落的時(shí)候重力變大。這都是錯(cuò)誤的直覺。

一個(gè)物體的重力大小，與它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)毫無(wú)關(guān)系，與它是否還受到其他力（比如拉力、摩擦力）也沒有關(guān)系。只要你還在地球表面，你的質(zhì)量沒變，你受到的重力就是一個(gè)定值。無(wú)論是電梯超重失重，還是飛機(jī)起飛降落，物體本身受到的重力 \( G=mg \) 始終不變，變的只是物體對(duì)支持面的壓力或者對(duì)懸掛物的拉力。

永遠(yuǎn)“腳踏實(shí)地”的方向

重力的大小搞清楚了，那重力的方向呢？

如果你脫口而出“向下”，那你只對(duì)了一半。在物理描述中，“向下”這個(gè)詞語(yǔ)太籠統(tǒng)了。我們必須精準(zhǔn)地描述為：豎直向下。

什么叫“豎直向下”？它是指與水平面垂直向下的方向。

這里我們要做一個(gè)嚴(yán)格的區(qū)分：豎直向下，垂直向下。

“豎直向下”是專屬于重力的特權(quán)，它永遠(yuǎn)指向地心（或者在兩極與赤道指向地心，其他位置略有偏差，但初中階段可視作指向地心）。無(wú)論你把物體放在斜坡上，還是吊在半空中，重力的方向始終是一條指向地心的鉛垂線。

而“垂直向下”則取決于接觸面。比如在斜面上，與斜面垂直向下的方向，叫做垂直向下，但它不重合于豎直向下。

建筑工人在砌墻時(shí)，常常利用重垂線來(lái)檢查墻壁是否豎直，利用水平儀來(lái)檢查窗臺(tái)是否水平。這正是利用了重力方向豎直向下這一永恒不變的特性。無(wú)論物體如何運(yùn)動(dòng)，無(wú)論物體受到其他力的作用如何干擾，重力的方向就像一個(gè)固執(zhí)的老人，永遠(yuǎn)固執(zhí)地指向地心，絕不改變。

尋找物體的“靈魂”：重心

物體受到的重力，雖然是作用在物體的每一個(gè)微小的部分上，但為了研究問(wèn)題的方便，我們通常把整個(gè)物體各部分受到的重力等效為作用在某一個(gè)點(diǎn)上。這個(gè)點(diǎn)，就叫做重心。

可以說(shuō)，重心就是物體受到重力的作用點(diǎn)。

如何確定重心的位置呢？這要看物體的質(zhì)量分布情況。

對(duì)于質(zhì)量分布均勻的物體，也就是我們常說(shuō)的“勻質(zhì)物體”，重心的位置只與物體的形狀有關(guān)。如果形狀還是規(guī)則的，比如一個(gè)實(shí)心的球體、一個(gè)長(zhǎng)方體木塊、一個(gè)均勻的圓盤，那么它們的重心就在它們的幾何中心上。球體的重心在球心，長(zhǎng)方體的重心在對(duì)角線交點(diǎn)。

但是，現(xiàn)實(shí)生活中的物體往往不是那么完美的。

對(duì)于質(zhì)量分布不均勻的物體，重心的位置就變得復(fù)雜起來(lái)，它既與物體的形狀有關(guān)，也與質(zhì)量分布情況有關(guān)。比如一個(gè)拐杖，或者一頭被砍去一半的木頭，重心就會(huì)向質(zhì)量較密集的那一側(cè)偏移。

那么，對(duì)于那些形狀不規(guī)則、質(zhì)量又不均勻的薄板形物體，我們?cè)撛趺凑业剿�的重心呢？物理課上老師一定教過(guò)大家一招：懸掛法。

具體操作是這樣的：先在薄板上的某一點(diǎn)A用細(xì)線懸掛起來(lái)，待薄板靜止后，沿著細(xì)線在薄板上畫一條直線AB。這時(shí)候，重心肯定在這條直線AB上。然后，再另選一點(diǎn)C懸掛起來(lái)，同樣畫出一條豎直線CD。那么，重心也必然在直線CD上。直線AB和CD的交點(diǎn)，就是這個(gè)薄板的重心。

關(guān)于重心，還有幾個(gè)非�！胺粗庇X”的知識(shí)點(diǎn)，大家務(wù)必掌握。

第一，重心不一定在物體上。這一點(diǎn)聽起來(lái)很玄幻，但其實(shí)很好理解。比如一個(gè)呼啦圈，或者一個(gè)空心的籃球殼，它們的質(zhì)量分布在外圈，中間是空的。很顯然，它們的重心并不在物質(zhì)實(shí)體上，而是在圓環(huán)的中心位置——也就是那個(gè)空洞里。

第二，重心的位置與物體所處的位置、放置狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。你把一本書平放在桌上，它的重心在幾何中心；你把它立起來(lái)，重心的高度變了，但在書體內(nèi)的相對(duì)位置沒變；你把它扔出去，它在空中翻滾，重心依然跟著物體一起運(yùn)動(dòng)，位置相對(duì)于物體本身是不變的。

第三，引入重心概念后，我們就可以用一個(gè)有質(zhì)量的“點(diǎn)”來(lái)代替整個(gè)物體。這極大地簡(jiǎn)化了我們的力學(xué)分析過(guò)程，把復(fù)雜的“體”簡(jiǎn)化成了簡(jiǎn)單的“點(diǎn)”，這就是物理學(xué)建模思維的精髓所在。

與思考

把重力這一章吃透，核心在于理解“等效”和“模型”的思想。

我們從萬(wàn)有引力中提取出重力，是從復(fù)雜現(xiàn)象中提取本質(zhì)；我們用一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)來(lái)代替物體，是用理想模型來(lái)簡(jiǎn)化現(xiàn)實(shí)。

在接下來(lái)的學(xué)習(xí)中，無(wú)論是畫受力示意圖，還是進(jìn)行力的計(jì)算，大家都必須時(shí)刻緊繃一根弦：重力方向豎直向下，重力大小與質(zhì)量成正比，重心位置視具體情況而定。

尤其是做題時(shí)，看到“光滑”、“水平”、“勻速”這些關(guān)鍵詞，腦子里要立刻浮現(xiàn)出重力的樣子。不要被生活中那些似是而非的錯(cuò)覺帶偏了節(jié)奏。物理是一門講究嚴(yán)謹(jǐn)邏輯的學(xué)科，每一個(gè)結(jié)論都要有理有據(jù)，每一個(gè)公式都要知其然更知其所以然。

希望今天的梳理，能幫助大家在八年級(jí)物理的起跑線上，就建立起強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。重力，只是力學(xué)的入門，但也是地基。地基打不牢，力學(xué)的大廈是蓋不起來(lái)的。

同學(xué)們，加油！