重力场强度在高中物理中的应用

摘要：重力场强度就是重力加速度，指的是处于地球表面和周边单位质量的质点承受的重力。重力强度也就是地下和高度的一种体现。将重力强度应用于高中物理中，能够更好的解决关于地球引力的问题。本文对此作出相关探究。

关键词：重力场强度;高中物理;应用

我国曾连续两年成为世界年度航天发射次数冠军。航天航空足以见证了我国在高科技领域上取得的成就，其高速的发展推动了高中物理学科的改革，万有引力已成为高中物理中的重点内容。近十年来，在我国的高考物理试题中，万有引力都占据着重要位置，从而体现了时代特点。本文以重力场强度为出发点，对其在高中物理学科中的应用作出了简单阐述。

一、重力场强度

库伦定律将电荷相互间的作用规律进行了表达，万有引力则体现了质量相互间的作用规律。这两个内容在数学表达上十分相近，力的强弱与距离平方成反比。静电力的产生无需电荷彼此直接碰触，电荷间的反应是根据电场实现的。同样，质量间的互相作用也无需物体间直接碰触，力是以引力来实现的。地球表面和周边的物体都受到地球引力的影响，由重力场将力进行传达。为更好的表达电力场，物理学家给出了关于电力场强度的概念。可在对重力学习的过程中，重力加速度被人们所熟知，其在重力场强度中十分特别。在大学物理教材中，对电力场有着十分详细的研究，可是关于重力场的内容却十分薄弱。 在高中阶段，对重力场也存在一定的研究，可是对其只提出了概念，缺乏系统的论述。

二、通过直接比较物体所受的重力对重力场强弱进行表达

重力场的概念十分抽象，就算是重力场属于我们置身于其中的场，学生也仅是体会到物体的质量大小所呈现的是受重力大小。所以，根据重力大小来判断重力场的强弱，是来自于学生的日常生活。对此，教师可引出问题：是否能用物体的承重力来表达重力场的强弱，根据此种想法，设质量为m = 10kg的物体处于海平面相同高度的北纬27°位置A上，质量为M = 100kg的物体置于相同纬度高度为8844 米的珠穆朗玛峰B位置。通过运用测力计，得出A、B所承受的重力依次为GA=97.91N，GB =976.5N，结论为GB>GA。教师鼓励学生进行讨论：GB> GA是否就代表峰顶的重力场比海平面的重力场大，结合实际经验作出分析，因为重力是万有引力的体现，离地心越近，说明引力越强，海平面相较于峰顶，更接近于地心，因此其重力场更强，然而GB > GA的结论很显然不符合。根据分析就能够发现，因为在进行比较的过程中缺乏一定的标准，所以比较结果也失去了意义[1]。

三、显化物理科学法

显化物理科学法能够帮助学生在物理学习的过程中将知识实现正向迁移，避免知识发生负向迁移现象。在对重力强度的备课中，学生已经掌握了用比值定义的方法构成密度概念，因此有助于学生对重力强度进行更好地理解，从而促进了知识的正向迁移。另外，在同样的定义进行重力强度比较时，可以通过除法让质量达到一定标准，还需要加强除法的作用。在构建概念中，通过除法把物体的承重力根据一定的质量标准进行比较，物体的承重力和质量不进行比较。质量是指在重力场中物体所承受的重力强度，重力场的强度可以通过比值体现。学生必须对此点作出了解，才可以避免走进误区，预防知识负向迁移[2]。

四、重视物理本质教学

在重力场强度教学中，需要认识到辨析重力常量、重力场强度、重力加速度的物理本质。尽管它们数值相同，物理意义却存在差异。重力常量是通过重力与质量相除得出的比值，属于物理表现系数，将N/kg作为单位。重力加速度就是通过物理受重力所表现出的加速度，也就是自由落体加速度，将g作为符号，体现为垂直向下，将m/s2作为单位。结合牛顿第二定律F=ma能够了解，重力是通过物体质量和重力加速度相乘得出的，也就是G=mg。重力场强度就是对重力场的强弱进行表达，公式是单位质量的质点所体现的承重力，其概念与电场强度属于同类。学生需要对三者的意义进行深刻了解，就能够对重力场强度做到真正理解，并容易将三重概念进行區分。

五、注重教学细节特点

在重力场强度教学的过程中，要对重力场强度的概念进行充分了解，还需要明确重力场强度的影响因素，对教学细节加以重视。关于重力场强度，它指的是引力场强度与惯性离心力场强度的向量和，不具备特定的计算公式。凭借重力加速度与重力场强度的相似性，还可以通过直观图像来呈现在相同维度重力场强度的变化范围，从而让重力场强度的知识体系得到了拓展。这不仅加强了学生对重力场强度的理解，并且让学生对整个知识体系有了更好的认知[3]。

六、比值的物理意义

重力场的强弱是根据对重力大小进行比较得出的，可是比较的结果，却和研究的结论不一致。其结果与重量和重力毫无关联，人们将这个结果叫做重力场强度，也就是重力场强，用g表示这个常量。此常量所代表的是重力场的强弱。可以看出，g代表重力场自身的属性，它的值不会因为物体的受重力而变化。此外，还需要明确的是，地球维度以及高度都会让重力强发生变化。纬度一定时，随着高度的增长，重力强会随之减小。而高度一定时，随着纬度的增高，重力场强会随之增大。

七、区别静电场与重力场

第一，电势和高度。电势的概念比较难于理解。通过比值定义物理量的方式，得出电势能与电荷量的比值是电荷在电场中某点的性质体现的，从而其两者的比值就叫作电势。此种构建物理概念的方法对一些学生而言是很难理解的，还有的学生会将有关公式相混淆。因此，让学生通过教材了解电势后，再让学生去对重力场进行了解，在其中寻找与电势相似的物理量，学生就会认识到，重力场通过高度进行表达，就如同电场用电势进行表达。第二，电力场做功与重力做功。电力场做功和电荷通过的路径并无关联，却与电荷起始和终止的位置相关[4]。学生在学习完电势差后，通过深入了解，电场做功和电荷始末处的电势差相关，表现为WAB=qVAB，就如同重力场中的重力做功和物体始末处的高度差相关。此种求电场力做功的方法被普遍运用，那重力做功公式W=mgh是否就能够写成W=mgΔh呢？尽管保守力概念在高中物理中不提倡，可是，学生能够认识到电场力做功和重力做功的相似电是有益的。还能够拓展到，倘若重力场仅是重力做功，那么物体的重力势能与动能就可以彼此转化，总量不改变。同理，电场中的电荷，倘若只是通过电场进行做功，电势能与动能就可以相互转化，总量不做改变。

结束语

根据高中物理对重力场的表达，就可以明确，教材以力为出发点对重力场进行阐述，却没有重力场强度相关内容。重力场概念的特点十分抽象，重力场强度是重力场强弱的物理量。从高中物理教材来看，学生只对重力有所了解，对重力场强度并不明确。如此一来，会给学生以后的学习带来一定程度的影响。为消除此种情况，将重力场强度有效的应用到高中物理中是十分必要的，从而达到最佳的学习效果。关于对重力场的探究以不受限于地球表面乃至周边，重力加速度为人们研究地球万有引力开拓了路径，让学生对引力和航天知识实现进一步了解。

参考文献：

[1]朱留华. 重力场强度在高中物理中的应用[J]. 科技视界， 2020， No.308（14）：140-142.

[2]傅祥. 高中物理复合场问题处理方法探研 [J]. 成才之路， 2019，（2）：86-86.

[3]操时良. 显化科学方法视角下物理规律的探究思路——以"太阳与行星间的引力"教学为例[J]. 物理通报， 2020，（5）：113-116.

[4]鲍永新. 静电场与重力场（引力场）类比研究促进物理观念建构[J]. 中学物理教学参考， 2019（11）：21-23.

贵州省遵义市播州区团溪中学 穆贤梅