尹亞鋒

【摘? 要】航空航天事業(yè)蓬勃發(fā)展成為我國向世界展現(xiàn)高科技水平的有力證明，同時也不斷推陳出新從而拓展了高中物理考題的范疇，將萬有引力和航天常識點推向高考輿論的漩渦中心。翻閱近些年全國各地高中考試物理考題，萬有引力和航天常識相關(guān)考點千變?nèi)f化，立題獨特，實踐性強。而學(xué)生需參考題目相關(guān)信息來解答題目，部分學(xué)生根本無法理解題目的基本意思，從而無法著手來解答。接下來順著此思路展開論述。

【關(guān)鍵詞】重力場強度;高中物理;應(yīng)用

目前，給重力加速度下一個狹義的定義則為重力場強度，具體為處于地球外表面及其附近的單位質(zhì)量質(zhì)點所承受的重力。借用類比方法把狹隘的重力場強度延伸至地下或高空中，推演出重力場強度的一般表述方法?；诖耍话慊亓鰪姸柔槍鉀Q某些地球引力難題有必要的幫助。

一、重力場強度具體展現(xiàn)形式

庫侖定律闡述了電荷之間的互相干擾規(guī)律;萬有引力定律描述了質(zhì)點之間的互相干擾規(guī)律。二者相關(guān)數(shù)據(jù)的展現(xiàn)公式極為類似，力的大小與距離平方成反比。而靜電力無法產(chǎn)生電荷之間的碰撞，電荷之間的共同干擾則能夠經(jīng)過電場來傳送。跟其非常相似的質(zhì)點之間的互相干擾，且不用物體直接觸碰，而力主要經(jīng)過引力場來完成傳遞。然而，地球外表面及其附近物體遭受地球引力，則力經(jīng)過重力場實現(xiàn)傳導(dǎo)影響。

電場強弱程度如何全面闡述清楚，物理學(xué)家引入了電場強度的概念。尤其是在重力的常識學(xué)習(xí)當(dāng)中，學(xué)生們非常熟知的為重力加速度。此為重力場強度的特殊例子。

然而，大學(xué)物理教學(xué)針對電場探究加深了了解，但針對重力場的探究非常少?；蛟S部分學(xué)者認為重力場已在高中時段探究過，在大學(xué)物理中無須拿出來繼續(xù)探究。但是，高中教學(xué)只是針對重力場的基本含義給出了具體闡述，并沒有進行深層次的系統(tǒng)探討。

大學(xué)物理授課實踐中，帶電球體內(nèi)部以及四邊電場強度借用高斯定理可獲取結(jié)果。當(dāng)r≥R時，通過高斯定理 ∮，·d =qi/ε0，得出4πr2E=πR3τ/ε0 E=;當(dāng)r

在高中物理學(xué)實踐中，庫侖定律呈現(xiàn)方法為：F=k，對比二者系數(shù)獲得K=，綜合以上公式得到：E=

高中與大學(xué)物理教學(xué)中針對重力場強度的講解非常概括，或者完全無講解。所以，平方反比律則要借助庫侖引力和萬有引力來實現(xiàn)，力的數(shù)學(xué)體現(xiàn)基本相等。如何將τ電荷體密度替換成P地球密度，K庫侖常量替換成G萬有引力常數(shù)，E電場強度代替成為重力場強度g，則公式替換成為：g=，r≧R，r

二、重力場強度的具體使用

例1：假設(shè)地球本身是質(zhì)量分布均勻的實心球體，R表示半徑，O表示球心。通過O軸心點，建立一維直線坐標(biāo)軸o，x。其g體現(xiàn)為x軸上數(shù)個方位重力加速度大小，而go展示地球外部所處位置重力加速度大小，嘗試畫出g隨著x的變化聯(lián)系圖。

解析：通過上述公式替換獲知：在小于地球半徑時，重力加速度和距離成正比;在大于地球半徑時，重力加速度和距離平方成反比。

例2：推定地球自身為質(zhì)量分配均勻的實心球體，R當(dāng)作半徑，d表示地球方位中深度礦井。核算出礦井下部和地球外部面方位重力加速度大小對比。

解析：把上述公式替換代入對應(yīng)的數(shù)據(jù)，最終獲知：go==，gd==，隨后兩個公式相除獲得結(jié)果為：=。

三、地面慣性參考系當(dāng)中借助牛頓第二定律解析浮力

自然界中存在一種坐標(biāo)系，在這種坐標(biāo)系中，當(dāng)物體不受力時將保持勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)，這樣的坐標(biāo)系稱為慣性參照系。地面和相對于地面靜止或作勻速直線運動的物體可以看作慣性參照系，牛頓第二定律只在慣性參照系中才成立。若坐標(biāo)系本身就在變速運動（非慣性參考系）時，是不滿足f=ma的。舉個最簡單的例子，兩個同時同向同加速度的物體在一起運動，速度每個時刻都相同。此時假如物體A以物體B為參考系，就是靜止的，而不是變速運動。

浮力具體指液體針對入浸物體的壓力差值，所以率先探討在超重與失重情況下的液體壓強。當(dāng)液體與容器具備豎直朝上的加速度a，液體位于超重情況，就需要清楚液面之下h深位置豎直向上或向下的壓強，需假想在h深位置存在水平放置平面微元，s是面積，核算出此平面上方高為h液柱針對此底面壓強與底面對液柱壓強。

然而，液柱遭受向下重力mg與向上支持力N，隨后做加速度為a的勻加速運動。通過牛頓第二定律，具體為N-mg=ma，因此N=m（g+a），所以底面對于液柱向上壓強為P=====P（g+a）h，其液體密度為p。其他因素針對液柱假設(shè)平面微元壓力N與假設(shè)平面微元針對液柱支持力為一對作用力與反作用力，通過牛頓第三定律，N'=N，所以液柱針對底面向下壓強為P'===p（g+a）h。

所以，在液體通過向上加速度a運轉(zhuǎn)時，其液面下深h位置，通過液重形成向上或向下壓強都是p（g+a）h。推算出此超重情況下液體內(nèi)部壓強計算公式，學(xué)生可針對入浸液體當(dāng)中物體所受浮力實施探討。為了讓問題簡便，推定入浸物體為正方體，邊長是L，上下兩底正好跟液體表面平行，確保自始至終跟容器相對靜止，正方體底部中央和容器底部通過細桿固定連接。此時液體作用在各個相對側(cè)面上壓力，所以互相對稱而抵消，不用考量。作用在上下底壓強分別等于p（g+a）h1、p（g+a）h2，因此，作用于上下底壓力分別是F1=P1S=p（g+a）h1L2，F(xiàn)2=P2S=p（g+a）h2L2，其F1為豎直向下，F(xiàn)2為豎直向上，作用在正方體的合力為F，等同于F2與F1的差額，即F浮=F2-F1=p（g+a）（h1-h2）L2=p（g+a）L3=p（g+a）V浮，當(dāng)中V浮為物體排水面積。

假設(shè)入浸物體排水面積是V，然而圖體形狀不規(guī)則，則需把其當(dāng)作由若干個大小不對等，且形狀類似的正方體構(gòu)成，當(dāng)中各個小正方體承受的浮力均可按照以上算法計算，隨后各個相加，所得數(shù)值應(yīng)該是此物體所承受浮力，即有F浮=p（g+a）V，公式當(dāng)中p是液體密度，物體體積為V。

四、豎直加速參照系當(dāng)中植入慣性力求浮力

液體與容器做豎直向上加速度是a的勻加速運轉(zhuǎn)，液體當(dāng)中假設(shè)有隨意形狀水塊，把此水塊當(dāng)作剛體，此水塊與容器基本靜止，針對地面豎直向上加速度是a非慣性系當(dāng)中觀察，此水塊遭受豎直向下重力G，豎直向下慣性力F慣，豎直向上浮力F浮，水塊位于靜止情況，其F浮=F慣+G=mg+ma=p（g+a）V，其中V是水塊體積。此狀況能使用一個大小或形狀相同物體所代替，此物體承受浮力與大小、形狀等同水塊所承受浮力。

隨之具備向上加速度a液體針對入浸當(dāng)中物體浮力大小是p（g+a）V ，此數(shù)值大于平衡情況下液體針對其浮力。

假設(shè)容器關(guān)聯(lián)液體具備向下加速度，即為液體位于失重情況，入浸液體當(dāng)中物體承受浮力計算和超重狀況下計算等同。設(shè)置向下加速度大小是a（≤g），物體排水體積V，據(jù)推理獲得，入浸物體承受浮力F浮=

p（g-a）V，其a=g物體位于完全失重情況。當(dāng)不受浮力時，物體則做自由落體運轉(zhuǎn)。

總之，在超重情況下液體的浮力逐漸增大，失重情況下液體浮力逐漸變小，完全失重情況下液體浮力為零。

探討了超重與失重情況下液體具體浮力數(shù)值，學(xué)生可借助其處理日常遇到的難題。比如：一個盛水容器內(nèi)漂浮著木塊，在容器做自由落體運動時，計算承受浮力則為零，即為不受浮力。此外，有一個盛水容器內(nèi)漂浮著木塊，容器向上加速過程中，木塊吃水深度則維持不動。

五、解答勻強電場中拋體運動現(xiàn)象

舉例，當(dāng)在場強是E，水平向右的勻強電場當(dāng)中，通過初速度V0豎直向上拋出一個質(zhì)量是m，電荷量是+q的帶電小球，求解：第一，小球在運行實踐中的最小速率;第二，由拋出至速度最小歷經(jīng)時間是多少，且空間阻力不計算在內(nèi)。

分析：小球在運行實踐中受到重力mg與電場力Eq即恒力作用下，將此兩個力合力當(dāng)作等效重力，此問題則轉(zhuǎn)化成了重力場當(dāng)中的斜上拋運動，可采取運動解析的方式求解。首先，重力與電場力合力是+（Eq）2，其為等效重力大小，方向和豎直向下成了θ角，順沿此方向向上為y軸正方向，垂直y軸向右為x軸正方向創(chuàng)建坐標(biāo)系，隨后沿x軸方向小球不受力，直接形成勻速直線運動，即為Vx=V0sinθ確保不改變，順沿y軸方向小球受等效重力影響，率先執(zhí)行勻減速直線運動之后，再做勻加速直線運動，加速度大小為a=，方向沿y軸負方向，因此，Vy=V0sinθ-at。所以，在Vy=0時，小球速度最小，同時最小速度為V=Vx=V0sinθ，通過sinθ=，得知最小速度為V=V0。

由此看出，此題日常分析方法為創(chuàng)建正常坐標(biāo)系，把小球的運動分解為水平向右的勻加速直線運動與豎直上拋運動，在合速度和合理垂直時速度最小。

總而言之，本文利用類比法推理出重力強度常用計算公式，進而提升了重力場難題不單是限制研究地球外部表面及其附近，重力加速度的開拓給學(xué)生探究地球引力相關(guān)難題開啟了全新的視角，加深了其對萬有引力和航天常識的了解。

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