揭秘重力與質(zhì)量的關(guān)系

李皓昱

小紅是一名熱衷科學(xué)的中學(xué)生，在閱讀課上看到了一篇文章——《斜塔上的實(shí)驗(yàn)》，引發(fā)了她深深的思考。這篇文章講述了著名的物理學(xué)家伽利略不畏懼反對的力量，在比薩斜塔上做了質(zhì)量不同的兩個(gè)小球下落的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果兩個(gè)小球同時(shí)到達(dá)地面，這一實(shí)驗(yàn)證明了伽利略提出的“物體下落速度與其質(zhì)量無關(guān)”的結(jié)論。也就是說，質(zhì)量不同的物體，從同一高度下落，它們會(huì)同時(shí)落地。

小紅想到物理課本中學(xué)習(xí)的知識(shí)。就提出了一個(gè)疑問：比薩斜塔實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)質(zhì)量不同的小球，既然落地時(shí)間相同，那么它們對地面的作用效果是否也相同呢？

隨即她找到物理興趣小組的小明和小華，提出了自己的問題。

小明說：“小紅，你有沒有想過，為什么不同質(zhì)量的物體拿在手上時(shí)感覺不同？”

小紅說：“嗯，其實(shí)這就是我們今天要探究的問題，我覺得這可能與重力有關(guān)。”

小華說：“我記得我們在課堂上學(xué)過。重力的大小與質(zhì)量有關(guān)，但是這究竟是怎么樣的一個(gè)關(guān)系呢？”

小紅說：“我猜想，實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量大的小球所受的重力會(huì)大一些?！?/p>

小華說：“那我們怎么做能讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更直觀一些呢？”

小明說：“我們可以通過做實(shí)驗(yàn)來探究這個(gè)問題。我們需要先設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案?！?/p>

小紅說：“有了！我們可以去學(xué)校操場的沙坑那做實(shí)驗(yàn)。運(yùn)動(dòng)會(huì)上同學(xué)們進(jìn)行沙坑跳遠(yuǎn)，落下時(shí)會(huì)在沙子上留下痕跡。我們可以借助沙坑中的痕跡來研究重力與質(zhì)量的關(guān)系?！?/p>

小華說：“這個(gè)主意不錯(cuò)！小球落下造成的痕跡的確很直觀?！?/p>

為了驗(yàn)證大家的猜想，他們一起設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：讓兩個(gè)大小相同、質(zhì)量不同的小球從同一高度下落，在沙坑中留下大小和深淺不一的痕跡，由此進(jìn)行比較，來探究物體所受的重力與質(zhì)量的關(guān)系。

緊接著他們準(zhǔn)備了兩個(gè)大小相同、質(zhì)量不同的小球，尺子，天平，鉤碼，彈簧測力計(jì)等來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

小紅說：“在實(shí)驗(yàn)前，我們應(yīng)該把沙池表面刮平、夯實(shí)一些，來減小實(shí)驗(yàn)誤差，”隨后南小明測量數(shù)據(jù)、小華繪制表格記錄數(shù)據(jù)結(jié)果。

小紅左手拿著質(zhì)量為0.05kg的小球，右手拿著質(zhì)量為0.1kg的小球，雙手舉到同一高度。小明用尺子測量小球所處高度后，小紅雙手同時(shí)松開兩個(gè)小球，小球落在沙池上留下兩處痕跡，經(jīng)過測量，右邊質(zhì)量大的小球砸出的坑較大較深，左邊質(zhì)量小的小球砸出的坑較小較淺。

小華說：“實(shí)驗(yàn)的結(jié)果已經(jīng)被我記錄下來了。我們再用彈簧測力計(jì)測量一下，驗(yàn)證我們的結(jié)果吧。”

小明說：“我們需要先準(zhǔn)備一些質(zhì)量不同的物體，比如紙團(tuán)、木球和鐵球，然后用測量儀器來測量它們的質(zhì)量和所受的重力?！?/p>

小紅說：“我們還需要設(shè)計(jì)一個(gè)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，確保我們在實(shí)驗(yàn)過程中不犯錯(cuò)誤?！?/p>

小明、小紅和小華很快就設(shè)計(jì)好了實(shí)驗(yàn)步驟并開始實(shí)驗(yàn)，他們拿來天平和彈簧測力計(jì)，測量出每個(gè)物體的質(zhì)量和所受的重力，并記錄在表1中。

然后他們把這些數(shù)據(jù)畫在圖上（如圖1），看看能不能發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

小紅說：“從圖1中我們可以看到，物體所受的重力和物體的質(zhì)量確實(shí)成正比關(guān)系，我們的猜想是正確的。”

通過以上實(shí)驗(yàn)，他們得出結(jié)論：質(zhì)量大的物體所受的重力大，質(zhì)量小的物體所受的重力小，物體所受的重力和質(zhì)量成正比關(guān)系，且地球上的重力與質(zhì)量的比值約為10N/kg。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后三人進(jìn)行了反思：

小明說：“在實(shí)驗(yàn)開始前要盡量減少實(shí)驗(yàn)中的變量。比如，不同質(zhì)量的小球，其大小最好相同。”

小紅說：“在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量減小誤差，如沙面是否平整、兩手高度是否嚴(yán)格一致，這些因素都會(huì)對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果造成影響?！?/p>

小華說：“我們做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，一定要按照正確的步驟來操作，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤。而且。我們還需要注意使用完好的測量儀器，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?！?/p>

伽利略在科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，數(shù)理科學(xué)是大自然的語言，為了學(xué)好這門大自然的語言，他決意奉獻(xiàn)自己的一生，這份決心與毅力造就了他“現(xiàn)代科學(xué)之父”的地位，通過以上實(shí)驗(yàn)，三位同學(xué)不僅了解了重力與質(zhì)量的關(guān)系，更親身體驗(yàn)了科學(xué)探究的過程。這是一個(gè)充滿思考與挑戰(zhàn)的過程，它讓我們更加深入地理解和熱愛數(shù)理科學(xué)。