重力是高中物理最基础的概念之一,大家都知道重力G=mg,方向竖直向下,地球不同地方重力不同。但是我问大家三个问题:

1.重力竖直向下到底是什么含义?

2.重力是万有引力吗?它和万有引力关系是怎样的?

3.在地球表面的物体完整的受力分析到底是怎样的?

如果你不能很好的回答这三个问题也没有关系,因为99%的同学都没有掌握这些知识点,今天我们就来把它讲透。

重力竖直向下的含义

重力知识梳理(绝大多数同学都不知道的重力知识点)(1)

如上图,大家都知道地球是个椭圆而不是标准的圆。要想知道我们在地球上任意一点的重力方向。首先需要画出圆周上该点的切线。这条切线我们可以看做是当前的地平面,而重力的方向与切线垂直,方向向下。这就是竖直向下的意思。

由于地球不是标准圆。因此除了在南北极和赤道,剩余位置重力都不指向地心。

看到这里你明白竖直向下的含义了吧:竖直向下是指与切线垂直,方向向下。

重力和万有引力的关系

地球表面物体所受万有引力的方向是永远指向地心的。但是上文我们的结论是重力方向不一定指向地心,可见重力并不是万有引力,那重力和万有引力的关系是怎样的呢?

为了回答这个问题,我们需要对地球表面物体做个完整的受力分析。(注意,以下分析忽略地球的公转以及地球外系统对地球产生的影响)

重力知识梳理(绝大多数同学都不知道的重力知识点)(2)

如上图。在A点的物体受到的力其实只有万有引力(图中的F吸)和支持力(图中的FN)两个。我们把万有引力分解成两个力,其中G与支持力方向相反。F向平行于赤道面,指向地轴。

由于竖直方向物体是静止的,所以G和支持力大小相等方向相反。这两个力为平衡力,这个G就是重力。

看到这里,物体受到的合力就很直观了,就是还没有被平衡的力F向 。也正是这个力使物体跟地球的自转一起转动,做匀速圆运动。

最后要注意一个例外,那就是南北极这两个极点。在这两个点上F向为0,万有引力和重力大小相等方向相反,此处重力加速度最大。

如果上面你看懂了,那第二个和第三个问题你就知道了。恭喜你,掌握了99%的同学都不知道的重力知识点。

总结

竖直向下是指与切线垂直,方向向下。

重力不是万有引力,而是万有引力在竖直方向的分力。

地球上物体所受合力是向心力F向。

思考题

请你分析一下为什么赤道上重力加速度最小

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