定义 重力方向总是竖直向下,即垂直于当地水平面指向地心方向。
从哪来 建立在“质量概念”之上。物体因具有质量而相互吸引,地球质量巨大,对周围物体产生指向地心的引力,即重力。
为什么 地球是一个近似球体,万有引力的方向始终指向地心。虽然地球自转会导致重力方向与万有引力方向有微小偏差,但在初中物理范畴内,我们忽略自转影响,认为重力方向就是指向地心的方向。由于地球表面是曲面,不同地点的“指向地心”方向不同,但相对于该点的水平面,重力方向始终垂直向下,这就是“竖直向下”。
讲法
适合:空间想象力强、喜欢直观演示的学生
讲法:铅垂线实验
拿出一个重垂线(或悬挂的小球),让学生观察无论怎么倾斜悬挂点,小球静止时悬线始终指向同一个方向。强调这个方向就是“竖直向下”。接着,让学生拿一本书,把书倾斜放置,问:“如果书上的物体掉下来,会沿着书的斜面掉下去吗?”引导学生意识到,重力方向不随支撑面倾斜而改变,始终垂直于水平面,而不是垂直于斜面。
讲法
适合:逻辑推理能力强、喜欢探究原理的学生
讲法:地心指向推导
先复习质量概念,引出万有引力。画出地球剖面图,标出不同位置的物体(北极、赤道、某山地)。用箭头画出各物体受到的引力方向,发现所有箭头都汇聚于地心。然后定义“水平面”为过该点且垂直于半径的切面。通过几何关系证明:指向地心的方向必然垂直于水平面。从而得出结论:重力方向是“竖直向下”,而非简单的“垂直向下”(因为垂直向下可能指垂直于任意接触面)。
讲法
适合:生活经验丰富、喜欢联系实际的学生
讲法:建筑与装修实例
展示装修工人使用重垂线检查墙壁是否垂直的照片。提问:“为什么工人不用直尺量,而是用重垂线?”引导学生思考:因为重垂线受重力作用,方向固定不变,始终竖直向下。如果墙壁与重垂线平行,说明墙壁竖直。再举例:篮球投篮时,球出手后受重力影响,轨迹是抛物线,其竖直分量始终向下。强调“竖直向下”是绝对方向,不受物体运动状态或放置角度影响。