地球为什么没有被拉断？——兼谈力的效应，本文主要内容关键词为：拉断论文,效应论文,地球论文,兼谈力论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
我们在推进素质教育，开展中学生主体学习活动中，鼓励学生独立思考，鼓励学生对课本、对教师质疑。学生提出了这样的问题：
全日制普通高中教科书《物理》第二册第40页“万有引力恒量的测定”一节中说：“太阳和地球之间的吸引力就更大，大约等于3.56 ×10[22]N。这样大的力如果作用在直径是9000km的钢柱两端， 可以把它拉断！”如果真如此，这样大的力为什么没有把地球“拉断”？要知道地球直径12.7×10[6]m与钢柱直径应属同一数量级，而地球的构成材料的抗拉程度远远小于钢铁的抗拉程度，是不是教科书搞错了，钢柱的直径应该是9000m而不是9000km？从地理学的知识知道， 地球仅是薄薄的地壳包住了融熔状态的岩浆，它的抗拉能力不及钢的千万分之一。请老师对此作出解释，或反映给编辑教科书的专家，请核校数据。
面对这样的质疑，我感到由衷的惊喜。为使学生满意，仅仅鼓励一番，表扬一番是不够的，如果能引导学生自己解决问题，得到科学的结论，并在此过程中发展学生的能力，岂不比我直诉结论更好吗？
我布置学生完成以下工作：
1.计算核实太阳对地球的引力是否是3.56×10[22]N？
2.核查钢筋的抗拉标准，看9000km直径的钢柱能承受的最大拉力的数量级是否是10[22]N？
3.在课本数据可靠的前提下寻求合理的解释，即为什么钢柱被拉断，而地球不被拉断？
这说明课本上提供的太阳与地球之间的吸引力大约是3.56×10[22]N是可靠的。
根据建设部颁布的建筑材料标准，普通光圆钢筋的抗拉强度为370N／mm[2]，以光圆钢筋的标准作为直径9000km的钢柱的标准， 其抗拉总能力为F＝f[,0]·S＝f[,0]·（π／4）D[2]，代入数据，
这验证了课本中的9000km的数据是可靠的。
剩下的工作是解释钢柱为何被拉断。
我启发学生思考力会产生什么物理效应。经过启迪学生懂得力有两个效应：（1）使物体形变；（2）使物体产生加速度。
图1中的圆柱体相当于9000km直径的钢径， 在它的两端各施加等大的力F，则钢柱没有加速度，它的每一层面间都产生大小如F的应力，这时力F使钢柱产生形变，一旦力F增大到F／S（S 为横截面积）超过抗拉强度，则钢柱就被拉断了。
图2中的地球在万有引力作用下做匀速圆周运动， 太阳对地球的引力充当向心力，产生向心加速度，即不断地改变着地球的运动方向，这个引力总量是3.56×10[22]N。 它是地球中各个很小的质量元与太阳独立作用产生的（微）引力的迭加总量，（微）引力的效果只使质量元产生向心加速度，并不使各质量元发生形变，不使质量元间产生应力，其总量3.65×10[22]N也不使地球内部各层面间产生应力， 所以我们不用担心万有引力会将地球拉断。
至此学生基本上感到满意，但仍有部分学生锲而不舍，提出如下问题：（1）是不是做圆周运动的物体不产生形变？（2）力的效应与力的性质有什么关系。
回答（1）：请学生回家用一塑料袋兜一块嫩豆腐， 使之做圆周运动，逐渐加快，看豆腐是否会破碎？若破碎了就证明有的物体做圆周运动会发生形变，或被拉断、或被压碎。
学生做了实验，豆腐碎了，说明什么？（说明：由弹力充当向心力，物体内部有形变应力）
回答（2 ）：比较万有引力充当向心力使地球做圆周运动和弹力使豆腐做圆周运动，不同性质的力在使物体产生加速度方面是等效的，但在使物体发生形变上是不等效的。举例如下：
在地球表面附近使物体做自由落体运动，a＝g，方向向下，但物体无形变。若在水平桌面上用力F牵引一质量为m，长度为ι的均匀木棒，假设桌面光滑，则木棒上各点加速度相同，但棒内各截面上均有应力，而且各截面上力不等值，服从如下规律a＝F／m（整体法），F″＝F ′＝（x／ι）m·a＝x／ι·F（隔离法）。
经过师生的共同探讨，无论学生、老师均受益匪浅。正如一个学生说，这样学物理才算有“物”有“理”、由“物”求“理”。
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