笔者曾仔细研读过几十篇探讨重力概念和重力与地球引力关系的论文，发现这一基本问题在我国物理教育界中争议很大，至今也没有一种统一的说法。通过查阅资料，思考、分析并与他人讨论之后，提出自己的一些看法，与大家交流讨论，欢迎批评指正。
1 重力与地球引力关系的争议
现行中学物理教材中对重力的定义是：“……由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力”[1]。在表述万有引力定律时说：“自然界中任何两个物体都相互吸引……”[2]，这种相互吸引的力称为万有引力，它存在于自然界中任何两个物体之间，因此是“万有”的。但由于引力常量的数值很小(SI：10-11数量级)，因此只有当两个物体中至少有一个质量特别大时，才表现出可观测的吸引力来，例如地球对其附近物体的万有引力，姑且将其称为“地球引力”。
重力的本质来源是地球引力，在地球附近的物体都受重力。而测量重力通常可以用静力学方法，即将物体置于弹簧秤上并相对于地面静止时，根据平衡条件，物体所受重力是弹簧秤对物体支持力的平衡力。有些书中就用类似的方法定义重力，如“重力是物体相对于水平面静止的物体所受支持力的平衡力”[3]。不考虑地球的自转，重力指的就是地球附近物体所受的地球引力。但实际上用静力学方法测量重力都是在地面上进行的，或者说是以地球为参考系的，因此都考虑了地球自转的影响，称为“表观重力”或“视重”，简称“重力”。
由此说明重力与地球引力的关系十分密切。那么重力与地球引力到底是什么关系？这必然涉及到“重力”概念的定义(人为规定)。目前物理教育界至少有以下三种不同的观点：
(1)重力就是地球引力。如复旦大学郑永令等编著的《力学》中直接说：“重力就是地球与物体的万有引力”[4]；
(2)重力是地球引力与离心惯性力的合力。如北京师范大学漆安慎等编著的《普通物理学教程·力学》中所论证：“质点重力为地球引力与离心惯性力的合力”[5]；
(3)重力是地球引力的一个分力。如人教版大纲教材的教师教学用书中明确指出：“重力是引力的一个分力”[6]。
笔者认为，以上三种观点都是正确的，并不相互矛盾，而且本质上是一致的、统一的。产生分歧的根源在于，选择什么样的参考系来考察重力，包括怎样看待地球自转对重力的影响。下面笔者从这两个方面予以分析论证。
2 重力与地球引力关系的分析
2.1 在地球上(惯性系中)观察
不考虑地球的自转，那么地球必然是一个标准球体，且本身是一个惯性系。如果在地球上(惯性系中)观察，用弹簧秤测量重力时，地面上任一位置的物体放置在弹簧秤上相对地面静止，真实受到的力只有地球引力和弹簧秤的支持力。如图1所示。
根据二力平衡条件，此时地球引力与弹簧秤的支持力平衡。而从测量的角度看，重力与弹簧秤的支持力平衡。即重力与地球引力相等。因此，当忽略地球自转时，在地球上(惯性系中)，物体所受重力就是地球引力，只是给同一个力两个不同的名称而已。另一方面，由于地球是标准球体，且认为地球的质量分布均匀，那么与地表切面(小范围内的水平面)垂直向下的方向正好指向地心，即重力的方向(竖直向下)指向地心，与地球引力的方向相同。
2.2 在地球上(非惯性系中)观察
考虑地球自转的影响，那么地球本身不是一个精确的惯性系，而是一个绕地轴转动的非惯性系。如果要在非惯性系中应用牛顿运动定律，就需要引入惯性力。当观察者处于非惯性系中时就能感受到惯性力的存在，并且具有与真实力一样的力学效应，可以与真实力一样对待。如果在地球上(非惯性系中)观察，用弹簧秤测量重力时，物体受地球引力、弹簧秤支持力和离心惯性力三个力的作用而相对地面静止(两极除外)。如图2所示。
根据三力平衡条件，任意两个力的合力与第三个力平衡，即地球引力和离心惯性力的合力(常称为“表观力”)与弹簧秤的支持力平衡。而从测量的角度看，重力与弹簧秤的支持力平衡。即重力与地球引力和离心惯性力的合力相等。因此，当考虑地球自转时，在地球上(非惯性系中)，物体所受重力是地球引力与离心惯性力的合力。此时重力与地球引力的大小和方向都略有差异，而且由于在地球附近不同的位置(纬度和高度)处，物体所受离心惯性力的大小不同，所以重力随位置的变化而变化。另外，由于地球的自转破坏了地球的球形体而成椭球体，导致重力随位置的变化更明显一些，重力的方向(竖直向下)也更加偏离了地球引力的方向(指向地心)。
2.3 在地球外的惯性系中观察
所谓惯性力是在非惯性系中的观察者因参考系本身的加速度而感受到的额外的力。或者说，只有观察者处于非惯性系中才能观测到惯性力，而在惯性系中是没有惯性力的。如果在地球外的惯性系中观察，用弹簧秤测量重力时，由于地球的自转，放置在弹簧秤上的物体在地球引力和弹簧秤支持力的作用下随着地球一起，绕地轴做近似匀速圆周运动(两极除外)。如图3所示。
此时地球引力与弹簧秤支持力的合力垂直指向地轴，提供向心力。也可以这样理解，把地球引力按作用效果分解为两个分力：一个分力充当物体做匀速圆周运动所需要的向心力，它的效果是使物体沿圆形轨道运动；另一个分力就是重力，它的效果是使物体获得重量。即重力与地球引力的一个分力相等。因此，当考虑地球自转时，在地球外的惯性系中，物体所受重力是地球引力的一个分力。此时重力与地球引力的大小和方向都略有差异，而且由于在地球附近不同的位置(纬度和高度)处，物体做圆周运动所需要的向心力大小不同，所以重力随位置的变化而变化。另外，考虑地球是椭球体，那么重力随位置的变化更明显一些，重力的方向(竖直向下)也更加偏离了地球引力的方向(指向地心)。
3 思考与总结
综上所述，在不同的参考系中考察重力，包括是否考虑地球自转对重力的影响时，重力既是地球引力，又是地球引力与离心惯性力的合力，还是地球引力的一个分力。同一问题似乎有三个不同的结论，但每个结论在特定的情况和参考系下都是正确的。因此它们并没有矛盾，本质上是一致的、统一的。
3.1 近似研究中应该取消重力概念
在地面附近的范围内，重力的研究和应用采用了近似研究的方法，忽略了地球的自转，重力近似等于地球引力，并且同一物体在地球附近各处受的地球引力相同，这样重力就近似为恒力。运用近似方法可以顺利地进行有重力参与的动力学问题的研究，如抛体运动和竖直平面内的圆周运动等。此时并没有显现出重力独有的性质和独到的作用，实际上不是在研究重力，而是在研究引力。或者说虽然有了重力概念但是没有真正应用它。通过查阅资料发现，在引力概念提出之前，重力概念就已经形成了。确切地说，有了引力概念之后，重力概念就失去了其存在的价值。就这个意义而言，笔者认为，在忽略地球自转时的近似研究中，为了不引起概念之间的混乱，应该取消重力概念，只需要建立引力概念就可以了，完全可以让地球引力与弹力、摩擦力组合成力学中三个基础的力。
3.2 不同参考系中重力是合力或分力的等效性
考虑地球自转的影响，重力是合力或分力这两个结论是等效的，只是选用的参考系不同而已，现用两种方法证明如下。笔者认为，参考系(或说坐标系)的问题，是数学的问题，是人们为了研究问题的方便而选择不同的工具。因此这种等效性也只是数学逻辑上(或说数学形式上)的等效，而物理本质上并不等效。
在地球上(非惯性系中)观察，物体所受离心惯性力为：
F离＝－mw2r，
在地球外的惯性系中观察，物体随地球自转所需要的向心力为：
F向＝mw2r，
由此说明分别在两个参考系中的离心惯性力与向心力相对应，且二者大小相等、方向相反。
(1)用代数方法证明：
在地球上(非惯性系中)重力是地球引力与离心惯性力的合力，其矢量表达式是：
G＝F引＋F离＝F引－mw2r，
在地球外的惯性系中重力是地球引力的一个分力，地球引力的另一个分力是向心力，其矢量表达式是：
G＝F引－F向＝F引－mw2r，
即证明了在不同的参考系中，重力是合力或分力这两个结论是等效的。
(2)用几何方法证明：
在地球上(非惯性系中)，由离心惯性力、地球引力和重力组成一个平行四边形；在地球外的惯性系中，由向心力、地球引力和重力组成另一个平行四边形。而在这两个平行四边形中，离心惯性力与向心力大小相等、方向相反，两个地球引力重合，两个重力重合。即证明了在不同的参考系中，重力是合力或分力这两个结论是等效的。
3.3 重力不是性质力而是效果力
力的合成是把几个力的共同作用效果，想象成是一个力的作用效果，这个力称作合力；力的分解是按照力的多个作用效果，把一个力想象成与各作用效果对应的几个分力，并用这些想象出来的分力把原来的那个力替换掉。也就是说，合力与分力都是人们的一种感觉、一种经验。因此，不论是在非惯性系下作为合力，还是在惯性系下作为分力，重力都是在已经存在的理论基础上，经过科学思维，人为地想象出来的虚拟的力，而不是真实所受到的作用力。
从另一方面，因为分力与合力之间是一种“等效替换”的数学运算关系，“等效”并不是“完全等同”，“替换”就是所谓“有你便无我”。因此二者不可能同时都是物体所真实受到的作用力。就这个意义而言，重力不是一个独立存在的作用力，即不是一种按产生原因命名的性质力，而是一种按作用效果命名的效果力，合成与分解都是在求效果力。重力是由于地球引力的作用而使物体获得重量，并因此得名，这就是重力与地球引力的关系，即效果名与原名的关系。效果一旦消失了，效果力也就消失了，如宇航员在太空中感觉轻飘飘的，此时地球引力的效果名不再是重力，只能说是万有引力恰好完全提供了宇航员做圆周运动所需要的向心力。
但在对物体进行受力分析时，通常说只分析性质力，不分析效果力，因为效果力不是物体真实受到的力，而是由于别的力产生了这样一种效果使物体所需要的力。为什么平时都要分析物体受到了一个重力呢？那是因为，直接用重力作为一个合力，来等效替换掉地球引力和离心惯性力这两个力更为方便，也很合理，而不再去分析地球引力和离心惯性力。对此笔者认为，学习时重在理解物理概念的含义和本质，要灵活变通，这种说法只是强调受力分析时不能同时分析性质力和效果力，避免重复或多余分析受力。效果力是由性质力充当的，往往是知道作用效果或者运动情况后才能确定，而性质力的产生原因本身是确定的，因此只分析性质力要更直观更容易一些。
4 结束语
最后必须指出，本文的讨论其实意义不大，因为这种问题并不影响一般的教学。学生没想那么多、那么深，只要基本不产生误解就好，但绝对不能机械地记忆，必须要明白物理概念是怎样形成的，学生对物理概念的理解也是随着学习内容的不断加深拓宽而逐步深入和完善的。不过作为教师应该要澄清这些基本问题，才能在教学中不把物理概念教死，更不能出现科学性的错误，而要做到游刃有余、深入浅出。
参考文献
[1] 张大昌等.普通高中课程标准实验教科书物理1(必修)[M].北京：人民教育出版社，2010：51.
[2] 张大昌等.普通高中课程标准实验教科书物理2(必修)[M].北京：人民教育出版社，2010：40.
[3]梁绍荣，刘昌年，盛正华.普通物理学第一分册·力学[M].北京：高等教育出版社，1987：198.
[4] 郑永令，贾起民，方小敏.力学(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2002：66.
[5] 漆安慎，杜婵英.普通物理学教程·力学(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2005：194.
[6] 人民教育出版社物理室.全日制普通高中物理教师教学用书(第一册)[M].北京：人民教育出版社，2003：21.
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