Question

在探究重力勢能與什么因素有關時，同學們經過討論，提出如下猜想：重力勢能的大小可能跟物體的質量有關；也可能跟物體的高度有關．下面是小明和小聰關于這個問題討論后的實驗設計．
設計一：讓質量為m的物體從不同高度落向插入沙坑中的木樁．
設計二：讓質量為m和2m的兩個大小不同的物體從同一高度落向插入沙坑中的木樁．
實驗發現B比A插入得深，D比C插入得深，如圖所示．請解答下列問題：

（1）要探究重力勢能與高度的關系應選用________．
（2）根據設計二及實驗結果的圖示，可得出的結論是________．
（3）拓展：游樂場的過山車為什么不需要引擎來推動就能“翻山越嶺”呢？原來過山車在開始運行時，是靠一個機械裝置推上最高點的，但在第一次下行后，從這時起帶動它沿軌道行駛的唯一“發動機”就是重力勢能．在生產與生活中，利用了類似“發動機”的有________（舉一例）．

Answer 1

解：（1）設計一是讓質量相同的物體從不同高度落向插入沙坑中的木樁，通過木樁陷入沙中的深度來反映重力勢能的大小，也就是探究重力勢與高度的關系．
（2）分析乙圖中C、D可知，在物體的高度一定時，質量越大，物體的重力勢能也越大．
（3）結合生活實際，可以舉例，如：騎自行車下坡時滑行；飛行員跳傘后打開降落傘之前下落等．
故答案是：（1）設計一（甲圖）；
（2）在物體的高度一定時，質量越大，物體的重力勢能也越大；
（3）騎自行車下坡時滑行；飛行員跳傘后打開降落傘之前下落等（其他合理答案也可）．
分析：（1）影響物體重力勢能大小的因素有多個，要探究重力勢與高度的關系，應保證物體的質量相同．
（2）由乙圖可知，兩個質量不同的物體從同一高度下落，通過觀察木樁陷入沙中的深度可知重力勢能與質量的關系．
（3）分析題中例子可知，在生活中利用重力勢的現象很多，如騎自行車下坡時滑行等．
點評：在該實驗探究中，是采用轉換法和控制變量法來研究重力勢與質量及高度的關系，解題的關鍵是要清楚研究一個影響因素時，必須保證其它的影響因素相同．