Question

（2007?臨汾）被舉高的物體具有重力勢能，小明猜想重力勢能的大小可能與物體被舉的高度和物體的質量有關．為了驗證自己的猜想，小明進行了如下實驗：讓物體自由下落沖擊小方桌，小方桌的桌腿是四根釘子，并放置在沙箱的沙面上．如圖所示．?
（1）他通過觀察

釘子進入沙堆的深淺

 來判斷物體重力勢能的大小．
（2）比較圖中A和B是通過控制

質量不變

 來驗證重力勢能的大小與

高度

  的關系．
（3）要驗證重力勢能的大小與質量有關，應選擇圖中的

C

 和

D

 進行對比實驗．
（4）你還可以用什么簡單的方法驗證重力勢能與高度有關：

讓同一個鉛球從不同高度自由落在地上，比較其將地面砸的坑的深淺

．

Answer 1

分析：（1）釘子進入沙堆的深淺，體現了物體對其做功的多少．釘子進入沙堆越深反映了小球具有的重力勢能越大．這用到了轉換法．
（2）利用控制變量法，比較圖中A和B相同因素和不同因素，總結出研究的對象．
（3）利用控制變量法，要驗證重力勢能的大小與質量有關，需控制質量其他的因素相同，只有質量不同，從圖中找出符合條件的圖即可．
（4）要想用簡單的方法驗證重力勢能與高度有關，需控制高度以外的因素相同，只有高度不同．取材方便、操作簡單、現象明顯均可．

解答：解：（1）通過小明設計的實驗可以知道，他是通過比較釘子進入沙堆的深淺來比較重力勢能的大小的．釘子進入沙堆越深說明物體小方桌做的功越多，它原來具有的重力勢能越大．
（2）比較圖中A和B可知，兩次實驗所用的物體質量相同，物體所處的高度不同，說明圖中A和B是研究重力勢能的大小與高度的關系的．
（3）根據控制變量法，要驗證重力勢能的大小與質量有關，應控制物體的高度相同，改變物體質量的大小，符合條件的是C和D．
（4）驗證重力勢能與高度有關時，也可以將同一個鉛球從不同高度自由落在地上，比較其將地面砸的坑的深淺．
故答案為：
（1）釘子進入沙堆的深淺；（2）質量不變；高度；（3）C；D；（4）用鉛球砸地、用小鋼珠砸橡皮泥等．（只要符合題意均可）

點評：在設計實驗和寫結論時常用控制變量法來分析．在研究物理量的變化時常用轉換法來分析．