Question

（2007?临汾）被举高的物体具有重力势能，小明猜想重力势能的大小可能与物体被举的高度和物体的质量有关．为了验证自己的猜想，小明进行了如下实验：让物体自由下落冲击小方桌，小方桌的桌腿是四根钉子，并放置在沙箱的沙面上．如图所示．?
（1）他通过观察

钉子进入沙堆的深浅

 来判断物体重力势能的大小．
（2）比较图中A和B是通过控制

质量不变

 来验证重力势能的大小与

高度

  的关系．
（3）要验证重力势能的大小与质量有关，应选择图中的

C

 和

D

 进行对比实验．
（4）你还可以用什么简单的方法验证重力势能与高度有关：

让同一个铅球从不同高度自由落在地上，比较其将地面砸的坑的深浅

．

Answer 1

分析：（1）钉子进入沙堆的深浅，体现了物体对其做功的多少．钉子进入沙堆越深反映了小球具有的重力势能越大．这用到了转换法．
（2）利用控制变量法，比较图中A和B相同因素和不同因素，总结出研究的对象．
（3）利用控制变量法，要验证重力势能的大小与质量有关，需控制质量其他的因素相同，只有质量不同，从图中找出符合条件的图即可．
（4）要想用简单的方法验证重力势能与高度有关，需控制高度以外的因素相同，只有高度不同．取材方便、操作简单、现象明显均可．

解答：解：（1）通过小明设计的实验可以知道，他是通过比较钉子进入沙堆的深浅来比较重力势能的大小的．钉子进入沙堆越深说明物体小方桌做的功越多，它原来具有的重力势能越大．
（2）比较图中A和B可知，两次实验所用的物体质量相同，物体所处的高度不同，说明图中A和B是研究重力势能的大小与高度的关系的．
（3）根据控制变量法，要验证重力势能的大小与质量有关，应控制物体的高度相同，改变物体质量的大小，符合条件的是C和D．
（4）验证重力势能与高度有关时，也可以将同一个铅球从不同高度自由落在地上，比较其将地面砸的坑的深浅．
故答案为：
（1）钉子进入沙堆的深浅；（2）质量不变；高度；（3）C；D；（4）用铅球砸地、用小钢珠砸橡皮泥等．（只要符合题意均可）

点评：在设计实验和写结论时常用控制变量法来分析．在研究物理量的变化时常用转换法来分析．