Question

20．在研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验中，三个相同的木桩被从空中静止释放的铁块撞击，陷入沙坑中的情况如图所示．
（1）在此实验中，研究对象是铁块（铁块、木桩），我们是通过观察木桩陷入沙坑中的深度来比较各铁块重力势能的大小．
（2）若A、B两铁块质量相等，则两铁块下落高度的关系是h_A＜h_B．
（3）若A、C两铁块下落的高度相同，则两铁块的质量关系是m_A＜m_C．

Answer 1

分析 （1）本题是把铁块的重力势能转化成木桩陷进沙坑的深度来比较各铁块重力势能的大小的，这种研究问题的方法叫转换法；
（2）（3）重力势能的大小与物体的质量，物体被举起的高度有关，当高度相同时，物体的质量越大，重力势能越大；当质量相同时，物体被举得越高，重力势能越大，结合图象进行分析判断．

解答 解：
（1）在此实验中，铁块的重力势能转化为木桩的动能，故研究对象是铁块；铁块的重力势能就越大，说明木桩获得的能量就越多，木桩陷入沙坑越深；
（2）根据观察图象可知B撞击木桩陷入沙坑的深度大，说明B重力势能大，若A、B两铁块质量相等，则A下落的高度小于B；
（3）若A、C两铁块下落的高度相等，C撞击木桩陷入沙坑的深度大，则铁块A的质量小于C的质量．
故答案为：（1）铁块；木桩陷入沙坑中的深度；（ 2）＜；（3）＜．

点评 解决此类问题时，通常是利用转换法和控制变量法来探究物体的重力势能的大小与质量和高度的关系．