Question

4．小明在探究影响物体重力势能大小的因素的实验中，采用如图所示的措施：把三根相同的铁钉打入沙中，从空中释放钢球来撞击铁钉，看到的实验现象如图所示．
①通过观察铁钉陷进沙坑的深度来比较各钢球重力势能的大小．
②若A、B两钢球质量不相等，两钢球下落的高度为h_A=h_B，则从观察到的现象可知，A、B钢球重力势能较大的是a球．
③若B、C两钢球质量相等，两钢球下落的高度为h_B＜h_C，则B、C钢球重力势能较大的是c球．
④实验得出的结论是：物体重力势能的大小与物体的质量、物体的高度有关．

Answer 1

分析 （1）本题是把钢球的重力势能转化成铁钉陷进沙坑的深度来比较各钢球重力势能的大小的，这种研究问题的方法叫转换法；
（2）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钢球在下落过程中，钢球的重力势能转化为钢球的动能，对铁钉做功，钢球的重力势能就越大，对铁钉做的功越多，铁钉陷入沙坑越深；
②若A、B两钢球质量不相等，两钢球下落的高度为h_A=h_B，由图可知a铁钉打进沙坑里的深度大于b铁钉打进沙坑里的深度，说明A钢球重力势能较大；
③若B、C两钢球质量相等，两钢球下落的高度为h_B＜h_C，由图可知c铁钉打进沙坑里的深度大于b铁钉打进沙坑里的深度，说明c钢球重力势能较大；
④实验得出的结论是：物体重力势能的大小与物体的质量和物体的高度有关；
故答案为：①陷进沙坑的深度；②a；③c；④物体的质量；物体的高度．

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．