Question

17．在探究“物体的重力势能与什么因素有关”时，小强提出了如下猜想：
猜想一：物体的重力势能可能与物体的质量有关；
猜想二：物体的重力势能可能与物体所在的高度有关．
为此他设计了如图甲所示的实验装置．将两端开口、长约1m、粗细均匀的圆柱形玻璃管竖直固定在铁架台上，将粗细适宜的圆柱形泡沫塑料块置于玻璃管内O点处（塑料块与玻璃管内壁有适量的摩擦）；其他器材还有：刻度尺、一组系有细线的质量不等的钩码，用于调整泡沫塑料块回到O点位置的木棒．（如图乙所示）
（1）探究“猜想一”时，应使用质量不同（选填“相同”或“不同”）的钩码从相同（选填“相同”或“不同”）的高度在玻璃管内由静止下落，去冲击O点的泡沫塑料块，然后用刻度尺分别测量泡沫塑料块下移的距离；从而比较出重力势能的大小．
（2）像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫转换法；这种方法在物理学研究中经常用到，请举一例在研究电磁铁磁性时，通过吸引大头针数目的多少来判断电磁铁磁性的强弱．
（3）请设计探究“猜想二”的记录实验数据的表格．

Answer 1

分析 （1）由于物体的重力势能与两个因素有关，因此在探究时，要用到控制变量法．在探究物体的重力势能与质量的关系时，要利用控制变量法的思路去控制物体的质量不同，让其他因素都相同去设计实验．
（2）应用转化法学习的有：在探究“压力作用效果”实验中，将压力的作用效果通过海绵的凹陷程度来反映；研究声音是由振动产生的，用乒乓球的振动来显示音叉的振动；在研究电磁铁磁性时，通过吸引大头针数目的多少来判断电磁铁磁性的强弱等等；
（3）设计表格，首先要明确表格中应该记录哪些物理量，做几次试验，从而可以确定该表格有几行几列．在此实验中，通过泡沫下落的高度来比较物体的重力势能的多少，因此要记录的物理量就要包括泡沫下移的距离；由于要探究物体的重力势能与高度得关系，要让物体的高度变化而质量不变，因此表格中还要记录物体下落的高度和物体的质量．

解答 解：（1）要探究物体的重力势能与质量的关系，根据控制变量法的思路，就要控制钩码的高度不变，钩码的质量变化．通过泡沫塑料块下移的距离来反映钩码重力势能的多少．
（2）我们学过的应用转换法的例子有：研究声音是由振动产生的，用乒乓球的振动来显示音叉的振动；在研究电磁铁磁性时，通过吸引大头针数目的多少来判断电磁铁磁性的强弱等等；
（3）由于实验是在物体质量一定时，研究物体的重力势能与高度的关系，所以要使物体的质量一定，改变物体的高度，通过泡沫塑料块下移的距离来反映物体重力势能的多少．因此表格中包含的栏目有：物体的质量、物体的高度、泡沫塑料块下移的距离．由于是通过多次实验来比较物体的重力势能的大小的，所以表格中要包括实验次数．故设计表格如下表：

实验次数	钩码的质量（g）	钩码下落的高度 （cm）	泡沫塑料块下移的距离（cm）
1
2
3

故答案为：（1）不同；相同；泡沫塑料块下移的距离；（2）；（3）如上表．

点评 实验表格的设计，首先要明确实验中包含哪些物理量，每一个物理量占据一列．从而决定了该表格包括几列．还要明确实验做了几次，每一次实验占据一行，从而确定了该表格有几行．由此即可画出实验表格．