Question

13．在探究重力势能与物态质量的关系时，实验桌上有大小不同的实心铁球和大小不同的实心木球若干．老师提出了一个问题：“一个静止在高处的物态有多大的重力势能，我们无法直接观察到．那么，怎样才能判断它的重力势能大还是小呢？”于是同学们开始了讨论．下面是小明和小敏关于这个问题的讨论．
小明：让大小不同的铁球从相同高度落向沙坑，观察留下的凹痕，留下凹痕深的重力势能大，反之说明重力势能小．
小敏：如果两个大小不同的铁球从同一高度落下，大铁球可能会停留在沙的表面，小铁球可能陷入沙的里面，这是否说明小铁球的重力势能更大？老师说小敏的质疑是有道理的．
（1）小明的方案没有控制物体的质量相等．
（2）小明的实验可以改用大小相同、质量不同的球体进行实验．

Answer 1

分析 重力势能的影响因素：物体的质量、物体的高度有关．质量越大，高度越高，重力势能越大．
（1）该实验中用花泥下陷的深浅反映重力势能的大小．花泥下陷的越深，重力势能越大；
（2）用控制变量法探究重力势能的影响因素，即若想探究重力势能与质量的关系，应选择相同的高度，不同质量的球进行试验；若探究重力势能与高度的关系，应选择相同质量，不同高度的球进行试验．

解答 解：（1）小明的方案：让大小不同的铁球从相同高度落向沙坑，由于球的体积不同，则其质量不同，通过观察留下的凹痕，留下凹痕深的重力势能大，反之说明重力势能小，这种说法错误，因为实验过程中没有控制质量相等，方案中存在多个变量；
（2）若想研究重力势能与质量的关系，即需选择大小相同，但是不同质量的球，让其处于相同的高度，观察其下落时沙面的凹陷程度即可．
故答案为：（1）质量相等；（2）质量；大小．

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．