Question

18．如图所示，是某小组同学在研究“重力做功与哪些因素有关“时所做的实验，小华同学将A、B、C、D四个重力分别为2G、G、G、G的钢球从不同高度释放，都落在同样的水平细沙面上，A比B使沙面凹陷的深一些，C比D使沙面凹陷的深一些，在实验中，该同学是通过观察比较沙面凹陷程度来反映重力做功大小的，其中由（a）图可知：物体的高度相同时，质量越大，重力做功越多；由（b）图可知：物体的质量相同时，高度越大，重力做功越多．小红同学认为该装置也可以用来研究“重力势能与哪些因素有关”，于是小红同学做了和小华一样的实验，观察到的现象如图所示，其中由（a）图可知：物体的高度相同时，质量越大，具有重力势能越大；由（b）图可知：物体的质量相同时，高度越大，具有重力势能越大．

Answer 1

分析 （1）该实验采用转换法，通过观察钢球陷入沙中的深浅来判断钢球做功的多少和钢球重力势能的大小的；
（2）物体做功的大小与力和物体在力的方向上通过的距离有关；在研究重力做功和其中一个因素的关系时，要采用控制变量法控制另外一个因素不变，据此进行分析；
（3）影响重力势能大小的因素是质量和被举高度，在探究重力势能和其中一个因素的关系时，要采用控制变量法控制另外一个因素不变，据此进行分析．

解答 解：
（1）重力做功的大小无法直接观察到，所以采用转换法，通过观察钢球陷入沙中的深浅来判断重力做功的大小；当钢球所砸的坑越深，钢球的重力做功越多；
（2）由实验可知，图a中钢球的质量不相同，但高度相同，A比B使沙面凹陷的深一些，所以重力势能做功的大小与质量的关系为：物体的高度相同时，质量越大，重力做功越多；
图b中钢球的质量相同，但是从不同高度落下，C比D使沙面凹陷的深一些，所以得到的结论为：物体的质量相同时，高度越大，重力做功越多．
（3）由实验可知，图a中钢球的质量不相同，但高度相同，所以重力势能大小与质量的关系为：物体的高度相同时，质量越大，具有重力势能越大；
图b中钢球的质量相同，但是从不同高度落下，所以得到的结论为：物体的质量相同时，高度越大，具有重力势能越大．
故答案为：凹陷程度；物体的高度相同时，质量越大，重力做功越多；物体的质量相同时，高度越大，重力做功越多；物体的高度相同时，质量越大，具有重力势能越大；物体的质量相同时，高度越大，具有重力势能越大．

点评 该题考查了探究重力做功以及势能与物体高度、质量的关系的实验，考查了转换法和控制变量法在该实验中的应用．