Question

15．某兴趣小组提出利用“研究动能的大小与哪些因素有关”的实验装置（如图所示）与所需器材（斜面、木块、不同质量的小钢球）来探究“影响重力势能大小的因素”的设想．请你帮助完成如下实验方案：

（1）实验中通过观察木块被推出的距离的大小，来判断小球重力势能的大小．
（2）本实验中若水平面绝对光滑则不能得出结论，原因是小球与木块将会做匀速直线运动．
（3）实验中为了要探究重力势能与物体的质量的关系要选用上述图乙，具体的操作方法是让小球从相同（选填“相同”或“不同”）的高度由静止滚下．
（4）要探究重力势能与物体的高度的关系要选用上述图甲，具体的操作方法是让小球从不同（选填“相同”或“不同”）的高度由静止滚下．
（5）通过比较分析可以得出的结论是重力势能的大小与物体的质量和高度有关．

Answer 1

分析 （1）若一个物体能够对外做功，我们就说该物体具有能量，在实验中我们一般将物体具有能量的多少转化为其能对外做功的多少，故此实验把物体具有重力势能的大小转换为木块被撞击后运动的距离，距离越远表明小球的重力势能越大．
（2）如果水平面绝对光滑，小球和木块将保持匀速直线运动，永远运动下去．
（3）（4）掌握控制变量法在此实验中的应用，重力势能与物体的质量和被举高度有关，在探究重力势能与其中一个量的关系时，另一个量保持不变，改变要探究的量．
（5）重力势能的大小与物体的质量和高度有关．

解答 解：
（1）在该实验中我们用到了转换的方法，即将小球重力势能的大小转化为其对木块做功的多少来比较，即小球推动木块越远，其对木块所做的功就越多，即具有的重力势能就越大；反之就越少；
（2）若水平面绝对光滑，根据牛顿第一定律，小球和木块将永远一直运动下去，没有运动距离的远近之分，就不能达到比较距离来比较重力势能的目的了．
（3）为了探究重力势能与质量的关系，实验中采用质量不同的小球，在探究过程中要注意保持物体从同一高度由静止滚下；所以应选择乙图进行实验；
（4）若要探究物体重力势能大小与物体高度的关系，则需让同一小球从不同高度滚下，所以应选择甲图进行实验；
（5）通过比较分析可以得出的结论是：重力势能的大小与物体的质量和高度有关．
故答案为：（1）木块被推出的距离；（2）小球与木块将会做匀速直线运动；（3）乙；相同；
（4）甲；不同；（5）重力势能的大小与物体的质量和高度有关．

点评 （1）掌握重力势能大小的影响因素，利用控制变量法和转换法探究重力势能大小的影响因素．
（2）小球从同一斜面上自由下滑，到达斜面底部的速度取决于小球所在的高度，跟小球的质量无关．