Question

10．某实验小组做了“研究重力势能的大小与哪些因素有关”的实验，他们利用带有四个铁钉的小方桌，泥沙及质量不同的圆柱体和正方体设计并进行了如图所示实验：

（1）实验中通过观察铁钉陷入沙中的深浅来判断物体重力势能的大小．
（2）要探究重力势能的大小与高度的关系应选择图甲和乙进行比较．
（3）通过观察图乙和图丙可得：物体重力势能的大小与物体的质量有关．
（4）上面的实验过程除了用到转换法，另外还用到了控制变量法．
（5）假设在“天宫一号”太空站上做此实验，不能（选填“能”或“不能”）达到实验目的．

Answer 1

分析 （1）该实验采用转换法，通过观察方桌陷入沙中的深浅来判断物体重力势能的大小；
（2）当探究重力势能与高度的关系时，必须保证物体的质量相等；
（3）图乙和图丙中物体的质量不同，但高度相同，所以探究的问题是重力势能大小与质量的关系．
（4）分析图示实验，然后确定所用的实验方法
（5）在太空中，物体都处于失重状态，据此判断；

解答 解：（1）重力势能的大小无法直接观察到，所以采用转换法，通过观察铁钉陷入沙中的深浅来判断重力势能的大小；
（2）如果探究重力势能与高度的关系，必须保证物体的质量相等，而图1和图2使用的是同一物体，从不同高度落下，通过探究可得质量相等时，物体越高，重力势能越大；
（3）由图可知，图乙和图丙中物体不同，即质量不同，但是从同一高度落下，所以探究的问题是高度相同时，重力势能的大小与质量的关系
（4）本实验中主要采用的科学研究方法：转换法和控制变量法；
（5）在太空中，物体都处于失重状态，圆柱体和正方体不往下掉，故不能达到实验目的．
故答案是：
（1）铁钉陷入沙中的深浅；（2）甲；乙；（3）物体的质量；（4）控制变量；（5）不能．

点评 该题考查了探究重力势能与质量和高度的关系的实验，考查了转换法和控制变量法在该实验中的应用．