Question

16．某興趣小組提出了利用“研究動能的大小與哪些因素有關”的實驗裝置（如圖所示）與所需器材（斜面、木塊、不同質量的小鋼球）來探究“影響重力勢能大小的因素”的設想．請你幫助完成如下實驗方案：

（1）實驗中通過觀察的木塊被推出的距離大小，來判斷小球重力勢能的大小．
（2）本實驗中若水平面絕對光滑則不能得出結論，原因是小球與木塊將會做勻速直線運動．
（3）實驗中為了探究重力勢能與物體的質量的關系，要選用上述圖乙，具體的操作方法是讓小球從相同（填“相同”或“不相同”）的高度由靜止滾下．
（4）為了探究重力勢能與物體的高度的關系，要選用上述圖甲，具體的操作方法是讓小球從不同（填“相同”或“不同”）的高度由靜止滾下．
（5）通過比較分析可以得出的結論是重力勢能的大小與物體的質量和高度有關．

Answer 1

分析 （1）若一個物體能夠對外做功，我們就說該物體具有能量，在實驗中我們一般將物體具有能量的多少轉化為其能對外做功的多少，故此實驗把物體具有重力勢能的大小轉換為木塊被撞擊后運動的距離，距離越遠表明小球的重力勢能越大；
（2）如果水平面絕對光滑，小球和木塊將保持勻速直線運動，永遠運動下去；
（3）（4）掌握控制變量法在此實驗中的應用，重力勢能與物體的質量和被舉高度有關，在探究重力勢能與其中一個量的關系時，另一個量保持不變，改變要探究的量；
（5）重力勢能的大小與物體的質量和高度有關．

解答 解：
（1）在該實驗中我們用到了轉換的方法，即將小球重力勢能的大小轉化為其對木塊做功的多少來比較，即小球推動木塊越遠，其對木塊所做的功就越多，即具有的重力勢能就越大；反之就越少；
（2）若水平面絕對光滑，根據牛頓第一定律，小球和木塊將永遠一直運動下去，沒有運動距離的遠近之分，不能達到比較距離來比較重力勢能的目的；
（3）為了探究重力勢能與質量的關系，實驗中采用質量不同的小球，在探究過程中要注意保持物體從同一高度由靜止滾下；所以應選擇乙圖進行實驗；
（4）若要探究物體重力勢能大小與物體高度的關系，則需讓同一小球從不同高度滾下，所以應選擇甲圖進行實驗；
（5）通過比較分析可以得出的結論是：重力勢能的大小與物體的質量和高度有關．
故答案為：（1）木塊被推出的距離；（2）小球與木塊將會做勻速直線運動；（3）乙；相同；（4）甲；不同；（5）重力勢能的大小與物體的質量和高度有關．

點評 （1）掌握重力勢能大小的影響因素，利用控制變量法和轉換法探究重力勢能大小的影響因素；
（2）小球從同一斜面上自由下滑，到達斜面底部的速度取決于小球所在的高度，跟小球的質量無關．