在探究重力势能与什么因素有关时,同学们经过讨论,提出如下猜想:重力势能的大小可能跟物体的质量有关;也可能跟物体的高度有关.下面是小明和小聪关于这个问题讨论后的实验设计.
设计一:让质量为m的物体从不同高度落向插入沙坑中的木桩.
设计二:让质量为m和2m的两个大小不同的物体从同一高度落向插入沙坑中的木桩.
实验发现B比A插入得深,D比C插入得深,如图所示.请解答下列问题:
(1)要探究重力势能与高度的关系应选用________.
(2)根据设计二及实验结果的图示,可得出的结论是________.
(3)拓展:游乐场的过山车为什么不需要引擎来推动就能“翻山越岭”呢?原来过山车在开始运行时,是靠一个机械装置推上最高点的,但在第一次下行后,从这时起带动它沿轨道行驶的唯一“发动机”就是重力势能.在生产与生活中,利用了类似“发动机”的有________(举一例).
解:(1)设计一是让质量相同的物体从不同高度落向插入沙坑中的木桩,通过木桩陷入沙中的深度来反映重力势能的大小,也就是探究重力势与高度的关系.
(2)分析乙图中C、D可知,在物体的高度一定时,质量越大,物体的重力势能也越大.
(3)结合生活实际,可以举例,如:骑自行车下坡时滑行;飞行员跳伞后打开降落伞之前下落等.
故答案是:(1)设计一(甲图);
(2)在物体的高度一定时,质量越大,物体的重力势能也越大;
(3)骑自行车下坡时滑行;飞行员跳伞后打开降落伞之前下落等(其他合理答案也可).
(1)影响物体重力势能大小的因素有多个,要探究重力势与高度的关系,应保证物体的质量相同.
(2)由乙图可知,两个质量不同的物体从同一高度下落,通过观察木桩陷入沙中的深度可知重力势能与质量的关系.
(3)分析题中例子可知,在生活中利用重力势的现象很多,如骑自行车下坡时滑行等.
点评:在该实验探究中,是采用转换法和控制变量法来研究重力势与质量及高度的关系,解题的关键是要清楚研究一个影响因素时,必须保证其它的影响因素相同.
高考物理16大解题技巧: 伟大的哲学家亚里士多德在很多领域取得了非常伟大的成就,但在物理问题中却经常犯一些经验性、想当然的错误,比如:他认为重的物体比轻的物体下落得快,认为力是维持物体运动的原因等等。