Question

（2010•威海）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

设计一（甲图）

．
（2）根据设计二及实验结果的图示，可得出的结论是

在物体的高度一定时，质量越大，物体的重力势能也越大

．
（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

骑自行车下坡时滑行

（举一例）．

Answer 1

分析：（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．

解答：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）．

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．