[典例2]某同学在探究“影响重力势能大小的因素”时,选用下列实验器材:一块厚泡沫,三个相同的铁钉,三个金属块$m_1$、$m_2$和$m_3$($m_1=m_2＜m_3$)。他做了如下实验:将铁钉插入泡沫的相同深度,分别将三个金属块由空中静止释放撞击铁钉,铁钉进入泡沫深度如图所示。

(1)实验中可以通过观察来比较金属块重力势能的大小。
(2)通过a、b两次实验可初步得出的结论是在质量相同时,物体所在位置,重力势能越大。
(3)比较两次实验,说明在高度相同时,物体的质量越大,重力势能越大。

(1) 铁钉进入泡沫的深度
(2) 越高
(3) a、c

【分析】
本题考查探究重力势能大小的影响因素实验，需运用转换法和控制变量法分析。首先，重力势能的大小无法直接观察，所以通过铁钉插入泡沫的深度来间接判断，这是转换法的应用；其次，探究重力势能与质量的关系时，要控制高度相同，改变质量；探究与高度的关系时，控制质量相同，改变高度。
【解析】
(1) 实验中，金属块的重力势能越大，对铁钉做功越多，铁钉进入泡沫的深度就越深，因此可通过观察铁钉进入泡沫的深度来比较金属块重力势能的大小。
(2) a、b两次实验中，金属块质量$m_1=m_2$（质量相同），释放时的高度不同，b中铁钉进入泡沫的深度更大，说明在质量相同时，物体所在位置越高，重力势能越大。
(3) 要探究重力势能与质量的关系，需控制高度相同，改变质量，a、c两次实验中金属块释放高度相同，且$m_1＜m_3$，c中铁钉进入泡沫的深度更大，因此比较a、c两次实验，可得出高度相同时，物体质量越大，重力势能越大的结论。
【答案】
(1) 铁钉进入泡沫的深度
(2) 越高
(3) a、c
【知识点】
重力势能的影响因素、转换法、控制变量法
【点评】
本题是探究重力势能影响因素的基础实验题，重点考查转换法和控制变量法的应用，是初中物理的常考题型，难度适中。
【难度系数】
0.6

[变式2]在探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”时，小明提出了如下猜想：
猜想一:弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关。
猜想二:弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
猜想三:弹性势能的大小与弹簧的长度有关。
猜想四:弹性势能的大小与弹簧的粗细有关。

(1)为验证猜想一，他设计了如图所示的实验，实验时将同一弹簧压缩（选填“相同”或“不同”）的长度（弹簧被压缩后未超过其弹性限度），将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块，分析比较，从而比较弹性势能的大小。
(2)为验证猜想二，需选用的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩（选填“相同”或“不同”）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块，对数据进行比较分析，若，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。

(1) 不同 木块被推动距离的远近
(2) 长度和粗细相同,材料不同 相同 木块被推动的距离不相等

【分析】
本题探究弹性势能的影响因素，运用了控制变量法和转换法。验证猜想一（弹性势能与弹簧压缩程度的关系）时，需控制弹簧的材料、长度、粗细不变，只改变压缩程度，通过木块被推动的距离反映弹性势能大小；验证猜想二（弹性势能与弹簧材料的关系）时，需控制弹簧的长度、粗细不变，改变材料，压缩相同长度，通过木块推动距离判断弹性势能是否与材料有关。
【解析】
(1) 验证猜想一，根据控制变量法，要探究弹性势能与弹簧压缩程度的关系，需保持弹簧的材料、长度、粗细相同，改变压缩程度，因此将同一弹簧压缩不同的长度；实验中利用转换法，将弹性势能的大小转换为木块被推动距离的远近，所以通过比较木块被推动距离的远近，判断弹性势能的大小。
(2) 验证猜想二，探究弹性势能与弹簧材料的关系，根据控制变量法，需选用长度和粗细相同、材料不同的两根弹簧；实验时控制压缩程度相同，即压缩相同的长度；若木块被推动的距离不相等，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关。
【答案】
(1) 不同；木块被推动距离的远近 (2) 长度和粗细相同，材料不同；相同；木块被推动的距离不相等
【知识点】
弹性势能的影响因素、控制变量法、转换法
【点评】
本题是探究弹性势能影响因素的实验题，重点考查控制变量法和转换法的应用，是力学实验的基础题型，需要学生理解实验设计逻辑，掌握实验方法的运用。
【难度系数】
0.6