Question

【题目】某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关．于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的 、 、 、 四个铅球，其中 、 、 三球的质量为 ， 球质量为 ，让 、 两球从距沙表面高 静止下落， 球从距沙表面高 静止下落， 球从距沙表面高 的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）．实验测得 、 两球陷入沙深度分别为 和 ， 、 两球陷入沙深度为 ，且 ．

（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过来反映的．
（2）比较 、 两球，发现 球陷入沙深度更大，由此可得出结论；当下落高度一定时，物体的越大，重力势能越大．
（3）比较 、 两球，发现 球陷入沙深度更大，由此可得出结论；当物体的质量相同时，越高，物体的重力势能越大．
（4）比较 、 两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径（选填：“有关”或“无关”）．
（5）小球在下落过程陷入沙面前，将重力势能转化为能，小球陷入沙中到静止的过程中，又将能转化为能．

Answer 1

【答案】
（1）球陷入沙坑的深度
（2）质量
（3）高度
（4）无关
（5）动；机械；内
【解析】（1）铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映.（2）比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大.（3）比较A、C两球，两球质量和运动路径相同，C下落的高度大于A下落的高度，由图发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，高度越高，物体的重力势能越大． （4）比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关．（5）球在下落过程中，高度减小，速度增大，所以将重力势能转化为动能；当球陷入沙中，与沙子发生摩擦后最终静止，将机械能转化为内能．
故答案为：（1）球陷入沙坑的深度；（2）质量；（3）高度；（4）无关；（5）动；机械；内.物体的重力势能和物体的质量有关，和物体的高度有关，研究时要利用控制变量法，并且通过沙坑的深度反应重力势能的大小.