Question

10．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A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B求质量为2m，让A、B两球从距沙表明高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H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A、B两球陷入沙深度分别为h₁和h₂，C、D两球陷入沙深度均为h₃，且h₁＜h₂＜h₃．
（1）本实验采用的实验方法是控制变量法．
（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映的；
（3）比较A、B两球，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；
（4）比较A、C两球，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，下落高度越高，物体的重力势能越大；
（5）比较C、D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无关（选填：“有关”或“无关”）．

Answer 1

分析 （1）影响重力势能的因素有物体的质量和下落高度，实验中研究物体的重力势能与物体的质量关系时，需要保持下落高度和运动路径相同，改变物体质量；
（2）研究物体重力势能与下落高度的关系时，需要保持物体质量和运动路径相同，改变下落高度；
（3）研究物体重力势能与运动路径的关系时，需要保持物体质量和下落高度相同，改变运动路径．据此分析解答；
（4）上面的探究过程，用到控制变量法．

解答 解：（1）由猜想知，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，探究过程应用了控制变量法．
（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映；
（3）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；
（4）比较A、C两球，两球质量相同，下落路径也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，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，下落高度越高，物体的重力势能越大；
（5）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，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无关．
故答案为：（1）控制变量；（2）球陷入沙面的深度；（3）当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；（4）当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；（5）无关；

点评 此题考查学生对于物体重力势能的理解和掌握，注意分析实验时，控制变量法和转换法的应用．