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A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高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）本实验中，铅球的重力势能大小是通过来反映的．
（2）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， ．
（3）比较两球，发现C球陷入沙中深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大．
（4）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（选填：“有关”或“无关”）．
（5）小球在下列过程陷入沙面前，将重力势能转化为能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能转化为能．

Answer 1

【答案】
（1）球陷入沙面的深度
（2）质量越大，重力势能越大
（3）A、C
（4）无关
（5）动；内
【解析】解：（1）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；（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）C球陷入沙深度更大，比较知，C球下落的高度最大，要研究重力势能与高度的关系，需要保持球的质量一定，所以选择的是A、C两球；（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，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．（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，与沙子摩擦，最终静止，将机械能转化为内能． 故答案为：（1）球陷入沙面的深度；（2）质量越大，重力势能越大；（3）A、C；（4）无关；（5）动；内．
（1）实验中通过球陷入沙面的深度来反映铅球重力势能的大小，用到转换法；（2）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；（3）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；（4）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；（5）动能和势能合称机械能，一定条件下，动能和势能可以相互转化；物体克服摩擦做功，将机械能转化为内能．