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是验：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2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下竖直地落下（球在光滑管道中运动的质量损失不计）。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，此实验方法是_____法。

（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_____相同时，_____越大，物体的重力势能越大；

（3）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_____相同时，_____越大，物体的重力势能越大；

（4）比较C、D两球，发现两球运动路径不同，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_____（选填：“有关”或“无关”）。

Answer 1

【答案】铅球陷入沙中的深度 转换 高度 质量 质量 高度 无关

【解析】

（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；

(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；此实验方法是转换法。

(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。