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，、两球陷入沙深度均为，且．

（）本实验中，铅球的重力势能大小是通过__________来反映的．

（）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”）．

（）比较__________两球，发现球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体质量相同时，物体的重力势能大小与其下落高度有关．

（）比较、两球，发现球陷入沙深度更大，由此可得出结论：__________．

（）小球在下落过程陷入沙面前，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】球陷入沙面的深度 无关 A、C； 质量越大，重力势能越大 动 内

【解析】

（1）重力势能的大小不能直接观察，应利用转换法

（2）研究物体重力势能与运动路径的关系时，需要应用控制变量法，改变运动路径即可

（3）研究物体重力势能与下落高度的关系时，应用控制变量法，保持物体质量和运动路径相同，改变下落高度即可

（4）影响重力势能的因素有物体的质量和下落高度，保持下落高度和运动路径相同，改变物体质量即可

（5）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

（1）根据题意知道，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）根据题意知道，C、D两球质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论是：物体的重力势能与物体运动的路径无关；

（3）若研究重力势能与高度的关系，需要保持球的质量一定，比较A、C两球知道，质量相等，下落的高度不同，C球下落的高度较大，且C球陷入的沙深度大些，故应选择的是A、C两球。可得出结论：当物体质量相同时，物体的重力势能大小与其下落高度有关。

（4）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，由此可得出结论是：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；

（5）球在下落过程中，高度减小，速度增大，所以是将重力势能转化为动能；当球陷入沙中，由于与沙子摩擦，而最终静止，即是将机械能转化为内能。