Question

【题目】小夏同学子啊体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，并产生了如下猜想．

猜想一：物体的重力势能与物体的质量有关

猜想二：物体的重力势能与物体的下落高度有关

猜想三：物体的重力势能与物体的运动路径有关

为此小夏设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙表面某高度处静止释放，其中D球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）．

实验数据如下表：

（1）本实验中，采用的研究问题的方法是_______．（写出一种方法即可）

（2）本实验中，铅球的重力势能大小是通过_______来反映的．

（3）为验证猜想二，应比较_____（填实验序号），得到的结论是：当物质量相同时，_______．

（4）比较③④，得到的结论是___________________________．

（5）经进一步实验和分析，小夏大胆给出重力势能（Ep）的表达式“Ep=mgh”，并去办公室询问了老师，得以证实，小夏高兴不已，回到教室后，根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面的动能，其中B球的动能为______J．（忽略空气阻力，g=10N/kg）

Answer 1

【答案】 控制变量法 铅球陷入沙中的深度 ①③ 物体所处的高度越高，重力势能越大 物体的重力势能与物体运动的路径无关 2

【解析】（1）物理学中对于多因素或多变量的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题．每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法，该实验中用到了控制变量法；（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③④两球，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）根据Ep=mgh可得，B球的动能Ep=mgh=0.4kg×10N/kg×0.5m=2J。