题目内容
【题目】王瑞同学在体育活动中,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:
实验序号 | 铅球代号 | 铅球质量/g | 下落高度/m | 陷入沙中的深度/m |
① | A | 200 | 0.5 | 0.1 |
② | B | 400 | 0.5 | 0.18 |
③ | C | 200 | 1 | 0.2 |
④ | D | 200 | 1 | 0.2 |
(1)本实验中,采用的研究问题的方法是_____和_____。
(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:当物体质量相同时,_____。
(4)比较③④,得到的结论是_____。
(5)经进一步实验和分析,王瑞同学大胆给出重力势能(Ep)的表达式“Ep=mgh”,并去办公室询问了老师,得以证实,王瑞同学高兴不已。回到教室后,他根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面时的动能,其中B球的动能为_____J。(忽略空气阻力,g取10N/kg)
【答案】控制变量法 转换法 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)[1][2]物理学中对于多因素或多变量的问题,常常采用控制变量的方法,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。铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映,用到转换法。
(2)[3]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)[4][5]比较A、C两球,两球质量相等、运动路径相同,下落高度不同,C球下落的高度高,发现C球陷入沙深度更大,由此可得出结论:当质量相同时,物体所处的高度越高,重力势能越大。
(4)[6]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)[7]根据可得,B球的动能为