题目内容

15.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求质量为2m,让A、B两球从距沙表面高H处静止下落,C球从距沙表面高2H处静止下 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球陷入沙面的深度来反映的;
(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:当所处高度相同时,物体的质量越大,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:当物体的质量相同时,所处高度越高,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无关 (选填:“有关”或“无关”).
(5)小球在下落过程陷入沙面之前,将重力势能转化为动能.

分析 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;
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;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.

解答 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球陷入沙面的深度更大,由此可得出结论:当所处高度相同时,物体的质量越大,重力势能越大;
(3)比较A、C两球,两球的质量相同,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球陷入沙面的深度更大,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;
(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时,但陷入沙面的深度相同,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)小球在下落过程陷入沙面之前,高度减小,速度增加,将重力势能转化为动能.
故答案为:(1)球陷入沙面的深度;
(2)当所处高度相同时,物体的质量越大,重力势能越大;
(3)当物体的质量相同时,所处高度越高,物体的重力势能越大;
(4)无关;
(5)动.

点评 此题考查学生对于物体重力势能的理解和掌握,注意分析实验时,控制条件.

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