题目内容

10.在探究重力势能与什么关系有关时,同宁们经过讨论,提出如下猜想:重力势能的大小可能跟物体的质量有关;也可能跟物体的高度有关. 下面是小明和小红关于这个问题讨论后的实验设计.
甲:让质量为m的物体从不同高度落向插入沙坑中的木桩.
乙:让质量为m和2m的两个大小不同的物体从同一高度落向插入沙坑中的木桩.
实验发现B比A插入得深,D比C插入得深,如图所示.请解答下列问题:

(1)甲图研究的是重力势能与高度的关系,结论是在质量一定时,物体的高度越高,物体的重力势能也越大.  
(2)乙图研究的是重力势能与质量的关系,结论是在物体的高度一定时,质量越大,物体的重力势能也越大.
(3)如图丙是游乐场的过山车的简化模型图.图中B为最低点,C点为轨道弧形部分的最高点,则过山车在整个运动过程中,从A点到B点,A点重力势能最大,B点动能最大,重力势能转化为动能;从B点到C点,动能减小,重力势能增大.

分析 (1)(2)用控制变量法和转换法对物体势能大小进行判断.重力势能的大小与物体的质量,物体被举起的高度有关,当高度相同时,物体的质量越大,重力势能越大;当质量相同时,物体被举得越高,重力势能越大.结合图象进行分析判断;
(3)一种形式的能转化为另一种形式的能,该形式的能逐渐减小,另一种形式的能不断增加;
从重力势能大小的影响因素分析重力势能的变化;质量和高度影响重力势能大小,质量越大,高度越高,重力势能越大.

解答 解:
(1)观察甲图可知,B撞击木桩陷入沙坑的深度大,说明B重力势能大,A、B两物体质量相等,B下落的高度大于A,说明重力势能与物体的高度有关;可得结论:在质量一定时,物体的高度越高,物体的重力势能也越大;
(2)观察乙图可知,D撞击木桩陷入沙坑的深度大,说明D重力势能大,C、D两物体下落的高度相等,D的质量大于C,说明重力势能与物体的质量有关;可得结论:在物体的高度一定时,质量越大,物体的重力势能也越大;
(3)过山车在整个运动过程中,质量不变,A点的高度最高,重力势能最大;过山车到达B点,速度最大,动能最大;
过山车从A点到B点,过山车的速度越来越大,高度减小,重力势能不断减小,动能不断增大,所以重力势能转化为动能;
过山车从B点到C点,速度减小,高度增加,动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能.
故答案为:
(1)重力势能与高度的关系;在质量一定时,物体的高度越高,物体的重力势能也越大;
(2)重力势能与质量的关系;在物体的高度一定时,质量越大,物体的重力势能也越大;
(3)重力势;动;重力势;动;动;重力势.

点评 此题考查了物体重力势能大小的影响因素,探究过程充分应用了控制变量法和转换法,要求学生牢固掌握,正确应用.

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