题目内容

【题目】小林同学在体育活动中,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h有关

猜想三:物体的重力势能与物体的运动路径有关

为此小林设计了如图所示的实验:用大小、形状相同的A、B、C、D四个金属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);

实验数据如表:

实验序号

金属球代号

金属球质量/g

下落高度/m

陷入沙中的深度/m

①

A

200

1

0.2

②

B

400

1

0.4

③

C

200

2

0.4

④

D

200

2

0.4

(1)实验中,金属球的重力势能大小通过_____来反映;

(2)分析①②两组实验数据得出的结论:_____;

(3)为了验证猜想三,可比较 ____(填实验序号);

(4)经进一步实验和分析,小林大胆给出重力势能(EP)的表达式“EP=mgh”,并去实验室询问了老师,得以证实,小林高兴不已。回到教室后,根据学过的知识又算出了各小球落到沙表面时的动能,其中B球的动能为_____J(忽略空气阻力)。

【答案】金属球陷入沙坑的深度 下落高度和运动路径相同时,物体的质量越大,重力势能越大 ③④ 4

【解析】

(1)[1]实验中,金属球的重力势能大小是通过金属球陷入沙中的深度来反映,金属球陷入沙中越深,它的重力势能越大。

(2)[2]分析①②两组实验数据知小球下落的高度和路径相同,小球的质量不同,小球下陷的深度不同,重力势能不同,故可以得出:当高度相同时,质量越大,重力势能越大。

(3)[3]为了验证猜想三即物体的重力势能与物体的运动路径的关系,需要控制质量和下落高度相同时,改变物体运动的路径,观察下陷的深度,由图示和表中数据可知,③④两次实验符合题意。

(4)[4]小球在下落过程中,忽略空气阻力,小球的重力势能转化为动能,则根据Ep=mgh可得,B球落到沙表面时的动能

E动=Ep=mBgh=0.4kg×10N/kg×1m=4J

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