Question

【題目】某同學在體育活動中，從鉛球下落陷入沙坑的深度情況猜想到：物體的重力勢能可能與物體的質量、下落高度和運動路徑有關。于是設計了如圖所示的是驗：用大小、形狀相同的A、B、C、D四個鉛球，其中A、C、D三球的質量為m，B球質量為2m，讓A、B兩球從距沙表面高2H的光滑彎曲管道上端靜止滑入，最后從管道下豎直地落下（球在光滑管道中運動的質量損失不計）。實驗測得A、B兩球陷入沙深度分別為h1和h2，C、D兩球陷入沙深度為h3，且h1＜h2＜h3

（1）本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過_____來反映的，此實驗方法是_____法。

（2）比較A、B兩球，發現B球陷入沙深度更大，由此可得出結論：當_____相同時，_____越大，物體的重力勢能越大；

（3）比較A、C兩球，發現C球陷入沙深度更大，由此可得出結論：當_____相同時，_____越大，物體的重力勢能越大；

（4）比較C、D兩球，發現兩球運動路徑不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結論：物體的重力勢能與物體運動的路徑_____（選填：“有關”或“無關”）。

Answer 1

【答案】鉛球陷入沙中的深度 轉換 高度 質量 質量 高度 無關

【解析】

（1）影響重力勢能的因素有物體的質量和下落高度，實驗中研究物體的重力勢能與物體的質量關系時，需要保持下落高度和運動路徑相同，改變物體質量；

（2）研究物體重力勢能與下落高度的關系時，需要保持物體質量和運動路徑相同，改變下落高度；

（3）研究物體重力勢能與運動路徑的關系時，需要保持物體質量和下落高度相同，改變運動路徑．據此分析解答；

(1)本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過球陷入沙面的深度來反映；此實驗方法是轉換法。

(3)比較A. B兩球，下落高度和運動路徑相同，B球質量大于A球質量，發現B球陷入沙深度更大，由此可得出結論：當下落高度一定時，物體的質量越大，重力勢能越大；

(4)比較A. C兩球，兩球質量相同，下落路徑也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，發現C球陷入沙深度更大，由此可得出結論：當物體的質量相同時，下落高度越高，物體的重力勢能越大；

(5)比較C. D兩球，兩球的質量相同，下落高度也相同，兩球的運動路徑不同，發現兩球運動的路徑不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結論：物體的重力勢能與物體運動的路徑無關。