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實驗：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H靜止下落，C球從距沙表面高2H靜止下落，D球從距沙表面高2H的光滑彎曲管道上端靜止滑入，最后從管道下端豎直地落下（球在光滑管道中運動的能量損失不計）．實驗測得A、B兩球陷入沙深度分別為h1和h2 ， C、D兩球陷入沙深度均為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．
（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：當下落高度一定時， ．
（3）比較兩球，發現C球陷入沙中深度更大，由此可得出結論：當物體質量相同時，下落的高度越高，物體的重力勢能越大．
（4）比較C、D兩球，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（選填：“有關”或“無關”）．
（5）小球在下列過程陷入沙面前，將重力勢能轉化為能，陷入沙中后到小球靜止過程中，將機械能轉化為能．

Answer 1

【答案】
（1）球陷入沙面的深度
（2）質量越大，重力勢能越大
（3）A、C
（4）無關
（5）動；內
【解析】解：（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；（2）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；（3）C球陷入沙深度更大，比較知，C球下落的高度最大，要研究重力勢能與高度的關系，需要保持球的質量一定，所以選擇的是A、C兩球；（4）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．（5）球在下落過程中，高度減小，速度增大，所以將重力勢能轉化為動能；當球陷入沙中，與沙子摩擦，最終靜止，將機械能轉化為內能． 故答案為：（1）球陷入沙面的深度；（2）質量越大，重力勢能越大；（3）A、C；（4）無關；（5）動；內．
（1）實驗中通過球陷入沙面的深度來反映鉛球重力勢能的大小，用到轉換法；（2）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；（3）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；（4）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；（5）動能和勢能合稱機械能，一定條件下，動能和勢能可以相互轉化；物體克服摩擦做功，將機械能轉化為內能．