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處靜止下落，C球從距沙表面高2H處靜止下落，D球從距沙表面高2H處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： 。

（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： 。

（4）比較C、D兩球，發現兩球運動的路徑雖然不同，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）小球在下落過程中陷入沙表面前，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）當下落高度一定時，物體的質量越大，重力勢能越大；

（3）當物體的質量相同時，下落高度越高，物體的重力勢能越大；（4）無關；（5）動；內

【解析】試題分析：（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）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；

（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。