Question

16．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(zhì)量、下落高度和運動路徑有關(guān)．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(zhì)量為m，B球質(zhì)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球陷入沙面的深度來反映的．
（2）比較A、B兩球，發(fā)現(xiàn)B球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當下落高度一定時，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大．
（3）比較A、C兩球，發(fā)現(xiàn)C球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當物體的質(zhì)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，發(fā)現(xiàn)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(jié)論：物體的重力勢能與物體運動的路徑無關(guān)（選填：“有關(guān)”或“無關(guān)”）．
（5）小球在下落過程中陷入沙表面前，將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，陷入沙中后到小球靜止過程中，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

Answer 1

分析 （1）影響重力勢能的因素有物體的質(zhì)量和下落高度，實驗中研究物體的重力勢能與物體的質(zhì)量關(guān)系時，需要保持下落高度和運動路徑相同，改變物體質(zhì)量；
（2）研究物體重力勢能與下落高度的關(guān)系時，需要保持物體質(zhì)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(guān)系時，需要保持物體質(zhì)量和下落高度相同，改變運動路徑．據(jù)此分析解答．
上面的探究過程，用到控制變量法；
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(zhuǎn)換法．

解答 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的；
（2）比較A、B兩球，下落高度和運動路徑相同，B球質(zhì)量大于A球質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)B球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當下落高度一定時，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大；
（3）比較A、C兩球，兩球質(zhì)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(fā)現(xiàn)C球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當物體的質(zhì)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(zhì)量相同，下落高度也相同，兩球的運動路徑不同，發(fā)現(xiàn)兩球運動的路徑不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結(jié)論：物體的重力勢能與物體運動的路徑無關(guān)．
（5）小球在下落過程中陷入沙表面前，高度減小，速度增大，所以將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；陷入沙中后到小球靜止過程中，小球與沙子摩擦，最終靜止，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
故答案為：（1）球陷入沙面的深度；
（2）當下落高度一定時，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大；
（3）當物體的質(zhì)量相同時，下落高度越高，物體的重力勢能越大；
（4）無關(guān)；
（5）動；內(nèi)．

點評 此題考查學生對于物體重力勢能的理解和掌握，注意分析實驗時，控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應用．