Question

20．沈仔細同學在研究“影響重力勢能大小的因素”時，提出了如下猜想：
猜想一：重力勢能的大小可能與物體的質(zhì)量有關；
猜想二：重力勢能的大小可能與物體所在的高度有關；
猜想三：重力勢能的大小可能與物體的運動路徑有關．
他為了驗證猜想，準備了如下實驗器材：花泥（易產(chǎn)生塑性形變）若干塊，刻度尺一把，
體積相同、質(zhì)量為m的小球3個和質(zhì)量為2m的小球一個．所用實驗裝置如圖甲、乙所示．
為驗證猜想，他首先讓質(zhì)量分別為m、2m的小球A、B從距花泥表面高H處由靜止下落，測得A、B小球陷入花泥的深度為h₁和h₂，如圖甲所示；然后讓質(zhì)量為m的小球C從距花泥表面高3H處由靜止下落，質(zhì)量為m的小球D從距花泥表面高3H的光滑彎曲管道上端靜止滑入，最后從管道下端豎直落下（球在光滑管道中運動的能量損失不計）．測得C、D小球陷入花泥的深度均為h₃，且h₁＜h₂＜h₃．請你完成下列內(nèi)容：

（1）本實驗中，小球的重力勢能大小是通過小球陷入花泥中的深度來反映的；
（2）分析圖甲所示的實驗現(xiàn)象，可得出結(jié)論：當物體的高度、運動路徑相同時，質(zhì)量越大，重力勢能越大；
（3）分析圖乙所示的實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)兩球運動的路徑不同，但陷入花泥的深度相同，由此可知物體的重力勢能與物體運動的路徑無關（選填“有關”或“無關”）；
（4）綜合分析圖甲、乙所示的實驗現(xiàn)象，還可得出的結(jié)論是：當物體的運動路徑、質(zhì)量都相同時，所在的高度越高，重力勢能越大．

Answer 1

分析 （1）實驗中通過球陷入沙面的深度來反映小球重力勢能的大小，用到轉(zhuǎn)換法；
（2）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)量關系時，需要保持下落高度和運動路徑相同，改變物體質(zhì)量；
（3）根據(jù)圖中的相同點和不同點，利用控制變量法分析；
（4）根據(jù)圖甲、乙所示的實驗現(xiàn)象，利用控制變量法得出結(jié)論．

解答 解：
（1）本實驗中，小球的重力勢能大小是通過小球陷入花泥中的深度來反映；
（2）圖甲中，比較A、B兩球，下落高度和運動路徑都相同，B球質(zhì)量大于A球質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)B球陷入花泥深度更大，由此可得出結(jié)論：當物體的高度、運動路徑相同時，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大；
（3）圖乙中，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)兩球陷入花泥深度相同，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．
（4）甲乙兩圖中，AC兩球的質(zhì)量和運動路徑相同，高度不同，高度越高，陷入花泥深度越深，故結(jié)論為：當物體的運動路徑、質(zhì)量都相同時，所在的高度越高，重力勢能越大．
故答案為：（1）小球陷入花泥中的深度；
（2）高度；運動路徑；質(zhì)量；
（3）無關；
（4）當物體的運動路徑、質(zhì)量都相同時，所在的高度越高，重力勢能越大．

點評 此題考查學生對于物體重力勢能影響因素探究過程及能量轉(zhuǎn)化的理解和掌握，注意分析實驗時控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應用．