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兩球陷入沙坑的深度分別為h1和

h2，C、D兩球陷入沙坑的深度為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。

（2）比較A、B兩球，發(fā)現(xiàn)B球陷人沙深度更大，由此可得出結論：當下落高度一定時，_____。

（3）比較_____兩球，發(fā)現(xiàn)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，下落的高度越高，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”、“無關”）。

（5）本實驗中采用的物理方法有_____和_____。

Answer 1

【答案】球陷入沙面的深度 物體的質量越大，重力勢能越大 A、C 無關 控制變量法 轉換法

【解析】

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；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；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。上面的探究過程，用到控制變量法和轉換法。

（1）根據題意知道，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兩球知道，它們下落高度和運動路徑均相同，但是B球質量大于A球質量，根據B球陷入沙深度較大，可以得出結論是：當下落高度一定時，物體的質量越大，重力勢能越大；

（3）根據結論“當物體的質量相同時，下落的高度越高，物體的重力勢能越大”可知，本次實驗要研究的是物體的質量和運動路徑相同相同時，下落高度不同，所以經比較知道A、C兩球的情況符合條件；

（4）比較C、D兩球知道，兩球的質量相同，下落高度也相同，而兩球的運動路徑不同，但是陷入沙的深度相同，所以，得出結論是：物體的重力勢能與物體運動的路徑無關。

（5）鉛球的重力勢能大小不能直接測出，而是通過球陷入沙面的深度來反映的，即用到是轉換法；由于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，所以探究過程應用了控制變量法。