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(zhì)量、下落高度和運動路徑有關(guān)．于是設(shè)計了如圖所示的實驗：用大小、形狀相同的、、、四個鉛球，其中、、三球的質(zhì)量為，球質(zhì)量為，讓、兩球從距沙表面高靜止下落，球從距沙表面高靜止下落，球從距沙表面高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、兩球陷入沙深度分別為和，、兩球陷入沙深度均為，且．

（）本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過__________來反映的．

（）比較、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(jié)論：物體的重力勢能與物體運動的路徑__________（選填：“有關(guān)”或“無關(guān)”）．

（）比較__________兩球，發(fā)現(xiàn)球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當物體質(zhì)量相同時，物體的重力勢能大小與其下落高度有關(guān)．

（）比較、兩球，發(fā)現(xiàn)球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：__________．

（）小球在下落過程陷入沙面前，將重力勢能轉(zhuǎn)化為__________能，陷入沙中后到小球靜止過程中，將機械能轉(zhuǎn)化為__________能．

Answer 1

【答案】球陷入沙面的深度 無關(guān) A、C； 質(zhì)量越大，重力勢能越大 動 內(nèi)

【解析】

（1）重力勢能的大小不能直接觀察，應(yīng)利用轉(zhuǎn)換法

（2）研究物體重力勢能與運動路徑的關(guān)系時，需要應(yīng)用控制變量法，改變運動路徑即可

（3）研究物體重力勢能與下落高度的關(guān)系時，應(yīng)用控制變量法，保持物體質(zhì)量和運動路徑相同，改變下落高度即可

（4）影響重力勢能的因素有物體的質(zhì)量和下落高度，保持下落高度和運動路徑相同，改變物體質(zhì)量即可

（5）一定條件下，動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化；物體克服摩擦做功，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

（1）根據(jù)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；

（2）根據(jù)題意知道，C、D兩球質(zhì)量相同，下落高度也相同，兩球的運動路徑不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結(jié)論是：物體的重力勢能與物體運動的路徑無關(guān)；

（3）若研究重力勢能與高度的關(guān)系，需要保持球的質(zhì)量一定，比較A、C兩球知道，質(zhì)量相等，下落的高度不同，C球下落的高度較大，且C球陷入的沙深度大些，故應(yīng)選擇的是A、C兩球。可得出結(jié)論：當物體質(zhì)量相同時，物體的重力勢能大小與其下落高度有關(guān)。

（4）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)論是：當下落高度一定時，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大；

（5）球在下落過程中，高度減小，速度增大，所以是將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；當球陷入沙中，由于與沙子摩擦，而最終靜止，即是將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。