Question

15．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求質量為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，發現B球陷入沙深度更大，由此可得出結論：當所處高度相同時，物體的質量越大，重力勢能越大；
（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：當物體的質量相同時，所處高度越高，物體的重力勢能越大；
（4）比較C、D兩球，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 （選填：“有關”或“無關”）．
（5）小球在下落過程陷入沙面之前，將重力勢能轉化為動能．

Answer 1

分析 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．

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；
（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球陷入沙面的深度更大，由此可得出結論：當所處高度相同時，物體的質量越大，重力勢能越大；
（3）比較A、C兩球，兩球的質量相同，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球陷入沙面的深度更大，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時，但陷入沙面的深度相同，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）小球在下落過程陷入沙面之前，高度減小，速度增加，將重力勢能轉化為動能．
故答案為：（1）球陷入沙面的深度；
（2）當所處高度相同時，物體的質量越大，重力勢能越大；
（3）當物體的質量相同時，所處高度越高，物體的重力勢能越大；
（4）無關；
（5）動．

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，控制條件．