[题目]某同学在体育活动中.从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到:物体的重力势能可能与物体的质量.下落高度和运动路径有关.于是设计了如图所示的实验:用大小.形状相同的A.B.C.D四个铅球.其中A.C.D三球的质量为m.B球质量为2m.让A.B两球从距沙表面高H静止下落.C球从距沙表面高2H静止下落.D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入.最后从管道下端竖直� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

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【题目】某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H静止下落，C球从距沙表面高2H静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验测得A、B两球陷入沙坑的深度分别为h1和

h2，C、D两球陷入沙坑的深度为h3，且h1＜h2＜h3。

（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过_____来反映的。

（2）比较A、B两球，发现B球陷人沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，_____。

（3）比较_____两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大。

（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径_____（选填“有关”、“无关”）。

（5）本实验中采用的物理方法有_____和_____。

【答案】球陷入沙面的深度物体的质量越大，重力势能越大 A、C 无关控制变量法转换法

【解析】

影响重力势能的因素有物体的质量和下落高度，实验中研究物体的重力势能与物体的质量关系时，需要保持下落高度和运动路径相同，改变物体质量；研究物体重力势能与下落高度的关系时，需要保持物体质量和运动路径相同，改变下落高度；研究物体重力势能与运动路径的关系时，需要保持物体质量和下落高度相同，改变运动路径。据此分析解答。上面的探究过程，用到控制变量法和转换法。

（1）根据题意知道，实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映的；

（2）比较A、B两球知道，它们下落高度和运动路径均相同，但是B球质量大于A球质量，根据B球陷入沙深度较大，可以得出结论是：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；

（3）根据结论“当物体的质量相同时，下落的高度越高，物体的重力势能越大”可知，本次实验要研究的是物体的质量和运动路径相同相同时，下落高度不同，所以经比较知道A、C两球的情况符合条件；

（4）比较C、D两球知道，两球的质量相同，下落高度也相同，而两球的运动路径不同，但是陷入沙的深度相同，所以，得出结论是：物体的重力势能与物体运动的路径无关。

（5）铅球的重力势能大小不能直接测出，而是通过球陷入沙面的深度来反映的，即用到是转换法；由于物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关，所以探究过程应用了控制变量法。

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