Question

【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处静止下落，C球从距沙表面高2H处静止下落，D球从距沙表面高2H处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两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为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球陷入沙深度更大，由此可得出结论： 。

（3）比较A、C两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论： 。

（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径虽然不同，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”或“无关”）。

（5）小球在下落过程中陷入沙表面前，将重力势能转化为 能，陷入沙中后到小球静止过程中，将机械能转化为 能。

Answer 1

【答案】（1）球陷入沙面的深度；（2）当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；

（3）当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；（4）无关；（5）动；内

【解析】试题分析：（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙面的深度来反映；

（2）比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；

（3）比较A、C两球，两球质量相同，下落路径也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，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，下落高度越高，物体的重力势能越大；

（4）比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，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无关；

（5）球在下落过程中，高度减小，速度增大，所以将重力势能转化为动能；当球陷入沙中，与沙子摩擦，最终静止，将机械能转化为内能。