Question

16．某同學(xué)在體育活動(dòng)中，從鉛球下落陷入沙坑的深度情況猜想到：物體的重力勢(shì)能可能與物體的質(zhì)量、下落高度和運(yùn)動(dòng)路徑有關(guān)．于是設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)：用大小、形狀相同的A、B、C、D四個(gè)鉛球，其中A、C、D三球的質(zhì)量為m，B球質(zhì)量為2m，讓A、B兩球從距沙表面高H處?kù)o止下落，C球從距沙表面高2H處?kù)o止下落，D球從距沙表面高2H處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(yùn)動(dòng)的能量損失不計(jì)）．實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)中，鉛球的重力勢(shì)能大小是通過(guò)球陷入沙面的深度來(lái)反映的．
（2）比較A、B兩球，發(fā)現(xiàn)B球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當(dāng)下落高度一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大．
（3）比較A、C兩球，發(fā)現(xiàn)C球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當(dāng)物體的質(zhì)量相同時(shí)，下落高度越高，物體的重力勢(shì)能越大．
（4）比較C、D兩球，發(fā)現(xiàn)兩球運(yùn)動(dòng)的路徑雖然不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結(jié)論：物體的重力勢(shì)能與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)（選填：“有關(guān)”或“無(wú)關(guān)”）．
（5）小球在下落過(guò)程中陷入沙表面前，將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，陷入沙中后到小球靜止過(guò)程中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

Answer 1

分析 （1）影響重力勢(shì)能的因素有物體的質(zhì)量和下落高度，實(shí)驗(yàn)中研究物體的重力勢(shì)能與物體的質(zhì)量關(guān)系時(shí)，需要保持下落高度和運(yùn)動(dòng)路徑相同，改變物體質(zhì)量；
（2）研究物體重力勢(shì)能與下落高度的關(guān)系時(shí)，需要保持物體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)路徑相同，改變下落高度；
（3）研究物體重力勢(shì)能與運(yùn)動(dòng)路徑的關(guān)系時(shí)，需要保持物體質(zhì)量和下落高度相同，改變運(yùn)動(dòng)路徑．據(jù)此分析解答．
上面的探究過(guò)程，用到控制變量法；
實(shí)驗(yàn)中通過(guò)球陷入沙面的深度來(lái)反映鉛球重力勢(shì)能的大小用到轉(zhuǎn)換法．

解答 解：（1）本實(shí)驗(yàn)中，鉛球的重力勢(shì)能大小是通過(guò)球陷入沙面的深度來(lái)反映的；
（2）比較A、B兩球，下落高度和運(yùn)動(dòng)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：當(dāng)下落高度一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大；
（3）比較A、C兩球，兩球質(zhì)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(fā)現(xiàn)C球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當(dāng)物體的質(zhì)量相同時(shí)，下落高度越高，物體的重力勢(shì)能越大；
（4）比較C、D兩球，兩球的質(zhì)量相同，下落高度也相同，兩球的運(yùn)動(dòng)路徑不同，發(fā)現(xiàn)兩球運(yùn)動(dòng)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(shì)能與物體運(yùn)動(dòng)的路徑無(wú)關(guān)．
（5）小球在下落過(guò)程中陷入沙表面前，高度減小，速度增大，所以將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；陷入沙中后到小球靜止過(guò)程中，小球與沙子摩擦，最終靜止，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
故答案為：（1）球陷入沙面的深度；
（2）當(dāng)下落高度一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，重力勢(shì)能越大；
（3）當(dāng)物體的質(zhì)量相同時(shí)，下落高度越高，物體的重力勢(shì)能越大；
（4）無(wú)關(guān)；
（5）動(dòng)；內(nèi)．

點(diǎn)評(píng) 此題考查學(xué)生對(duì)于物體重力勢(shì)能的理解和掌握，注意分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用．