Question

【題目】某同學(xué)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(yùn)動路徑有關(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)動的能量損失不計(jì)）。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，鉛球的重力勢能大小是通過 來反映的。

（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： 。

（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： 。

（4）比較C、D兩球，發(fā)現(xiàn)兩球運(yùn)動的路徑雖然不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結(jié)論：物體的重力勢能與物體運(yùn)動的路徑 （選填：“有關(guān)”或“無關(guān)”）。

（5）小球在下落過程中陷入沙表面前，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(jī)械能轉(zhuǎn)化為 能。

Answer 1

【答案】（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，物體的重力勢能越大；（4）無關(guān)；（5）動；內(nèi)

【解析】試題分析：（1）本實(shí)驗(yàn)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(yùn)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：當(dāng)下落高度一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大；

（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)動路徑不同，發(fā)現(xiàn)兩球運(yùn)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(yùn)動的路徑無關(guān)；

（5）球在下落過程中，高度減小，速度增大，所以將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；當(dāng)球陷入沙中，與沙子摩擦，最終靜止，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。