Question

【題目】小夏同學(xué)在體育活動中，從鉛球下落陷入沙坑的深度情況受到啟發(fā)，進(jìn)行了如下研究：

（猜想與假設(shè)）

猜想一：物體的重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān)

猜想二：物體的重力勢能與物體的下落高度有關(guān)

猜想三：物體的重力勢能與物體的運(yùn)動路徑有關(guān)

（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）

為此小夏設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)：

（1）用大小、形狀相同的A、B、C、D四個鉛球分別從距離沙表面某高度處__________釋放，其中D球從光滑彎曲管道上端滑入，最后從管道下端豎直落下（球在光滑管道中運(yùn)動的能量損失不計(jì)）。

（2）記錄所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	鉛球代號	鉛球質(zhì)量/g	下落高度/m	陷入沙的深度
①	A	200	0.5	0.1
②	B	400	0.5	0.25
③	C	200	1	0.2
④	D	200	1	0.2

本實(shí)驗(yàn)中，鉛球的重力勢能大小是通過__________來反映的，這種研究問題的方法是__________。

（實(shí)驗(yàn)結(jié)論）

（3）為驗(yàn)證猜想二，應(yīng)比較__________（填實(shí)驗(yàn)序號），得到的結(jié)論是：當(dāng)物體質(zhì)量相同時，________。

（4）比較③④，得到的結(jié)論是________。

（拓展應(yīng)用）

經(jīng)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)和分析，小夏大膽給出重力勢能（Ep）的表達(dá)式“Ep＝mgh”，并去辦公室詢問了老師，得以證實(shí)，小夏高興不已，回到教室后，根據(jù)學(xué)過的知識又算出了各小球落到沙表面的動能，其中B球的動能為__________J。（忽略空氣阻力，g取10 N/kg）

Answer 1

【答案】靜止 鉛球陷入沙中的深度 轉(zhuǎn)換法 ①③ 物體所處的高度越高，重力勢能越大 物體的重力勢能與物體運(yùn)動的路徑無關(guān) 2

【解析】

(1)[1]由控制變量法可知，用大小、形狀相同的A、B、C、D四個鉛球分別從距離沙表面某高度處靜止釋放；

(2)[2][3]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；球陷入沙面的深度越深，說明它的重力勢能越大，用到轉(zhuǎn)換法；

(3)[4][5]研究物體的重力勢能與物體的下落高度的關(guān)系，控制小球的質(zhì)量相同，下落的高度不同，需要比較A、C兩球；兩球質(zhì)量相等、運(yùn)動路徑相同，下落高度不同，C球下落的高度高，發(fā)現(xiàn)C球陷入沙深度更大，由此可得出結(jié)論：當(dāng)質(zhì)量相同時，物體所處的高度越高，重力勢能越大；

(4)[6]比較③④兩球，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)；

[7]忽略空氣阻力，小球落到沙表面的動能等于開始下落時的重力勢能，B球的動能為

Ek= Ep＝mgh=0.4kg×10N/kg×0.5m=2J。