Question

【題目】某同學在體育活動中，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量、下落高度和運動路徑有關．于是設計了如圖所示的實驗：用大小、形狀相同的 、 、 、 四個鉛球，其中 、 、 三球的質量為 ， 球質量為 ，讓 、 兩球從距沙表面高 靜止下落， 球從距沙表面高 靜止下落， 球從距沙表面高 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（球在光滑管道中運動的能量損失不計）．實驗測得 、 兩球陷入沙深度分別為 和 ， 、 兩球陷入沙深度為 ，且 ．

（1）本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過來反映的．
（2）比較 、 兩球，發現 球陷入沙深度更大，由此可得出結論；當下落高度一定時，物體的越大，重力勢能越大．
（3）比較 、 兩球，發現 球陷入沙深度更大，由此可得出結論；當物體的質量相同時，越高，物體的重力勢能越大．
（4）比較 、 兩球，發現兩球運動的路徑不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結論：物體的重力勢能與物體運動的路徑（選填：“有關”或“無關”）．
（5）小球在下落過程陷入沙面前，將重力勢能轉化為能，小球陷入沙中到靜止的過程中，又將能轉化為能．

Answer 1

【答案】
（1）球陷入沙坑的深度
（2）質量
（3）高度
（4）無關
（5）動；機械；內
【解析】（1）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，下落高度和運動路徑相同，B球質量大于A球質量，發現B球陷入沙深度更大，由此可得出結論：當下落高度一定時，物體的質量越大，重力勢能越大.（3）比較A、C兩球，兩球質量和運動路徑相同，C下落的高度大于A下落的高度，由圖發現C球陷入沙深度更大，由此可得出結論：當物體的質量相同時，高度越高，物體的重力勢能越大． （4）比較C、D兩球，兩球的質量相同，下落高度也相同，兩球的運動路徑不同，但陷入沙深度相同，由此可得出結論：物體的重力勢能與物體運動的路徑無關．（5）球在下落過程中，高度減小，速度增大，所以將重力勢能轉化為動能；當球陷入沙中，與沙子發生摩擦后最終靜止，將機械能轉化為內能．
故答案為：（1）球陷入沙坑的深度；（2）質量；（3）高度；（4）無關；（5）動；機械；內.物體的重力勢能和物體的質量有關，和物體的高度有關，研究時要利用控制變量法，并且通過沙坑的深度反應重力勢能的大小.