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...

問題詳情：

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。於是設計瞭如圖所示的實驗：用大小、形狀相同的A、B、C、D四個鉛球，其中A、C、D三球的質量為m，B求質量為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的光滑彎曲管道上端靜止滑入，最後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）本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過________來反映的，這裡用到的實驗方法是________（選填“轉換法”或“控制變數法”）；

（2）比較A、B兩球，發現B球陷入沙深度更大，由此可得出結論：________；

（3）比較A、C兩球，發現C球陷入沙深度更大，由此可得出結論：________；

（4）比較C、D兩球，發現兩球運動路徑不同，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________（選填：“有關”或“無關”）。

（5）不計空氣阻力，小球在下落過程陷入沙面之前，將重力勢能轉化為________能。小球這種能的增加量________小球重力勢能的減小量。（選填“大於”、“小於”或“加等於”）

【回答】

（1）鉛球下陷的深度；轉換法；（2）當物體的高度一定時，質量越大，重力勢能越大；（3）當物體的質量一定時，高度越大，重力勢能越大；（4）無關；（5）動；等於。

【解析】（1）本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過鉛球陷入沙中的深度來反映的，採用了轉換法；（2）比較A、B兩球，下落高度和運動路徑相同，B球質量大於A球質量，發現B球陷入沙中的深度更大，說明最初B球的重力勢能更大，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，兩球質量相同，下落路徑也相同，C球的下落高度大於A球的下落高度，發現C球陷入沙中的深度更大，說明最初C球的重力勢能更大，由此可得出結論：當物體的質量相同時，下落高度越高，物體的重力勢能越大；（4）比較C、D兩球，兩球的質量相同，下落高度也相同，兩球的運動路徑不同，但陷入沙中的深度相同，說明最初C、D兩球的重力勢能相同，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）鉛球在下落過程陷入沙面之前，其高度減小，速度增加，將重力勢能轉化為動能；不計空氣阻力，則鉛球的機械能是守恆的，動能的增加量等於重力勢能的減小量。

知識點：動能和勢能

題型：實驗,探究題