某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关...

问题详情：

某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关。于是设计了如图所示的实验：用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B求质量为2m，让A、B两球从距沙表面高H处静止下落，C球从距沙表面高2H处静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，C、D两球陷入沙深度均为h3，且h1＜h2＜h3

（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过________来反映的，这里用到的实验方法是________（选填“转换法”或“控制变量法”）；

（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙深度更大，由此可得出结论：________；

（3）比较A、C两球，发现C球陷入沙深度更大，由此可得出结论：________；

（4）比较C、D两球，发现两球运动路径不同，但陷入沙深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径________（选填：“有关”或“无关”）。

（5）不计空气阻力，小球在下落过程陷入沙面之前，将重力势能转化为________能。小球这种能的增加量________小球重力势能的减小量。（选填“大于”、“小于”或“加等于”）

【回答】

（1）铅球下陷的深度；转换法；（2）当物体的高度一定时，质量越大，重力势能越大；（3）当物体的质量一定时，高度越大，重力势能越大；（4）无关；（5）动；等于。

【解析】（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过铅球陷入沙中的深度来反映的，采用了转换法；（2）比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入沙中的深度更大，说明最初B球的重力势能更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大；（3）比较A、C两球，两球质量相同，下落路径也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，发现C球陷入沙中的深度更大，说明最初C球的重力势能更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大；（4）比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，但陷入沙中的深度相同，说明最初C、D两球的重力势能相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关；（5）铅球在下落过程陷入沙面之前，其高度减小，速度增加，将重力势能转化为动能；不计空气阻力，则铅球的机械能是守恒的，动能的增加量等于重力势能的减小量。

知识点：动能和势能

题型：实验,探究题