Question

10．在探究重力勢能與什么關(guān)系有關(guān)時，同寧們經(jīng)過討論，提出如下猜想：重力勢能的大小可能跟物體的質(zhì)量有關(guān)；也可能跟物體的高度有關(guān)． 下面是小明和小紅關(guān)于這個問題討論后的實驗設(shè)計．
甲：讓質(zhì)量為m的物體從不同高度落向插入沙坑中的木樁．
乙：讓質(zhì)量為m和2m的兩個大小不同的物體從同一高度落向插入沙坑中的木樁．
實驗發(fā)現(xiàn)B比A插入得深，D比C插入得深，如圖所示．請解答下列問題：

（1）甲圖研究的是重力勢能與高度的關(guān)系，結(jié)論是在質(zhì)量一定時，物體的高度越高，物體的重力勢能也越大．  
（2）乙圖研究的是重力勢能與質(zhì)量的關(guān)系，結(jié)論是在物體的高度一定時，質(zhì)量越大，物體的重力勢能也越大．
（3）如圖丙是游樂場的過山車的簡化模型圖．圖中B為最低點，C點為軌道弧形部分的最高點，則過山車在整個運動過程中，從A點到B點，A點重力勢能最大，B點動能最大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；從B點到C點，動能減小，重力勢能增大．

Answer 1

分析 （1）（2）用控制變量法和轉(zhuǎn)換法對物體勢能大小進行判斷．重力勢能的大小與物體的質(zhì)量，物體被舉起的高度有關(guān)，當高度相同時，物體的質(zhì)量越大，重力勢能越大；當質(zhì)量相同時，物體被舉得越高，重力勢能越大．結(jié)合圖象進行分析判斷；
（3）一種形式的能轉(zhuǎn)化為另一種形式的能，該形式的能逐漸減小，另一種形式的能不斷增加；
從重力勢能大小的影響因素分析重力勢能的變化；質(zhì)量和高度影響重力勢能大小，質(zhì)量越大，高度越高，重力勢能越大．

解答 解：
（1）觀察甲圖可知，B撞擊木樁陷入沙坑的深度大，說明B重力勢能大，A、B兩物體質(zhì)量相等，B下落的高度大于A，說明重力勢能與物體的高度有關(guān)；可得結(jié)論：在質(zhì)量一定時，物體的高度越高，物體的重力勢能也越大；
（2）觀察乙圖可知，D撞擊木樁陷入沙坑的深度大，說明D重力勢能大，C、D兩物體下落的高度相等，D的質(zhì)量大于C，說明重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān)；可得結(jié)論：在物體的高度一定時，質(zhì)量越大，物體的重力勢能也越大；
（3）過山車在整個運動過程中，質(zhì)量不變，A點的高度最高，重力勢能最大；過山車到達B點，速度最大，動能最大；
過山車從A點到B點，過山車的速度越來越大，高度減小，重力勢能不斷減小，動能不斷增大，所以重力勢能轉(zhuǎn)化為動能；
過山車從B點到C點，速度減小，高度增加，動能減小，重力勢能增大，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能．
故答案為：
（1）重力勢能與高度的關(guān)系；在質(zhì)量一定時，物體的高度越高，物體的重力勢能也越大；
（2）重力勢能與質(zhì)量的關(guān)系；在物體的高度一定時，質(zhì)量越大，物體的重力勢能也越大；
（3）重力勢；動；重力勢；動；動；重力勢．

點評 此題考查了物體重力勢能大小的影響因素，探究過程充分應(yīng)用了控制變量法和轉(zhuǎn)換法，要求學生牢固掌握，正確應(yīng)用．