20. 在探究“动能和重力势能相互转化”的实验中，采用了图 10-24 中的实验装置。用细线把一个质量为 m 的小球悬挂起来，将小球从位置 B 拉到位置 A，由静止释放小球，观察小球从 A→B→C 过程中高度和速度的变化，并分别测出小球在三个位置时动能和重力势能的大小，从而分析这一过程中动能和重力势能之间的转化，实验数据见表 10-2。


表 10-2
(1)小球在图中的位置 C 时，受到个力的作用。
(2)从实验中可以看出，小球从 A→B 的过程中，速度不断增加，高度不断降低，此过程中重力势能逐渐转化为；在能量转化的过程中，机械能逐渐减少，这主要是由于小球受到。
(3)在实验中，如果换用质量为 2m 的小球，其他条件不变，那么小球到达位置 B 时的机械能(选填“大于”“小于”或“等于”)质量为 m 的小球到达位置 B 时的机械能。

2
动能
空气阻力
大于

【解析】
(1) 小球在位置C时，受到重力和细线的拉力，共2个力的作用。
(2) 小球从A→B的过程中，高度不断降低，重力势能减小，速度不断增加，动能增大，此过程中重力势能逐渐转化为动能；在能量转化过程中，机械能逐渐减少，主要是由于小球受到空气阻力，部分机械能转化为内能。
(3) 小球在初始位置时，质量为2m的小球重力势能更大（初始高度相同，重力势能与质量成正比），虽然下落过程中都受空气阻力，但初始机械能大的小球，到达位置B时的机械能仍更大，所以质量为2m的小球到达位置B时的机械能大于质量为m的小球到达位置B时的机械能。
【答案】
2
动能
空气阻力
大于
【知识点】
机械能转化与守恒；力的分析；影响机械能的因素
【点评】
本题考查动能和重力势能的转化及机械能变化的影响因素，需结合力的分析、能量转化规律和机械能的影响因素进行解答，难度适中。
【难度系数】
0.6

21. 某实验小组在探究影响重力势能大小的因素时，提出了猜想：重力势能的大小可能与物体的质量、物体所在的高度和物体运动路径有关。他们做了图 10-25 中的实验(小球在光滑管道中运动时不计能量损失)，实验时让小球从某高度处自由下落，小球陷入沙子中静止后，用刻度尺测出小球陷入沙子的深度。

(1)本实验是通过观察来判断重力势能大小。
(2)分析(选填序号)两实验，可得出结论：当物体所在的高度相同且运动路径相同时，质量越，物体具有的重力势能越大。
(3)分析 C、D 两实验，可得出结论：物体重力势能的大小与物体运动路径(选填“有关”或“无关”)。
(4)分析 A、C 两实验，可探究重力势能大小与物体的关系。由图可知：同一物体，，具有的重力势能越大，对外做功的能力越强。

小球陷入沙子的深度
A、B
大
无关
所在位置的高度
高度越高

【解析】
(1) 实验采用转换法，通过观察小球陷入沙子的深度判断重力势能大小，重力势能越大，小球对沙子做功越多，陷入沙子越深。
(2) 探究重力势能与质量的关系，需控制高度和运动路径相同、改变质量，故选A、B两实验；实验表明，当物体所在高度相同且运动路径相同时，质量越大，物体重力势能越大。
(3) C、D两实验中，小球质量、初始高度相同，运动路径不同，陷入沙子深度相同，说明物体重力势能大小与运动路径无关。
(4) A、C两实验中，小球质量、运动路径相同，初始高度不同，可探究重力势能与物体所在位置高度的关系；由图可知，同一物体，高度越高，重力势能越大，对外做功能力越强。
【答案】
(1) 小球陷入沙子的深度
(2) A、B；大
(3) 无关
(4) 所在位置的高度；高度越高
【知识点】
重力势能的影响因素；控制变量法；转换法
【点评】
本题考查重力势能影响因素的探究实验，重点考查控制变量法与转换法的应用，需通过控制变量分析实验现象得出结论。
【难度系数】
0.6