10.小夏同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况受到启发，提出了如下猜想。
猜想一:物体的重力势能与物体的质量有关。
猜想二:物体的重力势能与物体的高度有关。
猜想三:物体的重力势能与物体的运动路径有关。
为此小夏设计了如图所示的实验:将大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球分别从距离沙坑表面某高度处由静止释放，其中D铅球从光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直落下。实验数据如表。(不计铅球在光滑管道中运动的能量损失)

|实验序号|铅球代号|铅球质量/g|高度/m|陷入沙坑的深度/m|
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
|①|A|200|0.5|0.1|
|②|B|400|0.5|0.2|
|③|C|200|1|0.2|
|④|D|200|1|0.2|
(1)本实验中，铅球的重力势能大小是通过来反映的。
(2)为验证猜想一，应比较实验(填实验序号)。
(3)通过上述实验，分析可得出结论:物体的重力势能与物体的高度和有关，与物体的无关。

10.(1)铅球陷入沙坑的深度 (2)①② (3)质量 运动路径

【分析】
探究重力势能的大小采用转换法，将不易直接观察的重力势能大小转换为铅球陷入沙坑的深度（深度越大，重力势能越大）；验证猜想一（重力势能与质量有关）时，需控制高度相同，改变质量，符合条件的是实验①和②；分析实验③和④，质量、高度相同，仅运动路径不同，陷入沙坑深度相同，说明重力势能与运动路径无关，结合①②的结果可推导结论。
【解析】
(1) 实验中利用转换法，铅球的重力势能越大，陷入沙坑的深度越深，因此铅球的重力势能大小通过铅球陷入沙坑的深度反映。
(2) 验证猜想一（重力势能与质量有关），需控制高度相同、质量不同，实验①和②中铅球高度均为0.5m，质量分别为200g和400g，符合控制变量要求，故应比较实验①②。
(3) 由实验①②可知：高度相同，质量不同，陷入沙坑深度不同，说明重力势能与质量有关；由实验③④可知：质量、高度相同，运动路径不同，陷入沙坑深度相同，说明重力势能与运动路径无关；因此结论为：物体的重力势能与物体的高度和质量有关，与物体的运动路径无关。
【答案】
(1) 铅球陷入沙坑的深度 (2) ①② (3) 质量 运动路径
【知识点】
重力势能的影响因素、转换法、控制变量法
【点评】
本题考查探究重力势能影响因素的实验，核心考查控制变量法和转换法的应用，是初中物理力学部分的基础实验题，注重实验方法的理解与应用。
【难度系数】
0.7

11.如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要课题。为了提高能量利用率，某轻轨车站的设计方案如图。该车站站台与前后连接的轨道都有一个小坡度。请你说明这种设计节能的理由。

11.进站时将动能转化为重力势能“储存”起来;出站时将重力势能转化为动能“释放”出来,达到节约能源的目的。

【分析】要解释这种设计的节能理由，需从列车进站、出站时的能量转化入手：列车进站时需要减速，若直接刹车会浪费动能；设计成上坡可让动能转化为重力势能储存，减少能量损耗；出站时需要加速，若直接启动需消耗大量能量，下坡可让储存的重力势能转化为动能，减少额外能耗，核心是利用动能与重力势能的相互转化实现节能。
【解析】列车进站时，具有较大的动能，若直接刹车，动能会转化为内能散失，造成能量浪费；该设计中，站台轨道为上坡，列车上坡时，动能逐渐转化为重力势能，将能量“储存”起来，避免了刹车时的能量损耗。列车出站时，需要获得较大的动能才能正常行驶，若直接启动需消耗较多的能量来转化为动能；该设计中，站台轨道为下坡，列车下坡时，储存的重力势能逐渐转化为动能，为列车提供启动所需的能量，减少了启动时额外消耗的能源，从而达到节能的目的。
【答案】进站时将动能转化为重力势能“储存”起来；出站时将重力势能转化为动能“释放”出来，达到节约能源的目的。
【知识点】动能与势能转化、机械能利用
【点评】本题结合实际工程设计考查能量转化知识，体现了物理知识在生活中的应用，难度不大，需掌握动能和重力势能的转化规律。
【难度系数】0.7