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一、实验目的
通过重物自由下落砸入沙坑，探究物体的重力势能与质量、被举高度的关系。
二、实验原理
- 物体由于被举高而具有的能叫重力势能：Eₚ = mgh。质量越大、高度越高，重力势能越大。
- 重物从高度 h 自由下落砸入沙坑，沙坑受到的冲击力做功使其凹陷，陷入深度 d 反映重力势能大小：Eₚ 越大，沙坑陷得越深。
- 沙的阻力近似恒定，陷入深度与重力势能成正比：d ∝ mgh。
控制变量：① 质量一定，比高度 → d 随 h 增大；② 高度一定，比质量 → d 随 m 增大。
三、实验器材
沙坑（盛有细沙，侧面带刻度）、金属重物（质量 100 g / 200 g / 300 g，体积随质量增大）、释放装置（高度 h 0~40 cm 可调）、刻度尺、本互动课件（释放重物、实时显示 Eₚ 与陷入深度 d）。
四、实验步骤
- ① 选质量一定（如 200 g），改变释放高度 h（10 / 20 / 30 cm），每次由静止释放，记录沙坑陷入深度 d，比较重力势能与高度关系。
- ② 选高度一定（如 20 cm），换不同质量重物（100 / 200 / 300 g），释放后记录 d，比较重力势能与质量关系。
- ③ 归纳结论，验证 Eₚ = mgh。
五、互动模拟
💡 拖动"释放高度"滑块改变 h；点选重物质量（体积随质量增大）；点"释放重物"看重物加速下落、砸入沙坑并陷下深度 d，d 随重力势能增大。
h = 20 cm
重物质量 m：
被举高度 h = 20 cm
质量 m = 200 g
重力势能 Eₚ = mgh = — J
陷入深度 d = — cm
| 次数 | 质量 m / g | 高度 h / cm | 重力势能 Eₚ / J | 陷入深度 d / cm |
|---|
六、探究结论
- 质量一定时，物体高度越大，重力势能越大（陷得越深）。
- 高度一定时，物体质量越大，重力势能越大（陷得越深）。
- 综合：重力势能与质量和被举高度成正比，Eₚ = mgh。
七、注意事项
- 每次释放重物都要由静止开始，且从同一刻度线释放，保证初速度为 0。
- 每次释放前把沙面刮平，保证对比条件一致。
- 陷入深度应在沙坑侧面刻度上读取，视线与刻度平齐。