探究弹性势能的表达式
第五节:第一课时《探究弹性势能的表达式》
编写人:文新平 审核:高一物理组 时间:2012-5-4
班级 ________ 姓名 ________ 组别_________评价 __________ 【学习目标】
1、理解弹性势能的概念
2、知道探究“探究弹性势能的表达式”的思路,
3、初步了解弹性势能特点及其决定因素,变力功的计算方法。 【学习重点】
1、利用微元法和图象法计算变力做功 2、推理得出弹力做功和弹性势能的关系 3、利用力----位移图象计算变力做功 【知识复习】
1、_____________________________________________________________叫重力势能。 2、重力势能的表达式是_____________________________________________________ 当物体的质量一定时, 重力势能与 ___________________________________成正比。 3、重力做功的特点__________________________________________________________ 4、弹力与重力的变化规律不同表现在哪方面_____________________________________ 5、在弹性限度内,弹簧所受到的弹力跟_________成正比。 用公式表示则为F=__________
6、计算匀变速直线运动位移的方法:____________________________________________。
【课内探究】
探究一:弹性势能与哪些因素有关?
1、我们学过的重力势能与哪些因素有关,什么关系 2、重力势能中的高度是如何确定的? 3、你能不能给弹性势能下定义?
定义:发生_______形变的物体的各部分之间,由于有 的相互作用,也具有势能,这种势能叫做弹性势能。
4、研究弹性势能的出发点:弹性势能与重力势能都是物体凭借其 而具有的能,在讨论重力势能时,我们从重力做功分析入手,同样在讨论弹性势能的时候,则要从
分析入手, 做功应是我们研究弹性势能的出发点。 5、弹簧被拉长时的弹性势能的探究:弹性势能可能与哪几个物理量有关? 阅读教材、小组商量进行猜测,可能与 有关。
6、重力势能物体被举起的高度H,弹性势能是不是与弹簧被拉伸的长度X成正比?
探究二:推导弹性势能的表达式 1、怎样计算弹力做功?
思路点拨:设计一个缓慢的拉伸过程,整个过程中拉力始终等于弹力,这样,就可以用拉力的功来替代弹力的功(替代法)。
2、缓慢拉弹簧过程中,每经相等的位移,拉力做的功都相等吗? 3、经相等的位移做的功是如何变化的? 4、、我们如何解决这样一个变力做功的问题呢? 能否用W=F.L.C0Sα来计算呢?
提示:在必修1第二章第三节中,为了导出匀变速直线运动的位移公式,针对变速求位移我
们曾经用过一种办法„„是什么办法?怎样用的?我们能不能采用与求位移类似的方法处理呢? 如图所示,一物体的速度时间图像,则在前2s内的位移是 ,前8s内的位移是 。
5、能不能用图象来表示弹力做的功?(提示:以弹力F为纵坐标,以位移X为横坐标,在图象上标出每一小段拉力做的功)
6、由图象可得出拉力做功是____________, 7、 是能量转化的量度
8、弹性势能的表达式是Ep=___________ 即时应用:
1.关于弹簧的弹性势能,下列说法中正确的是( ) A.当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大 B.当弹簧变短时,它的弹性势能一定变小
C.在拉伸长度相同时,k越大的弹簧,它的弹性势能越大 D.弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能
探究三:弹性势能和弹力做功的关系 1.我们怎样得到了重力势能的表达式? 2.我们能否借鉴同样的思路,来分析弹力做功的情况呢? 3.弹簧的弹性势能与弹力做功有什么关系? 重力做正功,重力势能 , 重力做负功(物体克服重力做功),重力势能 弹力做正功,弹性势能 ,弹力做负功(物体克服弹力做功),弹性势能 即时应用:
2.如图7-5-4所示,一个物体以速度v0冲向与竖直墙壁相连的轻质弹簧,墙壁和物体间的弹簧被物体压缩,在此过程中以下说法正确的是( ) A.物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比
B.物体向墙壁运动相同的位移,弹力做的功不相等 C.弹力做正功,弹簧的弹性势能减小 D.弹簧的弹力做负功,弹性势能增加 探究四:弹性势能与重力势能的区别
五、反思总结
1、我们的探究过程是怎样的?
(1)提出问题:弹簧的弹性势能的表达式是怎样的? (2)猜想:弹性势能可能与哪些因素有关? (3)弹性势能与做功有什么关系? (4)怎样计算拉力的功? (5)得出探究结果 2、探究方法
猜想与假设.类比.迁移.微元.图象.数学推理等,这些都是科学探究的一般研究方法
六、当堂检测(1-6为普通班必做题)
1.关于弹性势能,以以下说法正确的是 ( ) A.任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能 B.物体只要发生形变,就一定具有弹性势能
C.外力对弹性物体做功,物体的弹性势能就发生变化 D.弹簧的弹性势能只由弹簧的形变量决定
2.关于弹力做功与弹性势能的说法正确的是 ( ) A.弹力对物体所做的功等于物体所具有的弹性势能. B.物体克服弹力所做的功等于物体所具有的弹性势能. C. 弹力对物体所做的功等于物体弹性势能的减少.
D. 物体克服弹力所做的功等于物体弹性势能的增加.
3.当弹簧的弹性势能,下列说法中正确的是: ( ) A. 当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大 B. 当弹簧变短时,它的弹性势能一定减小
C. 若选弹簧自然长度时的势能为0,则其他长度的势能均为正值
D. 若选弹簧自然长度的势能为0,则伸长时弹性势能为正值,压缩时弹性
势能为负值
4.一物体在竖直弹簧的上方h米处下落,然后又被弹簧弹回,则物体动能
最大时是 ( )
A.物体刚接触弹簧时 B.物体将弹簧压缩至最短时 C.物体重力与弹力相等时 D.弹簧等于原长时
5.如图所示,一个物体以速度v0冲向竖直墙壁,墙壁和物体间的弹簧被
物体压缩,在此过程中以下说法正确的是 ( ) 题
A.物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比
B.物体向墙壁运动相同的位移,弹力做的功不相等 C.弹力做正功,弹簧的弹性势能减小
D.弹簧的弹力做负功,弹性势能增加
6.如图所示,在光滑水平面上有A、B两球,中间连一弹簧,A球固定,
今用手拿住B球将弹簧压缩一定距离,然后释放B球,在B球向右运动到最大距离的过程中,B球的加速度将 ,B球的速度将 ,弹簧的弹性势能将 .
第6题
7.一根弹簧的弹力—位移图线如图所示,那么弹簧由伸长量8 cm到伸长量4 cm的过程中,弹力做功和弹性势能的变化量为 ( )
A.3.6 J,-3.6 J B.-3.6 J,3.6 J C.1.8 J,-1.8 J D.-1.8 J,1.8 J
8.在水平地面上放一个竖直轻弹簧,弹簧上端与一个质量为2.0 kg的木块相连,若在木块上再作用一个竖直向下的力F,使木块 缓慢向下移动0.10 m,力F做功2.5 J.此时木块再次处于平衡状态,力F的大小为50 N,如图所示.求: (1)在木块下移0.10 m的过程中弹性势能的增加量. (2)弹簧的劲度系数(g取10 N/kg).