《高中物理（情景切入+課前導讀+問題探究+知能演練）第7章 第5節(jié) 探究彈性勢能的表達式課件 新人教版必修2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理（情景切入+課前導讀+問題探究+知能演練）第7章 第5節(jié) 探究彈性勢能的表達式課件 新人教版必修2（40頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、第五節(jié)探究彈性勢能的表達式第五節(jié)探究彈性勢能的表達式拉滿的彎弓可以把箭射出去；壓縮的彈簧可以把小球彈得很遠；上緊的鐘表發(fā)條能夠驅動表針走動可見，發(fā)生彈性形變的物體在恢復原狀的過程中能夠做功，說明它具有能量1明確彈性勢能的含義，理解彈性勢能的相對性2知道重力做功和彈力做功的區(qū)別3了解彈性勢能與哪些量有關課前預習一、彈性勢能1定義：發(fā)生_的物體，各部分之間由于有_的相互作用而具有的勢能2相關因素：彈性勢能與彈簧的_和_有關，在彈簧的形變量l相同時，彈簧的勁度系數k越大，彈簧的彈性勢能_在彈簧勁度系數k相同時，彈簧形變量越大，彈簧彈性勢能_彈性形變彈力形變量勁度系數越大越大二、探究彈性勢能表達式的方
2、法 1探究方法：通過研究_來確定彈性勢能2猜想：彈性勢能的大小是由彈簧的“軟硬”_和_決定的3探究思路：利用“無限分割”法來計算彈簧發(fā)生微小形變時彈力做的功，再利用_法來計算各段微小形變彈力做功之和，從而確定彈性勢能如圖所示彈簧勁度系數 形變量圖象三、彈性勢能與彈力做功1重力勢能與重力做功的關系：重力做正功時，重力勢能_，減少的重力勢能等于_；重力做負功 時 ， 重 力 勢 能 _ _ _ _ _ _ _ _ ， 增 加 的 重 力 勢 能 等 于_2類比：彈力做正功時，彈性勢能_，減少的彈性勢能等于_；彈力做負功時，彈性勢能_，增加的彈性勢能等于_克服彈力所做的功減少重力所做的功增加克服重力
3、所做的功減少彈力所做的功增加怎樣理解彈性勢能？1彈性勢能的特點(1)彈性勢能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質點，因相對位置改變而具有的能量，因而也是對系統(tǒng)而言的(2)彈性勢能也是相對的，其大小在選定了零勢能面后才有意義對彈簧，零勢能面一般選彈簧自由長度時為零(3)物體上升，物體克服重力做功，重力勢能增加，用力拉或壓彈簧，彈簧克服彈力做功，彈性勢能增加2彈力做功與彈性勢能變化的關系如圖所示，彈簧左端固定，右端連一物體，O點為彈簧的原長處當物體在由O點向右移動的過程中，彈簧被拉長，彈力對物體做負功，彈性勢能增加；當物體由O點向左移動的過程中，彈簧被壓縮，彈力對物體做負功，彈簧彈性勢能增加當物體在由A點
4、向右移動的過程中，彈簧的壓縮量減小，彈力對物體做正功，彈性勢能減??；當物體由A點向左移動的過程中，彈簧的伸長量減小，彈力做正功，彈性勢能減小總之，當彈簧的彈力做正功時，彈簧的彈性勢能減小，彈性勢能變成其他形式的能；當彈簧的彈力做負功時，彈簧的彈性勢能增大，其他形式的能轉化為彈簧的彈性勢能這一點與重力做功跟重力勢能變化量的關系相似名師提示：發(fā)生形變的物體不一定有彈性勢能，只有發(fā)生彈性形變的物體才具有彈性勢能 嘗試應用1.關于彈性勢能，下列說法錯誤的是（）A.發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能B.只有彈簧在發(fā)生彈性形變時才具有彈性勢能C.彈性勢能可以與其他形式的能相互轉化D.彈性勢能在國際單位制中的
5、單位是焦耳解析解析：發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間由于有彈力的相互作用都具有彈性勢能，選項A正確，選項B錯誤；彈性勢能跟重力勢能一樣，可以與其他形式的能相互轉化，選項C正確；所有能的單位跟功的單位相同，在國際單位制中的單位都是焦耳，選項D正確.答案：答案：B彈性勢能表達式的探究1探究彈性勢能的表達式的思路探究彈性勢能的表達式的基本思路：從功能關系著手研究功能關系是定義某種形式的能量的具體依據，從計算某種力的功入手是探究能的表達式的基本方法和思路因此，探究彈性勢能時，要從彈力做功入手進行分析2彈簧彈性勢能可能與哪幾個物理量有關(1)如圖所示，壓縮的彈簧能將物體彈出，彈簧的壓縮量越大，物體被彈出的
6、距離越遠，說明彈性勢能與彈簧長度的改變量有關(2)用不同勁度系數的彈簧做實驗，發(fā)現(xiàn)壓縮量相同的情況下，勁度系數越大的彈簧，將物體彈出的距離越遠，說明彈性勢能與彈簧的勁度系數有關3探究彈性勢能的表達式的過程(1)類比重力勢能的決定因素，猜測彈性勢能的決定因素重力勢能的大小與物體的質量和高度有關，彈簧的彈性勢能是否與彈簧被拉伸的長度有關？答案是肯定的，因為彈簧的形變量越大，它對外做的功就越多重力勢能Epmgh，與高度成正比，彈簧的彈性勢能是否與彈簧被拉伸的長度成正比？不能確定，因為舉物體時，重力不變，拉彈簧時，拉得越長，拉力越大彈簧的彈性勢能是否與彈簧的勁度系數k有關？答案是肯定的，因為拉伸相同的
7、長度，k越大，用力越大彈簧的彈性勢能應該與彈簧的伸長量l和勁度系數k有關，其表達式怎樣？不能確定，但能肯定彈性勢能隨k、l的增大而增大(2)類比重力勢能的定義方法，弄清彈簧彈力做的功與彈性勢能的關系重力勢能的變化與重力做功有關，且重力所做的功與重力勢能的變化之間的關系為WGEp，那么彈簧的彈力所做的功是否與彈性勢能的變化也有如此關系呢？答案是肯定的，因為彈力與重力類似，均由相互作用的物體(或物體各部分)的相對位置決定，且重力和彈力做功都與路徑無關，更為重要的是我們可以確定彈力做正功時，彈性勢能減少，彈力做負功時，彈性勢能增加，由功能關系也應有 W彈Ep.4彈簧彈力做功的確定由于彈簧的彈力是一個
8、變力，因此不能用WFlcos 進行計算設彈簧的伸長量為l，則Fkl，作出Fl圖象如圖所示，則圖象中5對彈性勢能表達式的說明(1)Ep kl2中l(wèi)為相對于自由長度的形變量，可見對同一彈簧壓縮或伸長相同長度彈性勢能相等；(2)該式在教材中沒有出現(xiàn)，也不要求定量計算，但了解這一形式對定性分析還是很有幫助的；(3)彈性勢能的求解，通常由能量轉化的方式利用能量守恒(后面將要學習)求解；12(4)彈性勢能表達式推導中，求彈力做功時用了極限思想，即l很小時，彈力可視為恒力；數形結合思想，作Fl圖象圖象的面積值表示彈力做的功，用轉化思想把求彈性勢能Ep轉化為求彈力做功名師提示：不能對全過程用一次功的公式WFl
9、cos 計算拉力的功，是由于彈簧拉力是隨彈簧形變量的變化而變化的彈性勢能的改變僅與彈力做功有關，彈力做多少正功，彈性勢能就減少多少；彈力做多少負功，彈性勢能就增加多少嘗試應用2關于彈力做功與彈性勢能變化的關系，我們在進行猜想時，可以參考對重力做功與重力勢能變化的關系的討論，則下面的猜想有道理的是()彈力做功將引起彈性勢能的變化，當彈力做正功時，彈性勢能將增加彈力做功將引起彈性勢能的變化，當彈力做正功時，彈性勢能將減少彈力做功將引起彈性勢能的變化，當彈力做負功時，彈性勢能將增加彈力做功將引起彈性勢能的變化，當彈力做負功時，彈性勢能將減少ABCD解析：彈力做功將引起彈性勢能的變化，當彈力做正功時，
10、彈性勢能將減少；當彈力做負功時，彈性勢能將增加，故選項B正確答案：B彈性勢能的計算 兩個不同的彈簧A、B，勁度系數分別為k1、k2，且k1k2.現(xiàn)用相同的力從自然長度開始拉彈簧，則下列說法正確的是()AA彈簧的彈性勢能大BB彈簧的彈性勢能大C兩彈簧的彈性勢能相同D無法判斷答案：B名師歸納：解答與彈性勢能有關的問題時，首先應明確彈性勢能的決定因素，然后根據彈力做功與彈性勢能的變化之間的關系進行求解 變式應用1在水平地面上放一個豎直輕彈簧，彈簧上端與一個質量為2.0 kg的木塊相連，若在木塊上再作用一個豎直向下的力F，使木塊緩慢向下移動0.10 m，力F做功2.5 J此時木塊再次處于平衡狀態(tài)，力F
11、的大小為50 N，如圖所示求：在木塊下移0.10 m的過程中彈性勢能的增加量；解析：彈性勢能的增加量等于彈力做負功的值，所以設法求出彈簧彈力做的功是解決問題的關鍵木塊下移0.10 m的過程中，F(xiàn)與重力的合力等于彈簧彈力，所以力F和重力做的功等于彈簧彈性勢能的增加量，故彈性勢能的增加量為：EpWFmgh(2.52.0100.10) J4.5 J 答案：(1)45 J彈力做功與彈性勢能變化的關系 如圖所示，在光滑水平面上有一物體，它的左端連一彈簧，彈簧的另一端固定在墻上，在力F的作用下物體處于靜止狀態(tài)，當撤去F后，物體將向右運動在物體向右運動的過程中，下列說法正確的是()A彈簧的彈性勢能逐漸減小B
12、彈簧的彈性勢能逐漸增大C彈簧的彈性勢能先增大后減小D彈簧的彈性勢能先減小后增大解析：由于在力F的作用下物體處于靜止狀態(tài)，此時彈簧處于壓縮狀態(tài)，撤去F物體在向右運動的過程中，彈簧的彈力對物體先做正功后做負功，故彈簧的彈性勢能應先減小后增大答案：D名師歸納：彈性勢能的變化只與彈力做功有關，彈力做正功，彈性勢能減??；彈力做負功，彈性勢能增加變式應用2一根彈簧的彈力與彈簧的伸長量之間的關系圖線如圖所示，那么彈簧的伸長量由8 cm到4 cm的過程中，彈力做功與彈性勢能的變化量分別為()A3.6 J，3.6 J B3.6 J,3.6 JC1.8 J，1.8 J D1.8 J,1.8 J解析：Fl圖線與l軸
13、圍成的面積表示彈力做功的大小，故 W 0.0860 J 0.0430 J1.8 J，彈簧的伸長量減小，彈力做正功，故彈性勢能減少1.8 J，C正確1212答案：C基礎練1關于彈簧的彈性勢能，下列說法正確的是()A彈簧的彈性勢能跟拉伸(或壓縮)的長度有關B彈簧的彈性勢能跟彈簧的勁度系數有關C同一彈簧，在彈性限度內，形變量越大，彈性勢能越大D彈性勢能的大小跟使彈簧發(fā)生形變的物體有關BC2關于彈性勢能和重力勢能下列說法正確的是()A重力勢能屬于物體和地球這個系統(tǒng)共有的，彈性勢能屬于發(fā)生彈性形變的物體B重力勢能是相對的，彈性勢能是絕對的C重力勢能和彈性勢能都是相對的D重力勢能和彈性勢能都是狀態(tài)量B3關
14、于彈簧的彈性勢能，下列說法中正確的是()A當彈簧變長時，它的彈性勢能一定增加B當彈簧變短時，它的彈性勢能一定減少C在拉伸長度相同時，勁度系數越大的彈簧，它的彈性勢能也越大D彈簧拉伸時的彈性勢能一定大于壓縮時的彈性勢能C4如果取彈簧伸長x時的彈性勢能為0，則下列說法中正確的是()A彈簧處于原長時，彈簧的彈性勢能為正值B彈簧處于原長時，彈簧的彈性勢能為負值C當彈簧的壓縮量為x時，彈簧的彈性勢能為0D只要彈簧被壓縮，彈簧的彈性勢能就為負值解析：取彈簧伸長x時的彈性勢能為0，當彈簧處于原長時，彈力做正功，彈性勢能減少，為負值，選項A錯誤，B正確；只要形變量相同，彈簧的彈性勢能就相同，選項C正確；當彈簧
15、的壓縮量大于x時，彈簧的彈性勢能為正值，選項D錯誤答案：BC5在探究彈簧的彈性勢能的表達式時，下面的猜想有一定道理的是()A重力勢能與物體離地面的高度有關，彈性勢能與彈簧的伸長量有關，重力勢能與重力的大小有關，彈性勢能可能與彈力的大小有關，而彈力的大小又與彈簧的勁度系數k有關，因此彈性勢能可能與彈簧的勁度系數k和彈簧的伸長量的二次方x2有關BA選項中的猜想有一定道理，但不應該與x2有關，而應該是與x3有關CA選項中的猜想有一定道理，但應該是與彈簧伸長量的一次方，即x有關D上面三個猜想都沒有可能性解析：根據重力做功與重力勢能變化的關系，類比彈力做功與彈性勢能變化的關系，有理由猜想：重力勢能EpF
16、lmgh；彈性勢能Ep也應與彈力Fkx與伸長量lx的乘積有關即可得Ep與x2有關故本題猜想中A是有依據的，因此也是可能的故本題應選A.答案：A6.在一次“蹦極”運動中，人由高空跌下到最低點的整個過程中，下列說法中錯誤的是()A重力對人做正功B人的重力勢能減小C橡皮繩對人做正功D橡皮繩的彈性勢能增加 C提高練7.如圖所示，水平彈簧勁度系數k=500 N/m，現(xiàn)用一外力推物塊，使彈簧壓縮10 cm而靜止.突然撤去外力F，物塊被彈開，那么彈簧對物塊做了多少功？（彈簧與物塊未連接）解析：彈簧的彈力是變力.不能直接用W=Fscos進行計算，但由于彈簧的彈力摩擦力遵循胡克定律，可以作出圖象，如圖a所示，物
17、塊被彈開過程所受彈力逐漸減小，彈簧恢復原長時彈力為零.根據胡克定律，可作物塊的受力與位移的關系圖，如圖b所示，根據力-位移圖象所圍面積表示在這一過程中的功，有W=答案：2.5 JJxF5.2218.小玲同學平時使用帶彈簧的圓珠筆寫字，她想估測里面小彈簧在圓珠筆尾端壓緊情況下彈性勢能的增加量，如圖所示請你幫助她完成這一想法( 1 ) 寫 出 實 驗 所 用 的 器 材 ：_；(2)寫出實驗的步驟和要測量的物理量(用字母表示)；(3)彈性勢能增加量的表達式Ep_.解析：彈簧的彈性勢能可轉化為重力勢能，通過測量重力勢能的增加量可間接測量彈性勢能的減小量(1)圓珠筆、直尺、天平(2)將圓珠筆緊靠直尺豎
18、直放在桌面上在桌面上將圓珠筆尾端壓緊，記下筆尖處的讀數l1.突然放開圓珠筆，記下筆尖到達最高處的讀數l2.用天平測出圓珠筆的質量m.(3)mg(l2l1)答案：見解析9一水平放置的輕彈簧，一端固定，另一端與一小滑塊接觸，但不粘連；初始時滑塊靜止于水平氣墊導軌上的O點，如圖(a)所示現(xiàn)利用此裝置探究彈簧的彈性勢能Ep與其被壓縮時長度的改變量x的關系先推動小滑塊壓縮彈簧，用米尺測出x的數值；然后將小滑塊從靜止釋放，用計時器測出小滑塊從O點運動至氣墊導軌上另一固定點A所用的時間t.多次改變x，測得的x值及其對應的t值如下表所示(表中的1/t值是根據t值計算得出的)x/cm1.001.502.002.503.00t/s3.332.201.601.321.08 /s10.3000.4550.6250.7580.9261t(1)根據表中數據，在圖(b)中的方格紙上作 x圖線(2)回答下列問題：(不要求寫出計算或推導過程)已知點(0,0)在 x圖線上，從 x圖線看， 與x是什么關系？從理論上分析，小滑塊剛脫離彈簧時的動能Ek與 是什么關系(不考慮摩擦力)?1t1t1t1t1t當彈簧長度改變量為x時，彈性勢能Ep與相應的Ek是什么關系？綜合考慮以上分析，Ep與x是什么關系？答案：(1)
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