（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 2.5 探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式課件.ppt

2.5探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式,一、彈性勢(shì)能 觀圖助學(xué),上圖中的弓、金屬圈、彈性桿在發(fā)生形變時(shí)，都會(huì)具有什么形式的能量？,1.定義：發(fā)生__________的物體的各部分之間，由于有_______的相互作用而具有的勢(shì)能。 2.彈簧的彈性勢(shì)能：彈簧的長(zhǎng)度為_(kāi)_____時(shí)，彈性勢(shì)能為0。彈簧被______或被______時(shí)，就具有了彈性勢(shì)能。,彈性形變,彈力,原長(zhǎng),拉長(zhǎng),壓縮,二、探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式 觀圖助學(xué),(1)同一根彈簧在不同狀態(tài)下彈性勢(shì)能一樣大嗎？彈簧的彈性勢(shì)能大小與什么因素有關(guān)？ (2)撐桿跳中的桿在不同狀態(tài)下彈性勢(shì)能一樣大嗎？桿的彈性勢(shì)能大小與什么因素有關(guān)？,1.猜想 (1)彈性勢(shì)能與彈簧被拉伸的長(zhǎng)度有關(guān)，同一個(gè)彈簧，拉伸的長(zhǎng)度______，彈簧的彈性勢(shì)能也越大。 (2)彈性勢(shì)能與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)，在拉伸長(zhǎng)度l相同時(shí)，勁度系數(shù)k_____，彈性勢(shì)能越大。 2.探究思想：彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系同_______做功與重力勢(shì)能的變化關(guān)系相似。,越大,越大,重力,增加,Ep,減少,3.兩種方法計(jì)算彈簧彈力的功,(1)微元法：把整個(gè)過(guò)程劃分為很多小段，整個(gè)過(guò)程做的總功等于各段做功的代數(shù)和：W總F1l1F2l2_________。 (2)圖象法：作出彈力F與彈簧伸長(zhǎng)量l關(guān)系的Fl圖象，則彈力做的功等于Fl圖象與l軸______________。,Fnln,所圍的面積,理解概念,判斷下列說(shuō)法是否正確。 (1)彈性勢(shì)能與彈簧的彈性形變量和勁度系數(shù)有關(guān)。( ) (2)不同彈簧發(fā)生相同的形變量時(shí)彈力做功相同。( ) (3)彈簧被壓縮時(shí)，彈性勢(shì)能為負(fù)；彈簧被拉伸時(shí)，彈性勢(shì)能為正。( ) (4)彈力做正功，彈性勢(shì)能就增大；彈力做負(fù)功，彈性勢(shì)能就減小。( ),,,,,觀察探究,如圖1所示，某人正在用拉力器鍛煉臂力。,對(duì)彈性勢(shì)能的理解,圖1,(1)人不用力時(shí)，彈簧不伸長(zhǎng)，此時(shí)彈簧有彈性勢(shì)能嗎？ (2)人拉彈簧時(shí)對(duì)彈簧做什么功？彈簧的彈性勢(shì)能怎么變化？ (3)在彈簧彈性限度內(nèi)，人將彈簧拉得越長(zhǎng)，克服彈力做功越多嗎？彈性勢(shì)能越大嗎？ (4)拉力器有2條彈簧和有4條彈簧，拉伸相同長(zhǎng)度，用力一樣嗎？克服彈力做功相同嗎？ 答案(1)彈簧不伸長(zhǎng)，沒(méi)有彈性勢(shì)能。 (2)人對(duì)彈簧做正功，彈性勢(shì)能增加。 (3)將彈簧拉得越長(zhǎng)，克服彈力做功越多，彈性勢(shì)能越大。 (4)用力不一樣，克服彈力做功也不相同。,探究歸納,3.彈性勢(shì)能與彈力做功的關(guān)系 (1)彈力做正功時(shí)，彈性勢(shì)能減小。 (2)彈力做負(fù)功時(shí)，彈性勢(shì)能增大。 (3)彈力做功與彈性勢(shì)能變化的關(guān)系為W彈Ep。,試題案例 例1 關(guān)于彈簧的彈性勢(shì)能，下列說(shuō)法中正確的是() A.當(dāng)彈簧變長(zhǎng)時(shí)，它的彈性勢(shì)能一定增加 B.當(dāng)彈簧變短時(shí)，它的彈性勢(shì)能一定減少 C.在拉伸長(zhǎng)度相同時(shí)，勁度系數(shù)越大的彈簧，它的彈性勢(shì)能越大 D.彈簧拉伸時(shí)的彈性勢(shì)能一定大于壓縮時(shí)的彈性勢(shì)能,解析如果彈簧原來(lái)處于壓縮狀態(tài)，那么當(dāng)它恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，它的彈性勢(shì)能減小，當(dāng)它變短時(shí)，它的彈性勢(shì)能增大，彈簧拉伸時(shí)的彈性勢(shì)能可能大于、小于或等于壓縮時(shí)的彈性勢(shì)能，需根據(jù)形變量來(lái)判定，所以選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤；當(dāng)拉伸長(zhǎng)度相同時(shí)，勁度系數(shù)越大的彈簧，需要克服彈力做的功越多，彈簧的彈性勢(shì)能越大，選項(xiàng)C正確。 答案C,,理解彈性勢(shì)能時(shí)應(yīng)注意的三個(gè)問(wèn)題 (1)彈簧的彈性勢(shì)能的大小由彈簧的勁度系數(shù)和形變量(拉伸或縮短的長(zhǎng)度)共同決定，勁度系數(shù)越大，形變量越大，彈簧的彈性勢(shì)能越大。 (2)彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，彈性勢(shì)能為零，彈簧拉長(zhǎng)或壓縮彈性勢(shì)能均為正值。 (3)彈性勢(shì)能具有相對(duì)性，但其變化量具有絕對(duì)性，因此，在判斷彈性勢(shì)能的變化時(shí)不必考慮零勢(shì)能的位置。,針對(duì)訓(xùn)練1 如圖2所示，撐桿跳是運(yùn)動(dòng)會(huì)上常見(jiàn)的比賽項(xiàng)目，用于撐起運(yùn)動(dòng)員的竿要求具有很好的彈性，下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)員撐竿跳起的過(guò)程說(shuō)法中正確的是(),A.運(yùn)動(dòng)員撐竿剛剛觸地時(shí)，竿彈性勢(shì)能最大 B.運(yùn)動(dòng)員撐竿跳起到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，竿彈性勢(shì)能最大 C.運(yùn)動(dòng)員撐竿觸地后上升到達(dá)最高點(diǎn)之前某時(shí)刻，竿彈性勢(shì)能最大 D.以上說(shuō)法均有可能 解析竿形變量最大時(shí)，彈性勢(shì)能最大，只有C項(xiàng)正確。 答案C,圖2,探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式,如圖3所示，測(cè)出彈簧不同拉力F作用下的伸長(zhǎng)量x，并且作出Fx圖象。,觀察探究,圖3,(1)彈簧彈力做的功與彈性勢(shì)能的變化有什么關(guān)系？ (2)怎樣計(jì)算彈簧彈力做的功？ (3)怎樣表示彈性勢(shì)能？ 答案(1)彈簧彈力做的功等于彈性勢(shì)能的減少量，或者說(shuō)彈性勢(shì)能的增加量等于彈簧彈力做功的負(fù)值，即WEp。 (2)如圖所示，在Fx圖象中，圖線與橫軸所圍圖形(圖中陰影部分)的面積就表示克服彈力所做的功。,探究歸納,(1)k為彈簧的勁度系數(shù)，由彈簧本身的因素決定。 (2)x為彈簧的伸長(zhǎng)量(或壓縮量)，不是彈簧的長(zhǎng)度。,2.重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的對(duì)比,試題案例,例2 如圖4所示，小玲同學(xué)平時(shí)使用帶彈簧的圓珠筆寫字，她想估測(cè)里面的小彈簧在圓珠筆尾端壓緊情況下的彈性勢(shì)能的增加量。請(qǐng)你幫助她完成這一探究過(guò)程。,(1)該同學(xué)依據(jù)筆尖釋放后的重力勢(shì)能的增加量來(lái)估算彈簧的彈性勢(shì)能，那么該實(shí)驗(yàn)所用的器材為：_____________________________________________。 (2)寫出實(shí)驗(yàn)的步驟和所要測(cè)量的物理量(用字母表示)____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(要求符合實(shí)際并盡量減小誤差)。,(3)彈性勢(shì)能的增加量的表達(dá)式Ep__________(用測(cè)得的量表示)。 【思路點(diǎn)拔】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法，本題測(cè)量彈性勢(shì)能的大小，要根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒的思想來(lái)進(jìn)行，即將彈性勢(shì)能的測(cè)量轉(zhuǎn)化成對(duì)重力勢(shì)能的測(cè)量。,解析本題是通過(guò)測(cè)量筆尖釋放后筆的重力勢(shì)能的增加量來(lái)估算彈簧的彈性勢(shì)能，而重力勢(shì)能增加量與物體的質(zhì)量和上升的高度有關(guān)。,(1)刻度尺，天平 (2)將圓珠筆緊靠刻度尺豎直放在桌面上； 在桌面上將圓珠筆尾端壓緊，記下筆尖對(duì)應(yīng)的讀數(shù)x1； 突然放開(kāi)圓珠筆，觀察并記下筆尖到達(dá)的最高處對(duì)應(yīng)的讀數(shù)x2； 用天平測(cè)出圓珠筆的質(zhì)量m (3)Epmg(x2x1) 答案見(jiàn)解析,針對(duì)訓(xùn)練2 如圖5所示，質(zhì)量為m的物體靜止在地面上，物體上面連著一個(gè)輕彈簧，用手拉住彈簧上端上移H，將物體緩緩提高h(yuǎn)，拉力F做功WF，不計(jì)彈簧的質(zhì)量，則下列說(shuō)法正確的是(),A.重力做功mgh，重力勢(shì)能減少mgh B.彈力做功WF，彈性勢(shì)能增加WF C.重力勢(shì)能增加mgh，彈性勢(shì)能增加FH D.重力勢(shì)能增加mgh，彈性勢(shì)能增加WFmgh,圖5,解析可將整個(gè)過(guò)程分為兩個(gè)階段：一是彈簧伸長(zhǎng)到物體剛要離開(kāi)地面階段，拉力克服彈力做功WF1W彈，等于彈性勢(shì)能的增加；二是彈簧長(zhǎng)度不變，物體上升h，拉力克服重力做功WF2WGmgh，等于重力勢(shì)能的增加，又由WFWF1WF2，可知A、B、C錯(cuò)，D正確。 答案D,應(yīng)用圖象中的“面積”巧解問(wèn)題,物理圖象給人的感覺(jué)是直觀、形象，它反映了一個(gè)動(dòng)態(tài)的物理過(guò)程，通過(guò)圖線描述兩個(gè)物理量的變化關(guān)系，而有些圖象中圖線與坐標(biāo)軸所圍成的“面積”往往代表特定的物理意義，應(yīng)用這些“面積”的物理意義解答問(wèn)題有時(shí)可以快速解題，事半功倍。 我們已經(jīng)學(xué)過(guò)的，例如：(1)在vt圖象中圖線與t軸圍成的“面積”表示物體的位移；(2)在at圖象中圖線與t軸圍成的“面積”表示物體速度的變化；(3)在Fx圖象中圖線與x軸圍成的“面積”表示力對(duì)物體做的功。,【針對(duì)練習(xí)】一根彈簧的彈力和形變量的關(guān)系圖線如圖6所示，那么彈簧由伸長(zhǎng)量為8 cm到伸長(zhǎng)量為4 cm的過(guò)程中，彈力做的功和彈性勢(shì)能的變化量分別為(),圖6 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,答案C,