2019-2020年高一物理《探究彈性勢能的表達式》問題導學案.doc

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2019-2020年高一物理《探究彈性勢能的表達式》問題導學案 【課題】：探究彈性勢能的表達式 【課型】問題生成解決拓展課 高一年級全體物理老師 【學習目標】 1.理解彈性勢能的概念及意義，學習計算變力做功的思想方法． 2．猜測彈性勢能的表達式與哪些因素有關，培養(yǎng)學生科學預測的能力． 3．體會計算拉力做功的方法，體會微分思想和積分思想在物理學上的應用． 4.通過對彈性勢能公式的探究過程和所用方法，培養(yǎng)學生探究知識的欲望和學習興趣，體味彈性勢能在生活中的意義，提高物理在生活中的應用意識． 【重點】利用微元法和圖象法計算變力做功的問題. 【難點】理解微元法把變力做功轉化為恒力做功. [知識回顧] 1、功的概念 2、重力勢能 【自主導學】 一個彈簧自然伸長，一個小球在光滑的水平面上從彈簧的右側向彈簧運動，遇到彈簧，請觀察、分析實驗現象。 V 圖1 問1：在第三章我們研究了彈簧彈力與形變的關系，如何用圖象來反映彈力F和形變量x的關系？ 問2：剛才大家觀察到什么樣的實驗現象呢？試著畫出速度-時間圖象。 . 問3：小球速度為什么減小了? 能否從動力學角度分析？能否從功能的角度給于分析？ 問4：彈簧增加的能量與哪個力做功有關呢? 問5：現在來猜想一下彈簧的彈性勢能與什么因素有關. 問6：驗證你的想法，你應該怎樣做? 大家把重力勢能的研究對照一下。 問7：回憶一下，在研究勻變速直線運動的位移時，我們采用了什么方法? 問8：從原長緩慢地被拉長一段距離L時，拉力和彈力是什么關系？拉力所做的功與彈簧增加的彈性勢能是什么關系？拉力做功的表達式？ 問9：根據我們剛才的推論，當彈簧處于原長時，彈性勢能值取為零，這個彈簧被拉長L時拉力做的功就等于彈簧的彈性勢能，所以有Ep= W＝ ，這就是我們這節(jié)課要得到的結論． 1、物體由于__________而具有的與它的_______________量有關的勢能，叫彈性勢能。請舉例！ 2、彈性勢能大?。何矬w的彈性形變量越大，彈性勢能越________ . 3、彈性勢能是_____________（標、矢）量 4、彈力做正功，彈性勢能__________ 彈力做負功，彈性勢能_________ 彈力做的功量度了彈性勢能的變化. 搶答：以上彈力指的是彈簧對人的力，還是人對彈簧的力？ 5、彈簧的彈性勢能：只取決于彈簧的__________和_________。跟與它相連的物體無關。 ［問題探究］： 在以上探究中我們規(guī)定，彈簧處于自然狀態(tài)下，也就是既不伸長也不縮短時的勢能為零勢能．能不能規(guī)定彈簧任意某一長度時的勢能為零?說說你的想法． 【例題解析】 例題：質量為m的物體（視為質點）放在水平地面上，物體上要裝著一根長為l0，勁度系數為k的輕彈簧，現用手拉著彈簧的上端P緩慢上提，如圖所示，直到物體離開地面一段距離。已知在這一過程中，P點的位移是h，則物體重力勢能的增加量是多少？彈簧的彈性勢能增加量為多大？ 【夯實基礎】 1、關于彈性勢能下列說法中正確的是（ ） A、發(fā)生形變的物體都具有彈性勢能 B、彈性勢能是一個標量 C、彈性勢能的單位是焦耳（在國際單位制中） D、彈性勢能是狀態(tài)量 2、關于彈性勢能，下列說法中正確的是（ ） A、任何發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能 B、物體只要發(fā)生形變，就一定具有彈性勢能 C、外力對彈性物體做功，物體的彈性勢能就發(fā)生變化 D、發(fā)生彈性形變的物體，在它們恢復原狀時都能對外界做功 F 3、在水平地面上放一豎直輕彈簧，彈簧上端與一個質量為2.0Kg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0.10m，力F做功2.5J，此時木塊再次處于平衡狀態(tài)，力F的大小為50N，如圖所示，則 ⑴在木塊下降0.1m的過程中彈性勢能的增加量？ ⑵彈簧的勁度系數？ F 【知能提升】 1、如圖所示，質量為M的物體靜止在地面上，物體上面連著一個輕彈簧，用手拉住彈簧上端將物體緩緩提高H，則人做的功（ ） A 等于MgH B 大于MgH C 小于MgH D 無法確定 2、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 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少 B、彈簧的彈性勢能逐漸增加 C、彈簧的彈性勢能先增加再減少 D、彈簧的彈性勢能先減少再增加 3、上題中，在彈簧向右運動的過程中，彈簧彈力對物體的做功情況，下列說法正確的是（ ） A．彈簧對物體做正功 B。彈簧對物體做負功 C．彈簧先對物體做正功，后對物體做負功 D。彈簧先對物體做負功，后對物體做正功 4、下列關于彈簧的彈力和彈性勢能的說法正確的是（ ） A、彈力與彈簧的形變量成正比，彈性勢能與彈簧的形變量成正比 B、彈力與彈簧的形變量的平方成正比，彈性勢能與彈簧的形變量成正比 C、彈力與彈簧的形變量成正比，彈性勢能與彈簧的形變量的平方成正比。 D、彈力與彈簧的形變量的平方成正比，彈性勢能與彈簧的形變量的平方成正比 5、在一次演示實驗中，一壓緊的彈簧沿一粗糙水平面射出一小球，測得彈簧壓縮的距離 d 和小球在粗糙水平面滾動的距離s如下表所示．由此表可以歸納出小球滾動的距離s跟彈簧壓縮的距離d之間的關系，并猜測彈簧的彈性勢能EP跟彈簧壓縮的距離d之間的關系分別是（選項中k1、k2 是常量）( ) 實驗次數 1 2 3 4 d/cm 0.50 1.00 2.00 4.00 s/cm 4.98 20.02 80.10 319.5 A、s=k1d，EP=k2d B、s=k1d，EP=k2d2 C、s=k1d2，EP=k2d D、s=k1d2，EP=k2d2 6.豎直放置的輕質彈簧，勁度系數為k，將質量為m的物體輕輕放在彈簧的上端，物體將上下振動，由于空氣阻力的作用，物體最終將靜止。 (1)求全過程物體減少的重力勢能； (2)彈簧中儲存的彈性勢能； (3)物體減少的重力勢能是否等于彈性勢能的增加量？ 7.如圖所示為一根彈簧彈力F與形變量x的關系圖線： （1）確定彈簧的勁度系數； （2）將此彈簧從原長拉伸6cm時，彈性勢能為多的大？ （3）將此彈簧壓縮4cm時，彈性勢能為多大？ M1 M2 8. 如圖所示，勁度系數為K1的輕彈簧兩端分別與質量為M1和M2的物體栓接，勁度系數為K2的輕彈簧上端與物體M2栓接，下端壓在桌面上（不拴接），整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，現施力將物塊M1緩緩地豎直上提，直到下面那個彈簧的下端剛脫離桌面，在此過程中，物塊M2的重力勢能增加了多少？ 例如：卷緊的發(fā)條，被拉伸或壓縮的彈簧，拉彎的弓，擊球時的網球拍或羽毛球拍、撐桿跳高時的撐桿等 【問題思考】 參考答案： 此問題可以類比重力勢能的參考平面的規(guī)定．如果我們規(guī)定了彈簧任意長度時的勢能為零勢能，在彈簧從某一位置拉至零勢能位置的過程中，拉力所做的功就等于彈簧的彈性勢能．顯然，這與規(guī)定自然長度為零勢能時，從該位置拉到零勢能的位置的功是不同的，所以，彈簧在某一位置時的彈性勢能是與零勢能位置的規(guī)定有關的． 例題解析 ： 設彈簧的伸長量為l，則kl=mg┄┄① 有幾何關系l0+l+H=h+ l0┄┄② 物體的重力勢能增加量為ΔEP=mgH┄┄③ 彈簧的彈性勢能增加量為ΔEP=kl2/2┄┄④ 整理得重力勢能增加量為ΔEP=mg(h -mg/k)；彈性勢能增加量為ΔEP=m2g2/2k 拓展 重力勢能（或彈性勢能）的變化量與重力（或彈力）做功緊密聯(lián)系在一起，它們都和路徑無關，結合平衡條件，通過幾何分析確定物體上升的距離、彈簧形變量的變化量（本題即為彈簧伸長的長度），是計算重力勢能或彈性勢能改變量的關鍵。 【夯實基礎】 1.BCD 2.AD 3. 5J 500N/m 【知能提升】 1.B 2.D 3.C 4.C 5.D 6. (1)m2g2/k；(2)m2g2/2； (3)不等 7. (1)500N/m;(2)0.9J;(3)0.4J 8. M2(M1+M2)g2/K2 作業(yè)設計： 書面：課本上的練習題 課外活動： 課外思考：