人教版名校高中物理必修二7.5 探究弹性势能的表达式 教案

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第 1 页 共 5 页 第七章 机械能守恒定律

5 探究弹性势能的表达式

学习目标

1.知道探究弹性势能表达式的思路.

2.理解弹性势能的概念,会分析决定弹簧弹性势能大小的相关因素.

3.体会探究过程中的猜想、分析和转化的方法.

4.领悟求弹力做功时通过细分过程化变力为恒力的思想方法.

自主探究

1.简述胡克定律的内容,并写出公式.

2.简述重力做功和重力势能的关系,并写出关系式.

3.匀变速直线运动位移公式是什么?必修一学习时,如何推导?

合作探究

一、问题引入

(一)演示实验:钩码挂在弹簧下面向下拉长后松手,弹簧把钩码拉到高处.

(二)

根据以上演示及图片思考以下问题:

1.看到的弹簧、弓、弹弓、蹦床都有什么共同特征?

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2.为什么能说它们具有能量呢?这是什么能量呢?

弹性势能:

提出问题1:弹性势能的大小可能与哪些因素有关?(提示:可以类比重力势能的影响因素)

实验验证:准备两个劲度系数不同的弹簧和一个小车,请同学们讨论并设计方案来验证猜想.

思考:重力势能的表达式探究过程是怎样的?这对你探究弹性势能表达式有什么启发吗?

二、探究弹簧的弹性势能表达式

提出问题2:弹性势能与弹力做功的关系是怎样的?

提出问题3:弹性势能与拉力做功的关系是怎样的?

提出问题4:怎样计算拉力所做的功?

①讨论回顾:结合vt图象,分析匀变速直线运动求位移的表达式如何得出?

对你求变力做功有启示吗?

②尝试采用匀变速直线运动求位移的方法,求出拉力做的功.

推导过程:

第 3 页 共 5 页

结论:弹性势能的表达式是什么?

【典例】一根弹簧的Fx图象如图所示,那么弹簧由伸长量8cm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.3.6J,-3.6J

B.-3.6J,3.6J

C.1.8J,-1.8J

D.-1.8J,1.8J

课堂检测

1.弹簧的弹性势能与下列哪些因素有关( )

A.弹簧的劲度系数 B.弹簧的质量

C.弹簧的形变量 D.弹簧的原长

2.关于弹性势能,下列说法正确的是( )

A.发生弹性形变的物体都具有弹性势能

B.只有弹簧在发生弹性形变时才具有弹性势能

C.弹性势能不可以与其他形式的能量之间相互转化

D.当弹簧变短时,弹簧的弹性势能变小

3.

如图所示,在光滑水平面上,一物体以速度v0冲向与竖直墙壁相连的轻弹簧,自接触弹簧到弹簧被压缩至最短过程中,以下说法正确的是( )

A.物体的加速度逐渐减小

B.物体的速度逐渐减小

C.弹力对物体做负功,弹簧的弹性势能减小

D.弹力对物体做负功,弹簧的弹性势能增大

4.

第 4 页 共 5 页 一轻弹簧竖直固定在水平面上.一小球从弹簧的正上方h高处落下,如图所示.经几次反弹后小球静止在弹簧上(取地面为零势能参考面),则( )

A.小球第一次速度为零时,重力势能最小

B.小球第一次速度为零时,弹簧的弹性势能最小

C.小球第一次速度最大时,弹簧的弹性势能最大

D.小球静止在弹簧上时,弹簧的压缩量与h有关

5.关于弹力做功与弹性势能的关系,我们在猜想时,可以参考重力做功与重力势能的关系.则下面猜想有道理的是( )

A.弹力做功将引起弹性势能的变化,当弹力做正功时,弹性势能增加

B.弹力做功将引起弹性势能的变化,当弹力做正功时,弹性势能减少

C.弹力做功将引起弹性势能的变化,当弹力做负功时,弹性势能不变

D.弹力做功与弹性势能的变化无任何联系

6.关于弹簧的弹性势能,以下说法正确的是( )

A.当弹簧伸长的长度相同时,弹簧的劲度系数越大,弹性势能越小

B.弹簧伸长时有弹性势能,弹簧压缩时没有弹性势能

C.弹簧伸长时弹性势能为正值,弹簧压缩时弹性势能为负值

D.对于同一弹簧,只要弹簧伸长与弹簧压缩时的形变量相同,其弹性势能就相同

提升能力

7.在光滑的水平面上有A、B两物体,中间连一轻质弹簧,今用水平恒力F向右拉B,当A、B一起向右加速运动时,弹簧的弹性势能为Ep1.如果用该水平恒力F向左拉A,当A、B一起向左加速运动时,弹簧的弹性势能为Ep2.已知mA=2mB,则(

)

A.Ep1>Ep2 B.Ep1

C.Ep1=Ep2 D.无法确定

8.如图所示,A、B(MA>MB)两物体之间连接一轻弹簧,竖直放在水平地面上,现用力F缓慢向上拉A,直到B刚要离开地面.设刚开始时弹簧的弹性势能为Ep1,B刚要离开地面时的弹性势能为Ep2.比较Ep1和Ep2的大小关系.

参考答案

自主探究

1.弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比,即F=kx

2.重力做正功,重力势能减小;重力做负功,重力势能增大.WG=-ΔEp

3.x=v0t+at2;根据图象,利用微分法(复习必修一第二章第三节)

合作探究 第 5 页 共 5 页 一、1.都发生了形变 具有能量 对其他物体做了功

2.由于物体发生了形变 弹性势能

提出问题1:弹性势能与弹簧本身(劲度系数)及形变量有关.

Ep=mgh,可以通过探究弹力做功与弹性势能的关系来确定重力势能的表达式.

二、提出问题2:弹力对物体做正功,弹性势能减小;弹力对物体做负功,弹性势能增大.

提出问题3:拉力做正功,弹性势能增大;拉力做负功,弹性势能减小.

提出问题4:启示:FL图象的面积表示弹力做的功.

W=kx2

【典例】D

课堂检测

1.AC 2.A 3.BD 4.A 5.B 6.D 7.A

8.Ep1>Ep2

解析:原来系统静止时,设弹簧的压缩量为x1,

对于A物体,由力的平衡条件和胡克定律

MAg=kx1①

当B刚开始离开地面时,设弹簧的伸长量为x2,

对于B物体,由力的平衡条件和胡克定律

MBg=kx2②

由题意得:MA>MB③

比较①②③得:x1>x2

对于同一弹簧,其弹性势能只与形变量有关,

所以Ep1>Ep2.