课时7.5 探究弹性势能的表达式
1.知道探究弹性势能表达式的方法。
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。
1.弹性势能:发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有①弹力的相互作用,也具有②势能,这种势能叫作③弹性势能。
2.影响弹性势能的因素
(1)与形变量l有关,l越大,弹性势能越④ 大。
(2)与劲度系数k有关,k越大,弹性势能越⑤ 大。
3.如图所示,把拉伸弹簧的过程分为很多小段,拉力在每个小段可以认为是⑥恒力,它在各段做功之和可以代表拉力在⑦整个过程做的功。
4.弹性势能的表达式是Ep=⑧ 。
主题1:决定弹簧弹性势能大小的相关因素
问题:如图所示,将弹簧的一端固定,用小钢球将弹簧压缩至最短,而后突然释放,小钢球将被弹出去。
从动力学角度来说,释放弹簧后,弹簧对和它接触的小球产生了力的作用,因此小球被弹开。从能量的角度来说,弹簧被压缩后,就具有了弹性势能,释放后,弹力对小球做了功,弹簧把自身的能量转化为小球的动能,小球获得了能量,因此会被弹开。
根据以上情景回答下列问题。
(1)弹性势能与哪个力做功有关?
(2)分析决定弹簧弹性势能大小的因素。
主题2:计算弹力做的功
问题:阅读教材中的相关内容,结合图7.5-3,回答下列问题。
(1)弹力做的功能不能直接用公式W=FΔl计算?为什么?
(2)找出弹力做功的计算方法,用心体会你用到的思想方法。
主题3:弹力做功与弹性势能表达式
问题:在教材的图7.5-3中,弹簧从原长缓慢地被拉长一段距离Δl时,拉力和弹力是什么关系?弹簧的弹性势能与拉力做的功有什么关系?根据功和能的关系如何得到弹性势能的表达式?
1.在巴塞罗那奥运会上,运动员用带火的弓箭点燃奥运圣火,这个过程中( )。
A.箭能射出去是因为箭具有弹性势能
B.弓拉得越紧,运动时的弹性势能越大
C.弓拉得越紧,弓的弹性势能越大
D.弓拉得越紧,弓上的箭的弹性势能越大
2.如图所示,小明玩蹦蹦竿,在小明将蹦蹦竿中的弹簧向下压缩的过程中,小明的重力势能、弹簧的弹性势能的变化情况是( )。
A.重力势能减少,弹性势能增加
B.重力势能增加,弹性势能减少
C.重力势能减少,弹性势能减少
D.重力势能不变,弹性势能增加
3.如图所示的几个运动过程,物体弹性势能一直增加的是( )。
A.如图甲所示,在跳高运动员从压杆到杆伸直的过程中杆的弹性势能
B.如图乙所示,人拉长弹簧过程中弹簧的弹性势能
C.如图丙所示,模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中橡皮筋的弹性势能
D.如图丁所示,在小球被弹簧向上弹起的过程中弹簧的弹性势能
4.关于弹力做功与弹性势能的关系,我们在进行猜想时,可以参考对重力做功与重力势能的关系的讨论。下面的猜想有道理的是( )。
A.弹力做功将引起弹性势能的变化,当弹力做正功时,弹性势能将增加
B.弹力做功将引起弹性势能的变化,当弹力做正功时,弹性势能将减少
C.弹力做功将引起弹性势能的变化,当弹力做负功时,弹性势能将增加
D.弹力做功将引起弹性势能的变化,当弹力做负功时,弹性势能将减少
拓展一、弹簧的弹力做功
1.弹簧原长为l0,劲度系数为k。用力把它拉到伸长量为l,拉力所做的功为W1;继续拉弹簧,使弹簧在弹性限度内再伸长l,拉力在继续拉伸的过程中所做的功为W2。试求W1与W2的比值。
拓展二、弹性势能的表达式
2.如图所示,质量相等的两木块中间连有一弹簧,今用力F缓慢向上提A,直到B恰好离开地面。开始时物体A静止在弹簧上面。设开始时弹簧的弹性势能为Ep1,B刚要离开地面时,弹簧的弹性势能为Ep2,则关于Ep1、Ep2大小关系,下列说法中正确的是( )。
A.Ep1=Ep2 B.Ep1>Ep2 C.Ep1