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探究弹性势能的表达式
教学目标
知道探究弹性势能表达式的思路
理解弹性势能的概念,会分析决定弹性势能大小的相关因素
体会探究过程中的猜想、分析和转化的方法
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
教学重点
教学难点
利用微元法和图象法计算变力做功的问题
运用逻辑推理得出弹力做功与弹性势能的关系
理解微元法把变力做功转化为恒力做功
理解利用力—位移的图象计算变力做功的依据
被捏紧的握力器
具有弹性势能
被拉紧的弓具有弹性势能
正在击球的网球拍具有弹性势能
撑杆跳高运动员手中弯曲的杆具有弹性势能
被踩至最低点的蹦蹦床具有弹性势能
上紧发条的玩具青蛙具有弹性势能
拉紧的弹性布料具有弹性势能
拉长或压缩的弹簧具有弹性势能
这些物体都发生了弹性形变
每个物体的各部分之间都有弹力的相互作用
定义:
发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用也具有势能,这种势能叫做
弹性势能
弹性势能
那么弹性势能的大小和什么有关?
弹性势能
理解并掌握弹性势能的概念
理解并掌握弹力做功与弹性势能的关系
理解弹簧弹性势能的表达式
弹性势能的概念和表达式
我们在讨论重力势能的时候,是如何入手的?
重力势能
先分析重力做功的情况
弹性势能
先分析弹力做功的情况
当弹簧的长度为原长时,它的弹性势能为0,弹簧被拉成或被压缩后,就具有了弹性势能
弹性势能
我们以弹簧被拉成的情况为例,探究弹性势能的表达式
在探究的过程中,要依次解决下面几个问题
①弹性势能的表达式可能与哪几个物理量有关?
②弹簧的弹性势能与拉力做的功有什么关系?
③怎样计算拉力做的功?
弹性势能的影响因素
弹性势能的表达式可能与哪几个物理量有关?
重力势能
弹性势能
与物体被举起的高度h有关
很可能与弹簧被拉伸的长度l有关
弹性势能与弹簧被拉伸的长度l有什么样的关系?
重力势能
与高度h成正比
弹性势能
也会是“拉伸的长度越大,弹簧的弹性势能也越大”
尽管如此,但会是正比例关系吗?
弹性势能的影响因素
不一定
因为对于同一个弹簧,拉得越长,所用的力就越大
而要举起同一个重物,所用的力并不随高度变化
弹性势能的影响因素
如果拉伸的长度l相同,不同弹簧的弹性势能会一样吗?
即使拉伸的长度l相同,不同弹簧的弹性势能也不会一样,因为不同弹簧的“软硬”并不一样,即进度系数k不同
这点也应在弹性势能的表达式中反应出来
拉伸长度l越长,k越大,弹性势能越大
弹性势能的影响因素
在拉伸长度l相同时,k越大,弹性势能越大
而且应该是
下面我们探究一下弹性势能的表达式
探究弹性势能表达式之前,类似于重力势能,我们先思考一个问题
弹簧的弹性势能与拉力做的功有什么关系?
我们一贯的思想是:
研究做功对某种能量的影响,从而了解这种能量
在这个问题中则是考虑,怎样由拉力做的功得出弹性势能的表达式
怎样计算拉力做的功?
重力做的功
在地面附近是不变的
弹力做的功
拉力随l变化
?
如何计算匀变速直线运动物体位移?
变化
微元法
当各小段分得非常非常小时,得到的就是匀变速直线运动的位移表达式
对于弹力做功,可以用类似的方法处理
弹簧弹力做的功
如图,弹簧从A (不是原长)拉伸到B的过程
此过程被分成很多小段,它们的长度是
在各个小段上,拉力可以近似认为是不变的,它们分别是
弹簧弹力做的功
如图,弹簧从A (不是原长)拉伸到B的过程
在各个小段上,拉力做的功分别是
拉力在整个过程中做的功可以用它在各小段做功之和来代表
弹簧弹力做的功
怎样计算这个求和式?
在处理匀变速直线运动的位移时,我们利用v-t图象下梯形的面积来代表位移
这里是否可以用F-l图象下一个梯形的面积来代表功?
可以
弹簧弹力做的功
试画出弹簧弹力和拉伸长度的F-l 图象?
弹簧弹力做功的表达式?
从A到B的过程中,弹力做功就是直线与x 轴所围梯形 的面积
弹簧弹力做的功
弹簧弹力势能的表达式
弹簧压缩时的弹力势能表达式是怎样的?
弹簧拉伸长度
弹簧压缩长度
弹性势能
在上述过程中,弹簧弹力做功与弹力势能变化量有什么关系?
初态的弹性势能
末态的弹性势能
弹力做负功,弹力势能增加
弹力做正功,弹力势能增加
弹力做功的多少等于弹力势能变化的多少
弹性势能
重力势能具有相对性,弹性势能也具有相对性吗?
弹性势能具有相对性,我们说到弹簧弹性势能大小时一般指相对弹簧原长时的弹性势能
即规定弹簧原长时弹性势能为零
重力势能是系统共有的,弹性势能也是系统共有的
弹性势能的相对性
关于弹簧的弹性势能,下列说法正确的是( )
A. 只与劲度系数有关系
B. 只与形变量有关系
C. 弹力做正功,弹性势能增加
D. 弹力做正功,弹性势能减少
D
问题与练习
关于弹性势能,下列说法中正确的是( )
A. 只有弹簧发生弹性形变时才具有弹性
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