物理人教版 (新课标)5.探究弹性势能的表达式导学案

这是一份物理人教版 (新课标)5.探究弹性势能的表达式导学案，共4页。
 7.5《探究弹性势能的表达式》导学案【学习目标】1．知道什么是弹性势能。2．理解探索规律的过程和科学方法【重点难点】探究弹性势能的物理方法和思维过程【学法指导】认真阅读教材，体会弹性势能的物理意义，体会弹力做功和弹性势能变化的关系。【知识链接】1．什么是重力势能？2．重力势能的变化与重力做功之间有什么关系？【学习过程】1．弹性势能[来源:Zxxk.Com]发生­________的物体的各部分之间，由于有______的相互作用，也具有势能，这种势能叫做弹性势能。可见，物体具有弹性势能的条件是发生了_________。2．弹性势能表达式中相关物理量的猜测弹性势能的表达式可能与哪些物理量有关呢？① 可能与弹簧被拉伸（或压缩）的_______有关。这是因为，与重力势能相类比，重力势能与物体被举起（或下降）的高度有关，所以弹性势能很可能与弹簧被拉伸（或压缩）的________有关。重力势能与高度成正比，但是弹性势能与弹簧被拉伸（或压缩）的_______则不一定成正比，因在地球表面附近可认为重力不随高度变化，而弹力在弹簧形变过程中则是______力。② 可能与弹簧的___________有关。这是因为，不同弹簧的“软硬”程度不同，即____________不同，使弹簧发生相同长度的形变所需做的功也不相同。3．弹性势能与拉力做功的关系弹性势能与重力势能都是物体凭借其位置而具有的能。在讨论重力势能的时候，我们从对重力做功的分析入手。同样，在讨论弹性势能的时候，则要从对______做功的分析入手。弹力做功应是我们研究弹性势能的出发点。他们总的原理：功是____________的量度。例如，重力对物体做了100J的功，物体的重力势能______(增加、减少)100J；重力对物体做了－100J的功，物体的重力势能______(增加、减少)100J；类比以上，若弹力做了－100J的功，则弹簧的弹性势能_______(增加、减少)100J.4. 如何计算拉力所做的功？在拉伸弹簧的过程中，拉力是随弹簧的形变量的变化而变化的，拉力还因弹簧的不同而不同。因此，拉力做功不能直接用功的公式W=Flcosα。那么，如何求出拉力的功呢？与研究匀变速直线运动的位移方法类似，就是将弹簧的形变过程分成很多小段，每一小段中近似认为拉力是不变的。所以，每一小段的功分别为 W1=F1△l1，W2=F2△l2，W3=F3△l3，……[来源:Zxxk.Com]拉力在整个过程中所做的功为 W=W1+W2+W3+……=F1△l1+ F2△l2+ F3△l3+……5.如何计算求和式？要直接计算上述各小段功的求和式是较困难的。与匀变速直线运动中利用v— t图象求位移x相似，我们可以画出F— l，如图所示。每段拉力的功就可用图中细窄的矩形面积表示，对这些矩形面积求和，就得到了由F和 l围成的三角形的面积，这块三角形面积就表示拉力在整个过程中所做的功。[来源:学科网ZXXK]（1）推导出弹力做功的表达式：_______________________。（2）如图所示，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。 6．弹性势能的相对性：在本节的“说一说”栏目中，提出了“能不能规定弹簧某一任意长度时的势能为零势能”的问题。这个问题可与重力势能参考平面的选取相比较。如果我们规定了弹簧某一任意长度时的势能为零势能，在弹簧从零势能位置拉至某一位置的过程中，拉力所做的功就等于弹簧处于该位置的弹性势能。显然，这与规定自然长度为零势能时，从零势能位置拉至该位置的功是不同的。所以，弹簧在某一位置时的弹性势能是与零势能位置的规定有关的，弹性势能也具有相对性。教材中说：“在探究弹性势能的表达式时，可以参考对重力势能的讨论。”当物体处于参考平面时，重力势能为零；在参考平面上方，重力势能为正；在参考平面下方，重力势能为负。当弹簧的长度为原长时，弹簧的弹性势能为零；弹簧拉伸时，弹性势能为正；那么，弹簧压缩时弹性势能也为负值吗？为什么？【训练测试】1．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．弹性势能可以与其他形式的能相互转化D．弹性势能在国际单位制中的单位是焦耳2． 如图所示中的几个运动过程中，物体弹性势能增加的是(　　)A．如图(甲)，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)，人拉长弹簧过程中弹簧的弹性势能[来源:学_科_网Z_X_X_K]C．如图(丙)，模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中，橡皮筋的弹性势能[来源:学科网]D．如图(丁)，小球被弹簧向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能3．如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F作用下物体处于静止状态，当撤去F后，物体将向右运动，在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是(　　)A．弹簧对物体做正功，弹簧的弹性势能逐渐减小B．弹簧对物体做负功，弹簧的弹性势能逐渐增加C．弹簧先对物体做正功，后对物体做负功，弹簧的弹性势能先减少再增加D．弹簧先对物体做负功，后对物体做正功，弹簧的弹性势能先增加再减少4．在光滑的水平面上，物体A以较大速度va向前运动，与以较小速度vb向同一方向运动的、连有轻质弹簧的物体B发生相互作用，如图所示．在相互作用的过程中，当系统的弹性势能最大时(　　)A．va>vb　　　　B．va＝vbC．va<vb    D．无法确定5．(南京模拟)在猜想弹性势能可能与哪几个物理量有关的时候，有人猜想弹性势能可能与弹簧的劲度系数k、与弹簧的伸长量x有关，但究竟是与x的一次方，还是x的二次方，还是x的三次方有关呢？请完成下面练习以帮助思考．(1)若弹性势能Ep∝kx，由于劲度系数k的单位是N/m，弹簧伸长量x的单位是m，则kx的单位是________．(2)若弹性势能Ep∝kx2，由于劲度系数k的单位是N/m，弹簧伸长量x的单位是m，则kx2的单位是________．(3)若弹性势能Ep∝kx3，由于劲度系数k的单位是N/m，弹簧伸长量x的单位是m，则kx3的单位是________．从(1)、(2)、(3)对单位的计算，你可以得到的启示：________.【参考答案】1．答案：ACD解析：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，都具有弹性势能，A正确；弹性势能跟重力势能一样，可以与其他形式的能相互转化，C正确；所有能的单位都跟功的单位相同，在国际单位制中的单位是焦耳，D正确．2．答案：B3．答案：C解析：由物体处于静止状态可知，弹簧处于压缩状态，撤去F后物体在向右运动的过程中，弹簧的弹力对物体先做正功后做负功，故弹簧的弹性势能应先减小后增大．4．答案：B5．答案：(1)N　(2)J　(3)J·m　弹性势能Ep与弹簧伸长量x的二次方有关的猜想有些道理解析：物理量与单位是否统一是验证探究正确与否的方法之一．【学习反思】弹性势能的大小与什么因素有关？弹性势能的变化与弹力做功的关系是怎样的？