2016-2017学年高中物理 第7章 机械能守恒定律新人教版必修2_6

成才之路 物理 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 人教版 必修 2 机械能守恒定律 第七章 第五节 探究弹性势能的表达式 第七章 学习目标定位1 课堂情景切入2 知识自主梳理3 重点难点突破4 考点题型设计5 课 时 作 业7 易错案例剖析6 学习目标定位 * 理解弹性势能的概念及意义 * 探究弹性势能与哪些因素有关，能总结出弹性势能表达式 * 体会弹性势能在日常生活中的应用，提高学习物理的兴趣 课堂情景切入 拉开弦的弯弓在恢复原状时，可以将利箭发射出去 (如图甲 )，也就是对利箭做功，因而拉开弦的弓箭具有能量。上 紧的发条能够驱动表针走动 (如图乙 )，也是因为具有能量。我们把这种能量叫做弹性势能。那么弹性势能的大小和哪些因素 有关系呢？这一节，我们就来探究这个问题。 知识自主梳理 1 定 义 发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有 _的相互作用而具有的势能。 2 弹 簧的 弹 性 势 能 弹簧的长度为 _时，弹性势能为 0。弹簧被 _或被 _时，就具有了弹性势能。 弹 性 势 能 弹力 原长 拉长 压缩 3 决定 弹 性 势 能大小相关因素的猜想 (1)猜想依据：弹性势能和重力势能同属势能，重力势能大小与物体的 _和 _有关，弹性势能与其 _和 _有关。 (2)猜想结论：弹性势能与弹簧的 _和 _有关，在弹簧的形变量 l相 同时，弹簧的 _越大，弹簧的弹性势能越大。在弹簧劲度系数 k相同时， _越大，弹簧弹性势能越大。 重力 高度 劲度系数 形变量 劲度系数 k 形变量 l 劲度系数 k 弹簧形变量 1 弹 力做功特点 随弹簧 _的变化而变化，还因 _的不同而不同。 2 弹 力做功的 计 算 (1)公式法 “化变为恒 ”： W总 F1l1 F2l2 Fxln。 (2)图象法 F l图象的 “面积 ”： F l图象中图形的 “_”表示弹力做功的值，即 _的值。 弹 力做功探究 形变量 弹簧 面积 弹性势能 当弹簧的弹力做正功时，弹簧的弹性势能 _，弹性势能转化成 _的能；当弹簧的弹力做负功时，弹簧的弹性势能 _，其他形式的 能转化为弹簧的 _。这一点与重力做功跟重力势能变化的关系相似。 弹 力做功跟 弹 性 势 能 变 化的关系 减小 其他形式 增大 弹性势能 重点难点突破 一、 对弹 性 势 能的理解 1 弹 性 势 能的 产 生原因 (1)物体发生了弹性形变 (2)各部分间的弹力作用 2 影响 弹 性 势 能的因素 (从 弹 力做功的角度考 虑 ) (1)弹簧的形变量 l(形变量是指拉伸或压缩的变化量 )。因为形变量越大，用力越大，做功越多。 (2)弹簧的劲度系数 k。拉伸相同的长度，不同弹簧的 “软硬 ”不一样，做功不一样。 特 别 提醒： (1)弹性势能是发生弹性形变的物体上所有质点因相对位置改变而具有的能量，因而也是对系统而言的。 (2)弹性势能也是相对的，其大小在选定了零势能点后才有意义。对弹簧，零势能点一般选弹簧自由长度时。 (3)物体上升，物体克服重力做功，重力势能增加，用力拉或压弹簧，克服弹力做功，弹性势能增加。 (1)拉伸橡皮筋时，橡皮筋的弹力做什么功？橡皮筋的弹性势能怎样变化？ (2)将拉紧的橡皮筋释放，石子就以较大的速度飞出。则橡皮筋释放时，弹力做什么功，弹性势能怎样变化？ 答案： (1)拉伸橡皮筋时，橡皮筋的形变量变大，弹力做负功，弹性势能增加； (2)释放橡皮筋，弹力做 正功，弹性势能减少。 二、 弹 性 势 能的表达式 1 弹 性 势 能与 弹 力做功的关系 如图所示， O为弹簧的原长处 (1)弹力做负功时：如物体由 O向 A运动 (压缩 )或者由 O向 A运动 (伸长 )时，弹性势能增大，其他形式的 能转化为弹性势能。 (2)弹力做正功时：如物体由 A向 O运动，或者由 A向 O运动时，弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式 的能。 (3)弹力做功与弹性势能变化的关系为 W弹 Ep。 A 3.6J、 3.6J B 3.6J、 3.6J C 1.8、 1.8J D 1.8J、 1.8J 答案： C 三、 弹 性 势 能与重力 势 能 对 比 物理量 比较内容 弹性势能 重力势能 相对性 弹性势能与零势能位置选取有关，通常选自 然长度时势能为零，表达式最为简洁 重力势能大小与零势能面的选取有关，但变 化量与零势能面的选取无关 系统性 弹性势能是弹簧本身具有的能量 重力势能是物体与地球这一系统所共有的 联系 两种势能分别以弹力、重力的存在为前提，又由物体的相对位置来决定。同属机械能的范畴 ，在一定条件下可相互转化 答案： A 解析： 弹 簧向下 压缩 的 过 程中， 弹 簧 压缩 量增大， 弹 性 势 能增大；重力做正功，重力 势 能减少，故 A正确。 考点题型设计 对弹 性 势 能的理解 答案： C A运动员撑杆刚刚触地时，杆弹性势能最大 B运动员撑杆跳起到达最高点时，杆弹性势能最大 C运动员撑杆触地后上升到达最高点之前某时刻，杆弹性势能最大 D以上说法均有可能 答案： C 解析： 杆形 变 量最大 时 ， 弹 性 势 能最大，只有 C项 正确。 弹 力做功与 弹 性 势 能 变 化的关系 答案： (1)20J (2)4J 答案： D 解析： 可将整个 过 程分 为 两个 阶 段：一是 弹 簧伸 长 到 m 刚 要离开地面 阶 段，拉力克服 弹 力做功 WF1 W弹 ，等于 弹 性 势 能的增加；二是 弹 簧 长 度不 变 ，物体上升 h，拉力克服重 力做功 WF2 WG mgh，等于重力 势 能的增加，又由 WF WF1 WF2可知 A、 B、 C错误 ， D正确。 开放 探究 解析： (1)米尺、天平。 (2) 将 圆 珠笔 紧 靠米尺 竖 直放在桌面上； 在桌面上将 圆 珠笔尾端 压紧 ， 记 下笔尖 处 的 读 数 x1； 突然放开 圆 珠笔， 观 察并 记 下笔尖到达最高峰的 读 数 x2； 用天平 测 出 圆 珠笔的 质 量 m。 (3)弹 簧 储 存的 弹 性 势 能 转 化 为圆 珠笔重力 势 能的增加量 Ep mg(x2 x1) 答案： (1)米尺、天平 (2)见解析 (3)mg(x2 x1) (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： _。 答案： (1)N (2)J (3)Jm 弹性势能 Ep与弹簧伸长量 x的二次方有关的猜想有道理 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。 易错案例剖析 易 错 分析： 本题易错选项及错误原因分析如下： 易错选项 错误原因 A、 D 误认为小球接触弹簧后弹簧压缩量逐渐增大，弹力逐渐增大，弹力使小球产生向上的加速度，加 速度逐渐增大，速度逐渐减小，实际上是重力和弹力的合力使小球产生加速度，合力先向下 逐渐减小，后向上逐渐增大。 C 误认为弹簧的弹性势能随着小球下落速度的变化而