1、第七章 万有引力与航天 5探究弹性势能的表达式 学习目标 1.科学方法知道探究弹性势能表达式的思路 2.物理观念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(重点)3.科学探究理解探究过程中猜想、分析和转化的方法(重点)4.科学方法掌握求弹力做功时化变力为恒力的思想方法(重点、难点)自 主 预 习 探 新 知 一、弹性势能 1弹性势能的概念 发生_的物体的各部分之间，由于有_的相互作用而具有的势能 弹性形变弹力2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_，重力势能大小与物体的_和_有关，弹簧弹力与其_和_有关 势能质量高度形变量劲度系数(2)猜想结论 弹性势
2、能与弹簧的_和_有关，在弹簧的形变量 l 相同时，弹簧的劲度系数 k 越大，弹簧的弹性势能_在弹簧劲度系数 k 相同时，弹簧形变量越大，弹簧弹性势能_ 形变量l劲度系数k越大越大二、探究弹性势能的表达式 1弹力功特点：随弹簧_的变化而变化，还因_的不同而不同 2弹力功与拉力功的关系：拉力功_克服弹力做的功 3“化变为恒”求拉力功：W总F1l1F2l2F3l3Fnln.4“F-l”图象面积意义：表示_的值 形变量劲度系数等于力F做功1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)只要弹簧的形变量相同，弹性势能就相同()(2)不同弹簧发生相同的形变量时弹力做功相同()(3)同一弹簧发生不同的形变量时
3、弹力做功不同()(4)弹簧弹力做正功时，弹簧弹性势能增加()2(多选)关于弹簧的弹性势能，下列说法正确的是()A弹簧的弹性势能跟拉伸(或压缩)的长度有关 B弹簧的弹性势能跟弹簧的劲度系数有关 C同一弹簧，在弹性限度内，形变量越大，弹性势能越大 D弹性势能的大小跟使弹簧发生形变的物体有关 ABC 由弹性势能的表达式 Ep12kl2 可知，弹性势能 Ep 与弹簧拉伸(或压缩)的长度有关，在弹性限度内，l 越大，Ep 越大，A、C选项正确Ep 的大小还与 k 有关，B 选项正确弹簧的弹性势能是由弹簧的劲度系数 k 和形变量 l 决定的，与使弹簧发生形变的物体无关，D 选项错误 3关于弹簧的弹性势能，
4、下列说法中正确的是()A当弹簧变长时，它的弹性势能一定增大 B当弹簧变短时，它的弹性势能一定变小 C.在拉伸长度相同时，k 越大的弹簧，它的弹性势能越大 D弹性势能是弹簧和使它发生形变的物体所共有的 C 弹簧的弹性势能的大小，除了跟劲度系数 k 有关外，还跟它的形变量(拉伸或压缩的长度)有关，如果弹簧原来处在压缩状态，当它变长时，它的弹性势能应该减小，当它变短时，弹性势能应该增大，在原长处它的弹性势能最小，A、B 错误；形变量相同时，k越大的弹簧，弹性势能越大，C 正确；弹性势能属于弹簧，D 错误 4如图所示，将弹簧拉力器用力拉开的过程中，弹簧的弹力和弹性势能的变化情况是()A弹力变大，弹性势
5、能变小 B弹力变小，弹性势能变大 C弹力和弹性势能都变小 D弹力和弹性势能都变大 D 将弹簧拉力器用力拉开的过程中，弹簧的伸长量变大，弹簧的弹力变大，弹性势能变大故 A、B、C 错误，D 正确 合 作 探 究 攻 重 难 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弹性势能的影响因素1弹簧的形变量x2弹簧的劲度系数k 3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
6、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.4弹性势能表达式(1)弹簧弹力随形变量 x 的变化图线及围成面积的意义 类比 v-t 图象的面积表示位移，F-x 图象与 x 轴所围的面积表示弹力的功，如图所示所以当弹簧的形变量为 x 时，弹力做功 W 弹12kxx12kx2.(2)弹性势能的大小：EpW 弹12kx2.【例 1】如图所示，在水平地面上竖直放置一轻质弹簧，弹簧上端与一个质量为 2.0 kg 的木块相连若在木块上再作用一个竖直向下的变力 F，使木块缓慢向下移动 0.1 m，力 F 做功 2.5 J 时，木块再次处于平衡状态，
7、此时力 F 的大小为 50 N(取 g10 m/s2)求：(1)弹簧的劲度系数；(2)在木块下移 0.1 m 的过程中弹性势能的增加量 思路点拨：根据平衡条件可以求出木块初始平衡状态和加力 F后平衡状态时弹簧的压缩量 木块缓慢下移的距离为弹簧压缩量的变化量 弹簧弹性势能的增加量等于木块下移时克服弹力所做的功 解析(1)设木块开始静止时，弹簧的压缩量为 l1.后来静止时，弹簧的压缩量为 l2，由胡克定律及平衡条件得，未施加力 F 时，弹力 F1mgkl120 N，施加力 F 后，弹力F2Fmgkl270 N 且 l2l10.1 m 联立以上各式得 k500 N/m.(2)由以上方程得 l10.0
8、4 m，l20.14 m，根据以上数据作出 F-l 图象如图所示在木块下移 0.1 m 的过程中，弹力做负功，且 WS 阴影12(2070)0.1 J4.5 J，所以弹性势能的增加量 EpW4.5 J.答案(1)500 N/m(2)4.5 J 弹力做功与弹性势能的变化关系(1)弹力做功和重力做功一样也和路径无关，弹力对其他物体做了多少功，弹性势能就减少多少克服弹力做多少功，弹性势能就增加多少(2)弹性势能的变化只与弹力做功有关，弹力做负功，弹性势能增大，反之则减小弹性势能的变化量总等于弹力做功的负值(3)弹性势能的增加量与减少量由弹力做功多少来量度 跟进训练 1两只不同的弹簧测力计 A、B，劲
9、度系数分别是 k1、k2，(k1k2)现用相同的力 F 拉弹簧，若弹簧的弹性势能为 kx2/2，则下列说法正确的是()AA 的弹性势能大BB 的弹性势能大 CA、B 弹性势能相等D无法判断 B 克服弹簧的弹力做的功等于弹簧增加的弹性势能，两个弹簧的拉力相等的条件下，劲度系数越大，形变量越小，故根据 Ep12kx2 可知，弹性势能与弹簧的劲度系数成反比，故 B 的弹性势能大，B 正确 重力势能和弹性势能的对比弹性势能重力势能 定义发生弹性形变的物体各部分之间由于弹力的相互作用而具有的势能物体由于被举高及地球的吸引作用而具有的势能 表达式Ep12kx2Epmgh 弹性势能重力势能 相对性弹性势能与
10、零势能位置的选取有关，通常选自然长度时势能为零，表达式最为简洁重力势能的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 弹性势能重力势能 系统性发生弹性形变的物体上所有质点共同具有的能量地球附近的物体与地球所共有的能量 联系两种势能分别以弹力、重力的存在为前提，又由物体的初、末位置来决定同属机械能的范畴，在一定条件下可相互转化【例 2】如图所示，质量为 m 的物体静止在地面上，物体上面连着一个轻弹簧，用手拉住弹簧上端上移 H，将物体缓缓提高 h，拉力 F 做功 WF，不计弹簧的质量，则下列说法正确的是()A重力做功mgh，重力势能减少 mgh B弹力做功WF，弹性势能增加 WF C重力
11、势能增加 mgh，弹性势能增加 FH D重力势能增加 mgh，弹性势能增加 WFmgh D 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 WF1W 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 WF2WGmgh，等于重力势能的增加，又由 WFWF1WF2 可知 A、B、C 错，D 对 理解弹性势能应注意的三个问题(1)弹簧的弹性势能的大小由弹簧的劲度系数和形变量(拉伸或缩短的长度)共同决定，劲度系数越大，形变量越大，弹簧的弹性势能越大(2)一般弹簧处于原长时，弹性势能为零，弹簧拉长或压缩弹性势能均为正值(3)弹性势能具有相对性，但
12、其变化量具有绝对性，因此，在判断弹性势能的变化时不必考虑零势能的位置 跟进训练 2如图所示，一轻弹簧一端固定于 O 点，另一端系一重物，将重物从与悬点 O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速地释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由 A 点摆向最低点 B 的过程中()A重力做正功，弹力不做功 B重力做正功，弹力做正功 C若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，弹力不做功 D若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做功不变，弹力不做功 C 重力做正功，弹簧弹力做负功，选项 A、B 错误；若用等长细绳代替弹簧，重力做功，弹力不做功，但重力做的功不同，选项 C正确，D 错误 课 堂 小
13、结 提 素 养 1物理观念：弹性势能的概念 2科学方法：弹力变力功的计算方法 3科学探究：探究弹性势能大小的因素及表达式 1如图所示，撑竿跳是运动会上常见的比赛项目，用于撑起运动员的竿要求具有很好的弹性，下列关于运动员撑竿跳起的过程说法中正确的是()A运动员撑竿刚刚触地时，竿弹性势能最大 B运动员撑竿跳起到达最高点时，竿弹性势能最大 C运动员撑竿触地后上升到达最高点之前某时刻，竿弹性势能最大 D以上说法均有可能 C 竿形变量最大时，弹性势能最大，只有 C 项正确 2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 的作用下物体处于静止状态，当撤去 F 后，物
14、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弹簧的弹性势能逐渐减小 B弹簧的弹性势能逐渐增大 C弹簧的弹性势能先增大后减小 D弹簧的弹性势能先减小后增大 D 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 3(多选)如图所示，弹簧的一端固定在墙上，另一端在水平力F 作用下缓慢拉伸了 x.关于拉力 F、弹性势能 Ep 随伸长量 x 的变化图象正确的是()AD 因为是缓慢拉伸，所以拉力始终与弹簧弹力大小相等，由胡克定律 Fkx，F-x 图象为倾斜直线，A 对，B 错；因为 Epx2，所以 D 对，C 错点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!
