2020年高中物理课时训练(新人教必修二)7.5《探究弹性势能的表达式》10.docx
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1、第5节 探究弹性势能的表达式备课参考理解领悟探究是通过自己的探究活动,变未知为已知的学习过程。探究的目的是开发制造潜能,启发思维,使自己参与到教与学的活动中去。在自己思考的前提下,设计自己的探究方案,这个方案可以包含试验,也可以不包含试验。本节“探究弹性势能的表达式”就是一个不包含试验的探究。1. 什么是弹性势能?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。可见,物体具有弹性势能的条件是发生了弹性形变。卷紧的发条、拉长或压缩的弹簧、拉开的弓、正在击球的网球拍、撑杆运动员手中弯曲的杆,等等,都发生了弹性形变,都具有弹性势能。2. 争辩弹性势能的动身点弹
2、性势能与重力势能都是物体凭借其位置而具有的能。在争辩重力势能的时候,我们从重力做功的分析入手。同样,在争辩弹性势能的时候,则要从弹力做功的分析入手。弹力做功应是我们争辩弹性势能的动身点。3. 弹性势能表达式中相关物理量的猜想弹性势能的表达式可能与哪些物理量有关呢?可能与弹簧被拉伸(或压缩)的长度有关。这是由于,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)的长度有关。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)的长度则不肯定成正比,在地球表面四周可认为重力不随高度变化,而弹力在弹簧形变过程中则是变力。可能与弹簧的劲度系数有关。这
3、是由于,不同弹簧的“软硬”程度不同,即劲度系数不同,使弹簧发生相同长度的形变所需做的功也不相同。4. 弹性势能与拉力做功的关系当弹簧的长度为原长时,我们设它的弹性势能为0,弹簧被拉长或缩短后就具有了弹性势能。我们争辩弹簧被拉长的状况,那么弹簧的弹性势能应当与拉力所做的功相等。可见,争辩弹性势能的表达式,只需争辩拉力做功的表达式。5. 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=Flcos。那么,如何求出拉力的功呢?与争辩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
4、为拉力是不变的。所以,每一小段的功分别为W1=F1l1,W2=F2l2,W3=F3l3,拉力在整个过程中所做的功为W=W1+W2+W3+=F1l1+ F2l2+ F3l3+图1OFl6. 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vt图象求位移x相像,我们可以画出Fl,如图1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。7. 弹力做功与弹性势能变化的关系弹力做功与弹性势能变化的关系,跟重力做功与重力势能变化的关系及其相像。重力做正功,重力势能削减;重力做
5、负功(物体克服重力做功),重力势能增加。同样,弹力做正功,弹性势能削减;弹力做负功(物体克服弹力做功),弹性势能增加。8. 弹性势能也具有相对性在本节的“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0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。假如我们规定了弹簧某一任意长度时的势能为0势能,在弹簧从0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。明显,这与规定自然长度为0势能时,从从0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0势能位置的规定有关的,弹性势能也具有相对性。典型例题解析本节课的应用主要涉及对弹性势能
6、概念的理解,以及对弹性势能表达式探究过程的分析和争辩方法的迁移。作为“进展级”的应用,也涉及弹性势能表达式的计算。例1 关于弹性势能,下列说法中正确的是( )A. 任何发生弹性形变的物体,都具有弹性势能B. 任何具有弹性势能的物体,肯定发生了弹性形变C. 物体只要发生形变,就肯定具有弹性势能D. 弹簧的弹性势能只跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关提示 由弹性势能的定义和相关因素进行推断。解析 发生弹性形变的物体的各部分之间,由于弹力作用而具有的势能,叫做弹性势能。所以,任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能,任何具有弹性势能的物体肯定发生了弹性形变。物体发生了形变,若是非弹性形变,无弹力作用,则物体就
7、不具有弹性势能。弹簧的弹性势能除了跟弹簧被拉伸或压缩的长度有关外,还跟弹簧劲度系数的大小有关。正确选项为A、B。点悟 发生形变的物体不肯定具有弹性势能,只有发生弹性形变的物体才具有弹性势能。对此,必需有糊涂的生疏。例2 在本节课的探究活动中,我们多次接受了类比的争辩方法,试举例说明。提示 认真阅读课本,再给出解答。解析 在本节课的探究活动中,接受类比争辩方法的地方主要有:争辩弹性势能的动身点,将重力势能与弹性势能类比。争辩重力势能从分析重力做功入手,争辩弹性势能则从分析弹力做功入手。弹性势能表达式中相关物理量的猜想,将重力势能与弹性势能、重力与弹力类比。重力势能与物体被举起的高度有关,所以弹性
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