2019-2020年高一物理《探究弹性势能的表达式》问题导学案
更新时间:2024-03-12 11:15:01 阅读量: 综合文库 文档下载
2019-2020年高一物理《探究弹性势能的表达式》问题导学案 【课题】:探究弹性势能的表达式 【课型】问题生成解决拓展课
高一年级全体物理老师
【学习目标】
1.理解弹性势能的概念及意义,学习计算变力做功的思想方法. 2.猜测弹性势能的表达式与哪些因素有关,培养学生科学预测的能力. 3.体会计算拉力做功的方法,体会微分思想和积分思想在物理学上的应用.
4.通过对弹性势能公式的探究过程和所用方法,培养学生探究知识的欲望和学习兴趣,体味弹性势能在生活中的意义,提高物理在生活中的应用意识.
【重点】利用微元法和图象法计算变力做功的问题. 【难点】理解微元法把变力做功转化为恒力做功.
[知识回顾] 1、功的概念 2、重力势能 【自主导学】
一个弹簧自然伸长,一个小球在光滑的水平面上从弹簧的右侧向弹簧运动,遇到弹簧,请观察、分析实验现象。 V 图1
问1:在第三章我们研究了弹簧弹力与形变的关系,如何用图象来反映弹力F和形变量x的关系?
问2:刚才大家观察到什么样的实验现象呢?试着画出速度-时间图象。 .
问3:小球速度为什么减小了? 能否从动力学角度分析?能否从功能的角度给于分析?
问4:弹簧增加的能量与哪个力做功有关呢?
问5:现在来猜想一下弹簧的弹性势能与什么因素有关.
问6:验证你的想法,你应该怎样做? 大家把重力势能的研究对照一下。
问7:回忆一下,在研究匀变速直线运动的位移时,我们采用了什么方法?
问8:从原长缓慢地被拉长一段距离L时,拉力和弹力是什么关系?拉力所做的功与弹簧增加的弹性势能是什么关系?拉力做功的表达式?
问9:根据我们刚才的推论,当弹簧处于原长时,弹性势能值取为零,这个弹簧被拉长L时拉力做的功就等于弹簧的弹性势能,所以有Ep= W= ,这就是我们这节课要得到的结论.
1、物体由于__________而具有的与它的_______________量有关的势能,叫弹性势能。请举例!
2、弹性势能大小:物体的弹性形变量越大,弹性势能越________ . 3、弹性势能是_____________(标、矢)量 4、弹力做正功,弹性势能__________ 弹力做负功,弹性势能_________ 弹力做的功量度了弹性势能的变化.
抢答:以上弹力指的是弹簧对人的力,还是人对弹簧的力?
5、弹簧的弹性势能:只取决于弹簧的__________和_________。跟与它相连的物体无关。 [问题探究]:
在以上探究中我们规定,弹簧处于自然状态下,也就是既不伸长也不缩短时的势能为零势能.能不能规定弹簧任意某一长度时的势能为零?说说你的想法.
【例题解析】
例题:质量为m的物体(视为质点)放在水平地面上,物体上要装着一根长为
l0,劲度系数为k的轻弹簧,现用手拉着弹簧的上端P缓慢上提,如图所示,
直到物体离开地面一段距离。已知在这一过程中,P点的位移是h,则物体重力势能的增加量是多少?弹簧的弹性势能增加量为多大?
【夯实基础】
1、关于弹性势能下列说法中正确的是( )
A、发生形变的物体都具有弹性势能 B、弹性势能是一个标量 C、弹性势能的单位是焦耳(在国际单位制中) D、弹性势能是状态量
2、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、物体只要发生形变,就一定具有弹性势能 C、外力对弹性物体做功,物体的弹性势能就发生变化 D、发生弹性形变的物体,在它们恢复原状时都能对外界做功
3、在水平地面上放一竖直轻弹簧,弹簧上端与一个质量为2.0Kg的木块相连,若在木块上再作用一个竖直向下的力F,使木块缓慢向下移动0.10m,力F做功2.5J,此时木块再次处于平衡状态,力F的大小为50N,如图所示,则 ⑴在木块下降0.1m的过程中弹性势能的增加量?
⑵弹簧的劲度系数?
F 【知能提升】
1、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,用手拉住弹簧上端将物体缓缓提高H,则人做的功( ) A 等于MgH B 大于MgH C 小于MgH D 无法确定
F 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 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、弹簧的弹性势能逐渐减少 B、弹簧的弹性势能逐渐增加 C、弹簧的弹性势能先增加再减少 D、弹簧的弹性势能先减少再增加 3、上题中,在弹簧向右运动的过程中,弹簧弹力对物体的做功情况,下列说法正确的是( ) A.弹簧对物体做正功 B。弹簧对物体做负功
C.弹簧先对物体做正功,后对物体做负功 D。弹簧先对物体做负功,后对物体做正功
4、下列关于弹簧的弹力和弹性势能的说法正确的是( ) A、弹力与弹簧的形变量成正比,弹性势能与弹簧的形变量成正比
B、弹力与弹簧的形变量的平方成正比,弹性势能与弹簧的形变量成正比 C、弹力与弹簧的形变量成正比,弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比。
D、弹力与弹簧的形变量的平方成正比,弹性势能与弹簧的形变量的平方成正比
5、在一次演示实验中,一压紧的弹簧沿一粗糙水平面射出一小球,测得弹簧压缩的距离 d 和小球在粗糙水平面滚动的距离s如下表所示.由此表可以归纳出小球滚动的距离s跟弹簧压缩的距离d之间的关系,并猜测弹簧的弹性势能EP跟弹簧压缩的距离d之间的关系分别是(选项中k1、k2 是常量)( ) 实验次数 d/cm s/cm 1 0.50 4.98 2 1.00 20.02 2 3 2.00 80.10 4 4.00 319.5 A、s=k1d,EP=k2d B、s=k1d,EP=k2d
222
C、s=k1d,EP=k2d D、s=k1d,EP=k2d
6.竖直放置的轻质弹簧,劲度系数为k,将质量为m的物体轻轻放在弹簧的上端,物体将上下振动,由于空气阻力的作用,物体最终将静止。 (1)求全过程物体减少的重力势能; (2)弹簧中储存的弹性势能;
(3)物体减少的重力势能是否等于弹性势能的增加量?
7.如图所示为一根弹簧弹力F与形变量x的关系图线: (1)确定弹簧的劲度系数;
(2)将此弹簧从原长拉伸6cm时,弹性势能为多的大? (3)将此弹簧压缩4cm时,弹性势能为多大?
8. 如图所示,劲度系数为K1的轻弹簧两端分别与质量为M1和M2的物体栓接,劲度系数为K2的轻弹簧上端与物体M2栓接,下端压在桌面上(不拴接),整个系统处于平衡状态,现施力将物块M1缓缓地竖直上提,直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面,在此过程中,物块M2的重力势能增加了多少?
例如:卷紧的发条,被拉伸或压缩的弹簧,拉弯的弓,击球时的网球拍或羽毛球拍、撑杆跳高时的撑杆等
M2 M1 【问题思考】
参考答案:
此问题可以类比重力势能的参考平面的规定.如果我们规定了弹簧任意长度时的势能为零势能,在弹簧从某一位置拉至零势能位置的过程中,拉力所做的功就等于弹簧的弹性势能.显
然,这与规定自然长度为零势能时,从该位置拉到零势能的位置的功是不同的,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. 例题解析 : 设弹簧的伸长量为l,则kl=mg┄┄① 有几何关系l0+l+H=h+ l0┄┄② 物体的重力势能增加量为ΔEP=mgH┄┄③ 弹簧的弹性势能增加量为ΔEP=kl/2┄┄④
整理得重力势能增加量为ΔEP=mg(h -mg/k);弹性势能增加量为ΔEP=mg/2k
拓展 重力势能(或弹性势能)的变化量与重力(或弹力)做功紧密联系在一起,它们都和路径无关,结合平衡条件,通过几何分析确定物体上升的距离、弹簧形变量的变化量(本题即为弹簧伸长的长度),是计算重力势能或弹性势能改变量的关键。
222
【夯实基础】
1.BCD 2.AD 3. 5J 500N/m 【知能提升】
1.B 2.D 3.C 4.C 5.D 6. (1)m2g2/k;(2)m2g2/2; (3)不等 7. (1)500N/m;(2)0.9J;(3)0.4J 8. M2(M1+M2)g2/K2
作业设计:
书面:课本上的练习题
课外活动:
课外思考:
然,这与规定自然长度为零势能时,从该位置拉到零势能的位置的功是不同的,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. 例题解析 : 设弹簧的伸长量为l,则kl=mg┄┄① 有几何关系l0+l+H=h+ l0┄┄② 物体的重力势能增加量为ΔEP=mgH┄┄③ 弹簧的弹性势能增加量为ΔEP=kl/2┄┄④
整理得重力势能增加量为ΔEP=mg(h -mg/k);弹性势能增加量为ΔEP=mg/2k
拓展 重力势能(或弹性势能)的变化量与重力(或弹力)做功紧密联系在一起,它们都和路径无关,结合平衡条件,通过几何分析确定物体上升的距离、弹簧形变量的变化量(本题即为弹簧伸长的长度),是计算重力势能或弹性势能改变量的关键。
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【夯实基础】
1.BCD 2.AD 3. 5J 500N/m 【知能提升】
1.B 2.D 3.C 4.C 5.D 6. (1)m2g2/k;(2)m2g2/2; (3)不等 7. (1)500N/m;(2)0.9J;(3)0.4J 8. M2(M1+M2)g2/K2
作业设计:
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