7.5 探究彈性勢能的表達式 學(xué)案(人教版必修2)

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7.5 探究彈性勢能的表達式 學(xué)案(人教版必修2)

1.________________的物體的各部分之間,由于____________________,也具有勢能,
這種勢能叫做彈性勢能.研究彈性勢能要從分析____________入手,對彈簧來說,規(guī)定
____________________,它的彈性勢能為零,當(dāng)彈簧____________________,就具有了
彈性勢能.
2.(1)彈簧的彈性勢能與彈簧被拉伸的長度l有關(guān),并且,拉伸的長度l越大,彈性勢能
______,但不一定是________關(guān)系;
(2)即使拉伸的長度l相同,勁度系數(shù)k不同的彈簧的彈性勢能也不一樣,并且拉伸的長
度l相同時,k越大,彈性勢能________.
3.根據(jù)功是____________________可知,彈性勢能的變化量與拉力對彈簧做功的關(guān)系為
____________.
4.設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k,當(dāng)彈簧被拉伸l時,把這一拉伸過程分為很多小段,它們的
長度分別是Δl1、Δl2、Δl3……各個小段上拉力可以近似認(rèn)為是不變的,分別為F1、F2、
F3……,所做的功分別為________________.
5.v-t圖線下的面積代表________,F(xiàn)-l圖線下的面積代表______;當(dāng)所分成的小段
非常短時,F(xiàn)-l圖線與l軸所圍成的區(qū)域形狀是__________,該區(qū)域的面積為________,
所以彈性勢能的表達式是________________.
6.關(guān)于彈性勢能,下列說法中正確的是(  )
A.發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能
B.只要彈簧發(fā)生形變,就一定具有彈性勢能
C.彈性勢能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化
D.彈性勢能在國際單位制中的單位是焦耳
7.關(guān)于彈簧的彈性勢能,下列說法正確的是(  )
A.彈簧的彈性勢能跟拉伸(或壓縮)的長度有關(guān)
B.彈簧的彈性勢能跟彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)
C.同一彈簧,在彈性限度內(nèi),形變量越大,彈性勢能越大
D.彈性勢能的大小跟使彈簧發(fā)生形變的物體有關(guān)

【概念規(guī)律練】
知識點一 彈性勢能
1.關(guān)于彈性勢能,下列說法中正確的是(  )
A.任何發(fā)生彈性形變的物體,都具有彈性勢能
B.任何具有彈性勢能的物體,一定發(fā)生了彈性形變
C.物體只要發(fā)生形變,就一定具有彈性勢能
D.彈簧的彈性勢能只跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關(guān)
2.關(guān)于彈性勢能和重力勢能下列說法正確的是(  )
A.重力勢能屬于物體和地球這個系統(tǒng),彈性勢能屬于發(fā)生彈性形變的物體
B.重力勢能是相對的,彈性勢能是絕對的
C.重力勢能和彈性勢能都是相對的
D.重力勢能和彈性勢能都是狀態(tài)量
3.關(guān)于彈簧的彈性勢能,下列說法中正確的是(  )
A.當(dāng)彈簧變長時,它的彈性勢能一定增大
B.當(dāng)彈簧變短時,它的彈性勢能一定變小
C.在拉伸長度相同時,k越大的彈簧,它的彈性勢能越大
D.彈簧在被拉伸時的彈性勢能一定大于被壓縮時的彈性勢能
知識點二 彈力做功與彈性勢能的關(guān)系
4.關(guān)于彈力做功與彈性勢能的關(guān)系,我們在進行猜想時,可以參考對重力做功與重力勢
能的關(guān)系的討論,則下面的猜想有道理的是(  )
A.彈力做功將引起彈性勢能的變化,當(dāng)彈力做正功時,彈性勢能將增加
B.彈力做功將引起彈性勢能的變化,當(dāng)彈力做正功時,彈性勢能將減少
C.彈力做功將引起彈性勢能的變化,當(dāng)彈力做負(fù)功時,彈性勢能將增加
D.彈力做功將引起彈性勢能的變化,當(dāng)彈力做負(fù)功時,彈性勢能將減少
5.

圖1
如圖1所示,一個物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧,墻壁和物體間的彈簧
被物體壓縮,在此過程中以下說法正確的是(  )
A.物體對彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比
B.壓縮彈簧的過程中,物體向墻壁移動相同的距離,彈力做的功不相等
C.彈簧的彈力做正功,彈性勢能減少
D.彈簧的彈力做負(fù)功,彈性勢能增加
【方法技巧練】
一、探究彈性勢能表達式的方法
6.在猜想彈性勢能可能與哪幾個物理量有關(guān)的時候,有人猜想彈性勢能與彈簧的勁度系
數(shù)k及彈簧的伸長量l有關(guān),但究竟是與l的一次方,還是l的二次方,還是l的三次方
有關(guān)呢?請完成下面練習(xí)以幫助思考.
(1)若彈性勢能Ep∝kl,由于勁度系數(shù)k的單位是N/m,彈簧伸長量l的單位是m,則kl
的單位是________.
(2)若彈性勢能Ep∝kl2,由于勁度系數(shù)k的單位是N/m,彈簧伸長量l的單位是m,則kl2
的單位是________.
(3)若彈性勢能Ep∝kl3,由于勁度系數(shù)k的單位是N/m,彈簧伸長量l的單位是m,則kl3
的單位是________.
從(1)、(2)、(3)對單位的計算,你可以得到的啟示是____________________
________________________________________________________.
二、彈性勢能的求解方法

圖2
7.一根彈簧的彈力?位移圖線如圖2所示,那么彈簧由伸長量8 cm到伸長量4 cm的過
程中,彈力做功和彈性勢能的變化量為(  )
A.3.6 J,-3.6 J
B.-3.6 J,3.6 J
C.1.8 J,-1.8 J
D.-1.8 J,1.8 J

圖3
8.在水平地面上放一個豎直輕彈簧,彈簧上端與一個質(zhì)量為2.0 kg的木塊相連,系統(tǒng)處
于平衡狀態(tài).若在木塊上再加一個豎直向下的力F,使木塊緩慢向下移動0.10 m,力F
做功2.5 J,此時木塊再次處于平衡狀態(tài),力F的大小為50 N,如圖3所示.求:在木塊
下移0.10 m的過程中彈性勢能的增加量.
參考答案
課前預(yù)習(xí)練
1.發(fā)生彈性形變 有彈力的相互作用 彈力做功 彈簧長度為原長時 被拉長或被壓縮后
2.(1)越大 正比 (2)越大
3.能量變化的量度 大小相等
4.F1Δl1、F2Δl2、F3Δl3……
5.位移 功 三角形 12kl2 Ep=12kl2
6.ACD [發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間,由于有彈力的相互作用,都具有彈性勢能,A正確.彈性勢能跟重力勢能一樣,可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化,C正確.所有能的單位跟功的單位相同,在國際單位制中的單位是焦耳,D正確.]
7.ABC [由彈性勢能的表達式Ep=12kl2可知,彈性勢能Ep與彈簧拉伸(或壓縮)的長度有關(guān),A選項正確.Ep的大小還與k有關(guān),B選項正確.在彈性限度內(nèi),Ep的大小還與l有關(guān),l越大,Ep越大,C正確.彈簧的彈性勢能是由彈簧的勁度系數(shù)k和形變量l決定的,與使彈簧發(fā)生形變的物體無關(guān).]
課堂探究練
1.AB [由彈性勢能的定義和相關(guān)因素進行判斷.發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間,由于彈力作用而具有的勢能,叫做彈性勢能.所以,任何發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能,任何具有彈性勢能的物體一定發(fā)生了彈性形變.物體發(fā)生了形變,若是非彈性形變,無彈力作用,物體就不具有彈性勢能.彈簧的彈性勢能除了跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關(guān)外,還跟彈簧勁度系數(shù)的大小有關(guān).正確選項為A、B.]
2.ACD [重力勢能具有系統(tǒng)性,彈性勢能只屬于發(fā)生彈性形變的物體,故A正確;重力勢能和彈性勢能都是相對的,且都是狀態(tài)量,故B錯,C、D正確.]
3.C [彈簧彈性勢能的大小,除了跟勁度系數(shù)k有關(guān)外,還跟它的形變量(拉伸或壓縮的長度)有關(guān).如果彈簧原來處在壓縮狀態(tài),當(dāng)它變長時,它的彈性勢能應(yīng)該先減小,在原長處它的彈性勢能最小,所以A、B、D均不對.]
4.BC
5.BD [由功的計算公式W=Flcos θ知,恒力做功時,做功的多少與物體的位移成正比,而彈簧對物體的彈力是一個變力,所以A不正確;彈簧開始被壓縮時彈力小,彈力做的功也少,彈簧的壓縮量變大時,物體移動相同的距離做的功增多,故B正確;物體壓縮彈簧的過程,彈簧的彈力與彈力作用點的位移方向相反,所以彈力做負(fù)功,彈性勢能增加,故C錯誤,D正確.]
6.(1)N (2)J (3)J?m 彈性勢能Ep與彈簧伸長量l的二次方有關(guān)
7.C [彈力做的功W=60+302×0.04 J=1.8 J>0,故彈性勢能減少1.8 J,即ΔEp=Ep2-Ep1=-1.8 J,故選項C正確.]
8.4.5 J
解析 木塊緩慢下移0.10 m的過程中,F(xiàn)與重力的合力始終與彈簧彈力等大反向,所以力F和重力做的總功等于克服彈簧彈力做的功,即
W彈=-(WF+mgh)=-(2.5+2.0×10×0.10) J=-4.5 J
由彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系知,
ΔEp=-W彈=4.5 J.
方法總結(jié) 功是能量轉(zhuǎn)化的量度,因此確定某一過程中的力做的功,是研究該過程能量轉(zhuǎn)化的重要方法.

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