探究弹性势能的表达式.ppt

高中物理新人教版必修系列课件,7.5探究弹性势能 的表达式,教学目标,知识与技能 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。 过程与方法 1、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。 2、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。 情感、态度与价值观 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。 【教学重点】 探究弹性势能公式的过程和所用方法。 【教学难点】 推导拉伸弹簧时，用微分思想和积分思想求解拉力所做功的表达式。,5.5 探究弹性势能的表达式,一、弹性势能的概念,二、探究弹性势能的表达式,三、弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系,一、弹性势能,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,1、弹簧的长度 2、劲度系数,1、弹性势能的表达式可能与哪几个物理量有关？（类比、猜想）,2、弹簧的弹性势能与拉力所做的功有什么关系？（类比、进一步建构功能关系思想）,二、探究弹性势能的表达式,W外E弹,3、怎样计算拉力所做的功？,F为变力，如何求其做的功？,微元法,W1=F1L1 W2=F2L2 W3=F3L3 W=W1+W2+W3+ = F1L1+ F2L2+ F3L3+,回忆：怎样计算这个求和式？,联想,拉力做功的计算方法,求变力做功的方法：,=,4、弹簧的弹性势能的表达式,说明： (1)一般规定弹簧在原长时，弹簧的弹性势能 为零 (2)L为弹簧的伸长量或压缩量 (3)L , EP具有相对性,EP =,三、弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系,1、弹簧弹力做正功，弹性势能减少 弹簧弹力做负功，弹性势能增加,2、表达式,1、我们的探究过程是怎样的？,（1）提出问题：弹簧的弹性势能的表达式是怎样的？ （2）猜想:弹性势能可能与哪些因素有关？ （3）弹性势能与做功有什么关系？ （4）怎样计算拉力的功？ （5）得出探究结果,2、探究方法,猜想与假设.类比.迁移.微元.图象.数学推理等,这些都是科学探究的一般研究方法,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一定发生了弹性形变 C. 物体只要发生形变，就一定具有弹性势能 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 判断。,(AB),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一定发生了弹性形变。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 : 发生形变的物体不一定具有弹性势能，只有发生弹性形变的物体才具有弹性势能。对此，必须有清醒的认识。,例2 在本节课的探究活动中，我们多次采用了类比的研究方法，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，采用类比研究方法的地方主要有： 研究弹性势能的出发点，将重力势能与弹性势能类比。讨论重力势能从分析重力做功入手，讨论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测，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，所以弹性势能很可能与弹簧被拉伸的长度有关。弹力与重力的变化规律不一样，弹性势能与重力势能的表达式很可能也不一样。, 计算拉力所做的功，与计算匀变速直线运动的位移类比。计算匀变速直线运动的位移时，将位移分成很多小段，每一小段的速度可近似认为相等，物体在整个过程中的位移等于各小段位移之和。计算拉力所做的功，可将弹簧的形变过程分成很多小段，每一小段的拉力可近似认为是不变的，拉力在整个过程中的功等于各小段功之和。 计算各小段功的求和式，将由v t图象求位移与由 Fl图象求功类比。v t图象下的相关面积表示位移， Fl图象下的相关面积则表示功。 点悟 类比，就是将同类型的事物或问题进行对比，从中找出规律性的东西。类比的方法，是物理学中一种重要的研究方法。,例4 弹簧原长为l0，劲度系数为k。用力把它拉到伸长量为l，拉力所做的功为W1；继续拉弹簧，使弹簧在弹性限度内再伸长l，拉力在继续拉伸的过程中所做的功为W2。试求W1与W2的比值。,提示 利用Fl图象分析。,解析 拉力F与弹簧的伸长量l成正比，故在Fl图象中是一条倾斜直线，如图533所示，直线下的相关面积表示功的大小。其中，线段OA下的三角形面积表示第一个过程中拉力所做的功W1，线段AB下的梯形面积表示第二个过程中拉力所做的功W2。显然，两块面积之比为13，即W1W2=13。,点悟 上述解法采用了教材探究弹性势能表达式的研究方法，即应用Fl图象直观地进行分析。若记得弹性势能的表达式，也可由弹性势能的表达式进行计算。由于拉力做功增加了弹簧的弹性势能，故有,所以，W1与W2的比值,W1W2=,=13。,-,例5 如图534所示，劲度系数为k的轻质弹簧一端固定，另一端与物块拴接，物块放在光滑水平面上。现用外力缓慢拉动物块，若外力所做的功为W，则物块移动了多大的距离？ F,提示 外力所做的功等于弹簧弹性势能的增加。,解析 若以Ep表示弹簧最终的弹性势能，则外力所做 的功,所以，弹簧的伸长量亦即