2020年高中物理教学设计人教版必修2--7.5-探究弹性势能的表达式.docx

五、探究弹性势能的表达式
【要点导学】
1、发生__________的物体的各部分之间，由于_____的相互作用而具有的势能，叫做弹性势能。弹性势能和重力势能一样，也具有相对性，但弹性势能的转变量与零势能的选取________，这称为弹性势能转变是确定的。应用中都是争辩弹性势能与其它能量的转化问题，争辩弹性势能的转变量是有实际意义的。
2、弹力做功与弹性势能的变化关系为：弹力做正功时，弹性势能________，并且弹力做多少功，弹性势能就削减多少；弹力做负功时（克服弹力做功），弹性势能_______，并且克服弹力做多少功，弹性势能就增加多少。
3、弹性势能的大小与弹性的劲度系数、弹簧形变量有关，为了争辩弹性势能与劲度系数的关系，应把握什么量不变？________；为了争辩弹性势能与弹簧形变量的关系，应把握________不变。这种争辩方法叫做________，是物理学中的常用方法。通过试验争辩和理论推导可知，弹簧的弹性势能表达式为________。

【范例精析】
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？

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=kl2/2┄┄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=m2g2/2k

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转变量的关键。
【力量训练】
1、关于弹性势能下列说法中正确的是（ BCD ）
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（ AD ）
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，就肯定具有弹性势能
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、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（ D ）

A、弹簧的弹性势能渐渐削减
B、弹簧的弹性势能渐渐增加
C、弹簧的弹性势能先增加再削减
D、弹簧的弹性势能先削减再增加
4、上题中，在弹簧向右运动的过程中，弹簧弹力对物体的做功状况，下列说法正确的是（ C ）
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
5、计算变力不能直接把数据代入公式W=Flcosα计算功，此时可以用“微元法”来计算，如图所示为用力缓慢拉升弹簧时，拉力与弹簧升长量之间的关系图像，试推证将弹簧从自由长度到拉升长度为x的过程中，拉力做的功等于kx2/2，弹簧储存的弹性势能也为kx2/2。（设弹簧的劲度系数为k）
6、下列关于弹簧的弹力和弹性势能的说法正确的是（ C ）
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
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？
(1)500N/m;(2)0.9J;(3)0.4J
8、在一次演示试验中，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，并猜想弹簧的弹性势能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）( D )
试验次数
1
2
3
4
d/cm
0.50
1.00
2.00
4.00
s/cm
4.98
20.02
80.10
319.5

A、s=k1d，EP=k2d B、s=k1d，EP=k2d2
C、s=k1d2，EP=k2d D、s=k1d2，EP=k2d2
9、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)求全过程物体削减的重力势能；
(2)弹簧中储存的弹性势能；
(3)物体削减的重力势能是否等于弹性势能的增加量？
(1)m2g2/k；(2)m2g2/2；(3)不等