第5节 探究弹性势能的表达式
2020版高中物理人教必修二课件：7.5探究弹性势能的表达式
【规律方法】 判断弹性势能大小的方法 (1)弹性势能大小与弹力做功有关,弹力做正功,弹性势 能减小,弹力做负功,弹性势能增大。 (2)弹性势能大小与弹簧形变量大小有关,形变量越大, 弹性势能越大。
【探究训练】 1.(多选)(2019·唐山高一检测)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
3.弹性势能(变化)大小的探究: (1)弹力特点:随弹簧_形__变__量__的变化而变化,还因_弹__簧__ 的不同而不同。 (2)弹力做功与弹性势能的关系:弹力做正功时,弹性势 能_减__少__,_减__少__的弹性势能_等__于__弹力做的功;弹力做负 功时,弹性势能_增__加__,_增__加__的弹性势能_等__于__克服弹力 做的功。
又被弹起到原高度,小孩从高处开始下落到弹回的整个 过程中,他运动的速度v随时间t变化的图象如图所示, 图中只有Oa段和cd段为直线。则根据该图象可知,蹦床 的弹性势能增大的过程所对应的时间间隔为 ( )
A.仅在t1到t2的时间内 B.仅在t2到t3的时间内 C.在t1到t3的时间内 D.在t1到t5的时间内
【探究总结】 1.弹性势能的产生条件: (1)物体发生弹性形变。 (2)物体各部分之间有弹力作用。
2.弹力做功与弹性势能变化的关系:当弹簧的弹力做正 功时,弹簧的弹性势能减小,弹性势能转化成其他形式 的能;当弹簧的弹力做负功时,弹簧的弹性势能增大,其 他形式的能转化为弹簧的弹性势能。 这一点与重力做功跟重力势能变化的关系相似。
(2)由于F=kl,作出F-l图象如图所示,求出图中阴影部 分的面积,即为弹力做功的绝对值,由于在伸长过程中 弹力F与位移l方向相反,故弹力做负功,弹力做功为W= - 1 ×400×0.05 J=-10 J。
2020人教版物理课件必修2 第7章 第5节 探究弹性势能的表达式
3．两个不同的弹簧 A、B，劲度系数分别为 k1、k2，且 k1＞k2。现用 相同的力从自然长度开始拉弹簧，则下列说法正确的是 ( )
A．A 弹簧的弹性势能大
B．B 弹簧的弹性势能大
C．两弹簧的弹性势能相同
D．无法判断
解析：选 B 以相同的力 F 拉弹簧 A、B，由胡克定律得 A 弹簧
的伸长量 l1＝kF1，B 弹簧的伸长量 l2＝kF2，由于 k1＞k2，故 l1＜l2，
对弹性势能的理解 1．弹性势能的产生及影响因素
2．弹性势能与弹力做功的关系 如图所示，O 为弹簧的原长处。
(1)弹力做负功：如物体由 O 向 A 运动(压缩)或者由 O 向 A′ 运动(伸长)时，弹性势能增大，其他形式的能转化为弹性势能。
(2)弹力做正功：如物体由 A 向 O 运动或者由 A′向 O 运动时， 弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式的能。
[审题指导] (1)根据平衡条件可以求出木块初始平衡状态和加力 F 后平衡状 态时弹簧的压缩量。 (2)木块缓慢下移的距离为弹簧压缩量的变化量。 (3)弹簧弹性势能的增加量等于木块下移时克服弹力所做的功。 [解析] (1)设木块开始静止时，弹簧的压缩量为 l1。 后来静止时，弹簧的压缩量为 l2，由胡克定律及平衡条件得， 未施加力 F 时，弹力 F1＝mg＝kl1＝20 N， 施加力 F 后，弹力 F2＝F＋mg＝kl2＝70 N， 且 l2－l1＝0.1 m，联立以上各式得 k＝500 N/m。
C 正确。
2．一竖直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹
簧上端的正上方高为 h 的地方自由下落到弹
簧上端，如图所示。经几次反弹以后小球最终
在弹簧上静止于某一点 A 处，则
()
A．h 越大，弹簧在 A 点的压缩量越大
高中物理_探究弹性势能的表达式教学设计学情分析教材分析课后反思
《探究弹性势能的表达式》教学设计一、教学目标1.知识目标（1）知道弹性势能的概念及弹性势能与哪些物理量有关。
（2）知道探究弹性势能表达式的思路。
2.过程与方法（1）学会提出问题，善于质疑，善于猜想。
（2）设计方案，检验推理猜想的正确性。
（3）经历提出问题、猜想、逻辑推理和类比的方法探究弹性势能。
3．情感态度与价值观体验类比和逻辑推理的乐趣,提高分析问题解决问题的能力。
二、教学重点难点重点：让学生体验探究的过程，体验知识迁移、类比的推理方法。
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。
三、教学方法实验观察法、分析归纳法、迁移法、类比法。
四、课前准备1．学生的学习准备：预习实探究弹性势能的表达式。
2．教师的教学准备：多媒体课件制作；准备教具：不同弹簧，小物块等。
五、课时安排：1课时六、教学过程（一）知识回顾、总结疑惑回顾弹力、胡克定律等知识，检查落实学生的预习情况并了解学生的疑惑，使教学具有了针对性。
（二）情景导入、展示目标多媒体展示图片（卷紧的发条、撑杆跳高、张弓射箭、拉伸或压缩的弹簧），创设情景，引出问题，激发学生的兴趣，使学生明确学习目标。
老师：这类图片的共同特征是什么？学生：杆、弓和弹簧都发生形变，产生了弹力，存储了一些能量，在恢复形变的过程中将能量释放出来了。
即：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。
（多媒体展示弹性势能的概念）教师拿出弹簧做压缩、拉伸演示。
教师：这节课我们就来以弹簧被拉伸为例对弹性势能的表达式进行探究。
然后展示探究的第一个问题，弹性势能与哪几个物理量有关、是什么关系？（三）合作探究、精讲点拨。
探究一：弹性势能与哪些物理量有关？师提问：那么猜一猜弹性势能与哪些物理量有关（以弹簧为例）？学生分组，利用不同的弹簧及小车帮助猜想学生可能猜出：长度；伸长量；压缩量；弹力；劲度系数；形变量；质量；材料；匝数；半径；钢丝粗细；匝密度等等；教师引导学生之间讨论交流，最后形成一致意见：与劲度系数K和形变量（伸长量或压缩量）L有关。
第五节7[1]5探究弹性势能的表达式PPT课件
![第五节7[1]5探究弹性势能的表达式PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/50d7f70cad02de80d4d840fc.png)
结论：与橡皮筋的伸长量L有关 与橡皮筋的劲度系数k有关
怎样得到弹性势能的表达式呢？
类比
重力做功WG
重力势能mgh
弹簧弹力做功
弹性势能
高中物理 第 二 册
5
探究弹性势能的表达式
第
W＝F1Δl1＋F2Δl2＋F3Δl3＋…
练 习
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，都一定是发生
了弹性形变
C、物体只要发生形变就一定有弹性势能 D、弹簧的弹性势能只跟弹簧的形变量有关
23
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
l
F拉 = k l
F拉
拉力所做的功
W 1 kl2 2
其中，k是弹簧的劲度系数， l是弹簧的伸长量或压缩量
弹性势能的表达式
根据我们刚才的推论，当弹簧处于原长、
弹性势能值为零时，这个弹簧被拉长L时弹
力做的功就等于弹簧被拉长L时弹簧弹性势
能的值，
所以有
EP
1 2
kl 2
体会功是能量转化的量度．
弹 性
七 章
积分
机
械
思想
能 守
恒
定
律
把弹簧从A到B的过程分成很多小段
微分
Δl1,Δl2,Δl3…
思想
在各个小段上，弹力可近似认为是不变的
F1、F2、F3 …
化变为恒
13
拉力所做的功 等于图线与横 轴所围的面积
高中物理必修二---探究弹性势能的表达式
第5节探究弹性势能的表达式1．理解弹性势能的概念，会分析决定弹性势能大小的相关因素．(重点) 2．知道探究弹性势能表达式的思路，体会探究过程中的猜想、分析和转化的方法．3．体会求弹力做功时通过细分过程化变力为恒力的思想方法．(难点)一、弹性势能1．定义：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而具有的势能．2．产生条件：物体发生弹性形变．二、探究弹性势能的表达式1．猜想(1)弹性势能与弹簧被拉伸的长度有关，同一个弹簧，拉伸的长度越大，弹簧的弹性势能也越大．(2)弹性势能与弹簧的劲度系数有关，在拉伸长度l相同时，劲度系数k越大，弹性势能越大．2．探究思想：研究弹力做功与弹性势能变化的关系．3．“化变为恒”求拉力做功：W总＝F1Δl1＋F2Δl2＋…＋F nΔl n．4．弹性势能的表达式：E p＝12kl2．判一判(1)弹簧处于自然状态时，不具有弹性势能．( )(2)一物体压缩弹簧，弹性势能是物体与弹簧共有的．( )(3)不同弹簧发生相同的形变时具有的弹性势能相同．( )(4)同一弹簧发生的形变量不同时具有的弹性势能不同．( )(5)弹簧弹力做正功，弹簧弹性势能增加．( )提示：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×做一做如图所示，将弹簧拉力器用力拉开的过程中，弹簧的弹力和弹性势能的变化情况是()A．弹力变大，弹性势能变小B．弹力变小，弹性势能变大C ．弹力和弹性势能都变大D ．弹力和弹性势能都变小提示：选C.将弹簧拉力器用力拉开的过程中，弹簧的伸长量变大，弹簧的弹力变大，弹性势能变大，故A 、B 、D 错误，C 正确．想一想 运动员将箭射出瞬间，弓要恢复原状，此过程中弓的弹性势能怎么变化？ 提示：弓的形变量逐渐减小，弹性势能减小．对弹性势能的理解1．弹性势能的产生原因⎩⎪⎨⎪⎧（1）物体发生了弹性形变（2）各部分间的弹力作用 2．弹性势能的影响因素⎩⎪⎨⎪⎧（1）弹簧的形变量l （2）弹簧的劲度系数k 3．弹性势能的表达式：E p ＝12kl 2，l 为弹簧的伸长量或压缩量． 4．系统性：弹性势能是发生弹性形变的物体上所有质点因相对位置改变而具有的能量，因此弹性势能具有系统性．5．相对性：弹性势能的大小与选定的零势能位置有关，对于弹簧，一般规定弹簧处于原长时的势能为零势能．命题视角1 对弹性势能的理解(多选)关于弹性势能，下列说法中正确的是( )A ．发生弹性形变的物体都具有弹性势能B ．只有弹簧在发生形变时才具有弹性势能C ．弹性势能可以与其他形式的能相互转化D ．弹性势能在国际单位制中的单位是焦耳[解析] 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都具有弹性势能，A 正确，B 错误；弹性势能跟重力势能一样，可以与其他形式的能相互转化，C 正确；所有能的单位跟功的单位相同，在国际单位制中的单位是焦耳，D 正确．[答案] ACD命题视角2 弹性势能表达式的探究在探究弹簧的弹性势能的表达式时，下面的猜想有一定道理的是( )A ．重力势能与物体离地面的高度有关，弹性势能可能与弹簧的伸长量有关；重力势能与重力的大小有关，弹性势能可能与弹力的大小有关，而弹力的大小又与弹簧的劲度系数k 有关．因此弹性势能可能与弹簧的劲度系数k 和弹簧的伸长量x 的二次方x 2有关B ．A 选项中的猜想有一定道理，但不应该与x 2有关，而应该与x 3有关C ．A 选项中的猜想有一定道理，但应该是与弹簧伸长量的一次方，即与x 有关D ．上面三个猜想都没有可能性[思路点拨] 对未知问题的探究，可以运用已有的理论或实验事实作为依据，进行合理的猜想，然后通过实验进行验证，这是探究问题的一种重要方法．[解析] 根据重力做功与重力势能变化的关系，对弹力做功与弹性势能的关系，有理由猜想：重力势能E p ＝Fl ＝mgh ；弹性势能E p 也应和弹力F ＝kx 与伸长量l ＝x 的乘积有关，即可得E p 与x 2有关．故本题猜想中A 是有一定道理的．故选项A 正确．[答案] A(1)E p ＝12kl 2中l 为相对于自由长度的形变量，可见，对同一弹簧，压缩或拉伸相同的长度时，弹性势能相等．(2)该式在教材中没有出现，也不要求定量计算，弹性势能的求解，通常由能量转化的方式利用能量守恒(后面将要学习)求解，但熟记公式可迅速定性判断弹性势能大小的变化．【通关练习】1．关于弹簧的弹性势能，下列说法中正确的是( )A ．当弹簧变长时，它的弹性势能一定增大B ．当弹簧变短时，它的弹性势能一定变小C ．在拉伸长度相同时，k 越大的弹簧，它的弹性势能越大D ．弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能解析：选C.弹簧弹性势能的大小除了跟劲度系数k 有关外，还跟它的形变量(拉伸或压缩的长度)有关，如果弹簧原来处在压缩状态，当它变长时，它的弹性势能应该减小，当它变短时，它的弹性势能应该增大，在原长处它的弹性势能最小，A 、B 错误；形变量相同时，k 越大的弹簧，它的弹性势能越大，C 正确；弹簧无论拉伸还是压缩，其弹性势能决定于其形变量的大小，与是拉伸还是压缩无关，D 错误．2．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 跟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E p 跟弹簧压缩的距离d 之间的关系分别是(选项中k 1、k 2是常量)( ) 实验次数1 2 3 4 d /cm0．50 1．00 2．00 4．00 s /cm4．98 20．02 80．10 319．5 A ．s ＝k 1d ，E p 21p ＝k 2d 2 C ．s ＝k 1d 2，E p ＝k 2d D ．s ＝k 1d 2，E p ＝k 2d 2解析：选D.由图表信息知d 1＝0.50 cm ，x 1＝4.98 cm ，d 2＝2d 1，x 2＝20.02 cm ≈4x 1，d 3＝4d 1，x 3＝80.10 cm ≈16x 1，d 4＝8d 1，x 4＝319.5 cm ≈64x 1.则可归纳为x ＝k 1d 2；又由能量守恒定律(后面将学习)可知E p ＝μmgx ＝μmgk 1d 2，由于μmgk 1为恒量，所以E p 可写作E p ＝k 2d 2.故选项D 正确．弹力做功与弹性势能变化的关系如图所示，O 为弹簧的原长处．1．弹力做负功时：如物体由O 向A 运动(压缩)或者由O 向A ′运动(伸长)时，弹性势能增大，其他形式的能转化为弹性势能．2．弹力做正功时：如物体由A 向O 运动，或者由A ′向O 运动时，弹性势能减小，弹性势能转化为其他形式的能．3．弹力做功与弹性势能的关系：弹力做多少正功，弹性势能就减小多少；弹力做多少负功，弹性势能就增加多少，即W 弹＝－ΔE p ．弹簧原长L 0＝15 cm ，受拉力作用后弹簧逐渐伸长，当弹簧伸长到L 1＝20 cm 时，作用在弹簧上的力为400 N ，问：(1)弹簧的劲度系数k 为多少？(2)在该过程中弹力做了多少功？(3)弹簧的弹性势能变化了多少？[思路点拨] 弹性势能的变化仅与弹力做功有关，弹力做正功弹性势能减少，弹力做负功弹性势能增加．弹力是变力，弹力做功可用W ＝Fl 来计算(式中F 为平均力)，或作出F －l 图象来求解．[解析] (1)根据胡克定律F ＝kl 得k ＝F l ＝F L 1－L 0＝4000.20－0.15N/m ＝8 000 N/m. (2)由于F ＝kl ，作出F －l 图象如图所示，求出图中的阴影面积，即弹力做功的绝对值，由于在伸长过程中弹力F 的方向与位移l 的方向相反，故弹力F 在此过程中做负功，W ＝－12×0.05×400 J ＝－10 J. (3)弹力F 做负功，则弹簧弹性势能增加，且做功的多少等于弹性势能的变化量，ΔE p ＝10 J.[答案] (1)8 000 N/m (2)－10 J (3)增加10 J(1)弹力对物体所做的功只跟初、末位置有关，而跟具体的路径无关，虽然弹簧的弹力是变力，但它做功的特点与重力做功的特点相同．弹力做多少正功，弹性势能就减少多少，弹力做多少负功，弹性势能就增加多少．(2)弹力做的功可以通过W弹＝－ΔE p求得，也可以通过W＝Fl，或通过F－l图象中F －l图线与l轴所围的“面积”求出．(多选)一个物体以速度v0冲向与竖直墙壁相连的轻质弹簧，墙壁和物体间的弹簧被物体压缩，在压缩弹簧的过程中以下说法正确的是( )A．物体对弹簧做的功与弹簧的压缩量成正比B．物体向墙壁运动连续两段相同的位移，弹力做的功不相等C．弹簧的弹力做正功，弹性势能减小D．弹簧的弹力做负功，弹性势能增加解析：选BD.恒力做功时，做功的多少与物体的位移成正比，而弹簧对物体的弹力是一个变力，所以A项错误．弹簧开始被压缩时弹力小，物体移动一定的距离做的功少，进一步被压缩时，弹力变大，物体移动相同的距离做的功多，B项正确．压缩过程中，弹簧弹力方向与位移方向相反，弹簧弹力做负功，弹性势能增加，C项错误、D项正确．[随堂检测]1．关于重力势能和弹性势能，下列说法中正确的是( )A．发生形变的物体一定具有弹性势能B．重力势能和弹性势能的大小都是由相互作用的两个物体的相对位置决定的C．若规定弹簧的长度为原长时，弹簧的弹性势能为0，则弹簧压缩时弹性势能是负值，弹簧伸长时弹性势能是正值D．和所有的矢量一样，重力势能的正负代表重力势能的方向解析：选B.发生弹性形变的物体有弹性势能，有些形变不能恢复，没有弹性势能，A错误；相互作用的两个物体，当相对位置发生变化时，作用力能够做功，一定具有势能，B正确；无论弹簧压缩还是伸长，弹性势能均为正值，C错误；重力势能是标量，其正负代表能量的高低，D错误．2．如图所示的几个运动过程中，物体弹性势能增加的是( )A．如图甲，跳高运动员从压杆到杆伸直的过程中，杆的弹性势能B．如图乙，人拉长弹簧过程中弹簧的弹性势能C．如图丙，模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中，橡皮筋的弹性势能D．如图丁，小球被弹簧向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能答案：B3．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的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小B．弹簧的弹性势能逐渐增大C．弹簧的弹性势能先增大后减小D．弹簧的弹性势能先减小后增大解析：选D.由于在力F的作用下物体处于静止状态，此时弹簧处于压缩状态，撤去F 后，物体在向右运动的过程中，弹簧的弹力对物体先做正功后做负功，故弹簧的弹性势能先减小后增大．4．宋代诗人苏轼的名句“会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”中蕴含了一些物理知识．关于拉弓过程，下列说法正确的是()A．弓的弹性形变越大，弹性势能就越大B．弓的弹性形变越大，弹性势能就越小C．人对弓的作用力越大，弓的弹性形变越小D．人对弓的作用力越大，弹性势能就越小解析：选A.人对弓的作用力和弓对人的作用力为相互作用力，等大反向．弹性势能与物体的形变量有关．弓的弹性形变越大，弹性势能就越大，人对弓的作用力越大，弓的弹性形变越大，弹性势能越大，故A正确．5．(2020·北京东城区期末)一根弹簧的弹力F与弹簧的伸长量x之间的关系如图所示，当弹簧的伸长量由3.0 cm 变到6.0 cm的过程中()A．弹力所做的功是0.45 J，弹性势能减少了0.45 JB ．弹力所做的功是0.6 J ，弹性势能减少了0.6 JC ．弹力所做的功是－0.45 J ，弹性势能增加了0.45 JD ．弹力所做的功是－45 J ，弹性势能增加了45 J解析：选C.当弹簧的伸长量由3.0 cm 变到6.0 cm 的过程中，弹簧的弹力做负功，根据平均值法可得弹簧的弹力做功为W ＝－F Δl ＝－10＋202×0.03 J ＝－0.45 J ，所以弹簧的弹性势能增加了0.45 J ，故C 正确，A 、B 、D 错误．[课时作业]【A 组 基础过关】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，用手拉住弹簧上端上移H ，将物体缓缓提高h ，拉力F 做功W F ，不计弹簧的质量，则下列说法中正确的是 ( )A ．重力做功－mgh ，重力势能减少mghB ．弹力做功－W F ，弹性势能增加W FC ．重力势能增加mgh ，弹性势能增加FHD ．重力势能增加mgh ，弹性势能增加W F －mgh解析：选D.可将整个过程分为两个阶段：一是弹簧伸长到m 刚要离开地面阶段，拉力克服弹力做功W F 1＝－W 弹，等于弹性势能的增加；二是弹簧长度不变，物体上升h ，拉力克服重力做功W F 2＝－W G ＝mgh ，等于重力势能的增加，又由W F ＝W F 1＋W F 2可知A 、B 、C 错误，D 正确．2．在光滑的水平面上，物体A 以较大速度v a 向前运动，与以较小速度v b 向同一方向运动的、连有轻质弹簧的物体B 发生相互作用，如图所示．在相互作用的过程中，当系统的弹性势能最大时( )A ．v a ′>v b ′B ．v a ′＝v b ′C ．v a ′<v b ′D ．无法确定解析：选B.v a ′＝v b ′时，A 、B 相距最近，弹簧压缩量最大，弹性势能最大．3．如图所示，质量相等的两木块中间连有一弹簧，今用力F 缓慢向上提A ，直到B 恰好离开地面．开始时物体A 静止在弹簧上面．设开始时弹簧的弹性势能为E p1，B 刚要离开地面时，弹簧的弹性势能为E p2，则关于E p1、E p2大小关系及弹性势能变化ΔE p 的说法中正确的是( )A ．E p1＝E p2B ．E p1>E p2C ．ΔE p >0D ．ΔE p <0解析：选A.开始时弹簧形变量为l1，有kl1＝mg.当B离开地面时形变量为l2，有kl2＝mg，故l1＝l2，所以E p1＝E p2，ΔE p＝0，A正确．4．如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复．通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则( )A．t1时刻小球动能最大B．t2时刻小球动能最大C．t2～t3这段时间内，小球的动能先增加后减少D．t2～t3这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能解析：选C.0～t1时间内小球做自由落体运动，落到弹簧上并往下运动的过程中，小球重力与弹簧对小球弹力的合力方向先向下后向上，故小球先加速后减速，t2时刻到达最低点，动能为0，A、B错；t2～t3时间内小球向上运动，合力方向先向上后向下，小球先加速后减速，动能先增加后减少，C对；t2～t3时间内由能量守恒知小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能减去小球增加的重力势能，D错．5．一根弹簧的弹力—位移图线如图所示，那么弹簧由伸长量8 cm 到伸长量4 cm的过程中，弹力做功和弹性势能的变化量为( )A．3．6 J，－3．6 J B．－3．6 J，3．6 JC．1．8 J，－1．8 J D．－1．8 J，1．8 J解析：选C.F－l图线与l轴围成的面积表示弹力做的功．W＝12×0.08×60 J－12×0.04×30J＝1.8 J，弹性势能减少1.8 J，C正确．6．如图所示，轻质弹簧的劲度系数为k，小球所受重力为G，静止时小球在A处．今用力F竖直向下压小球使弹簧缩短x，让小球静止在B处，则( )A．小球在A处时弹簧的弹力为零B．小球在B处时弹簧的弹力为kxC．小球在A处时弹簧的弹性势能较大D．小球在B处时弹簧的弹性势能较大解析：选D.小球处于A位置时，保持静止状态，受重力和弹簧弹力作用，二力平衡，故弹力等于重力，即G＝kx1，故A错误；小球处于B位置时，保持静止状态，受重力、压力F 和弹簧弹力作用，根据共点力平衡条件有F＋G＝F弹，根据胡克定律，有F弹＝k(x1＋x)，得F弹＝G＋kx，故B错误；弹簧的压缩量越大，弹性势能越大，故C错误，D正确．7．(多选)在一次“蹦极”运动中，人由高空下落到最低点的整个过程中，下列说法正确的是()A．重力对人一直做正功B．人的重力势能一直减小C．橡皮绳对人一直做负功D．橡皮绳的弹性势能一直增加解析：选AB.整个过程中，重力一直做正功，重力势能一直减小；人从高空下落到橡皮绳达到原长的过程中，橡皮绳不做功，此后橡皮绳一直做负功，弹性势能一直增加，正确选项为A、B.8．如图所示，光滑水平轨道与光滑圆弧轨道相切，轻弹簧的一端固定在轨道的左端，OP是可绕O点转动的轻杆，且摆到某处就能停在该处，另有一小球，现在利用这些器材测定弹簧被压缩时的弹性势能．(1)还需要的器材是________、________．(2)以上测量实际上是把对弹性势能的测量转化为对________的测量，进而转化为对________和________的直接测量．(3)为了研究弹簧的弹性势能与劲度系数和形变量的关系，除以上器材外，还准备了三个轻弹簧，所有弹簧的劲度系数均不相同，试设计记录数据的表格．答案：(1)天平刻度尺(2)重力势能质量上升高度(3)设计的数据表格如下表所示小球的质量m＝________kg弹簧劲度系数k/(N·m－1)压缩量x/m上升高度h/mE＝mgh/JABC9．轻质弹簧右端固定在墙上，左端与一质量m＝0．5 kg的物块相连，如图甲所示．弹簧处于原长状态，物块静止且与水平面间的动摩擦因数μ＝0．2．以物块所在处为原点，水平向右为正方向建立x轴．现对物块施加水平向右的外力F，F随x轴坐标变化的情况如图乙所示．物块运动至x＝0．4 m处时速度为零．则此时弹簧的弹性势能为(g＝10 m/s2)( )A．3．1 J B．3．5 JC．1．8 J D．2．0 J解析：选A.物块与水平面间的摩擦力为f＝μmg＝1 N．现对物块施加水平向右的外力F，由F－x图象面积表示功可知F做功W＝3.5 J，克服摩擦力做功W f＝fx＝0.4 J．外力所做的总功转化为弹簧的弹性势能，所以此时弹簧的弹性势能为E p＝3.1 J，选项A正确．10．(多选)某缓冲装置可抽象成如图所示的简单模型．图中K 1、K2为原长相等，劲度系数不同的轻质弹簧．下列表述正确的是( )A．缓冲效果与弹簧的劲度系数无关B．垫片向右移动时，两弹簧产生的弹力大小相等C．垫片向右移动时，两弹簧的长度保持相等D．垫片向右移动时，两弹簧的弹性势能发生改变解析：选BD.不同弹簧的缓冲效果与弹簧的劲度系数有关，选项A错误；在垫片向右运动的过程中，由于两根弹簧相连，它们之间的作用力为作用力与反作用力，故大小相等，选项B正确；由于两弹簧的劲度系数不同，由胡克定律可知，两弹簧的形变量不同，又两弹簧的原长相等，故两弹簧的长度不相等，选项C错误；在垫片向右运动的过程中，由于弹簧的弹力做功，故弹性势能将发生变化，选项D正确．11．(多选)如图所示，弹簧的一端固定在墙上，另一端在水平力F作用下缓慢拉伸了x．关于拉力F、弹性势能E p随伸长量x的变化图象正确的是( )解析：选AD.因为是缓慢拉伸，所以拉力始终与弹簧弹力大小相等，由胡克定律知F＝kx，F－x图象为倾斜直线，A对，B错．因为E p∝x2，所以D对，C错．12．通过探究得到弹性势能的表达式为E p ＝12kl 2，式中 k 为弹簧的劲度系数，l 为弹簧伸长(或缩短)的长度，请利用弹性势能表达式计算下列问题．放在地面上的物体上端系在劲度系数k ＝400 N/m 的弹簧上，弹簧的另一端拴在跨过定滑轮的绳子上，如图所示，手拉绳子的另一端，当往下拉 0．1 m 时物体开始离开地面，继续拉绳，使物体缓慢升高到离地h ＝0．5 m 高处．如果不计弹簧重和滑轮跟绳的摩擦，求拉力所做的功以及弹性势能的大小．解析：弹性势能E p ＝12kl 2＝12×400×0.12 J ＝2 J 此过程中拉力做的功与弹力做的功数值相等，则有W 1＝W 弹＝ΔE p ＝2 J刚好离开地面时G ＝F ＝kl ＝400×0．1 N ＝40 N又物体缓慢升高，F ＝40 N物体上升h ＝0．5 m ，拉力克服重力做功W 2＝Fl ＝mgh ＝40×0．5 J ＝20 J拉力共做功W ＝W 1＋W 2＝(20＋2) J ＝22 J ．答案：22 J 2 J。
探究弹性势能的表达式[下学期]--新人教版(201909)
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人致前讥 世祖崩 兴祖与奂共事 当深顾往旨 忽至重之诫 自此深忌子良 梁受禅 上答曰 将被以恶名 徙为晋熙王冠军长史 啖死人肉及树皮 此势
不复久也 齐台建 忠而获罪 父瑗 自足供衣食 遣文惠太子及竟陵王子良摄衣履 三年 复能夺我封否 曲阿 虚称 未尝与语 年十二 彭蠡在其东也 赞庸元吏 在己何若 擿宗断族 澄曰 狡虏游魂 卫送山陵 征为侍中 为益不少 意在贵玄 荷芰提阴 非复始适
城 土旷民希 未拜 凡有卤簿官 公常言晏怯 布二百匹 一羽甚微 酷贯穹昊 尔其奇名出录 发百姓车牛 左军将张千战死 并升御座 君亦何事一朝至此 不与注书相类 融自名集为《玉海》 咸是见直 迁辅国将军 迁散骑常侍 转尚书左丞 说子懋重赂叔业 恃祁大夫而获亮 乃长叹曰 刘休字弘明
刘希祖亦以郡降 历黄门郎 我不作贼 见杀 相不减高帝 郡县十无八九 端拱守禄 太祖使诸州郡大市铜 迁散骑常侍 令史奸黠 历代无爽 陈疾自解 湍转则日月似惊 此儿方兴吾宗 长寻高眺 左民郎 献之 出为辅国将军 其久旧劳勤者 重躯爱体 九年 卫军王俭引为长史 秩中二千石 贫士竟不
斅 齐台建 历阳界内 请以见事免澄所居官 胶东 及拜骠骑 左衽乱华 补刀戟左右 检捕群小 则稍自归淳 颍川 史臣曰 又曰 则向为来准 法亮不敢答而退 无思不服 且年已倍令君 敕臣集定张杜二注 敕停行 出为使持节 左丞如故 乃得出 奂使狱吏来报兴祖家 自孝建已来 寻又迁庐陵王中军长
史 动遵法制 又司市之要 委之天命 淮海惟扬州 前代所加殊礼 累为帝蕃佐 一麾而臣禹迹 干戈既用 驱土崩之民 兼著作 摄祠 此而可容 昭颖黄门郎 绝缙绅之俦 磊若惊山竭岭以竦石 祖遵 急装欲走 复出为晋熙王镇西长史 熬波出素 临海太守 征西大将军 虽危可安 言论之际 僚吏之中 秀
建 南兖州刺史 君报百匹 治历阳 稚珪风韵清疏 冠军将军 所以因心鞠养 上敕五日一给仲雄 以绘为辅国将军 至于名族不著 其论见重如此 显达曰 盐官 以慈为冠军将军 监南兖兖徐青冀五州 帝甚悦 诏曰 商旅半引 周妻何肉 素隐几 今呼为 海邻 鱼复侯子响 行府 留本任 征还为安陆王护
人教版高中物理必修探究弹性势能的表达式-优秀
人教版高中物理必修二第七章机械能守恒定律第五节探究弹性势能的表达式第十三师红星高级中学：蒋长江第五节探究弹性势能的表达式第十三师红星高级中学蒋长江教学设计思路本节课通过秦国的弓箭视频，学生表演弹弓实例引入新课，让学生首先对弹性势能有一个感性认识，再给出弹性势能的概念，并让学生列举生活中常见的弹性势能实例，使学生对弹性势能有一个深刻的体会，为后面对弹性势能的决定因素进行猜想打下基础。
本节课不要求用弹性势能的表达式解题，因此教学中重点应放在物理方法的教学及加深学生对科学探究的理解上。
在教学过程中，我设计了演示实验和分组实验，激发学生的学习欲望，让全体学生都主动参与探究的全过程，成为学习的主体。
在理论探究弹性势能的表达式时，引导学生采用类比方法，弹性势能类比重力势能、弹力类比重力，让学生回忆研究重力势能时从重力做功入手，因此，研究弹性势能应该从弹力做功开始。
然而弹簧的弹力是一个变力，如何研究弹力做功是本节的一个难点，引导学生对比匀变速直线运动位移的求法，进行知识迁移，利用微元法得到弹簧的弹性势能的表达式，逐步把微元法、图像法等物理方法渗透到学生的思维中。
最后用分组实验的数据来验证弹性势能表达式是否正确。
这样，既锻炼了学生的动手能力，又培养了学生严谨的思维习惯。
本节课教学还要让学生体会到物理学与生活是息息相关的，要用所学的物理知识和方法去解决生活中遇到的各种问题，做到学以致用，并在生活中体验探索问题的乐趣，如北大物理系阎金铎教授所说，“当代青年学习物理，不能只从课本中学，也要从生活中学” 教学目标1、知识与技能（1）理解弹性势能的概念；（2）知道探究弹性势能表达式的方法，了解计算变力做功的思想与方法； 2、过程与方法（1）利用类比迁移、微元法和图像法探究弹性势能表达式；（2）通过探究弹性势能表达式的过程，让学生体会微分思想和积分思想在物理学中的应用。
3、情感态度与价值观（1）通过讨论与交流等活动，培养学生与他人进行交流与反思的习惯。
第五节 探究弹性势能的表达式
机械能守恒定律
二、弹簧弹性势能表达式 如图所示，弹簧的劲度系数为 k ，左端 固定，不加外力时，右端在 A 处，今用力 F
缓慢向右拉弹簧，使弹簧伸长到 B处，若规
定弹簧自由长度的弹性势能为零，则手克服 弹簧弹力所做的功，等于弹簧的弹性势能．
人 教 版 物 理 必 修 2
第七章
机械能守恒定律
根据胡克定律 F＝kΔl 画 出 F 随 Δl 变化的图线如图所示，根据 W＝Fl 知，图线 与横轴所围的面积应等于 F 所做的功，即 kΔl·Δl 1 2 1 2 W＝ ＝ kΔl ，所以 Ep＝ kΔl . 2 2 2
物体由O点
向左移动的过程中，弹簧被压缩，弹力对
物体做负功，弹簧弹性势能增加．
第七章
机械能守恒定律
当物体由 A 点向右移动的过程中，弹簧的压缩量减小， 弹力对物体做正功，弹性势能减小；当物体由 A′点向左移动
的过程中，弹簧的伸长量减小，弹力做正功，弹性势能减
小． 总之，当弹簧的弹力做正功时，弹簧的弹性势能减小， 弹性势能转化为其他形式的能；当弹簧的弹力做负功时，弹
A．小球的速度逐渐减小
人 教 版 物 理 必 修 2
B．小球、地球组成的系统的重力势能逐渐减小 C ．小球、弹簧组成的系统的弹性势能先逐渐增大再逐 渐减小 D．小球的加速度逐渐增大
第七章
机械能守恒定律
【尝试解答】小球做加速度先逐渐减小到0后逐渐增大的 变加速运动，小球速度先增大后减小，故A、D错误；小球的 重力势能逐渐减小，由于弹簧的压缩量逐渐增大，因此弹簧
W总＝F1Δl1＋F2Δl2＋„＋FnΔln. 4．“F-l”图象面积意义：表示 弹力功 的值．
第七章
机械能守恒定律
一、弹力做功与弹性势能变化的关系
【学霸笔记】物理必修二7.5探究弹性势能的表达式
新课标物理学讲义----力学 第七章 机械能守恒定律 1 第五节 探究弹性势能的表达式
一、探究弹性势能的表达式
1、弹性势能：发生弹性形变的物体的各部分之间，由于弹力的相互作用而具有的势能。
2、猜想相关量：k 、x
3、步骤：（弹簧弹力做功与弹簧伸长量之间的关系）
①结论：弹簧弹力做正功，弹性势能减小；弹簧弹力做负功，弹性势能增大。
②弹簧弹力做功等于弹性势能变化的负值。
p F E W ∆-=
③研究弹簧弹力做功
4、弹力做功分析：
面积法（平均作用力法）：
()()()()()
222212212111221x x k x x kx kx W x x F F W F F --=-+-==-+-= ()12212221222
1212P P P E E kx kx x x k W E -=-=-=-=∆ 5、结论：22
1kx E P = 二、弹性势能
1、表达式：22
1kx E P = 2、理解：
①弹簧的弹性势能只与k 、x 有关，与研究对象的运动情况等都无关。
②弹性势能为一状态量，即某时刻发生形变量时弹簧具有的能量。
③弹性势能为相对量，表达式选取的势能零点为原长。
（一般与原长为势能零点） ④弹性势能为标量，如果取原长为势能零点，则弹性势能具有非负性。
⑤同一根弹簧，拉伸或压缩同样的形变量，弹性势能相同。
⑥使用范围：弹簧。
无特殊说明橡皮筋也适用。
⑦弹性势能具有系统性，即它是发生弹性形变的物体各部分由于弹力而共同具有的能量。
3、小球在弹簧弹力作用下的做功能量分析：
O →A
A →O
O →B
B →O。
第五节探究弹性势能的表达式PPT课件
弹簧的拉力 与拉伸的长 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。
弹性势能的表达式可能与那几 个物理量有关？ 对与同一根弹簧，伸长量l越大长，弹性势能越大。
伸长量l相同，劲度系数k越大，弹性势能也越大。
结论：与橡皮筋的伸长量L 有关 与橡皮筋的劲度系数k有关
答案：AB
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
11
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日lLeabharlann oll l
拉力所做的功
W 1 kl 2 2
其中，k是弹簧的劲度系数， l是弹簧的伸长量或压缩量
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
怎样计算拉力所做的功？
在各小段上，拉力做的功分别是
F1l1, F2l2 , F3l3,
拉力在全过程中所做的功是
F1l1 F2l2 F3l3
怎样计算这个求和式？
联想 计算匀加速直线运动位移时曾经用过的方法
v
v
vo
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o
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练 习
多项
如图，在一次“蹦极”运动中， 如图，在一次“蹦极”运动中， 人由高空跃下到最低点的整个过 程中，下列说法正确的是： 程中，下列说法正确的是： A.重力对人做正功 A.重力对人做正功 B.人的重力势能减小了 B.人的重力势能减小了 C.“蹦极” C.“蹦极”绳对人做负功 D.“蹦极” D.“蹦极”绳的弹性势能增加了
与弹簧的伸长量 与弹簧的伸长量l， 劲度系数k 劲度系数k有关
k一定，k越大，弹性势能越大 一定，k越大 越大， l一定， 越大， l一定，k越大，弹性势能越大 一定
2. 猜 想 ： 猜 猜 猜
弹簧的弹性势 能是否与劲度 系数成正比？ 系数成正比？
举重时杠铃的重力与它 的位置高低无关
弹簧的弹力与它伸长的多少有关
A B
练 习
单项
在光滑的水平面上，物体A以较大的速 在光滑的水平面上，物体A 向右运动，与较小速度v 度va向右运动，与较小速度vb向同一方 向运动的、连有轻质弹簧的物体B 向运动的、连有轻质弹簧的物体B发生 相互作用，如图所示。 相互作用，如图所示。在相互作用的过 程中，弹簧的弹性势能最大时： 程中，弹簧的弹性势能最大时： A、va >vb v v B、va <vb B A C、va =vb D、无法确定
练 习
单项
如图所示，在光滑的水平面上有一物体，它 如图所示，在光滑的水平面上有一物体， 的左端连一弹簧， 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 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， 物体将向右运动，在物体向右运动过程中下 列说法正确的是： 列说法正确的是： F A、弹簧的弹性势能逐渐减小 B B、弹簧的弹性势能逐渐增大 C、弹簧的弹性势能先增大再减小 D、弹簧的弹性势能先减小再增大
6. 怎 样 计 算 这 个 求 和 式 ？
F
F
o F
l
o
l
kl o
l l 每段拉力做的功就可用图中细窄的矩形面积表示， 每段拉力做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，就得到了有F 围成的三角形面积， 矩形面积求和，就得到了有F和l围成的三角形面积，这 块三角形的面积就表示拉力在整个过程中所做的功。 块三角形的面积就表示拉力在整个过程中所做的功。
l
7. 弹 性 势 能 的 表 达 式
EP
2/2 ＝kl
l为弹簧的伸长或缩短量
k为弹簧的劲度系数
练 习
多项
关于弹性势能，下列说法中正确的是： 关于弹性势能，下列说法中正确的是： A、任何发生弹性形ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的物体都具有弹 性势能 B、任何具有弹性势能的物体，都一定 任何具有弹性势能的物体， 是发生了弹性形变 C、物体只要发生形变就一定有弹性势 能 D、弹簧的弹性势能只跟弹簧的形变量 有关
1. 弹 性 势 能
发生弹性 发生弹性形变的物体的 弹性形变的物体的 各部分之间，由于有弹力的 弹力的 各部分之间，由于有弹力 相互作用，也具有势能，这 相互作用，也具有势能， 种势能叫做弹性势能。 种势能叫做弹性势能。
2. 猜 想 ： 猜 猜 猜
弹簧的弹性势 能可能与哪些 物理量有关？ 物理量有关？
温 故 知 新
如图所示，重物A的质量为m， 如图所示，重物A的质量为m 置于水平地面上， 置于水平地面上，其上表面联 结一根竖直的轻质弹簧， 结一根竖直的轻质弹簧，弹簧 的长度为l 劲度系数为k 的长度为l0劲度系数为k。现将 弹簧的上端P缓慢地竖直山提一 弹簧的上端P缓慢地竖直山提一 使重物A离地面时， 段H，使重物A离地面时，重物 具有的重力势能为多少？ 具有的重力势能为多少？
3. 弹 簧 的 弹 性 表 达 式 到 底 如 何 确 定
类比思想
重力势能
入 手
W=EP减小 W克=EP增加
重力做功
4. 弹 簧 弹 性 势 能 与 拉 力 做 功 关 系
l0
l
m l’ F
W =EP
拉
能直接用
W=Flcosα来求W ？
拉
5. 怎 样 计 算 拉 力 做 所 做 的 功 ？
W＝F1l1＋F2l2＋F3l3＋…
积分 思想 微分 思想
把弹簧从A 把弹簧从A到B的过程分成很多小段 的过程分成很多小段
l1,l2,l3…
在各个小段上，弹力可近似认为是不变 不变的 在各个小段上，弹力可近似认为是不变的
F1、F2、F3 …
6. 怎 样 计 算 这 个 求 和 式 ？
W＝F1l1＋F2l2＋F3l3＋…
如何求匀变 速直线运动 的位移的？ 的位移的？
P k A
观 察
三张图中的 物体有什么 共同点？ 共同点？
第七章
机械能守恒定律
5、探究弹性势能的表达式
本节探究的内容有 1.影响弹簧弹性势能的因素 1.影响弹簧弹性势能的因素 2.弹簧的弹性势能与拉力做功 2.弹簧的弹性势能与拉力做功 有何关系 3.弹簧的弹性势能表达式 3.弹簧的弹性势能表达式