实验探究弹性势能表达式课件

5 探究弹性势能的表达式5 探究弹性势能的表达式知识复习：知识复习：1 1、势能和动能。、势能和动能。2 2、形变和弹性形变、形变和弹性形变 3 3、重力做功与重力势能变化的关系。、重力做功与重力势能变化的关系。势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。动能：物体由于运动而具有的能量。动能：物体由于运动而具有的能量。形变：物体在力的作用下形状或体积发生改变的现象形变：物体在力的作用下形状或体积发生改变的现象 弹性形变：物体在形变后能够自动恢复原状的形变弹性形变：物体在形变后能够自动恢复原状的形变重力做正功，重力势能减少；重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力热能增加。重力做负功，重力热能增加。WGEp1Ep2Ep 知识复习：1、势能和动能。2、形变和弹性形变 3、重力做功与-3-根据演示及视频思考以下问题：根据演示及视频思考以下问题：1 1、看到的弹簧、弓、撑杆都有什么共同特征？、看到的弹簧、弓、撑杆都有什么共同特征？2 2、为什么能说它们具有能量呢？这是什么能量呢？、为什么能说它们具有能量呢？这是什么能量呢？弹性势能：弹性势能：发生弹性形变的物体的各部分之间，由于有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叫弹力的相互作用而具有的势能叫弹性势能弹性势能一、问题引入根据演示及视频思考以下问题：弹性势能：一、问题引入-4-二、探究弹簧的弹性势能表达式 提出问题提出问题1 1：猜想：弹性势能的大小可能与哪些因素有关？猜想：弹性势能的大小可能与哪些因素有关？（提示：可以类比重力势能的影响因素）（提示：可以类比重力势能的影响因素）试设计实验进行验证试设计实验进行验证 实验验证：准备两个劲度系数不同的弹簧和一个小实验验证：准备两个劲度系数不同的弹簧和一个小车，请同学们讨论并设计方案来验证猜想。车，请同学们讨论并设计方案来验证猜想。二、探究弹簧的弹性势能表达式 提出问题1：-5-弹簧的弹性势能可能弹簧的弹性势能可能与哪些物理量有关？与哪些物理量有关？k k一定，一定，一定，一定，kk越大，弹性势能越大越大，弹性势能越大越大，弹性势能越大越大，弹性势能越大ll一定，一定，一定，一定，k k越大，弹性势能越大越大，弹性势能越大越大，弹性势能越大越大，弹性势能越大与弹簧的伸长量与弹簧的伸长量l，劲度系数劲度系数k有关有关弹簧的弹性势能是否与劲弹簧的弹性势能是否与劲度系数成正比？度系数成正比？举重时杠铃的重力与它举重时杠铃的重力与它举重时杠铃的重力与它举重时杠铃的重力与它的位置高低无关的位置高低无关的位置高低无关的位置高低无关弹簧的弹力与它伸长的多少有关弹簧的弹力与它伸长的多少有关弹簧的弹力与它伸长的多少有关弹簧的弹力与它伸长的多少有关弹簧的弹性势能可能与哪些物理量有关？k一定，k越大，弹性势1 1、思考：弹簧的弹性表达式到底如何确定、思考：弹簧的弹性表达式到底如何确定？重力势能重力势能重力做功重力做功入入入入手手手手W=EP减小减小W克克=EP增加增加类比思想类比思想W=mgh2-mgh1二、探究弹簧的弹性势能表达式二、探究弹簧的弹性势能表达式 讨论并回答以下问题：1.弹性势能与弹力做功的关系是怎样的？2.弹性势能与拉力做功的关系是怎样的？3.匀变速直线运动求位移的表达式如何得出的？涉及到什么数学思想？弹力做正功，弹性势能减小；弹力做负功，弹性势能增大拉力做正功，弹性势能增大；拉力做负功，弹性势能减小微分思想、积分思想由此类推，即探究弹簧拉由此类推，即探究弹簧拉力做功表达式力做功表达式 1、思考：弹簧的弹性表达式到底如何确定？重力势能重力做功入手2 2、思考：怎样计算、思考：怎样计算拉力做所做的功拉力做所做的功？在各个小段上，弹力可近似认为是在各个小段上，弹力可近似认为是不变不变的的把弹簧从把弹簧从A到到B的过程分成很多的过程分成很多小段小段l1,l2,l3 F1、F2、F3 WF1l1F2l2F3l3积分思想积分思想微分思想微分思想2、思考：怎样计算拉力做所做的功？在各个小段上，弹力可近似认 3 3、思考思考：怎样计算这个求：怎样计算这个求和式和式？WF1l1F2l2F3l3回顾：如何求匀变速回顾：如何求匀变速直线运动的位移的？直线运动的位移的？3、思考：怎样计算这个求和式？WF1l1F2l2o oF Fo o l lF Fo o l lF F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，就得到了有得到了有得到了有得到了有F F和和和和 l 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。程中所做的功。程中所做的功。程中所做的功。l l l lk k l l l l3 3、思考：怎样计算这个求、思考：怎样计算这个求和式和式？WF1l1F2l2F3l3oFolFolF 每段拉力做的功就可用图中细窄的矩形面积表4 4、弹性势能的表达式、弹性势能的表达式EPkl2/2k为弹簧的劲度系数为弹簧的劲度系数l为弹簧的伸长或缩短量为弹簧的伸长或缩短量4、弹性势能的表达式EPkl2/2k为弹簧的劲度系数l5 5、图像面积与弹力做功的表达式的关系、图像面积与弹力做功的表达式的关系 5、图像面积与弹力做功的表达式的关系 三、弹性势能与弹力做功关系表达式 三、弹性势能与弹力做功关系表达式 实验探究弹性势能表达式课件BDBDCC-16-小结：我们现在已经得到了弹性势能的表达式，回顾本节内容：我们现在已经得到了弹性势能的表达式，回顾本节内容：（1）我们的探究过程是怎样的？）我们的探究过程是怎样的？（2）在探究中我们用了哪些方法？）在探究中我们用了哪些方法？小结：我们现在已经得到了弹性势能的表达式，回顾本节内容：重力势能重力势能弹性势能弹性势能重重 力力 做做 功功弹簧弹力做功弹簧弹力做功动动 能能？7.6 探究功与物体速度变化的关系探究功与物体速度变化的关系重力势能弹性势能重 力 做 功弹簧弹力做功动 能？7.6 7.6探究功与物体速度变化的关系探究功与物体速度变化的关系 木板、小车、橡皮筋木板、小车、橡皮筋(若干）、打点若干）、打点计时器、电源、纸带、钉子计时器、电源、纸带、钉子2枚枚一、探究的器材一、探究的器材:7.6探究功与物体速度变化的关系 木板、小车、二、探二、探 究的究的 思思 路路1、测量橡皮筋对小车做的功、测量橡皮筋对小车做的功W2、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v3、数据处理，寻找、数据处理，寻找W与与v的关系的关系实验实验视频视频二、探 究的 思 路1、测量橡皮筋对小车做的功W实验视频三、探究的技巧三、探究的技巧1、测量橡皮筋对小车做的功、测量橡皮筋对小车做的功W 问题问题a：橡皮筋对小车做的功如何测量？：橡皮筋对小车做的功如何测量？F为变力，做的功很难测量。为变力，做的功很难测量。问题问题b：探究过程中，我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？：探究过程中，我们是否需要测出橡皮筋做功的具体数值？措施：措施：设法让橡皮筋每次对小车做的功分别为设法让橡皮筋每次对小车做的功分别为W、2W、3W 问题问题c：每次实验中橡皮筋和橡皮筋拉伸的长度有什么要求？：每次实验中橡皮筋和橡皮筋拉伸的长度有什么要求？不需要不需要相同相同注意：注意：小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？小车在木板上运动时会受到阻力，可以采用什么方法进行补偿？使木板稍微倾斜，用重力的分力（下滑力）来平衡小车运动使木板稍微倾斜，用重力的分力（下滑力）来平衡小车运动过程中受到的阻力。（平衡摩擦力）过程中受到的阻力。（平衡摩擦力）三、探究的技巧1、测量橡皮筋对小车做的功W不需要相同注意：2、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v 问题问题a：如何测量小车的速度？：如何测量小车的速度？利用打点计时器打出的纸带利用打点计时器打出的纸带 问题问题b：纸带上打出的点并不都是均匀的，应该采用那些点来计：纸带上打出的点并不都是均匀的，应该采用那些点来计 算小车的速度？为什么？算小车的速度？为什么？取点迹清晰且间距均匀的部分，即选小车匀速运动的时候取点迹清晰且间距均匀的部分，即选小车匀速运动的时候 例例:为研究功与物体速度变化的关系，在某次实验中某同学得到为研究功与物体速度变化的关系，在某次实验中某同学得到了如图所示的一条纸带了如图所示的一条纸带,（1）应选哪些点间距进行测量？）应选哪些点间距进行测量？（2）怎样根据测得的数据进行确定小车的速度？）怎样根据测得的数据进行确定小车的速度？.A B C D E F G（1）选用）选用DG段段 （2）V=LDG/tDG2、测量由于橡皮筋做功而使小车获得的速度v 例:为研究功 3、数据处理，寻找、数据处理，寻找W与与v的关系的关系 问题：如何找到功与速度的关系？问题：如何找到功与速度的关系？方法一：计算法方法一：计算法 方法二：图像法方法二：图像法 比较麻烦比较麻烦简便直观，可以减少偶然误差简便直观，可以减少偶然误差1.画画Wv图像图像2.画画Wv2图像图像 3、数据处理，寻找W与v的关系比较麻烦简便直观，可以减少偶参考实验步骤参考实验步骤1、按图装好实验器材，把木板稍微倾斜，平衡阻力、按图装好实验器材，把木板稍微倾斜，平衡阻力2、先用一条橡皮筋做实验，把橡皮筋拉长到一定的位置，理好纸带，接通、先用一条橡皮筋做实验，把橡皮筋拉长到一定的位置，理好纸带，接通电源，释放小车。电源，释放小车。3、换用纸带，改用、换用纸带，改用2条、条、3条条同样的橡皮筋进行实验，同样的橡皮筋进行实验，保持每次实验中保持每次实验中橡皮筋拉长的长度相同橡皮筋拉长的长度相同。4 4、由纸带算出小车获得的速度，把小车第一次获得的功计为、由纸带算出小车获得的速度，把小车第一次获得的功计为W W，第，第2 2次，第次，第3 3次次计为计为2W2W，3W 3W 5 5、对测量数据进行估算，大致判断两个量可能的关系，然后以、对测量数据进行估算，大致判断两个量可能的关系，然后以W W为纵坐标，为纵坐标，v v，v v2 2（或其它）为横坐标作图。（或其它）为横坐标作图。参考实验步骤1、按图装好实验器材，把木板稍微倾斜，平衡阻力 弹力对小车做的功与速度的平方成正比弹力对小车做的功与速度的平方成正比 即：即：W v2注：注：这里的弹力就是物体受到的合外力这里的弹力就是物体受到的合外力，因为小车因为小车从静止开始运动，初速度为零，末速度就是小车从静止开始运动，初速度为零，末速度就是小车速度的变化。速度的变化。拓展：如果小车的初速度不为零，功与速度之间拓展：如果小车的初速度不为零，功与速度之间应该有什么样的关系？应该有什么样的关系？思考，你能否根据牛顿第二定律和运动学公思考，你能否根据牛顿第二定律和运动学公式式理论探究理论探究功与速度的关系？功与速度的关系？四、四、结论：结论：弹力对小车做的功与速度的平方成正比理论探究：理论探究：设物体的质量为设物体的质量为m m，静止在水平面上，在与运动方向，静止在水平面上，在与运动方向相同的恒力相同的恒力F F的作用下发生一段位移的作用下发生一段位移l,l,速度为速度为v,v,试推导试推导力力F F做功与速度做功与速度v v的关系。的关系。根据牛顿第二定律：F=ma由运动学公式：v2-0=2al把F、l的表达式代入W=Fl，可得F做的功 w=mv2/2由此可见，力由此可见，力F做的功与做的功与v2成正比，即：成正比，即：W v2理论探究：设物体的质量为m，静止在水平面上，在与运动方小结：小结：1、探究实验的一般思路是什么？、探究实验的一般思路是什么？2、如何测量功与速度？、如何测量功与速度？3、如何减小误差？、如何减小误差？4、如何处理数据？、如何处理数据？5、实验结论、实验结论小结：1、探究实验的一般思路是什么？