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势能变化量,即EpWFfl,把不能直接测量的弹性势能转换为测拉力做功。只要我们探究出l与形变量x、劲度系数k的关系,就知道Ep与形变量x、劲度系数k的关系。
1保持k一定,研究形变量x与拉力的位移l的关系。
2保持x不变,研究劲度系数k与拉力的位移l的关系。
多次试验并记录数据,填入设计的表格:
(1)保持k一定,研究形变量x与拉力的位移l的关系。
弹簧的形变量(m)
拉力的位移l(m)
1
x1
2
x2
3
x3
4
x4
(2)保持x不变,研究劲度系数k与拉力的位移l的关系。
劲度系数(Nm)
拉力的位移l(m)
1
k1
2
k2
3
k3
指导学生将数据录入电脑利用Excel进行处理,通过图像法找出各量之间的关系。
实验结论:弹性势能与形变量的平方x2成正比,Ep∝x2。
弹性势能与劲度系数k成正比,Ep∝k。
通过上面的实验,我们已经证实了弹性势能与形变量和劲度系数有关,但是他们之间的
具体定量关系又如何呢?

f
提出问题:如何求弹性势能?如何求弹力所做的功?如何把变力转化为不变的力?思路点拨:设计一个缓慢的拉伸过程,整个过程中拉力始终等于弹力,用拉力的功来替代弹力的功。由于弹力是一个变力,计算弹力的功不能用WFs,设弹簧的形变量为x,则弹力Fkx指导学生回顾研究匀加速直线运动位移的方法。学生利用微元法求解:可以把变力功问题转化为恒力功问题来解决。把拉伸的过程分为很多小段,它们的长度是Δx1、Δx2、Δx3……在各个小段上,拉力可以近似认为是不变的,它们分别是F1、F2、F3……所以,在各个小段上,拉力做的功分别是F1Δx1、F2Δx2、F3Δx3……拉力在整个过程中做的功可以用它在各个小段做功之和来表示W总F1Δx1F2Δx2F3Δx3……学生自己画出Fx图像,并与vt图像比较。由vt图像下的面积来代表位移,通过思考、讨论和交流,可以得出Fx图像下的面积能表示弹力所做的功。
多媒体投影学生的推导过程,回答学生可能提出的问题:
弹力做功等于阴影部分面积Wxkx1kx222
思路总结:利用“无限分割”法来计算弹簧发生微小形变时弹力做的功,再利用图像法
来计算各段微小形变弹力做功之和,从而确定弹性势能。
总结:表达式
Ep
12
kl2
式中Ep:弹性势能k:弹簧劲度系数l:弹簧形变量
提出问题:上面我们已经推导出了弹性势能的表达式,弹性势能跟弹力做功之间有什么
关系?先请学生回顾复习重力势能跟重力做功的关系:重力做正功,重力势能减少,例如做
自由落体运动的小球;重力做负功,重力势能增加,例如竖直上抛的小球r
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