或压缩情况均可,我们先选择一种情况研究对于两种影响因素的探讨,学生已经掌握了控制变量法,在此不作提示
设计方案:利用如图所示的装置,弹簧一端固定,滑块靠在弹簧的另一端,用滑块压缩弹簧,
弹簧具有了弹性势能,释放滑块,滑块在弹力的作用下向右滑动,在摩擦力的作用下最终停
下,从开始运动到静止的距离为L根据功能关系,弹簧释放的弹性势能转化为滑块的内能W,
内能可以用FfL来计算,即内能与L成正比,即EpWFfL把不能直接测量的弹性势能转换为滑块克服摩擦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与滑块的位移L的关系
2保持x不变,研究劲度系数k与滑块的位移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与滑块的位移L的关系
弹簧的形变量m
滑块的位移
x
x
x
Lm
1
2
3
4
2保持x不变,研究劲度系数k与滑块的位移L的关系
劲度系数(Nm)
滑块的位移Lm
1
k1
可编辑修改
f。
2
k2
3
k3
指导学生将数据录入电脑利用Excel进行处理,通过图象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?
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图象,并与vt图象比较由vt图象下的面积来代表位移,通过思考、
讨论和交流,可以得出Fx图象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r