高中物理 第七章 第5節(jié) 探究彈性勢能的表達式課時作業(yè) 新人教版必修2

第五節(jié)探究彈性勢能的表達式1．________________的物體的各部分之間，由于____________________，也具有勢能，這種勢能叫做彈性勢能．研究彈性勢能要從分析____________入手，對彈簧來說，規(guī)定____________________，它的彈性勢能為零，當(dāng)彈簧____________________，就具有了彈性勢能．2．(1)彈簧的彈性勢能與彈簧被拉伸的長度l有關(guān)，并且，拉伸的長度l越大，彈性勢能______，但不一定是________關(guān)系；(2)即使拉伸的長度l相同，勁度系數(shù)k不同的彈簧的彈性勢能也不一樣，并且拉伸的長度l相同時，k越大，彈性勢能________．3．根據(jù)功是____________________可知，彈性勢能的變化量與拉力對彈簧做功的關(guān)系為____________．4．設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，當(dāng)彈簧被拉伸l時，把這一拉伸過程分為很多小段，它們的長度分別是Δl1、Δl2、Δl3……各個小段上拉力可以近似認(rèn)為是不變的，分別為F1、F2、F3……，所做的功分別為________________．5．v－t圖線下的面積代表________，F(xiàn)－l圖線下的面積代表______；當(dāng)所分成的小段非常短時，F(xiàn)－l圖線與l軸所圍成的區(qū)域形狀是__________，該區(qū)域的面積為________，所以彈性勢能的表達式是________________．6．關(guān)于彈性勢能，下列說法中正確的是()A．發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能B．只要彈簧發(fā)生形變，就一定具有彈性勢能C．彈性勢能可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化D．彈性勢能在國際單位制中的單位是焦耳7．關(guān)于彈簧的彈性勢能，下列說法正確的是()A．彈簧的彈性勢能跟拉伸(或壓縮)的長度有關(guān)B．彈簧的彈性勢能跟彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)C．同一彈簧，在彈性限度內(nèi)，形變量越大，彈性勢能越大D．彈性勢能的大小跟使彈簧發(fā)生形變的物體有關(guān)【概念規(guī)律練】知識點一彈性勢能1．關(guān)于彈性勢能，下列說法中正確的是()A．任何發(fā)生彈性形變的物體，都具有彈性勢能B．任何具有彈性勢能的物體，一定發(fā)生了彈性形變C．物體只要發(fā)生形變，就一定具有彈性勢能D．彈簧的彈性勢能只跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關(guān)2．關(guān)于彈性勢能和重力勢能下列說法正確的是()A．重力勢能屬于物體和地球這個系統(tǒng)，彈性勢能屬于發(fā)生彈性形變的物體B．重力勢能是相對的，彈性勢能是絕對的C．重力勢能和彈性勢能都是相對的D．重力勢能和彈性勢能都是狀態(tài)量3．關(guān)于彈簧的彈性勢能，下列說法中正確的是()A．當(dāng)彈簧變長時，它的彈性勢能一定增大B．當(dāng)彈簧變短時，它的彈性勢能一定變小C．在拉伸長度相同時，k越大的彈簧，它的彈性勢能越大D．彈簧在被拉伸時的彈性勢能一定大于被壓縮時的彈性勢能知識點二彈力做功與彈性勢能的關(guān)系4．關(guān)于彈力做功與彈性勢能的關(guān)系，我們在進行猜想時，可以參考對重力做功與重力勢能的關(guān)系的討論，則下面的猜想有道理的是()A．彈力做功將引起彈性勢能的變化，當(dāng)彈力做正功時，彈性勢能將增加B．彈力做功將引起彈性勢能的變化，當(dāng)彈力做正功時，彈性勢能將減少C．彈力做功將引起彈性勢能的變化，當(dāng)彈力做負(fù)功時，彈性勢能將增加D．彈力做功將引起彈性勢能的變化，當(dāng)彈力做負(fù)功時，彈性勢能將減少5.圖1如圖1所示，一個物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質(zhì)彈簧，墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮，在此過程中以下說法正確的是()A．物體對彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比B．壓縮彈簧的過程中，物體向墻壁移動相同的距離，彈力做的功不相等C．彈簧的彈力做正功，彈性勢能減少D．彈簧的彈力做負(fù)功，彈性勢能增加【方法技巧練】一、探究彈性勢能表達式的方法6．在猜想彈性勢能可能與哪幾個物理量有關(guān)的時候，有人猜想彈性勢能與彈簧的勁度系數(shù)k及彈簧的伸長量l有關(guān)，但究竟是與l的一次方，還是l的二次方，還是l的三次方有關(guān)呢？請完成下面練習(xí)以幫助思考．(1)若彈性勢能Ep∝kl，由于勁度系數(shù)k的單位是N/m，彈簧伸長量l的單位是m，則kl的單位是________．(2)若彈性勢能Ep∝kl2，由于勁度系數(shù)k的單位是N/m，彈簧伸長量l的單位是m，則kl2的單位是________．(3)若彈性勢能Ep∝kl3，由于勁度系數(shù)k的單位是N/m，彈簧伸長量l的單位是m，則kl3的單位是________．從(1)、(2)、(3)對單位的計算，你可以得到的啟示是____________________________________________________________________________．二、彈性勢能的求解方法圖27．一根彈簧的彈力—位移圖線如圖2所示，那么彈簧由伸長量8cm到伸長量4程中，彈力做功和彈性勢能的變化量為()A．3.6J，－3.6JB．－3.6J,3.6JC．1.8J，－1.8JD．－1.8J,1.8J圖38．在水平地面上放一個豎直輕彈簧，彈簧上端與一個質(zhì)量為2.0kg于平衡狀態(tài)．若在木塊上再加一個豎直向下的力F，使木塊緩慢向下移動0.10m做功2.5J，此時木塊再次處于平衡狀態(tài)，力F的大小為50N，如圖3所示．求：在木塊下移0.10m1．在探究彈簧的彈性勢能的表達式時，下面猜想有一定道理的是()A．重力勢能與物體被舉起的高度h有關(guān)，所以彈性勢能很可能與彈簧的長度有關(guān)B．重力勢能與物體被舉起的高度h有關(guān)，所以彈性勢能很可能與彈簧被拉伸(或壓縮)的長度有關(guān)C．重力勢能與物體所受的重力mg大小有關(guān)，所以彈性勢能很可能與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)D．重力勢能與物體的質(zhì)量有關(guān)，所以彈性勢能很可能與彈簧的質(zhì)量大小有關(guān)2．彈簧的一端固定，處于自然長度．現(xiàn)對彈簧的另一端施加一個拉力，關(guān)于拉力做功(或彈簧克服拉力做功)與彈性勢能變化的關(guān)系，以下說法中正確的是()A．拉力對彈簧做正功，彈簧的彈性勢能增加B．拉力對彈簧做正功，彈簧的彈性勢能減少C．彈簧克服拉力做功，彈簧的彈性勢能增加D．彈簧克服拉力做功，彈簧的彈性勢能減少3．自由下落的小球，從接觸豎直放置的輕彈簧開始，到壓縮彈簧到最大形變的過程中，以下說法中正確的是()A．小球的速度逐漸減小B．小球、地球組成系統(tǒng)的重力勢能逐漸減小C．小球、彈簧組成系統(tǒng)的彈性勢能先逐漸增大再逐漸減小D．小球的加速度逐漸增大4．在一次“蹦極”運動中，人由高空跌下，到最低點的整個過程中，下列說法中正確的是()A．重力對人做正功B．人的重力勢能減少了C．橡皮繩對人做負(fù)功D．橡皮繩的彈性勢能增加了5．如圖4所示，圖4在光滑的水平面上有一物體，它的左端連一彈簧，彈簧的另一端固定在墻上，在力F作用下物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)撤去F后，物體將向右運動，在物體向右運動的過程中，下列說法正確的是()A．彈簧的彈性勢能逐漸減小B．彈簧的彈性勢能逐漸增大C．彈簧的彈性勢能先增大后減小D．彈簧的彈性勢能先減小后增大6．某緩沖裝置可抽象成圖5如圖5所示的簡單模型．圖中k1、k2為原長相等，勁度系數(shù)不同的輕質(zhì)彈簧．下列表述正確的是()A．緩沖效果與彈簧的勁度系數(shù)無關(guān)B．墊片向右移動時，兩彈簧產(chǎn)生的彈力大小相等C．墊片向右移動時，兩彈簧的長度保持相等D．墊片向右移動時，兩彈簧的彈性勢能發(fā)生改變7．如圖6所示，質(zhì)量相等的圖6兩木塊中間連有一彈簧，今用力F緩慢向上提A，直到B恰好離開地面．開始時物體A靜止在彈簧上面．設(shè)開始時彈簧的彈性勢能為Ep1，B剛要離開地面時，彈簧的彈性勢能為Ep2，則關(guān)于Ep1、Ep2大小關(guān)系及彈性勢能變化ΔEp說法中正確的是()A．Ep1＝Ep2 B．Ep1>Ep2C．ΔEp>0 D．ΔEp<08．在一次演示實驗中，一個被壓緊的彈簧沿一粗糙水平面射出一個小物體，測得彈簧被壓縮的長度l和小物體在粗糙水平面上滑動的距離x如下表所示．由此表可以歸納出小物體滑動的距離x跟彈簧被壓縮的距離l之間的關(guān)系，并猜測彈簧的彈性勢能Ep跟彈簧被壓縮的距離l之間的關(guān)系分別是(選項中k1、k2是常量)()實驗次數(shù)1234l/cm0.501.002.004.00x/cm4.9820.0280.10319.5A.x＝k1l，Ep＝k2l B．x＝k1l，EpC．x＝k1l2，Ep＝k2l D．x＝k1l2，Ep題號12345678答案9.通過理論分析可得出彈簧的彈性勢能公式Ep＝eq\f(1,2)kl2(式中k為彈簧的勁度系數(shù)，l為彈簧長度的變化量)．為驗證這一結(jié)論，A、B兩位同學(xué)設(shè)計了以下的實驗：①兩位同學(xué)首先都進行了如圖7甲所示的實驗：將一根輕質(zhì)彈簧豎直掛起，在彈簧的另一端掛上一個已知質(zhì)量為m的小鐵球，穩(wěn)定后測得彈簧伸長d.②A同學(xué)完成步驟①后，接著進行了如圖乙所示的實驗：將這根彈簧豎直地固定在水平桌面上，并把小鐵球放在彈簧上，然后豎直地套上一根帶有插銷孔的長透明塑料管，利用插銷壓縮彈簧．拔掉插銷時，彈簧對小球做功，使小球彈起，測得彈簧的壓縮量l和小鐵球上升的最大高度H.③B同學(xué)完成步驟①后，接著進行了如圖丙所示的實驗：將這根彈簧放在水平桌面上，一端固定在豎直墻上，另一端被小鐵球壓縮，測得壓縮量為l，釋放彈簧后，小鐵球從高為h的桌面上水平拋出，拋出的水平距離為L.圖7(1)A、B兩位同學(xué)進行圖甲所示的實驗?zāi)康氖菫榱舜_定什么物理量？請用m、d、g表示所求的物理量____________________．(2)如果Ep＝eq\f(1,2)kl2成立，A同學(xué)測出的物理量l與d、H的關(guān)系式是：l＝____________.B同學(xué)測出的物理量l與d、h、L的關(guān)系式是：l＝__________.(3)試分別分析兩位同學(xué)實驗誤差的主要來源________________________________________________________________________________________________________________________________________________.第5節(jié)探究彈性勢能的表達式課前預(yù)習(xí)練1．發(fā)生彈性形變有彈力的相互作用彈力做功彈簧長度為原長時被拉長或被壓縮后2．(1)越大正比(2)越大3．能量變化的量度大小相等4．F1Δl1、F2Δl2、F3Δl3……5．位移功三角形eq\f(1,2)kl2Ep＝eq\f(1,2)kl26．ACD[發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于有彈力的相互作用，都具有彈性勢能，A正確．彈性勢能跟重力勢能一樣，可以與其他形式的能相互轉(zhuǎn)化，C正確．所有能的單位跟功的單位相同，在國際單位制中的單位是焦耳，D正確．]7．ABC[由彈性勢能的表達式Ep＝eq\f(1,2)kl2可知，彈性勢能Ep與彈簧拉伸(或壓縮)的長度有關(guān)，A選項正確．Ep的大小還與k有關(guān)，B選項正確．在彈性限度內(nèi)，Ep的大小還與l有關(guān)，l越大，Ep越大，C正確．彈簧的彈性勢能是由彈簧的勁度系數(shù)k和形變量l決定的，與使彈簧發(fā)生形變的物體無關(guān)．]課堂探究練1．AB[由彈性勢能的定義和相關(guān)因素進行判斷．發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間，由于彈力作用而具有的勢能，叫做彈性勢能．所以，任何發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能，任何具有彈性勢能的物體一定發(fā)生了彈性形變．物體發(fā)生了形變，若是非彈性形變，無彈力作用，物體就不具有彈性勢能．彈簧的彈性勢能除了跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關(guān)外，還跟彈簧勁度系數(shù)的大小有關(guān)．正確選項為A、B.]2．ACD[重力勢能具有系統(tǒng)性，彈性勢能只屬于發(fā)生彈性形變的物體，故A正確；重力勢能和彈性勢能都是相對的，且都是狀態(tài)量，故B錯，C、D正確．]3．C[彈簧彈性勢能的大小，除了跟勁度系數(shù)k有關(guān)外，還跟它的形變量(拉伸或壓縮的長度)有關(guān)．如果彈簧原來處在壓縮狀態(tài)，當(dāng)它變長時，它的彈性勢能應(yīng)該先減小，在原長處它的彈性勢能最小，所以A、B、D均不對．]4．BC5．BD[由功的計算公式W＝Flcosθ知，恒力做功時，做功的多少與物體的位移成正比，而彈簧對物體的彈力是一個變力，所以A不正確；彈簧開始被壓縮時彈力小，彈力做的功也少，彈簧的壓縮量變大時，物體移動相同的距離做的功增多，故B正確；物體壓縮彈簧的過程，彈簧的彈力與彈力作用點的位移方向相反，所以彈力做負(fù)功，彈性勢能增加，故C錯誤，D正確．]6．(1)N(2)J(3)J·m彈性勢能Ep與彈簧伸長量l的二次方有關(guān)7．C[彈力做的功W＝eq\f(60＋30,2)×0.04J＝1.8J>0，故彈性勢能減少1.8J，即ΔEp＝Ep2－Ep1＝－1.8J，故選項C正確．]8．4.5J解析木塊緩慢下移0.10m的過程中，F(xiàn)與重力的合力始終與彈簧彈力等大反向，所以力F和重力做的總功等于克服彈簧彈力做的功，即W彈＝－(WF＋mgh)＝－(2.5＋2.0×10×0.10)J＝－4.5J由彈力做功與彈性勢能變化的關(guān)系知，ΔEp＝－W彈＝4.5J.方法總結(jié)功是能量轉(zhuǎn)化的量度，因此確定某一過程中的力做的功，是研究該過程能量轉(zhuǎn)化的重要方法．課后鞏固練1．BC[彈簧的彈性勢能與彈簧的勁度系數(shù)和彈簧的形變量有關(guān)，與彈簧的長度、質(zhì)量等因素?zé)o關(guān)．]2．AC[拉力對彈簧做正功，彈簧的彈力做負(fù)功，彈簧的彈性勢能增加．]3．B[小球做加速度先減小到0后反向逐漸增大的變速運動，小球速度先增大后減?。蔄、D錯，小球的重力勢能