拉力在整个过程中做的功可以用它在各小段做功之和来代表
F1Δl1+F2Δl2+F3Δl3+......
(4)怎样计算这个求和式?
在处理匀变速直线运动的位移时,我们曾经利用v-t图象下梯形的面积来代表位移,这里是否可以用F-l图象下一个梯形的面积来代表功?
应该可以,FnΔln表示各小段位移内做的功,对应图象下方的矩形"面积"值。无限分割后,所有矩形面积之和等于图线下方的面积。
当弹簧从原长开始时,F-l图象是一条过坐标原点的直线,图线下方为三角形,F-l图线下方的三角形"面积"值等于拉力F所做的功。
沿着这样的思路,你可以通过自己的探究得到弹性势能的表达式。
2.弹性势能的表达式
由前面的分析知道,将弹簧从原长拉伸(或压缩l)时,拉力(或压力)做的功等于F-l图线下方为三角形的"面积"值。有
这一过程中弹簧弹力做的功为
根据弹簧弹力做功与弹性势能变化的关系有
W=EP0-EP
因弹簧原长时的弹性势能为零,则有
EP=-W=
三、说明
1.弹性势能是物体的各部分所共有的
2.弹性势能的相对性
【说一说】
在以上探究中我们规定,弹簧处于自然状态下,也就是既不伸长也不缩短时的势能为0势能。能不能规定弹簧某一任意长度时的势能为0势能?说说你的想法。
势能是相对的,规定弹簧某一任意长度时的势能为0也可以,但弹性势能的表达式将复杂些。
【交流与讨论】
通过对弹簧弹力做功的探究过程,体会变力做功的处理方法。
变力做功的常用的处理方法常用微元法、图像法等方法。
[小结]
本节课学习了弹性势能的概念、用类比法、微元法、图象法探究了弹簧弹性势能的表达式。中学阶段对弹性势能的定量计算要求不高,但在分析处理问题时经常会涉及到弹性势能。通过本节课的学习,我们更重要的是体会探究的方法。
[布置作业]
(略)