图1
弹簧的劲度系数为 ,左端固定,不加外力时,右端在A处,今用力F缓慢向右拉弹簧,使弹簧伸长到B处,手克服弹簧弹力所做的功,其大小应该等于外力F对弹簧所做的功,即弹簧增加的弹性势能。
②求拉力做的功
将弹簧的形变过程分成很多小段,每一小段中近似认为拉力是不变的。所以,每一小段拉力做的功分别为W1=F1Δl1,W2=F2Δl2,W3=F3Δl3,...。拉力在整个过程中所做的功W=W1+W2+W3+...=F1Δl1+F2Δl2+F3Δl3+...。
图2
③计算求和式
类比匀变速直线运动中利用v-t图象求位移,我们可以画出F-l图象,如图2所示。
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,就得到了由F和l围成的三角形的面积,这块三角形的面积就表示拉力在整个过程中所做的功的大小。
④画出弹力随形变量Δl的变化图线,图线与坐标轴所围的"面积"可表示弹力做功的大小。
⑤弹性势能的大小Ep=FΔl= (Δl)2。
典 例 精 析
【例1】 如图3所示的几个运动过程中,物体的弹性势能增大的是( )
图3
A.如图甲,撑杆跳高的运动员上升至离杆的过程,杆的弹性势能
B.如图乙,人拉长弹簧的过程,弹簧的弹性势能
C.如图丙,模型飞机用橡皮筋发射出去的过程,橡皮筋的弹性势能
D.如图丁,小球被压缩弹簧向上弹起的过程,弹簧的弹性势能
解析 选项A、C、D中物体的形变量均减小,所以弹性势能均减小,B中物体的形变量增大,所以弹性势能增加,故B正确。
答案 B