备课资料
一、研究动能与势能的相互转化
1.动能和重力势能的相互转化
把小金属拴在细线上悬挂起来,做成一个单摆(如图所示),记下摆球的平衡位置O.把物体从平衡位置O拉到B,放手后观察摆球沿着来回摆动,可以看出:摆球处于高度最大的位置(即重力势能最大)时,速度为零(即动能为零);
摆球处于高度最小的位置(即重力势能最小)时,速度最大(即动能最大).可见摆球在摆动过程中,动能和重力势能是相互转化的.
2.动能和弹性势能的相互转化
方法一：如图所示,在水平光滑的平面上放置一小车A,小车A的前端固定一根劲度系数合适(小一些为宜)的弹簧,平面的一端固定一木块B,将小车A以较大的速度推向木块B,可以看到随着小车速度的减小,弹簧被压缩,然后小车又被压缩的弹簧弹回来.观察小车的运动速度和弹簧形变大小的变化,不难发现:在弹簧被压缩阶段,随着小车速度的减小(即动能减小),弹簧形变越来越大(即弹性势能越大);在弹簧恢复阶段,随着弹簧形变的减小(即弹性势能减小),小车的速度增大(即动能增大).可见,动能和弹性势能是转化的.[ ]
方法二：如图所示,在水平面的两端分别固定木块A和B,在小车(总质量400—500克)两端安装两段可以压缩的弹簧,把小车放在平面上,先使小车靠近木块A,并使小车上该端的弹簧尽量压缩.然后释放小车,观察小车在A、B间的运动情况,说明弹性势能和动能的相互转化.
实验中选择劲度系数合适的弹簧是实验成功的关键,建议用以下的方法自制:用直径为0.3—0.35毫米的钢丝绕成直径约为40毫米的弹簧,绕制时可将一根直径约为30毫米的金属圆棒夹在台虎钳上,用钢丝钳拉紧钢丝在金属棒上密绕.绕完后不要松手,点燃酒精喷灯(或酒精灯)对网丝进行退火.加热时要使火焰均匀地烧到钢丝的每一部分,加热3—4分钟后,取走酒精灯,把事先准备好的一大杯水浇在金属棒和钢丝上,对钢丝进行淬火.再把它控制成长度为8—10厘米,10圈的弹簧(也可先把钢丝退火,绕好弹簧后再淬火).
这个实验也可在气垫导轨上演示,并且效果更好.
二、变力的功
功的计算在中学物理中占有十分重要的地位，中学阶段所学的功的计算公式W=Flcosα只能用于恒力做功情况，对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用，下面对变力做功问题进行归纳总结：
(一)等值法[ ]
等值法即若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以通过计算该恒力的功，求出该变力的功.而恒力做功又可以用W=Flcosα计算，从而使问题变得简单.
(二)微元法
当物体在变力的作用下做曲线运动时，若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变，且力与位移的方向同步变化，可用微元法将曲线分成无限个小元段，每一小元段可认为恒力做功，总功即为各个小元段做功的代数和.
(三)平均力法
如果力的方向不变，力的大小对位移按线性规律变化时，可用力的算术平均值（恒力）代替变力，利用功的定义式求功.
(四)图象法
如果力F随位移的变化关系明确，始末位置清楚，可在平面直角坐标系内画出Fx图象，图象下方与坐标轴所围的“面积”即表示功.
(五)能量转化法求变力做功
功是能量转化的量度，已知外力做功情况可计算能量的转化，同样根据能量的转化也可求外力所做功的多少.因此根据动能定理、机械能守恒定律、功能关系等可从能量改变的角度求功.
(1)用动能定理求变力做功
动能定理的内容是：外力对物体所做的功等于物体动能的增量.它的表达式是W外=ΔEk，W外可以理解成所有外力做功的代数和，如果我们所研究的多个力中，只有一个力是变力，其余的都是恒力，而且这些恒力所做的功比较容易计算，研究对象本身的动能增量也比较容易计算时，用动能定理就可以求出这个变力所做的功.
(2)用机械能守恒定律求变力做功
如果物体只受重力和弹力作用，或只有重力或弹力做功时，满足机械能守恒定律.如果求弹力这个变力做的功，可用机械能守恒定律来求解.
(3)用功能原理求变力做功[ ]
功能原理的内容是：系统所受的外力和内力（不包括重力和弹力）所做的功的代数和等于系统的机械能的增量，如果这些力中只有一个变力做功，且其他力所做的功及系统的机械能的变化量都比较容易求解时，就可用功能原理求解变力所做的功.
(4)用公式W=Pt求变力做功.
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