(1)弹力做负功:如物体由O向A运动(压缩)或者由O向A′运动(伸长)时,弹性势能增大,其他形式的能转化为弹性势能。
(2)弹力做正功:如物体由A向O运动或者由A′向O运动时,弹性势能减小,弹性势能转化为其他形式的能。
(3)弹力做功与弹性势能变化的关系:弹性势能的变化量总等于弹力对外做功的负值,表达式为W弹=-ΔEp。
3.弹性势能表达式
(1)弹簧弹力随形变量x的变化图线及围成面积的意义。
类比v-t图象的面积表示位移,F-x图象与x轴所围的面积表示弹力的功,如图所示。
所以当弹簧的位移为x时,弹力做功W弹=- kx·x=- kx2。
(2)弹性势能的大小Ep=-W弹= kx2。
【特别提醒】(1)弹力做功是弹簧弹性势能变化的原因,弹力不做功,弹簧弹性势能不变。
(2)对于同一个弹簧,伸长和压缩相同的长度时弹性势能是一样的。
【典例1】如图所示,质量不计的弹簧一端固定在地面上,弹簧竖直放置,将一小球从距弹簧自由端高度分别为h1、h2的地方先后由静止释放,h1>h2,小球触到弹簧后向下运动压缩弹簧,从开始释放小球到获得最大速度的过程中,小球重力势能的减少量ΔE1、ΔE2的关系及弹簧弹性势能的增加量ΔEp1、ΔEp2的关系中,正确的一组是( )
A.ΔE1=ΔE2,ΔEp1=ΔEp2
B.ΔE1>ΔE2,ΔEp1=ΔEp2
C.ΔE1=ΔE2,ΔEp1>ΔEp2
D.ΔE1>ΔE2,ΔEp1>ΔEp2
【思路点拨】求解该题要注意以下三点:
关键点
(1)小球速度最大时,它的加速度瞬间为零。
(2)重力(弹性)势能与重力(弹力)做功的关系。
(3)对同一弹簧,形变量相同,弹性势能相同。
【规范解答】该题的解答过程如下:
(1)小球重力势能的变化:两种情况下,小球速度最大时到达同一位置,由于h1>h2,第一种情况下小球下降的距离大,重力势能减少得多,即ΔE1>ΔE2。
(2)弹簧弹性势能的变化:两种情况下弹簧发生的形变量相同,弹性势能的增加量相等,即ΔEp1=ΔEp2。
答案:B