高三物理中的彈性勢能包括以下幾種:
1. 彈簧的彈性勢能:彈簧的彈性勢能是指彈簧發生彈性形變時所具有的能量,可以用彈簧的彈力乘以彈簧的形變量來計算彈性勢能。
2. 繩子的彈性勢能:繩子一端拉伸時,由于繩子的伸展和收縮而具有的能量,類似于彈簧的彈性勢能。
3. 橡皮筋的彈性勢能:橡皮筋在發生彈性形變時也具有彈性勢能,其大小也與橡皮筋的形變量成正比。
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題目:一個彈簧振子在光滑水平面上振動,振幅為A,周期為T。已知在t時刻,振子位于平衡位置,并且向x軸正方向運動。試求:
(1)在t時刻彈簧的彈性勢能;
(2)在t時刻,彈簧的彈性勢能與動能之比。
【分析】
(1)根據彈簧振子的周期和振幅,可以求出彈簧的伸長量,從而求出彈簧的彈性勢能。
(2)根據彈簧振子的能量關系,可以求出彈簧的彈性勢能與動能之比。
【解答】
(1)根據彈簧振子的周期和振幅,可以求出彈簧的伸長量:
$x = A \times \cos(\frac{2\pi t}{T})$
根據彈簧的彈性勢能表達式:$E_{p} = \frac{1}{2}kx^{2}$,其中k為彈簧的勁度系數,可求得彈性勢能為:
$E_{p} = \frac{A^{2}}{2} \times \cos^{2}(\frac{2\pi t}{T})$
(2)根據能量關系,彈簧的彈性勢能與動能之比為:
$\frac{E_{p}}{E_{k}} = \frac{1}{2}kx^{2} \times \sin^{2}(\frac{2\pi t}{T}) = \frac{A^{2}}{4} \times \sin^{2}(\frac{2\pi t}{T})$
其中E_{k}為彈簧的動能。由于彈簧振子在平衡位置時動能最大,因此彈性勢能與動能之比為:
$\frac{E_{p}}{E_{k}} = \frac{A^{2}}{4}$
【說明】本題是一道基礎題,主要考查了彈簧振子的周期、彈性勢能表達式以及能量關系的應用。解題的關鍵是理解彈簧振子的運動規律和能量關系,并能夠根據已知條件進行求解。