第2章 实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中物理高考一轮总复习

高考复习顶层设计·物理 1 赢在微点 高考复习顶层设计 物理 第二章 相互作用——力 2 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 3 1.会探究弹簧弹力与形变量的关系。2.进一步理解胡克定律,理解以胡克定律为原理的拓展实验设计 。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验储备·归纳 自主落实 回扣教材 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验类型·突破 关键能力 深度剖析 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 处理实验数据的两种常用方法。 1.列表分析法:将实验数据填入表格,分析列表中弹簧拉力F与对应弹簧的形变量Δx的关系,得出在误差范围内为常数的结论。 2.图像分析法。 (1)根据数据,描点作出F-Δx图像,如图所示。此图像 是过坐标原点的一条直线,即F和Δx成正比关系。 类型1　实验基本技能应用 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (2)作图的规则。 ①要在坐标轴上标明轴名、单位,恰当地选取纵轴、横轴的标度,并根据数据特点正确确定坐标起点,使所作出的图像几乎占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长,则横坐标起点可以不从零开始选择。 ②作图线时,尽可能使直线通过较多坐标描点,不在直线上的点也要尽可能对称分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远,则是因偶然误差太大所致,应舍去)。 ③要注意坐标轴代表的物理量的意义,注意分析图像的斜率、截距的意义。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 【典例1】　某同学利用如图甲所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验。 (1)将弹簧悬挂在铁架台上,把刻度尺竖直固定在弹簧一侧,零刻度与弹簧上端对齐,不悬挂重物时,指针所指的位置如图乙所示,则弹簧的原长为l0=________cm。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (2)在弹簧挂钩上挂上不同的钩码,由钩码的重力得到弹簧的弹力F,测得不同弹力下弹簧的长度l,求得弹簧的伸长量x=l-l0,根据测得的多组数据在F-x坐标系上描点,如图丙所示,请根据描出的点作图,由图像求得弹簧的劲度系数k=________N/m。根据图像求劲度系数可以减小________ (填“偶然”或“系统”)误差。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)由图乙可知,弹簧的原长为l0=9.92 cm。 (2)根据描出的点作出的图如图所示,根据图像求得弹簧的劲度系数k== 25 N/m,用图像求劲度系数可以减小偶然误差。 答案　(1)9.92(9.91~9.93均可)　(2)图像见解析　25　偶然 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 【典例2】　如图甲所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。 (1)实验中还需要的测量工具有________。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (2)如图乙所示,根据实验数据绘图,纵轴是钩码质量m,横轴是弹簧的形变量x,由图可知:图线不通过原点的原因是________________________;若忽略影响图线不过原点的因素,则弹簧的劲度系数k=________N/m (保留2位有效数字,重力加速度g取9.8 m/s2)。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (3)如图丙所示,实验中用两根不同的弹簧a和b,画出弹簧弹力F与弹簧长度L的F-L图像,下列说法正确的是________(填选项字母)。 A.a的原长比b的长 B.a的劲度系数比b的大 C.a的劲度系数比b的小 D.弹力与弹簧长度成正比 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)实验需要测量弹簧伸长的长度,故需要刻度尺。 (2)由题图乙可知,当m=0时,x大于零,说明没有挂重物时,弹簧有伸长量,是由于弹簧自身受到重力造成的。若图线过原点,则说明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比,弹簧的劲度系数k=·g=×9.8N/m= 4.9 N/m。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (3)在题图丙中横截距表示弹簧的原长,故b的原长比a的长,A项错误;图线斜率表示弹簧的劲度系数k,故a的劲度系数比b的大,B项正确,C项错 误;弹簧的弹力满足胡克定律,弹力与弹簧的形变量成正比,故D项错误。 答案　(1)刻度尺　(2)弹簧自身受到重力　4.9　(3)B 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 考向1　测量工具的改进 【典例3】　某同学用图甲所示装置“探究弹簧弹力与形变量的关系”。弹簧的上端固定在铁架台支架上,弹簧的下端固定一水平纸片(弹簧和纸片重力均忽略不计),激光测距仪可测量地面至水平纸片的竖直距离h。 类型2　实验的迁移、拓展和创新 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)该同学在弹簧下端逐一增挂钩码,每增挂一个钩码,待弹簧________时,记录所挂钩码的重力和对应的h。 (2)根据实验记录数据作出h随弹簧弹力F变化的图线如图乙所示,可得未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离h0=________m,弹簧的劲度系数k=________N/m。(结果均保留到小数点后1位) 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)该同学在弹簧下端逐一增挂钩码,每增挂一个钩码,待弹簧静止时,此时弹力与重力大小相等,记录所挂钩码的重力和对应的h。 (2)由题图乙可知,当F=0时,h0=120.0 cm=1.2 m,即为未挂钩码时水平纸片到地面的竖直距离。由胡克定律可得ΔF=kΔh,即图像斜率绝对值的倒数表示弹簧劲度系数,则有k= N/m=31.3 N/m。 答案　(1)静止　(2) 1.2　31.3 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 本题改变了测量工具,且测量的不是弹簧长度,而是测量的纸片到地面的距离,弹簧形变量应为初状态的距离与挂钩码后测量距离的差,即Δh=h0-hi。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 考向2　实验原理和数据处理的创新 【典例4】　(2021·广东卷)某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数,缓冲装置如图所示,固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°,弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下:先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺,再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进,每滑进一个钢球,待弹簧静止,记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln,数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量,进而计算其劲度系数。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 n 1 2 3 4 5 6 Ln/cm 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)利用ΔLi=Li+3-Li(i=1,2,3)计算弹簧的压缩量:ΔL1=6.03 cm,ΔL2=6.08 cm, ΔL3=________cm,压缩量的平均值==________cm。 (2)上述是管中增加________个钢球时产生的弹簧平均压缩量。 (3)忽略摩擦,重力加速度g取9.80 m/s2,该弹簧的劲度系数为_______N/m (保留3位有效数字)。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)由题意可知,ΔL3=L6-L3=6.04 cm,代入数据解得,压缩量的平均值=6.05 cm。 (2)根据ΔLi=Li+3-Li可知,上述弹簧平均压缩量是管中增加3个钢球时所产生的。 (3)根据平衡条件和胡克定律得3mgsin 30°=k,解得k≈48.6 N/m。 答案　(1)6.04　6.05　(2)3　(3)48.6 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 本实验中ΔL1=L4-L1、ΔL2=L5-L2、ΔL3=L6-L3,均为增加3个钢球时产生的压缩量,可以取平均值再计算劲度系数。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 考向3　实验目的的改变 【典例5】　小圆同学用橡皮筋、同种一元硬币、刻度尺、塑料袋、支架等,设计了如图甲所示的实验装置,测量魔方玩具的质量。主要实验步骤如下: 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)查找资料,得知每枚硬币的质量为6.05 g。 (2)将硬币以5枚为一组逐次加入塑料袋,测量每次稳定后橡皮筋的长度l,记录数据如下表。 序号 1 2 3 4 5 硬币数 量n/枚 5 10 15 20 25 长度l/cm 10.51 12.02 13.54 15.05 16.56 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (3)根据表中数据在图乙上描点,绘制图线。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (4)取出全部硬币,把魔方玩具放入塑料袋中,稳定后橡皮筋长度的示数如图丙所示,此时橡皮筋的长度为________cm。 (5)由上述数据计算得魔方玩具的质量为_______g(保留3位有效数字)。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(3)根据题中表格数据描点连线如图。 (4)由题图可知刻度尺的分度值为1 mm,故读数l=15.35 cm。 (5)由图可知,l=15.35 cm时,对应硬币数量n=21枚,故魔方质量m=21×6.05 g≈127 g。 答案　(3)见解析图　(4)15.35　(5) 127 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 高效训练·提能 拓广视野 智学慧考 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 1.在“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验中,某实验小组采用了如图甲所示实验装置,一标有刻度(左端为0刻度线)的长木板水平放置,其右端固定一轻滑轮;轻绳跨过滑轮,一端与固定在长木板左端的轻弹簧相连,轻弹簧由不同的弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ串联组成。另一端可悬挂钩码。将n (依次取n=1,2,3,4,5)个钩码挂在轻绳右端,分别记录下A、B两指针指示的刻度值x,建立x-n坐标系,根据测得的x、n值描点作图,得到图线如图乙所示。已知A、B对应图线的延长线与纵轴交点坐标分别是(0,10.00)和(0,27.00)。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 (1)不挂钩码时,弹簧Ⅰ的长度是______cm,弹簧Ⅱ的长度是______cm。 (2)弹簧Ⅰ的劲度系数________(填“大于”“小于”或“等于”)弹簧Ⅱ的劲度系数。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　(1)根据题图乙可知,当不施加外力时,弹簧Ⅰ的原长L1=10.00 cm,此时弹簧Ⅱ末端的位置在x=27.00 cm处,要减去弹簧Ⅰ的长度,故弹簧Ⅱ的原长L2=17.00 cm。 (2)根据题图乙可知,当多增加一个钩码时,弹簧Ⅰ的劲度系数k1= =,此时弹簧Ⅱ的劲度系数k2==,故弹簧Ⅰ的劲度系数小于弹簧Ⅱ的劲度系数。 答案　(1)10.00　17.00　(2)小于 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 2.某同学在研究性学习中,利用所学的知识解决了如下问题:一轻质弹簧竖直悬挂于某一深度为h=30.0 cm且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下端位于筒内,用测力计可以和弹簧的下端接触),如图甲所示,若本实验的长度测量工具只能测量露出筒外弹簧的长度l,现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数,该同学通过改变l而测出对应的弹力F,作出F-l 图像如图乙所示,则弹簧的劲度系数k=________N/m,弹簧的原长l0=________cm。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　根据胡克定律得F与l的关系式为F=k(l+h-l0)=kl+k(h-l0),从题图乙中得到直线的斜率为2 N/cm,截距为20 N,故弹簧的劲度系数k=2 N/cm= 200 N/m,k(h-l0)=20 N,代入数据得l0=20 cm。 答案　200　20 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 3.如图为某同学在“探究弹簧弹力与形变量的关系”时的实验装置,让刻度尺零刻度线与弹簧上端平齐,弹簧不挂物体时下端指针所指的标尺刻度为x0,在弹簧下端用足够长的轻质细线挂上4个相同的钩码(弹簧处于弹性限度内),静置于烧杯内(钩码与烧杯底面不接触),控制阀门S通过细胶管向烧杯中缓慢注水,依次浸没4个钩码,记录每浸没一个钩码时指针所指的标尺刻度x1、x2、x3、x4,已知每个钩码质量均为m,重力加速度 为g。 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 以xn为纵坐标,n为横坐标建立坐标系,作出xn和浸没钩码个数n的关系图线,求得图线斜率为a,纵轴截距为b,则该弹簧的劲度系数为________,每个钩码所受浮力为________。(用a、b、m、g和x0表示) 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　未注水时,根据胡克定律,弹簧伸长量Δx=,此时弹簧长度为x0+,设每个钩码所受浮力为F,水浸没n个钩码后,有k(xn-x0)=4mg-nF,弹簧长度xn=x0+-,已知xn和n的关系图线中,图线斜率为a,纵轴截距为b,故b=x0+,a=-,联立解得k=,F=。 答案　　 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 4.在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中,某同学先按图甲所示对弹簧甲进行探究,然后把等长的弹簧乙(直径小于甲)套在弹簧甲内,两弹簧悬挂在同一点按图乙所示进行探究。在弹性限度内,将质量m=50 g的钩码逐个挂在弹簧下端,测得图甲、图乙中弹簧的长度L1、L2如下表所示。 重力加速度g取9.8 m/s2,计算弹簧甲的劲度系数k1=________N/m,弹簧乙的劲度系数k2=________N/m。 (结果均保留3位有效数字) 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 钩码个数 1 2 3 4 L1/cm 30.02 31.02 32.02 33.02 L2/cm 29.33 29.65 29.97 30.29 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 解析　由表格中的数据可知,当弹力的变化量ΔF=mg=0.05× 9.8 N = 0.49 N时,弹簧甲的伸长量为Δx1=×[(33.02-32.02)+(32.02-31.02)+ (31.02-30.02)] cm=1.00 cm,根据胡克定律知,弹簧甲的劲度系数k1= ==49.0 N/m。把弹簧甲和弹簧乙并联起来时弹簧的伸长量Δx2= ×[(30.29-29.97)+(29.97-29.65)+(29.65-29.33)] cm=0.32 cm,根据胡克定 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 律知,弹簧甲、乙合并后的劲度系数k并===153 N/m,根据k并= k1+k2,可计算出弹簧乙的劲度系数k2=153 N/m-49 N/m=104 N/m。 答案　　49.0　104 实验2　探究弹簧弹力与形变量的关系 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 点击 导航 高效训练·提能 实验类型·突破 实验储备·归纳 本部分内容讲解结束 $$