第2章 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系(课件PPT)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

第二章　相互作用 ——力 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 目录 contents Part 01 知识储备 核心考点 Part 02 提分集训 Part 03 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 知 识 储 备 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 核 心 考 点 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 提 分 集 训 （十一） 点击进入word 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 谢谢观看 第二章　相互作用——力 高考总复习 物理 返回目录 原理装置图 操作要求 注意事项 平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等 1.将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长． 2．如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1，得出弹簧的伸长量x1，将这些数据填入自己设计的表格中． 1.操作：弹簧竖直悬挂，待钩码静止时测出弹簧长度． 2．作图：坐标轴标度要适中，单位要标注，连线时要使各数据点均匀分布在图线的两侧，明显偏离图线的点要舍去． 原理装置图 操作要求 注意事项 平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等 3．改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5. 3．适量：弹簧下端所挂钩码不要太多以免伸长量超出弹性限度． 4．多测：要使用轻质弹簧尽可能多测几组数据． 5．统一：弹力及伸长量对应关系及单位应统一． 原理装置图 操作要求 注意事项 数据处理 1.列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值不变． 2．图像法：根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点．以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的倾斜直线． 考点一　教材原型实验 作图处理数据的规则 (1)要在坐标轴上标明代表的物理量符号、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，使所作出的图像尽可能占满整个坐标图纸．若弹簧原长较长，则横坐标的起点可以不从零开始． (2)作图线时，尽可能使直线通过较多的点，不在直线上的点也要尽可能均匀分布在直线的两侧(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． eq \a\vs4\al(角度1　实验原理及操作) [例1]　(2025·江苏常州调研)某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码，做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系． (1)下列实验步骤是这位同学准备完成的，请你帮他按操作的先后顺序，用字母排列出来：______． A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(x，F)对应的点，作出图像． B．记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度L0. C.将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺． D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码，并分别记下钩码静止时，弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内，然后取下钩码． E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式． (2)这位同学将实验数据记录在表格中．实验时弹力始终未超过弹性限度，g取10 N/kg. 钩码质量m/g 0 30 60 90 120 150 弹簧总长度l/cm 6.0 7.2 8.3 9.5 10.6 11.8 ①根据实验数据在坐标纸上作出弹力F跟弹簧伸长量x关系的F－x图像． ②根据F－x图像，写出曲线的函数表达式：__________． ③函数表达式中常数表示的物理量名称及物理意义是：___________________________． 【解析】　(1)在做实验的时候步骤顺序应为：将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺，记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度L0；依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码，并分别记下钩码静止时，弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内，然后取下钩码；以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(x，F)对应的点，作出图像，以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式．故顺序应为CBDAE. (2)①根据F＝mg，x＝L－L0 结合题中表格数据可得弹力F跟弹簧伸长量x关系的对应数据如下表所示 弹力F/N 0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 弹簧伸长量x/cm 0 1.2 2.3 3.5 4.6 5.8 选择适当的标度进行描点，作出F－x 图像如图所示 ②根据图像，该直线为过原点的一条直线，即弹力与伸长量成正比，由数学知识可得F＝kx 其中k＝ eq \f(1.5,5.8) N/cm≈0.26 N/cm 则有F＝0.26x ③表达式中的常数表示弹簧的劲度系数，即表示使弹簧伸长或者压缩1 cm所需的外力大小为0.26 N. 【答案】　(1)CBDAE (2)见解析　F＝0.26x　表示劲度系数，使弹簧伸长或者缩短1 cm所需的外力大小为0.26 N eq \a\vs4\al(角度2　数据处理及误差分析) [例2]　(2025·烟台期末)在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，实验装置如图甲所示，实验步骤如下： ①将弹簧左端固定，水平放置并处于自然状态，右端与细绳连接，使细绳与水平桌面平行，将毫米刻度尺的零刻度线与弹簧左端对齐，弹簧的右端附有指针，此时指针的位置l0 如图乙所示； ②在绳下端挂上一个砝码(每个砝码质量m＝50g)，系统静止后，记录指针的位置l1 ③逐次增加砝码个数，并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内)，记录砝码的个数n及指针的位置l ； ④用获得的数据作出l－n图像，如图丙所示，图线斜率用a表示． 回答下列问题： (1)图乙所示读数为______cm； (2)弹簧的劲度系数表达式k＝______(用砝码质量m、重力加速度g和图线的斜率a表示).若g取9.8 m/s2 则本实验中k＝______N/m(结果保留三位有效数字). (3)考虑弹簧与桌面、细绳与滑轮间有摩擦，则弹簧劲度系数的测量值与真实值相比将______(填“偏大”“偏小”或“相等”). 【解析】　(1)根据刻度尺的读数规律，该读数为6.00 cm. (2)根据胡克定律有nmg＝k(l－l0) 变形得l＝ eq \f(mg,k)n＋l0 结合图像有 eq \f(mg,k)＝a 解得k＝ eq \f(mg,a) 结合上述与图像有 k＝ eq \f(mg,a)＝ eq \f(50×10-3×9.8,\f((8.95－6.00)×10-2,5)) N/m＝83.1 N/m (3)由于弹簧与桌面、细绳与滑轮间有摩擦，导致弹簧的弹力大小小于砝码的质量，结合上述可知，则弹簧劲度系数的测量值与真实值相比将偏大． 【答案】　(1)6.00 (2) eq \f(mg,a)　83.1 (3)偏大 考点二　创新拓展实验 装置时代化 求解智能化 1. 弹力的获得：弹簧竖直悬挂，重物的重力作为弹簧的拉力，存在弹簧自重的影响→弹簧水平放置，重物的重力作为弹簧的拉力，消除了弹簧自重的影响 2.图像的获得：由坐标纸作图得F－x图像→由传感器和计算机输入数据直接得F－x图像 [例3]　(2025·福建龙岩质检)某实验小组要测量弹簧的劲度系数，他们利用智能手机中自带的定位传感器设计了如图甲所示的实验，手机软件中的“定位”功能可以测量手机竖直方向的位移(以打开定位传感器时手机的位置为初位置). (1)实验小组进行了如下主要的实验步骤，正确的顺序是________． A．按图安装实验器材，弹簧上端固定在横杆上，下端与手机连接，手机重心和弹簧在同一竖直线上； B．在手机下方悬挂一个钩码，缓慢释放，当手机和钩码静止时记录下手机下降的位移x； C．在坐标纸中描点作出n－x图像，如图乙所示； D．手托着手机缓慢下移，手离开手机，手机静止时，打开手机中的定位传感器； E．改变钩码个数n，重复上述操作，记录相应的位移x，数据如表格所示． 钩码个数n 1 2 3 4 5 6 手机位移x/cm 0.98 2.02 3.01 3.98 5.01 5.99 (2)已知每个钩码的质量为50 g，重力加速度g＝9.8 m/s2，由图像可以求得弹簧的劲度系数为________N/m. (3)实验中未考虑手机重力使弹簧伸长，这对弹簧劲度系数的测量结果________(填“有”或“无”)影响，说明理由________． 【解析】　(1)根据题意，由实验原理可知，本实验通过改变钩码的数量来改变弹簧的弹力，通过手机的定位传感器确定弹簧的形变量，通过作图的方法得到弹簧的劲度系数，则正确的实验步骤为ADBEC. (2)根据题意，由胡克定律F＝kx可得nmg＝kx，整理得n＝ eq \f(k,mg)x，由图像可知，图像的斜率为1，则有 eq \f(k,mg)＝1 cm-1，解得k＝49 N/m. (3)由上述分析可知，弹簧的劲度系数是通过图像的斜率与每个钩码重力的乘积得到的，手机重力使弹簧伸长，这对弹簧劲度系数的测量结果无影响． 【答案】　(1)ADBEC　(2)49　(3)无　劲度系数是通过图像斜率与每个钩码重力的乘积得到的 [对点训练] 1．(2025·山东泰安期末)实验小组利用图甲所示装置探究弹力与弹簧形变量的关系．重物放在水平放置的力传感器上面，轻质弹簧一端与重物相连，另一端与跨过处于同一水平高度的两个光滑定滑轮的细线的M端相连，调整滑轮1的位置，使其下方的细线处于竖直状态．初始时，细线各部分均伸直但无张力，滑轮2的右侧竖直固定一刻度尺，调整刻度尺的高度，使其零刻度线恰与细线的N端点对齐．现缓慢竖直向下拉端点N，分别记录端点N移动的距离x及对应的力传感器的示数．F－x关系如图乙所示，图中 F0、x0 均为已知量，当地的重力加速度为g. (1)由图乙可得弹簧的劲度系数k＝________，重物的质量m＝________． (2)若拉动端点N时偏离了竖直方向，则弹簧劲度系数的测量值与其真实值相比将________(填“偏大”“偏小”或“相等”). 解析：(1)对重物受力分析可知 F＝mg－FT 则ΔF＝－ΔFT 对弹簧由胡克定律得FT＝kΔx 所以F0＝kx0 弹簧的劲度系数为 k＝ eq \f(F0,x0) x＝0 时，弹簧拉力为零，力传感器的示数等于重物的重力，则 G＝F0＝mg解得重物的质量m＝ eq \f(F0,g) (2)若拉动端点N时偏离了竖直方向，则测量的弹簧的伸长量偏小，则弹簧劲度系数的测量值与其真实值相比将偏大． 答案：(1) eq \f(F0,x0)　 eq \f(F0,g) (2)偏大 $$