第二章 实验探究课二 探究弹簧弹力与形变量的关系-【高考DNA解码】2026年高考物理一轮总复习学生用书word

实验探究课二　探究弹簧弹力与形变量的关系 [学习目标]　1．会通过实验探究弹簧弹力与形变量的关系。 2．进一步理解胡克定律，掌握以胡克定律为原理的拓展实验的分析方法。 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。 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。 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。 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。 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。 误差分析 (1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确以及画图时描点连线不准确等都会产生实验误差。 (2)悬挂钩码数量过多，导致弹簧的形变量超出了其弹性限度，不再符合胡克定律(F＝kx)，故图线发生弯曲，如图甲。 (3)水平放置弹簧测量其原长，由于弹簧有自重，将其悬挂起来后会有一定的伸长量，故图线横轴截距不为零，如图乙。 教材原型实验 [典例1]　某同学用如图甲所示的装置来探究弹簧弹力F和长度L的关系，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，记录弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。然后，在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录每一次悬挂钩码的质量和弹簧下端的刻度位置，实验中弹簧始终未超过弹簧的弹性限度。再以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧长度L为横轴建立直角坐标系，依据实验数据作出F-L图像，如图乙所示。由图像可知： 　 (1)弹簧自由下垂时的长度L0＝________ cm。(保留3位有效数字) (2)弹簧的劲度系数k＝________ N/m。(保留3位有效数字) (3)关于“探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，以下说法正确的是________。 A．应该先把弹簧水平放置测量其原长 B．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，弹簧应保持竖直状态 C．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要在钩码处于静止状态时读数 D．实验中弹簧的长度即为弹簧的伸长量 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　[典例2]　一个实验小组做“探究弹簧弹力与弹簧伸长量关系”的实验。 (1)甲同学采用如图(a)所示装置，质量不计的弹簧下端挂一个小盘，在小盘中增添砝码，改变弹簧的弹力，实验中作出小盘中砝码重力随弹簧伸长量x变化的图像如图(b)所示。(重力加速度g＝10 m/s2) ①利用图(b)中图线，可求得该弹簧的劲度系数为________ N/m。 ②利用图(b)中图线，可求得小盘的质量为________ kg，小盘的质量会导致弹簧劲度系数的测量结果与真实值相比________(选填“偏大”“偏小”或“相同”)。 (2)为了制作一个弹簧测力计，乙同学选了A、B两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图(c)所示的图线，为了制作一个量程较大的弹簧测力计，应选弹簧________(选填“A”或“B”)；为了制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧________(选填“A”或“B”)。 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 拓展创新实验 [典例3]　在“探究弹簧的弹力与伸长量之间关系”的实验中，所用装置如图甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其总长度通过刻度尺测得，某同学将实验数据列于表中。 总长度x/cm 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 弹力F/N 2.00 3.99 6.00 8.01 10.00 (1)以x为横坐标，F为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出弹簧的弹力大小与弹簧总长度间的关系图线。 (2)由图线求得弹簧的原长为________ cm，劲度系数为________ N/m。 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　本题的创新点体现在两处，一是弹簧水平放置，消除了弹簧自身重力对实验的影响；二是应用力传感器显示拉力的大小，减少了读数误差，使实验数据更准确。 [典例4]　(2022·湖南卷)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(a)所示的实验装置，测量冰墩墩玩具的质量。主要实验步骤如下： (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 (3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线； (4)取出全部硬币，把冰墩墩玩具放入塑料袋中，稳定后橡皮筋长度的示数如图(c)所示，此时橡皮筋的长度为______cm； (5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为_____g(g取10 m/s2，结果保留三位有效数字)。 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)实验目的创新：利用橡皮筋测量冰墩墩的质量。 (2)数据处理创新：建立橡皮筋的长度l与所挂硬币的枚数n的关系图像，利用l-n图像求得橡皮筋的劲度系数k＝。 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 实验探究课二　探究弹簧弹力与形变量的关系 实验类型全突破 类型1 典例1　解析：(1)由题图乙可知弹簧拉力为0时，弹簧自由下垂的长度为 L0＝10.0 cm。 (2)由胡克定律可知 F＝k(L－L0) 可得弹簧的劲度系数为 k＝＝×102 N/m＝40.0 N/m。 (3)为了消除弹簧自重的影响，实验前，应该先把弹簧竖直放置测量其原长，故A错误；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要使弹簧保持竖直状态，此时弹簧的弹力等于钩码的重力，故B正确；用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，要在钩码处于静止状态时读数，故C正确；用刻度尺测得的弹簧的长度不是伸长量，是原长和伸长量之和，故D错误。 答案：(1)10.0　(2)40.0　(3)BC 典例2　解析：(1)①由题图(b)中图线可知，弹簧的劲度系数k＝＝ N/cm＝2 N/cm＝200 N/m。 ②由题图(b)中图线可知mg＝kx1，解得小盘的质量m＝＝ kg＝0.1 kg；应用图像法处理实验数据，小盘的质量不会影响弹簧劲度系数的测量结果，即测量结果与真实值相同。 (2)由题图(c)可知，弹簧A所受拉力超过4 N则超过弹性限度，弹簧B所受拉力超过8 N则超过弹性限度，故为了制作一个量程较大的弹簧测力计，应选弹簧B；由题图(c)可知，在相同拉力作用下，弹簧A的伸长量大，则为了制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧A。 答案：(1)①200　②0.1　相同　(2)B　A 类型2 典例3　解析：(1)描点作图，如图所示。 (2)由胡克定律ΔF＝kΔx可得 k＝＝ N/cm＝200 N/m。 再由胡克定律F＝k(L－L0)解得 L0＝L－＝0.05 m－ m＝0.04 m＝4.00 cm。 答案：(1)见解析图　(2)4.00　200 典例4　解析：(3)利用描点法得出图线，如图所示。 (4)根据刻度尺读数规则知，橡皮筋的长度 l＝15.35 cm。 (5)由胡克定律可得nmg＝k(l－l0)，整理得l＝n＋l0，l­n图像的斜率＝×10-2 m＝×10-2 m，解得k＝20.0 N/m，代入数据解得橡皮筋原长l0≈9.00 cm。挂上冰墩墩玩具，有Mg＝k(l－l0)，解得M＝127 g。 答案：(3)见解析图　(4)15.35　(5)127 学科网（北京）股份有限公司 $$