第2章 实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系(Word学案)-【高考快车道】2026年高考物理大一轮总复习

该高中物理高考复习学案系统梳理“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验核心考点，从实验原理、器材、步骤到数据处理、注意事项，构建“基础原理-教材原型-创新拓展”的层次网络，通过填空式梳理、表格任务驱动引导学生自主构建实验认知框架。 亮点在于自主诊断与科学探究设计，开篇设置原理填空与器材选择等诊断题，典例涵盖步骤排序、图像分析等科学思维训练，培养科学探究与科学思维素养。每个考点配数据处理方法指导及误差分析反思，助力学生个性化提升，教师可依学情精准指导，实现因材施教。

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验原理 1.如图所示，弹簧下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧的弹力与所挂钩码的重力大小　　　　。 2.用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，建立直角坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的　　　　，在坐标系中描出实验所测得的各组（x，F）对应的点，用平滑的　　　　连接起来，根据实验所得的图线，就可得出弹力大小与形变量间的关系。 二、实验器材 　铁架台、　　　、刻度尺、　　　　、坐标纸等。 三、实验步骤 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。 钩码个数 长度 伸长量x 钩码质量m 弹力F 0 l0 — — — 1 l1 x1＝l1－l0 m1 F1 2 l2 x2＝l2－l0 m2 F2 3 l3 x3＝l3－l0 m3 F3 … … … … … 四、数据处理 1.以弹力F（大小等于所挂钩码的重力）为纵坐标，以弹簧的　　　　 　　　为横坐标，用描 点法作图。用平滑的曲线（包括直线）连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。 2.以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式。首先尝试　　　　　　，如果不行则考虑二次函数。 3.得出弹力和弹簧形变量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。 五、注意事项 1.不要超过弹簧的弹性限度：实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以免弹簧被过度拉伸，超过弹簧的　　　　　　。 2.尽量多测几组数据：要使用　　　　　，且要尽量多测几组数据。 3.观察所描点的走向：本实验是探究型实验，实验前并不知道其规律，所以描点以后所作的曲线是试探性的，只是在分析了点的分布和走向以后才决定用　　　　来连接这些点。 4.统一单位：记录数据时要注意弹力及　　　　　　的对应关系及单位。 考点一　教材原型实验 如图1所示，甲同学用铁架台、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）为完成实验，还需要的实验器材有：　　　　　　　。 （2）实验中需要测量的物理量有：　　　　　　　　　　　　　。 （3）图2是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F-x图像，由此可求出弹簧的劲度系数为 　 N/m。图线不过原点的原因是　　　　　　　。 （4）为完成该实验，乙同学使用同样的实验器材，设计的实验步骤如下： A.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组（x，F）对应的点，并用平滑的曲线连接起来； 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把刻度尺； D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个……钩码，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，写出弹力与伸长量的关系式。首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数； F.解释函数表达式中常数的物理意义； G.整理仪器。 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：　　　　　　　　。 尝试解答 （2025·广东广州三模）在一只弹簧的规格参数中，查得该弹簧的劲度系数为k0＝26 N/m，现用如图甲所示的装置研究该弹簧的弹力与伸长量之间的关系。 将弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐，读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度值，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，依次读出指针所指刻度尺的刻度值。 （1）挂2个钩码时刻度尺的示数如图乙所示，该毫米刻度尺的读数为　　　　cm。 （2）根据实验数据，在坐标纸上作出了弹力F跟弹簧伸长量x关系的图像如图丙所示。根据图像可求得弹簧的劲度系数为k＝　　　 N/m。（保留两位有效数字） （3）相对误差的计算式为δ＝×100％，则该实验结果的相对误差为δ＝　　　％。（保留1位小数） （4）如图丁所示，若整个实验过程中弹簧下端指针没有沿水平方向，而是斜向上偏，则弹簧的劲度系数的测量值理论上　　　　（选填“大于”“等于”或“小于”）真实值。 尝试解答 考点二　创新拓展实验 （2025·北京大兴三模）在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中，实验装置如图甲所示，将弹簧的左端固定在刻度尺的“0”刻度线处，实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将钩码挂在轻质绳子的下端，测量相应的数据，通过描点法作出F-l（F为弹簧的拉力，l为弹簧的长度）图像，如图乙所示。 （1）下列说法中正确的是（　　） A.每次增加的钩码数量必须相等 B.通过实验可知，在弹性限度内，弹力与弹簧的长度成正比 C.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧水平且处于平衡状态 D.用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与弹簧伸长量，会得出拉力与弹簧伸长量之比相等 　　 （2）根据图乙可求得该弹簧的劲度系数为　　　　N/m。（结果保留两位有效数字） 尝试解答 创新分析 　　将弹簧水平放置，可以消除弹簧重力对实验结果的影响，同时也便于弹簧长度的准确测量。 （2025·福建龙岩市质检）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　　　　（选填“有”或“无”）影响，说明理由　　　　　　　　　　　　　　。 尝试解答 创新分析 1.实验器材创新：利用智能手机中自带的定位传感器测量弹簧的形变量。 2.数据处理创新：利用n-x图像求解弹簧的劲度系数。 提示：完成课后作业　第二章　实验二 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 【立足“四层”·夯基础】 一、1.相等　2.伸长量x　曲线 二、弹簧　钩码若干 四、1.伸长量x　2.一次函数 五、1.弹性限度　2.轻质弹簧　3.直线　4.弹簧伸长量 【着眼“四翼”·探考点】 考点一 【典例1】 （1）毫米刻度尺 （2）弹簧原长、弹簧所受外力及与之对应的伸长量（或与弹簧对应的长度） （3）200　弹簧自身存在重力　（4）CBDAEFG 解析：（1）根据实验原理可知，还需要毫米刻度尺来测量弹簧原长和形变量。 （2）根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧所受外力及与之对应的伸长量（或与弹簧对应的长度）。 （3）取图像中（0.5 cm，0）和（3.5 cm，6 N）两个点，代入ΔF＝kΔx可得弹簧的劲度系数为k＝200 N/m。图线不过原点的原因是由于弹簧自重的原因，使得弹簧不挂钩码时就有形变量。 （4）根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。 【典例2】 （1）10.90　（2）25　（3）3.8　（4）等于 解析：（1）该毫米刻度尺的分度值为0.1 cm，需要估读到0.01 cm，所以该毫米刻度尺读数为10.90 cm。 （2）根据图像可求得弹簧的劲度系数为k＝＝25 N/m。 （3）该实验结果的相对误差为δ＝×100％＝3.8％。 （4）由第2问分析可知，弹簧的劲度系数表达式中代入的是弹簧形变量的变化量，所以若整个实验过程中弹簧下端指针没有沿水平方向，而是斜向上偏，则弹簧的劲度系数的测量值理论上等于真实值。 考点二 【典例3】 （1）C　（2）25 解析：（1）对每次增加的钩码数量没有要求，只需保证弹簧始终在弹性限度内，记录下每次弹簧的伸长量及所挂钩码的质量即可，故A错误；通过实验可知，在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比，故B错误；用悬挂钩码的方式给弹簧施加拉力，应保证弹簧水平且处于平衡状态，使弹簧所受拉力的大小等于钩码的重力，故C正确；不同弹簧的劲度系数不一定相等，即弹簧的弹力与伸长量之比不一定相等，故D错误。 （2）在弹性限度内，弹力的大小与弹簧的形变量成正比，在图像中出现拐点是因为超过了弹簧的弹性限度。故该弹簧的劲度系数为k＝＝ N/m＝25 N/m。 【典例4】 （1）ADBEC　（2）49　（3）无　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 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＝x，由图像可知，图像的斜率为1，则有＝1 cm－1，解得k＝49 N/m。 （3）无影响。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。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $