第2章 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系（教师用书Word）-【正禾一本通】2026年新高考物理高三一轮总复习高效讲义

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系

【备考目标】　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，掌握与胡克定律相关的拓展实验的分析方法。

实验01步，理清实验过程

1．实验思路

(1)如图所示，弹簧下端悬挂钩码时会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。

(2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在直角坐标系中描出实验所测得的各组点(x，F)，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，得出弹力大小与形变量间的关系。

2．实验过程

(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。

3．数据处理

(1)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，利用实验数据描点作图，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。首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数。

(3)得出弹力与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。

4．误差分析

(1)系统误差：弹簧自身重力的影响。

(2)偶然误差：弹簧长度测量不准确；描点、作图等存在误差。

[辨析明理]

判断下列说法的正误

(1)本实验测量弹簧的弹力时利用了二力平衡的特点。(√)

(2)为使弹簧有明显的形变，方便测量，下端挂的钩码越多越好。(×)

(3)测量弹簧原长时，应将弹簧平放在水平桌面上，使其自然伸长。(×)

(4)做F ­x图像时，要用平滑的曲线或直线去拟合，不要画成折线。(√)

实验02步，透析常见考法

类型(一) 教材原型实验

【例1】 (2024·山东泰安期末)用铁架台、下端带挂钩的不同弹簧若干、50 g的钩码若干、刻度尺等，安装如图甲所示的装置，探究弹簧弹力F的大小与伸长量x之间的定量关系。

(1)未挂钩码时，弹簧原长放大如图甲所示，可读得原长L0＝______cm。

(2)在弹簧挂钩上挂上一个钩码，要测量此时弹簧的伸长量，必须先________________再测量。

(3)取A、B弹簧分别做实验，把得到的数据描绘成如图乙所示的F ­x图像，由此得到的结论是：__________________________。

(4)由图乙还可知劲度系数较大的是________弹簧；还可算出B弹簧的劲度系数为________ N/m。

解析：(1)图中刻度尺的分度值为1 mm，要估读到分度值的下一位，已知刻度尺的零刻度线与弹簧上端平齐，弹簧长度为L0＝7.00 cm。

(2)在弹簧挂钩上挂上一个钩码后，必须先等弹簧和钩码静止后再测量此时的伸长量。

(3)由图乙可知，F ­x图线过坐标原点，所以弹簧的弹力大小与弹簧的伸长量成正比。

(4)图线的斜率k＝，表示弹簧的劲度系数，结合图线的倾斜程度可知，A弹簧的劲度系数大于B弹簧的劲度系数。B弹簧的劲度系数为k＝＝ N/m＝10 N/m。

答案：(1)7.00　(2)等弹簧和钩码静止　(3)弹簧的弹力大小与弹簧的伸长量成正比　(4)A　10

类型(二) 拓展创新实验

1．改进探究情境

如将弹簧水平放置在比较光滑的桌面上，从而消除弹簧自身重力对实验的影响。

2．改变探究对象

如探究弹力与橡皮筋伸长量的关系、探究弹簧串联或并联时弹簧的劲度系数等。

3．改变测量仪器或物理量

如用力传感器测量弹力的大小，用钩码的个数或质量代替弹力，作出n ­x图像或m ­x图像等。

【例2】 一兴趣小组想测量某根弹性绳的劲度系数(弹性绳的弹力与形变量的关系遵守胡克定律)。他们设计了如图甲所示的实验：弹性绳上端固定在细绳套上，结点为O，刻度尺竖直固定在一边，0刻度与结点O水平对齐，弹性绳下端通过细绳连接钩码，依次增加钩码的个数，分别记录下所挂钩码的总质量m和对应弹性绳下端P的刻度值x，如表所示：