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

该高中物理讲义聚焦“探究弹簧弹力与形变量的关系”高考核心实验，围绕胡克定律应用，从实验基础（思路、过程、数据处理）到拓展创新（改进情境、对象、仪器）逻辑展开，通过辨析明理（正误判断）、例题精讲（原型与拓展）、真题训练（例1-3）环节，帮助学生突破实验设计与数据处理难点，体现复习系统性与针对性。 讲义特色在于教材实验的创新迁移，如用弹性绳替代弹簧、m-x图像分析劲度系数，培养科学探究与科学思维。具体通过例2描点作图确定弹性绳原长和劲度系数，强化图像分析能力，设置基础辨析、能力提升分层练习，配合即时反馈，助力学生掌握实验方法，为教师把控复习节奏提供有力支撑。

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： 钩码质量 m/g 20 40 60 80 100 120 P点刻度值 x/cm 5.53 5.92 6.30 6.67 7.02 7.40 (1)根据表中所给数据，在图乙中充分利用坐标纸，作出m­x图像。 (2)请根据图像数据确定：弹性绳原长约为______cm，弹性绳的劲度系数约为______N/m。(重力加速度g取10 m/s2，结果均保留三位有效数字) (3)若实验中刻度尺的零刻度略高于弹性绳上端结点O，则由实验数据得到的劲度系数将________(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”)；若实验中刻度尺没有完全竖直，而读数时视线保持水平，则由实验数据得到的劲度系数将____________(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。 解析：(1)作出m ­x图像如图所示。 (2)根据图像数据可知，弹性绳原长约为5.15 cm，弹性绳的劲度系数约为k＝＝＝N/m≈53.3 N/m。 (3)若实验中刻度尺的零刻度略高于弹性绳上端结点O，不影响直线的斜率，则由实验数据得到的劲度系数将不受影响；若实验中刻度尺没有完全竖直，而读数时视线保持水平，则测得的弹簧伸长量偏大，则由实验数据得到的劲度系数将偏小。 答案：(1)见解析图　(2)5.15(5.10～5.20均可)　53.3(52.2～54.5均可)　(3)不受影响　偏小 [应考反思]本实验来源于教材而又有所变化，如实验目的改为“测量劲度系数”、将器材“弹簧”换为“弹性绳”、将弹力用“m”表示等；同时，题中的“x”表示弹性绳的长度而不是形变量。所以学习时要注意教材实验技能和方法的灵活迁移。 【例3】 “探究弹力和弹簧伸长量的关系并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图1所示。所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力。实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度。 (1)有一个同学通过以上实验测量后，把6组数据在图2的坐标纸中描点，请作出F ­L图线。 (2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝______cm，劲度系数k＝________N/m。 (3)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较： 优点是_______________________________________________________。 缺点是________________________________________________________。 (4)第6个点明显与前5个点偏离，原因可能是________________________________。 解析：(1)用平滑的曲线将各点连接起来，如图所示。 (2)弹簧的原长L0即为弹力为零时弹簧的长度，由图像可知，L0＝5×10－2 m＝5 cm，劲度系数为图像直线部分的斜率，故k＝20 N/m。 (3)优点是：避免弹簧自身所受重力对实验的影响；缺点是：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦造成实验的误差增大。 (4)第6个点明显与前5个点偏离，原因可能是弹簧超出了弹性限度。 答案：(1)见解析图　(2)5　20　(3)(4)见解析 学科网（北京）股份有限公司 $