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

该高中物理课件聚焦胡克定律及弹簧弹力与形变量关系的实验探究，依据高考评价体系明确考查要求，通过梳理教材原型实验与拓展创新实验，分析考点权重，归纳常考题型，体现高考备考的针对性和实用性。 课件亮点在于融合高考真题训练与核心素养培养，通过科学探究（实验步骤优化、数据处理技巧）和科学思维（误差分析、模型建构）指导学生掌握图像法处理数据等突破方法，助力学生提升应试能力，为教师提供系统复习教学方案。

实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系 实验01步 实验02步 02 01 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。 高三一轮总复习高效讲义（物理） 正禾一本通 理清实验过程 实验01步 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 3 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 4 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 5 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 6 √ × × √ 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 7 透析常见考法 类型（一）教材原型实验 实验02步 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 8 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 9 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 10 类型（二）拓展创新实验 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 11 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 12 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 13 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 14 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 15 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 16 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 17 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 18 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 19 实验卷（二）探究弹簧弹力与形变量的关系 正禾一本通 高三一轮总复习高效讲义（物理） 01 02 03 正禾一本通 21 01 02 03 正禾一本通 22 01 02 03 正禾一本通 23 01 02 03 正禾一本通 24 01 02 03 正禾一本通 25 01 02 03 正禾一本通 26 01 02 03 正禾一本通 27 01 02 03 正禾一本通 28 01 02 03 正禾一本通 29 01 02 03 正禾一本通 30 01 02 03 正禾一本通 31 谢谢观看 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 ，以横坐标表示弹簧的 ，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。 弹力大小F 伸长量x (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。( ) 【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 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 1．(2024·河南信阳模拟)某同学用如图甲所示实验装置“探究弹簧的弹力与伸长量之间的关系”，实验时将弹簧a上端固定在铁架台的横杆上，弹簧a的右侧固定一刻度尺，记录不挂钩码时弹簧a的长度l0，在弹簧a下端悬挂不同质量的钩码，记录每次实验钩码的质量m及对应的弹簧a的长度l，重力加速度g取9.8 m/s2。 (1)由x＝l－l0求出每次弹簧a的伸长量x，根据测量数据作出x­m图像，如图乙中的图线A所示。由图线A可得弹簧a的劲度系数k＝____________N/m(结果保留两位有效数字)。由图像可以得出的结论是 _________________________________________________________________。 (2)该同学再用弹簧b重做实验，得到的x ­m图像如图乙中的图线B所示，由图像可知，弹簧b的劲度系数____________(选填“大于”“等于”或“小于”)弹簧a的劲度系数。若继续增大悬挂钩码的质量，测得的数值绘出的图像发现向上弯曲，其原因是__________________________________________。 解析：(1)钩码稳定时有mg＝kx，可得x＝m，结合图像得＝m/kg，解得k＝49 N/m。由图像得到的结论是：在弹性限度内，弹簧的弹力与其伸长量成正比。 (2)由x＝m可知，图像的斜率越小，对应的弹簧的劲度系数越大，因此弹簧b的劲度系数大于弹簧a的劲度系数。图像向上弯曲的原因是弹簧超出了弹性限度。 (3)若将a、b弹簧首尾相连串接在一起后悬挂在铁架台的横杆上，在最下端悬挂50 g的钩码，则稳定后，两根弹簧的总伸长量为____________cm。 (3)钩码稳定时，由平衡条件可知，每个弹簧的弹力都是mg，结合图像可知，两根弹簧的总伸长量为1.6 cm。 答案：(1)49　在弹性限度内，弹簧的弹力与其伸长量成正比　(2)大于　弹簧超出了弹性限度　(3)1.6 2．某兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数，缓冲装置如图所示，固定在斜面上的透明有机玻璃管与水平面夹角为30°，弹簧固定在有机玻璃管底端。实验过程如下：先沿管轴线方向固定一毫米刻度尺，再将单个质量为200 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口滑进，每滑进一个钢球，待弹簧静止，记录管内钢球的个数n和弹簧上端对应的刻度尺示数Ln，数据如表所示。实验过程中弹簧始终处于弹性限度内。采用逐差法计算弹簧压缩量，进而计算其劲度系数。 n 1 2 3 4 5 6 Ln/cm 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 (1)利用ΔLi＝Li＋3－Li(i＝1，2，3)计算弹簧的压缩量：ΔL1＝6.03 cm，ΔL2＝6.08 cm，ΔL3＝______cm，压缩量的平均值＝＝______cm。 (2)上述是管中增加______个钢球时产生的弹簧平均压缩量。 (3)忽略摩擦，重力加速度g取9.80 m/s2，该弹簧的劲度系数为______N/m。(结果保留3位有效数字) 解析：(1)根据题意有ΔL3＝L6－L3＝(18.09－12.05) cm＝6.04 cm 压缩量的平均值为＝＝cm＝6.05 cm。 (2)因ΔLi是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。 (3)根据钢球的平衡条件有3mgsin30°＝k·，解得k＝＝N/m≈48.6 N/m。 答案：(1)6.04　6.05　(2)3　(3)48.6 3．(2022·湖南高考)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(计算结果保留3位有效数字)。 解析：(3)根据表格中数据描点连线，如图所示。 [应考反思]本题创新性地选择身边的橡皮筋、刻度尺、硬币等器材巧测物体的质量，是灵活应用物理规律、实验技能和方法的典范。 (4)由题图可知刻度尺的分度值为1 mm，故读数l＝15.35 cm。 (5)设橡皮筋的劲度系数为k，原长为x0，则 n1mg＝k(l1－x0)，n2mg＝k(l2－x0) 设冰墩墩的质量为m1，则有m1g＝k(l－x0) 联立各式代入数据可得m1≈127 g。 答案：(3)见解析图　(4)15.35　(5)127 $