2.6　实验2：探究弹簧弹力与形变量的关系 课件 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验专题，依据高考评价体系梳理了实验原理、数据处理、误差分析等核心考查点，通过考点权重分析明确胡克定律应用、图像分析为高频考点，归纳了选择、填空及数据处理典型题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“原型实验+创新拓展+真题演练”策略，如典题1通过F-x图像求原长和劲度系数，培养科学思维与科学探究素养，设易错点警示（如弹性限度、原长测量），帮助学生掌握图像分析技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

第6讲　实验2:探究弹簧弹力与形变量的关系 强基础·教考衔接 一、实验目的 探究弹簧弹力与形变量的定量关系。 二、实验思路 静止时读数 1.如图所示,弹簧弹力(F)等于悬挂钩码的重力。 2.弹簧伸长量(x)等于弹簧的现长(l)减去原长(l0)。 3.多测几组,找出F与x的关系。 三、实验器材 弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸。 四、进行实验 1.安装实验仪器。 竖直悬挂,自然下垂时测量 2.用刻度尺测出弹簧的原长。 3.在弹簧下端挂质量为m1的钩码,量出此时弹簧的长度l1,填入表格中。 4.改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧长度,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x1,x2,x3,x4,x5。 五、数据处理与分析 1.以弹力F为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,建立坐标系,选取合适的单位,用描点法作图。用平滑的曲线连接各点,得到弹力F随弹簧伸长量x变化的关系图像。 2.以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数,如果不行,则考虑二次函数等。 3.得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义。 六、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引起实验误差。 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),图像发生弯曲。 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,使图像横轴截距不为零。 √ √ × × × √ 研考点·精准突破 考点一　教材原型实验 典题1 (2025安徽合肥模拟预测)如图所示,某同学在做“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”实验时,他先将一弹簧竖直悬挂让其自然下垂,测出其自然长度,然后在其下部挂上钩码,测出弹簧的总长度,改变钩码个数,测出几组数据,作出弹簧弹力与弹簧总长度的关系图线。 (1)关于本实验,下列说法正确的是　　　　(填正确答案标号)。 A.给弹簧施加拉力时应保证弹簧位于竖直位置,要待钩码平衡时再读数 B.钩码重力不能超过某一限度,钩码的数量不可以任意增加 C.为减小实验误差,应多测几组数据,每次增加的钩码数量必须相等 (2)该同学在实验中,通过实验画出弹簧弹力F(N)与弹簧总长度x(m)的关系图线如图所示,弹簧的原长为　　　　m;弹簧的劲度系数为　　　 N/m。 AB 0.10 200 (3)该同学利用本实验原理把上述弹簧做成了一个弹簧测力计,如图所示,弹簧测力计的示数为　　　　 N。 2.70 解析 (1)用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,要保证弹簧位于竖直位置,使钩码的重力等于弹簧的弹力,要待钩码平衡时再读数,A正确;应在弹簧的弹性限度范围内进行测量,所挂钩码重力不能超过弹性限度,钩码的数量不可以任意增加,B正确;每次增加的钩码数量不必相等,C错误。 (2)当弹簧的弹力为零时,弹簧处于原长状态,由图可知原长为l0=0.10 m;当弹簧长度为0.15 m时,弹力大小为10 N,对应弹簧的伸长量为Δx=0.15 m-0.10 m=0.05 m,由胡克定律F=kΔx,可得弹簧的劲度系数为k=200 N/m。 (3)题图丙中弹簧测力计的最小分度值为0.1 N,因此要估读到0.01 N,根据题图丙读出弹簧测力计的示数为2.70 N。 考点二　实验的改进与创新 考向一　实验器材的创新 典题2 (2025湖北十堰模拟预测)某同学想测量平常锻炼用的拉力器(如图甲所示)中弹簧的劲度系数。他将拉力器上的弹簧拆下,用其中一根弹簧、激光测距仪、水桶和硬纸片设计了如图乙所示的装置。 (1)挂好水桶稳定后,向水桶中加入一定量的水,记录相应的水桶和水的总重力F,并用激光测距仪测量纸片到地面的距离h,多次向水桶中加入水并记录数据,然后描点连线得到了如图丙所示的图线,不计弹簧和纸片受到的重力,则弹簧的劲度系数k=　　　　 N/m。(结果保留三位有效数字)  320 (2)该同学将两根相同的弹簧串联挂在铁架台上,重复(1)过程,得到了如图丁所示的图像,则两根相同的弹簧串联后的劲度系数k1与一根弹簧的劲度系数k的关系近似为k1=　　　　k。(结果保留1位有效数字)  (3)图丁中,当拉力大于62.4 N后图像弯曲的原因是　　　　　 　　　　　。 0.5 超过了弹簧的弹性限度 解析 (1)由胡克定律ΔF=kΔh可得,h-F图像斜率绝对值的倒数表示弹簧的劲度系数,则有k= N/m=320 N/m。 (2)同理可得两根相同的弹簧串联后的劲度系数k1= N/m =156 N/m,所以k1与k的关系近似为k1=0.5k。 (3)当拉力大于62.4 N后图像弯曲,不再成线性变化是因为超过了弹簧的弹性限度。 考向二　实验方法的创新 典题3 (2025全国卷)某探究小组利用橡皮筋完成下面实验。 (1)将粘贴有坐标纸的木板竖直放置。橡皮筋的一端用图钉 固定在木板上,另一端悬挂钩码。钩码质量分别为200 g、 250 g、…、500 g,平衡时橡皮筋底端在坐标纸上对应的位置 如图中圆点所示(钩码的质量在图中用数字标出)。悬挂的钩 码质量分别为200 g和300 g时,橡皮筋底端位置间的距离为 　　　　 cm。 (2)根据图中各点的位置可知,在所测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂钩码的　　　　　　　　(选填“质量”或“质量的增加量”)成正比,由此可求出橡皮筋的劲度系数为　　　　 N/m(保留2位有效数字,重力加速度取9.8 m/s2)。 1.87 质量的增加量 52 (3)悬挂的钩码质量为m时,在橡皮筋底端施以水平向右的力F,平衡时橡皮筋方向如图中虚线所示,图中测力计的示数给出了力F的大小,则F= 　　　　 N,m=　　　　(选填“200”“300”或“400”) g。 0.98 300 解析 (1)根据题图可知悬挂的钩码质量分别为200 g和300 g时,橡皮筋底端位置间的距离为1.87 cm。 (2)根据图像可知钩码每增加相同的质量橡皮筋增加相同的长度,故在所测范围内橡皮筋长度的增加量与所挂钩码的质量的增加量成正比;设悬挂质量为m1、m2的钩码时,橡皮筋长度的增加量分别为x1、x2,则m1g=kx1、m2g=kx2,两式相减得(m2-m1)g=k(x2-x1),取m1=200 g=0.2 kg、m2=300 g=0.3 kg、Δx=x2-x1=1.87 cm=1.87×10-2 m,根据(m2-m1)g=k(x2-x1)可得k= N/m≈52 N/m。 (3)根据题图可知F=0.98 N,设橡皮筋与竖直方向夹角为θ,对橡皮筋下端 点进行受力分析有tan θ=;从图中可知tan θ≈,结合F=0.98 N可得 m≈0.31 kg,所以取m=300 g。 $