第2章 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系(word教师用书)-【金版新学案】2027年高考物理高三总复习大一轮复习讲义

该高中物理讲义围绕“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验，整合胡克定律理解、实验原理、操作规范、数据处理及误差分析等高考核心考点，按教材原型实验到拓展创新实验的逻辑架构知识，通过考点梳理、方法指导（图像法应用）、真题训练（模拟题与高考题）等环节，帮助学生系统突破实验难点。 资料以科学探究和科学思维为导向，设计生活化创新实验（如用水桶测劲度系数、橡皮筋测质量），结合分层练习（基础操作到综合应用）和真题精讲（如2025四川卷题），培养学生实验设计与数据处理能力，可有效提升学生应考技能，为教师把控复习节奏提供实用指导。

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 原理装置 操作要求 数据处理 平衡时弹簧的弹力等于钩码的重力 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.如原理装置图所示，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… 1.列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹簧的弹力与弹簧伸长量的比值不变。 2.图像法：根据测量数据，在建好的直角坐标系的坐标纸上描点。以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描的点作出一条经过原点的倾斜直线 注意事项 1.弹簧竖直悬挂，待钩码静止时测出弹簧长度。 2.坐标轴标度要适中，要标注单位，连线时要使各数据点均匀分布在图线的两侧，明显偏离图线的点要舍去。 3.弹簧下端所挂钩码不要太多以免伸长量超出弹性限度。 4.要使用轻质弹簧尽可能多测几组数据。 5.弹力与伸长量应对应，单位应统一 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，如图甲所示。 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，图像横轴截距不为零，如图乙所示 类型一　教材原型实验 (2026·河北保定模拟)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。 (1)关于本实验，下列说法正确的是　　　　。(填正确答案标号) A.应保证标尺位于竖直方向，要待钩码静止时再读数 B.为了使实验效果明显，每个钩码重力越大越好 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)实验中，该同学以弹簧弹力F为纵轴、弹簧长度l为横轴建立坐标系，依据实验数据作出F -l图线如图乙所示，由图线可得出该弹簧的原长为　　　　　　cm，弹簧的劲度系数为　　　　N/m。 学生用书⬇第35页 (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，若某次测量时弹簧测力计示数如图丙所示，则弹簧测力计的示数为　　　　N。 答案：(1)A　(2)12.1　 100　(3)2.70 解析：(1)为确保读数准确，要保证标尺位于竖直方向，要待钩码静止时再读数，A正确；钩码总重力应在弹性限度内，若每个钩码重力越大，测量数据越少，误差越大，B错误；每次增加的钩码数量不必相等，C错误。 (2)当弹簧弹力等于零时，弹簧的长度是原长，由题图乙可得出弹簧原长为12.1 cm； 根据胡克定律，结合题图乙可知，F -l图线斜率即为劲度系数，则k＝＝ N/m＝100 N/m。 (3)题图丙中弹簧测力计的最小分度为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。 (2026·广东佛山调研测试)某同学在“测量弹簧的劲度系数”的实验中进行了如下操作： (1)如图甲所示，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，弹簧自由下垂，此时弹簧下端对应的标尺刻度为　　　　cm。 (2)在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，设计表格记录实验数据如下： 组别 1 2 3 4 5 钩码质量/g 50 100 150 200 250 标尺刻度x/cm 12.98 15.00 17.10 18.20 21.10 (3)根据该同学的数据，请在图乙中描点、作出弹簧弹力F与伸长量x之间的关系图线，并得到该弹簧的劲度系数k＝　　　　N/m。(保留3位有效数字，g取10 m/s2) 答案：(1)9.95(9.94～9.96均可)　(3)见解析图　25.0 解析：(1)由题图甲所示刻度尺可知，其分度值是1 mm，则读数为9.95 cm。 (3)根据坐标系内描出的点作出图像如图所示。 由图像可知，弹簧的劲度系数k＝＝ N/m＝25.0 N/m。 类型二　拓展创新实验 (2025·四川卷·T11)某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103 kg/m3，当地重力加速度为9.8 m/s2。实验过程如下： (1)将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可得弹簧原长为　　　　cm。 (2)将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2所示。 (3)用带有刻度的杯子量取50 mL水，缓慢加到小桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。 (4)以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率为200 m－2。由此可得该弹簧的劲度系数为　　　　N/m(结果保留2位有效数字)。 (5)图3中直线的截距为0.005 6 m，可得所用小桶质量为　　　　kg(结果保留2位有效数字)。 [破题“三步曲”] 答案：(1)13.15(13.13～13.17均可)　(4)49 (5)0.028 解析：(1)该刻度尺的分度值为0.1 cm，应估读到分度值的后一位，故弹簧原长为13.15 cm。 (4)由胡克定律可知mg＋ρVg＝kx 可得x＝V＋ 由题图3可知＝200 m－2 代入数据解得该弹簧的劲度系数为k＝49 N/m。 (5)结合(4)中分析可知＝0.005 6 m 代入数据可得所用小桶质量为m＝0.028 kg。 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： 学生用书⬇第36页 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)。 [破题“三步曲”] 答案：(3)见解析图　(4)15.35(15.33～15.37均可)　(5)127 解析：(3)根据题表数据描点连线如图所示。 (4)由题图(c)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l0，由胡克定律可得nmg＝k(l－l0)，变化为l＝n＋l0。l -n图像的斜率＝×10－2，解得k＝2g。代入数据解得橡皮筋原长l0＝9.00 cm。挂上冰墩墩玩具，有Mg＝k(l'－l0)，解得M＝127 g。 学科网（北京）股份有限公司 $