实验2：探究弹簧弹力与形变量的关系——2027届高中物理一轮复习课件

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、操作规范、数据处理、误差分析及创新应用五大考查维度，通过近三年高考真题分析明确原型实验占60%、创新题型占40%的考点分布，归纳出选择（操作判断）、填空（图像分析）、计算（劲度系数求解）三类常考题型。 课件亮点在于“原型实验夯实基础+创新情境突破能力”的备考策略，如典题2通过分析F-x图像横轴截距（弹簧自重影响），培养科学思维（模型建构）和科学探究（证据分析）素养。提供“图像斜率求k”“误差来源排查”等应试技巧，结合2025八省联考创新实验题（典题3）训练，帮助学生掌握实验题答题逻辑，教师可依托此课件实现考点精准突破，提升复习效率。

实验2:探究弹簧弹力与形变量的关系 强基础•固本增分 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 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。 　静止时读数 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。 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。 竖直悬挂,自然下垂时测量 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 考向一实验原理和实验操作 典题1 (2025山东济南历城区校级开学)某研究性学习小组在做探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系的实验中,设计了如图甲所示的实验装置。 (1)关于该实验,下列说法正确的是　　。  A.用刻度尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量 B.所挂钩码不宜过多,以免超出弹簧的弹性限度 C.数据处理时,利用多组数据描点作图,根据图像 计算劲度系数,能够有效减小实验的系统误差 D.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧 位于竖直位置且处于静止状态 考点一 教材原型实验 BD (2)该组同学在做实验时,依次在弹簧下端挂上钩码,指针对应毫米刻度尺如图乙所示,此时指针示数为　　　 cm。  (3)在以弹簧弹力F为横轴、指针对应刻度l为纵轴的坐标系中,得到l-F图像如图丙所示,请根据图像分析并得出弹簧的劲度系数k=　　　 N/m。  13.70 50 解析 (1)用刻度尺测得弹簧的长度减去弹簧的原长等于弹簧的伸长量,故A错误;所挂钩码不宜过多,以免超出弹簧的弹性限度,故B正确;数据处理时,利用多组数据描点作图,根据图像计算劲度系数,能够有效减小实验的偶然误差,故C错误;用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力,应保证弹簧位于竖直位置且处于静止状态,故D正确。 (2)毫米刻度尺的分度值为1 mm,由图乙可知此时指针示数为13.70 cm。 (3)设弹簧的原长为l0,根据胡克定律可得F=k(l-l0),可得l=F+l0,可知l-F图像的斜率为k'= m/N=2×10-2 m/N,解得弹簧的劲度系数为k=50 N/m。 考向二数据处理和误差分析 典题2 某实验小组利用如图所示的实验装置测量弹簧的劲度系数,让刻度尺的0刻度线与弹簧上端对齐,实验时通过改变弹簧下端悬挂的钩码数量,改变弹簧的弹力F,并利用刻度尺读出对应的弹簧长度L。 (1)下列说法不正确的是　　　　。  A.悬吊钩码时,应在钩码静止后再读数 B.每次必须增加相同个数的钩码,钩码的总重力与弹力F大小相等 C.如果未测量弹簧原长,实验就无法得到弹簧的劲度系数 D.用几个不同的弹簧分别测出几组弹力与伸长量,得出弹力与伸长量之比相等 BCD (2)实验小组先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长,用刻度尺测出弹簧的原长L0,再把弹簧竖直悬挂起来。挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L,把L-L0作为弹簧的伸长量x,则作出的弹簧弹力F与弹簧的伸长量x之间的关系图像,可能正确的是　　　　。  B (3)通过正确的实验操作,利用F-x图像的斜率求出弹簧的劲度系数k,则k 　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)劲度系数的真实值。  (4)若实验中刻度尺没有完全竖直,而读数时视线保持水平,则由实验数据测量得到的弹簧劲度系数将　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不受影响”)。  等于 偏小 解析 (1)悬吊钩码时,应在钩码静止后再读数,防止钩码摆动影响示数,A正确;每次增加的钩码个数不需要相同,钩码的总重力与弹力F大小相等,B错误;未测量弹簧原长,通过F-L图像的斜率也可以得到弹簧的劲度系数,C错误;实验中应以同一根弹簧为实验对象,不同的弹簧劲度系数可能不同,得出弹力与伸长量之比可能不相等,D错误。本题选错误的,故选BCD。 (2)胡克定律公式F=kx中x为形变量,由于题目中没有考虑到弹簧自身重力,使得当弹力为零时弹簧的伸长量不为零,故弹簧弹力F与弹簧的伸长量x之间的关系图像交于x轴。故B正确。 (3)F-x图像的斜率等于弹簧的劲度系数。 (4)若实验中刻度尺没有完全竖直,则测得的弹簧伸长量偏大,因此得到的劲度系数偏小。 考向一实验方法的创新 典题3 (2025八省联考云南卷)某实验小组在完成“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验后,为提高测量精度,重新设计实验方案来测量弹簧的劲度系数k。实验装置如图甲所示,实验步骤如下: ①用卡钳将游标卡尺的游标尺竖直固定在一定高度; ②弹簧的一端固定在游标卡尺尺身的外测量爪上,另一端钩住钢球上的挂绳; ③将钢球放在水平放置的电子天平上,实验中始终保持弹簧竖直且处于拉伸状态(在弹性限度内); 考点二 实验的改进与创新 ④初始时,调节游标卡尺使其读数为0.00,此时电子天平示数为m0; ⑤缓慢向下拉动尺身,改变电子天平的示数m,m每增加1.00 g,拧紧游标尺紧固螺钉,读出对应的游标卡尺读数L,在表格中记录实验数据。 完成下列填空: (1)缓慢向下拉动尺身,弹簧伸长量将 　　　　(选填“增大”或“减小”)。  减小 (2)部分实验数据如下表,其中6号数据所对应的游标卡尺读数如图乙所示,其读数为　　　　 mm。 数据编号 1 2 3 4 5 6 游标卡尺读数L/mm 0.00 4.00 8.10 12.08 16.00 ? 电子天平示数m/g 28.00 29.00 30.00 31.00 32.00 33.00 (3)根据上表,用“×”在图丙坐标纸中至少描出5个数据点,并绘制m-L图像。 (4)写出m随L的变化关系式m=　　　　　(用m0、L、k和重力加速度g表示)。  (5)根据m-L图像可得弹簧的劲度系数k=　　　　　　 N/m(g取9.80 m/s2,结果保留三位有效数字)。  19.92 答案 见解析图 m0+k 2.45 解析 (1)弹簧处于伸长状态,缓慢向下拉动尺身,弹簧总长度减小,故弹簧伸长量将减小。 (2)其中6号数据所对应的游标卡尺读数 19 mm+46×0.02 mm=19.92 mm。 (3)m-L图像如图所示。 (4)设钢球的质量为m',初始状态弹簧的伸长量为x0,有m'g=m0g+kx0 m'g=mg+k(x0-L) 两式联立得m=m0+k。 (5)由m=m0+k 可知m-L图像的斜率为=0.25 kg/m 得k=9.80×0.25 N/m=2.45 N/m。 考向二实验原理的创新 典题4 物理兴趣小组测量一缓冲装置中弹簧的劲度系数。如图甲所示,把两根弹簧“串联”起来组成该装置,弹簧2的一端固定在竖直放置的透明有机玻璃管底端,再将单个质量为100 g的钢球(直径略小于玻璃管内径)逐个从管口放入,每放入一个钢球后待弹簧静止,测出弹簧1上端和弹簧2上端到玻璃管底端的距离L1、L2。在坐标纸上画出L1、L2与钢球个数n的关系图像,如图乙所示。不计弹簧自重的影响,重力加速度g取10 m/s2。 甲 乙 (1)弹簧1的原长为　　　　 m(结果保留三位有效数字,下同)。   (2)该弹簧系统的劲度系数为　　　　 N/m。  (3)弹簧1的劲度系数为　　　　 N/m,弹簧2的劲度系数为　　　 N/m。  0.200 16.7 50.0 25.0 解析 (1)由图像可知,未放钢球时,两弹簧的总长度为L1=50 cm,弹簧2的长度L2=30 cm,则弹簧1的原长为L1-L2=20 cm=0.200 m。 (2)该弹簧系统的形变量为Δx总=50 cm-20 cm=30 cm,劲度系数为k总==16.7 N/m。 (3)弹簧2的形变量为Δx2=30 cm-10 cm=20 cm,劲度系数为k2==25.0 N/m;弹簧1的形变量为Δx1=Δx总-Δx2=10 cm,劲度系数为k1==50.0 N/m。 $