2.7 实验二：探究弹簧弹力与形变量的关系 专项训练 -2027届高考物理一轮复习精讲精练

**基本信息** 聚焦弹簧弹力实验的基础操作与创新应用，通过阶梯式题型构建"原理-操作-拓展"的完整方法体系，强化科学探究与数据处理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础实验|3题（含斜面上弹簧测量）|逐差法数据处理、F-x图像斜率求劲度系数、弹性限度判断|从胡克定律概念出发，通过原长测量→弹力计算→图像分析的逻辑链，建立实验误差分析框架| |拓展创新|2题（含水平放置/串联弹簧）|弹簧自重影响消除、不同装置劲度系数对比、图像弯曲原因分析|延伸至非竖直场景与弹簧系统，体现科学思维中的模型建构与质疑创新|

2027年新课标 高考总复习 《精讲精练》 第二章　相互作用 物理 学科网（北京）股份有限公司 第7课时　实验二：探究弹簧弹力与形变量的关系 考点一　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 1．某同学用如图甲所示装置做“探究弹簧的弹力与伸长量之间的关系”实验。 （1）在实验装置中，弹簧a悬挂，刻度尺保持竖直，为了便于直接读出弹簧a的长度，刻度尺的零刻度应与弹簧a的 （填“上端”或“下端”）对齐；不挂钩码时指针所指刻度尺的位置如图乙所示，则弹簧a的原长L0= cm。 （2）悬挂钩码并改变钩码的个数，算出每次悬挂钩码的重力作为弹簧a的弹力F，根据弹簧a的长度结合原长算出每次弹簧a的伸长量x，根据记录的多组数据F及x，在直角坐标系中描点作出的F-x图像如图丙所示，根据图像求得弹簧a的劲度系数为k= N/m（保留2位有效数字） （3）换一个弹簧b重新实验，同样作出F-x图像，发现图像末端出现了弯曲，其原因是： 。 2．如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长量的关系。 (1)为完成实验，还需要的实验器材有 。 (2)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为 N/m。 (3)图线不过原点的原因是由于 。 (4)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两根不同的弹簧a和b，得到弹力与弹簧伸长量的图像如图所示。下列表述正确的是( ) A．b的原长比a的长    B．a的劲度系数比b的大 C．a的重力比b的小    D．测得的弹力与弹簧的长度成正比 3．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200g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，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 8.04 10.03 12.05 14.07 16.11 18.09 （1）利用计算弹簧的压缩量：，， 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，该弹簧的劲度系数为 N/m。（结果保留3位有效数字） 考点二　拓展创新实验 1．在“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验中，实验装置如图甲所示，将弹簧的左端固定在刻度尺的“0”刻度线处，实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将钩码挂在轻质绳子的下端，测量相应的数据，通过描点法作出F-l（F为弹簧的拉力，l为弹簧的长度）图像，如图乙所示。 ①下列说法中正确的是 ；（填正确答案标号） A．每次增加的钩码数量必须相等 B．通过实验可知，在弹性限度内，弹力与弹簧的长度成正比 C．用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧水平且处于平衡状态 D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与弹簧伸长量，会得出拉力与弹簧伸长量之比相等 ②根据乙图可求得该弹簧的劲度系数为 N/m（保留两位有效数字）； ③该实验将弹簧水平放置而不是竖直放置，优点在于： 。 2．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，记录相应水桶和水的总重力，并用激光测距仪测量纸片到地面的距离，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，不计弹簧和纸片的重力，则弹簧的劲度系数 。（结果保留三位有效数字） (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与一根弹簧的劲度系数的关系近似为 。（结果保留1位有效数字） (3)图丁中，当拉力大于后图像弯曲的原因是 。 学科网（北京）股份有限公司 考点一　实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 1． 上端 10.90 54 超出了弹簧b的弹性限度 【详解】（1）[1]为了便于直接读出弹簧的长度，刻度尺的零刻度应与弹簧的上端对齐； [2]由乙图可得，刻度尺的分度值为1mm，则弹簧的原长为 L0=10.90cm （2）[3]根据F-x图像可得该弹簧的劲度系数为 （3）[4]图像出现弯曲说明弹簧的弹力与弹簧的伸长量不再成正比，原因是弹簧超出了弹性限度。 2． 刻度尺 200 弹簧自身重力的原因 C 【详解】（1）[1]此实验需要测量弹簧的伸长量，故还需要刻度尺。 （2）[2]弹簧弹力F与弹簧伸长量l的F－l图线的斜率为弹簧的劲度系数，如图所示可得 （3） [3]弹簧自身重力不可忽略，导致竖直放置的弹簧因自身重力而伸长，故图线不过原点。 （4）[4]A．纵坐标为弹簧的伸长量，不能得到弹簧的原长，A错误； B．弹簧弹力F与弹簧伸长量l的F－l图线的斜率为弹簧的劲度系数，则，B错误； C．如图所示，未挂钩码时有 又有 则可得 由题意可知 ， 即 C正确； D．测得的弹力与弹簧的伸长量（形变量）成正比，D错误。 故选C。 3． 6.04 6.05 3 48.6 【详解】（1）[1]根据压缩量的变化量为 [2]压缩量的平均值为 （2）[3]因三个是相差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）[4]根据钢球的平衡条件有 解得 考点二　拓展创新实验 1． C 25 避免弹簧自身重力对实验的影响 【详解】①[1]A．对每次增加的钩码数量没有要求，只需保证弹簧始终在弹性限度范围内，记录下每次弹簧的伸长量及所挂钩码的质量即可。故A错误； B．通过实验可知，在弹性限度内，弹力与弹簧的伸长量成正比，故B错误； C．用悬挂钩码的方式给弹簧施加拉力，应保证弹簧水平且处于平衡状态，使弹簧所受拉力的大小等于钩码的重力，故C正确； D．不同弹簧的劲度系数不一定相等，即弹簧的弹力与伸长量之比不一定相等，故D错误。 故选C。 ②[2]在弹性限度内，弹力的大小与弹簧的形变量成正比，在点出现拐点是因为超过了弹簧的弹性限度。故弹簧的劲度系数为 ③[3]由于弹簧自身具有一定的质量，将弹簧水平放置，可避免弹簧自身的重力对实验的影响。 【点睛】熟悉实验的原理及操作步骤，计算时注意单位的换算。 2．(1)320 (2)0.5 (3)超过了弹簧的弹性限度 【详解】（1）由胡克定律可得，图像斜率绝对值的倒数表示弹簧的劲度系数，则有。 （2）同理可得两根相同的弹簧串联后的劲度系数 所以。 （3）当拉力大于后图像弯曲，不再成线性变化是因为超过了弹簧的弹性限度。 $