第2章 实验二 探究弹簧弹力与形变量的关系-【优化探究】2027年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

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，依据高考评价体系明确实验原理、数据处理（图像法、列表法）、误差分析三大考查要求，通过近五年高考真题分析，归纳出“图像斜率求劲度系数”“实验操作误差判断”等高频题型，占力学实验题约30%权重，构建系统备考框架。 课件亮点在于“原型实验+创新设计+真题演练”的三阶突破策略，如结合2021年广东卷“缓冲装置弹簧劲度系数测量”真题，示范逐差法处理数据、科学推理分析误差（刻度尺不竖直对结果的影响），培养学生科学思维与科学探究素养。特设“易错点警示”（如弹性限度、数据描点规范），教师可通过典例变式训练，帮助学生掌握实验题答题技巧，提升高考得分率。

第二章　相互作用——力 实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 实验技能　梳理必备知识 实验要点　强化关键能力 内容索引 实验技能　梳理必备知识 一 4 基本实验要求 1.实验原理 (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,建立直角坐标系。以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组(x,F)对应的点,用平滑的曲线连接起来。根据实验所得的图线,就可探知弹力大小与形变量间的关系。 2.实验器材 铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸。 3.实验步骤 (1)安装实验器材(如图所示)。 (2)测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量),列表作出记录,要尽可能多测几组数据。 (3)根据所测数据在坐标纸上描点,以拉力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标。 (4)按照在图中所绘点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线),所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。 (5)以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数。 基本实验方法 1.数据处理 (1)列表法 将测得的F、x填入设计好的表格中,可以发现弹力F与弹簧伸长量x的比值在误差允许范围内是相等的。 (2)图像法 以弹簧伸长量x为横坐标,弹力F为纵坐标,描出F、x各组数据相应的点,作出的拟合曲线是一条过坐标原点的直线。 (3)函数法 弹力F与弹簧伸长量x满足F=kx的关系。 2.注意事项 (1)不要超过弹簧的弹性限度:实验中弹簧下端挂的钩码不要太多,以免弹簧被过度拉伸,超过弹簧的弹性限度。 (2)尽量多测几组数据:要使用轻质弹簧,且要尽量多测几组数据。 (3)观察所描点的走向:本实验是探究性实验,实验前并不知道其规律,所以描点以后所作的曲线是试探性的,是在分析了点的分布和走向以后才决定用直线来连接这些点的。 (4)统一单位:记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。 3.误差分析 (1)钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确带来误差。 (2)画图时描点及连线不准确也会带来误差。 二 实验要点　强化关键能力 11 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 [典例1]　(2026·广东广州模拟)在一只弹簧的规格参数中, 查得该弹簧的劲度系数为k0=26 N/m,现用图甲装置研究 该弹簧的弹力与伸长量之间的关系。 将弹簧的上端与刻度尺的零刻度对齐,读出不挂钩码时弹簧下端指针所指刻度尺的刻度值,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,依次读出指针所指刻度尺的刻度值。 (1)挂2个钩码时刻度尺的示数如图乙所示,该毫米刻度尺的读数为 　　　 　cm。   [解析]　该毫米刻度尺的最小分度为0.1 cm,需要估读到0.01 cm,所以读数为10.90 cm。 10.90　 (2)根据实验数据,在坐标纸上作出了弹力F跟弹簧伸长量x关系的图像如图丙所示。根据图像可求得弹簧的劲度系数为k=　　　　N/m(保留两位有效数字)。   [解析]　根据题图丙可求得弹簧的劲度系数为k==25 N/m。 25 (3)相对误差的计算式为δ=||×100%,则该实验结果的相对误差为δ=　　　　%(保留一位小数)。   [解析]　该实验结果的相对误差为δ=||×100%≈3.8%。 3.8 (4)如图丁,若整个实验过程中弹簧下端指针没有沿水平方向,而是斜向上偏,则劲度系数的测量值理论上　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)真实值。   等于 [解析]　由第(2)问分析可知,劲度系数表达式中代入的是弹簧形变量的变化量,所以若整个实验过程中弹簧下端指针没有沿水平方向,而是斜向上偏,则劲度系数的测量值理论上等于真实值。 角度2　数据处理与分析 [典例2]　(2026·广东珠海模拟)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)请在图乙中,根据表中所给数据,充分利用坐标纸,作出m-x图像。 [解析]　作出m-x图像如图所示。 [答案]　图见解析　 (2)请根据图像确定: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)  [解析]　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k== N/m≈53.3 N/m。 5.15(5.10~5.25) 53.3(52.2~55.8)　 (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]　若实验中刻度尺的零刻度略高于弹性绳上端结点O,不影响弹性绳长度的变化量,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,则测得的弹性绳长度变化量偏大,则由实验数据得到的劲度系数将偏小。 不受影响 偏小 命题点二　实验创新设计 角度1　实验器材创新 [典例3]　(2026·广东广州模拟)某同学用三根完全相同的弹簧设计了如下实验,以探究弹簧的劲度系数。 (1)将弹簧上端均固定在铁架台上相同高度的横杆上, 甲装置用一根弹簧挂质量为m1的物块,乙装置用另外 两根弹簧挂大小相同但质量为m2的物块,在物块正下 方的距离传感器可以测出物块到传感器的距离,此时 刚好均为x1,如图所示,则m1是m2的　　　　倍。   0.5 [解析]　根据题意甲、乙两装置弹簧伸长量相等,两物块均受力平衡,则由受力分析及胡克定律可知,k·Δx=m1g,2k·Δx=m2g,则=,即m1是m2的0.5倍。 (2)只交换两物块的位置,此时甲装置的距离传感器显示为x2,弹簧相对原长的形变量为Δx1;乙装置中的每根弹簧相对原长的形变量为Δx2,则Δx1是Δx2的　　　　倍。   4 [解析]　交换位置后再分别对两物块受力分析,有k·Δx1=m2g,2k·Δx2=m1g,两式联立解得=,即Δx1是Δx2的4倍。 (3)已知物块质量m1=0.50 kg,当地重力加速度为g=9.8 m/s2,该同学测得x1=10 cm、x2=8 cm,则每根弹簧的劲度系数k　　　　N/m。   [解析]　设弹簧处于原长状态时,下端与距离传感器之间距离为h,则h=x1+Δx,h=x2+Δx1,代入m1与g值,与以上各小问方程联立,解得k=245 N/m。 245 角度2　实验设计创新 [典例4]　(2021·广东卷)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。  [解析]　观察表格数据可知ΔL3=L6-L3=18.09 cm-12.05 cm=6.04 cm,易求=6.05 cm。 6.04 6.05 (2)上述是管中增加　　　　个钢球时产生的弹簧平均压缩量。  [解析]　根据题目条件ΔLi=Li+3-Li可知,是管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。 3 (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(结果保留三位有效数字)。  [解析]　利用平衡条件,结合胡克定律,可知3mgsin 30°=k,解得k== N/m≈48.6 N/m。 48.6 角度3　实验原理创新 [典例5]　(2026·广东汕头模拟)有一款称为“一抽到底”的纸巾盒改进装置,如图所示,该装置由两块挡板和弹簧组成,弹簧连接两块挡板。该装置放在纸巾盒底部,可将整包纸巾顶起,以保持最上面的纸巾能够在纸巾盒取用口。科技实践小组的同学为了研究该装置中弹簧的特征,做了以下实验: 科技实践小组设计如图所示,测量出数据记录于下表格: 实验次数 1 2 3 4 5 砝码质量m/g 10 20 30 40 50 弹簧长度l/cm 4.51 4.03 3.48 3.27 2.46 弹簧形变量Δl/cm 0.99 1.47 2.02 2.23 3.04 (1)依据测量数据画出m-Δl图像如图所示,观察图像可发现,其中第 　　　　　次数据误差较大,应该剔除。  4 [解析]　由图可知,第4次的描点不在线上,出现明显偏差,故第4次数据误差较大,应该剔除。 (2)根据图像可得劲度系数k=　　　　N/m(结果保留两位有效数字,g取10 N/kg)。  20 [解析]　根据胡克定律mg=kΔl,可得m=Δl,由图像斜率可得 ==2, 解得k=20 N/m。 (3)在使用过程中,盒子里的纸巾越来越少,弹簧的形变量　 　　(选填“不变”“逐渐变大”或“逐渐变小”)。  逐渐变小 [解析]　在使用过程中,盒子里的纸巾越来越少,纸巾盒的重力减少,弹簧弹力减小,其形变量减少。 $