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（教科版）

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，依据高考评价体系梳理胡克定律应用、实验操作规范、数据处理（图像法为主）及误差分析等核心考点，通过考情分析明确图像斜率求劲度系数、实验步骤排序等高频题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题训练+素养融合”，如以2025四川卷、重庆卷真题为例，详解F-x图像斜率与劲度系数关系，培养科学思维（科学推理）和科学探究（数据处理）素养。特设易错警示（作图规范）和创新实验设计（水平放置消除自重影响），助力学生掌握答题技巧，教师可据此高效指导复习。

实验二　探究弹簧弹力与形变量的关系 第二章　相互作用 1 [学习目标]　1.会通过实验探究弹簧弹力与形变量的关系。2.进一步理解胡克定律，掌握以胡克定律为原理的拓展实验的分析方法。 2 实验技能　自主学习 实验要点　强化关键能力 命题点一　教材原型实验 命题点二　实验创新设计 内容索引 3 实验技能　自主学习 一 4 原理装置图 操作要求   平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等 (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长度l0，即原长。 (2)如图所示，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。 注意事项 (1)操作：弹簧竖直悬挂，待钩码静止时测出弹簧长度。 (2)作图：坐标轴标度要适中，单位要标注，连线时要尽量多地通过数据点，不在所描直线上的点要均匀分布在图线的两侧，明显偏离图线的点要舍去。 (3)适量：弹簧下端所挂钩码不要太多，以免伸长量超出弹性限度。 (4)多测：要使用轻质弹簧尽可能多测几组数据。 (5)统一：弹力及伸长量对应关系及单位应统一。 数据处理 (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，根据描点的情况，作出一条经过原点的倾斜直线。 实验要点　强化关键能力 二 8 命题点一　教材原型实验 9 [典例1]　如图所示，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：__________。  刻度尺 [解析]　根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量。 (2)实验中需要测量的物理量有：_________________________________ _____________________。  弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时 所对应的弹簧长度 [解析]　根据实验原理，实验中需要测量的物理量有弹簧的原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的弹簧长度。 (3)为完成该实验，设计的实验步骤如下： A.以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组 (x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来 B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度l0 C.将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上， 在弹簧附近竖直固定一把刻度尺 D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、…钩码，并分别记下钩码静止时弹簧下端所对应的刻度，并记录在表格内，然后取下钩码 E.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式，首先尝试写成一次函数，如果不行，则考虑二次函数 F.解释函数表达式中常数的物理意义 G.整理仪器 请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来：_____________。  CBDAEFG [解析]　根据完成实验的合理性可知先后顺序为CBDAEFG。 [典例2]　(2026·重庆高三阶段检测)某同学用图(a)所示 装置探究两根相同弹簧甲、乙串联后总的劲度系数与弹 簧甲劲度系数的关系。他先测出不挂钩码时弹簧甲的长 度和两弹簧的总长度，再将钩码逐个挂在弹簧的下端， 记录数据并填在下面的表格中。 序号 1 2 3 4 5 6 钩码重力F/N 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 弹簧甲的长度L1/cm 1.95 2.20 2.45 2.70 2.95 3.20 两弹簧总长度L2/cm 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 (1)关于本实验操作，下列说法正确的是__________。  A.悬挂钩码后立即读数 B.钩码的数量可以任意增减 C.安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态 C [解析]　悬挂钩码后应等钩码稳定后再读数，A错误；因为所挂钩码重力不能超过弹簧的弹性限度，所以钩码的数量不可以任意增减，B错误；安装刻度尺时，必须使刻度尺保持竖直状态，C正确。 (2)已作出钩码重力F与两弹簧总长度 L2的关系图像，如图(b)中实线所示， 由图像可知两根弹簧串联后总的劲度 系数k为__________N/cm。  1.00 [解析]　因为F－L图像的斜率为劲度系数， 故k＝＝1.00 N/cm。 (3)在图(b)的坐标纸上描点作出钩码重力F与弹簧甲的长度L1的关系图像。 [答案]　图见解析 [解析]　图像如图所示。 (4)根据F－L1图像可求出弹簧甲的劲度系数k'，k和k'的定量关系为__________。  k'＝2k [解析]　根据F－L1图像可求出弹簧 甲的劲度系数为k'＝2.00 N/cm，故 k和k'的定量关系为k'＝2k。 (5)本实验中，弹簧的自重对所测得的劲度系数__________(选填“有”或“无”)影响。  无 [解析]　因为本实验中，用图像斜率求得弹簧劲度系数，故弹簧的自重对所测得的劲度系数无影响。 作图处理数据的三点注意 1.要在坐标轴上标明代表的物理量符号、单位，恰当地选取纵轴、横轴的标度，并根据数据特点正确确定坐标起点，使所作出的图像尽可能占满整个坐标图纸。若弹簧原长较长，则横坐标的起点可以不从零开始。 2.作图线时，使直线通过尽量多的点，不在直线上的点也要尽可能均匀分布在直线的两侧(若有个别点偏离太远，则是偶然误差太大所致，应舍去)。 3.要注意坐标轴代表的物理量的意义，注意分析图像的斜率、截距的意义。 易错警示 命题点二　实验创新设计 20 1.实验装置的改进：将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆，在水平方向做实验。消除了弹簧自重的影响。 2.实验原理、数据分析上的创新(如图甲、乙所示) (1)压力传感器的读数并不等于弹簧的弹力，二者相差m0g。 (2)获取的F－x图像，并不是弹簧弹力与弹簧形变量的关系图线，但其图线的斜率大小仍等于弹簧的劲度系数。 [典例3]　(2025·四川卷)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。  13.14(±0.01均可) [解析]　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13.14 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(结果保留两位有效数字)。  49 [解析]　由胡克定律可知mg＋ρVg＝kx， 化简可得x＝V。 由图像可知＝200 m－2， 代入数据解得该弹簧的劲度系数为k＝49 N/m。 (5)图3中直线的截距为0.005 6 m，可得所用小桶质 量为__________kg(结果保留两位有效数字)。  0.028 [解析]　由题可知＝0.005 6 m， 代入数据可得所用小桶质量为m＝0.028 kg。 [典例4]　(2025·重庆卷)弹簧是熄火保护装置中的一个元件，其劲度系数会影响装置的性能。小组设计了如图1所示的实验装置测量弹簧的劲度系数，其中压力传感器水平放置，弹簧竖直放在传感器上，螺旋测微器竖直安装，测微螺杆正对弹簧。 (1)某次测量时，螺旋测微器的示数如图2所示，此时读数为_______________________mm。  7.415(±0.001均可) [解析]　根据螺旋测微器的读数法则有7 mm＋41.5×0.01 mm＝ 7.415 mm。 (2)对测得的数据进行处理后得到弹簧弹力F与弹簧长度l的关系如图3所示，由图可得弹簧的劲度系数为__________N/m，弹簧原长为__________mm。(均保留三位有效数字)  184　 17.6 [解析]　当弹力为零时弹簧处于原长为17.6 mm，将题图3中图线反向延长与纵坐标的交点为2.50 N，则根据胡克定律可知弹簧的劲度系数为k＝ N/m≈184 N/m。 [典例5]　(2026·四川绵阳高三上阶段练习)某同学为研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系，做了如下实验： ①如图甲所示，将白纸固定在制图板上，橡皮筋一 端固定在O点，另一端A系一小段轻绳(带绳结)；将 制图板竖直固定在铁架台上。 ②将质量为m＝100 g的钩码挂在绳结上，静止时描 下橡皮筋下端点的位置A0；用水平力拉A点，使A点 在新的位置静止，描下此时橡皮筋下端点的位置A1；逐步增大水平力，重复5次。 ③取下制图板，量出A1、A2、…各点到O的距离l1、l2、…；量出各次橡皮筋与OA0之间的夹角α1、α2、…。 ④在坐标纸上作出的l图像如图乙。 完成下列填空： (1)已知重力加速度为g，当橡皮筋与OA0间的夹角 为α时，橡皮筋所受的拉力大小为__________(用g、 m、α表示)。  [解析]根据题意，由平衡条件有F橡cos α＝mg，解得F橡＝。 (2)重力加速度g取10 m/s2，由图可得橡皮筋 的劲度系数k＝__________N/m，橡皮筋的原 长l0＝__________m。  [解析]根据题意可知，橡皮筋的弹力为F橡＝＝k(l－l0)，整理可得ll0。结合图像可得 m－1，解得k＝100 N/m，图像在横轴上的截距即为橡皮筋的原长，则原长l0＝0.210 m。 100　 0.210 (3)随着水平拉力F的增大，A点的位置会__________。  A.变低　　　　 B.不变 C.变高 D.条件不足，不能确定 [解析]结合(2)分析可知，当橡皮筋与OA0间的夹角为α时，橡皮筋的长度为l＝l0·，则A点的位置距O点的竖直高度为h＝l0cos α，A0距O点的竖直高度为h0＝l0，可得h＜h0，即A点的位置会变高，故选C。 C $