备战2026年高考物理一轮复习-第12课时　实验2：探究弹簧弹力与形变量的关系课件（含练习）

第二章　相互作用——力 第12课时　实验2：探究弹簧弹力与形变量的关系【复习定位】　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。CONTENTS目录页1技能储备　基础落实　2关键能力　阶梯突破3课 时 作 业技能储备　基础落实返回目录一、原理与操作二、数据处理方法三、实验误差和注意事项关键能力　阶梯突破返回目录考点一　教材原型实验【例1】　某实验小组用图甲所示装置测量弹簧的劲度系数。(1)请按合理的操作顺序将步骤的序号写在横线上： CBDAE 。A．以弹簧长度l为横坐标，以钩码重力F为纵坐标，标出各组数据(l，F)对应的点，并用平滑的曲线或直线连接起来；B．记录弹簧下端不挂钩码时，其下端指针所对应刻度尺上的刻度l0；C．将铁架台固定于桌面上，将弹簧一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺；D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、…钩码，待钩码静止后，读出弹簧下端指针指示的刻度并记录在表格内，然后取下钩码；E．由F-l图像，进一步确定弹簧的劲度系数。解析　本实验的操作步骤顺序为CBDAE。 CBDAE (2)下表是该实验记录的数据，弹簧始终在弹性限度内，每个钩码的质量均为m＝20 g，重力加速度取g＝9.8 m/s2。根据表中数据在图乙中作出弹簧弹力F与弹簧长度l的F-l图像，并通过图线确定该弹簧劲度系数为k＝ 3.3 N/m(保留2位有效数字)。答案　见解析图 3.3 解析　根据题表中数据作出弹簧弹力F与弹簧长度l的F-l图像如图所示考点二　实验拓展与创新实验装置的改进【例2】　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。 (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 48.6 N/m(结果保留3位有效数字)。 48.6 【例3】　(2025·八省联考内蒙古卷)某兴趣小组看到一种由两根弹簧嵌套并联组成的减振器，如图(a)所示。他们讨论得出劲度系数分别为kA、kB的两根弹簧并联时，等效劲度系数kAB＝kA＋kB。为了验证该结论，小组选用两根原长相等、粗细不同的弹簧A、B，设计实验进行验证。如图(b)，弹簧上端固定，毫米刻度尺固定在弹簧一侧。逐一增挂钩码，记下每次指针稳定后所指的刻度尺示数x和对应钩码的总质量m，并计算弹簧弹力F(取重力加速度大小g＝9.8 m/s2)。依次用弹簧A、弹簧B和A、B嵌套并联弹簧进行实验，相关数据如下表所示：以刻度尺读数x为横坐标，弹簧弹力F为纵坐标，利用表中数据，作出F-x图像，如图(c)所示。回答以下问题：(1)根据图(b)，读出数据，将表中数据补充完整：☆＝ 11.21 cm。解析　由题图(b)可知表格中数据为☆＝11.21 cm。(2)在图(c)坐标纸上作出弹簧A、B的F-x图线，计算可得劲度系数分别为kA＝45.6 N/m，kB＝77.9 N/m。在图(c)坐标纸上，补齐读出的数据点，并作出并联弹簧AB的F-x图线，由作出的图线可得kAB＝ 125 N/m(结果保留至整数)。答案　图见解析 11.21 125 解析　补齐读出的数据点，并作出并联弹簧AB的F-x图线如图所示。 课时作业返回目录1．(2025·浙江宁波质检)某同学在研究性学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧一端固定于某一深度h＝0.25 m、开口向右的小筒底部(没有外力作用时弹簧的另一端也位于筒内)，如图1所示，如果本实验的长度测量工具只能测量出筒外弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变所挂钩码的个数来改变l，作出F-l图线如图2所示。　(1)由图2所示图线可得出的结论是 在弹性限度内，弹簧弹力与弹簧的伸长量成正比 。解析　根据题图2所示图线可知，在弹性限度内，弹簧弹力与弹簧的伸长量成正比。(2)弹簧的劲度系数为 100 N/m，弹簧的原长l0＝ 0.15 m。 在弹性限度内，弹簧弹力与弹簧的伸长量成正比 100 0.15 2．一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：(1)根据表中所给数据，在图乙中充分利用坐标纸，作出m-x图像；解析　作出m-x图像如图所示。(2)请根据图像数据确定：弹性绳原长约为 5.15(5.10～5.20均可) cm，弹性绳的劲度系数约为 53.3(52.2～54.5均可) N/m(重力加速度g取10 m/s2，结果均保留3位有效数字)； 5.15(5.10～5.20均可) 53.3(52.2～54.5均可) (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 不受影响 (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 偏小 (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，不影响直线的斜率，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，则测得的弹簧伸长量偏大，则由实验数据得到的劲度系数将偏小。 不受影响 偏小 3．(2024·广东潮州二模)某实验小组用橡皮筋探究影响其伸长量的有关因素，探究方案如下：①取4根材料、粗细相同的橡皮筋(单根橡皮筋的横截面积为S)，其中3根等长，另一根的长度只有前三根长度的一半，将它们按图示方式悬挂(其中第1组是两根并用)；②在每组下端扎线的地方各拴一个红色塑料签，并在支架衬贴的白纸上标出签的原始位置O(即橡皮筋的原长)；③先分别悬挂100 g钩码，然后在橡皮筋“2”下加挂100 g钩码，记下各次标签的位置，g取10 m/s2，测量结果见表。回答下列问题：(1)以上探究过程使用的实验方法是 控制变量法 。解析　影响橡皮筋伸长量的因素涉及多个物理量，应使用控制变量法进行实验。(2)伸长量ΔL在记录数据中出现错误的是 2.500 (填具体数据)。解析　伸长量ΔL在记录数据中出现错误的是2.500 cm，测量结果应该精确到1 mm，再估读到毫米的下一位，应为2.50 cm。 控制变量法 2.500 4．如图1所示，某兴趣小组为测量一缓冲装置中轻质弹簧的劲度系数，把两根轻质弹簧连接起来，测量两弹簧的劲度系数。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，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L-n关系图像，如图2所示。忽略摩擦，取重力加速度g＝10 m/s2。(1)弹簧1、2的原长分别为l1＝ 20 cm，l2＝ 30 cm。解析　弹簧2的原长l2＝30 cm，弹簧1的原长l1＝50 cm－30 cm＝20 cm。(2)弹簧1、2的劲度系数分别为k1＝ 50 N/m，k2＝ 25 N/m。 20 30 50 25 5．某同学想测量两根材料不同、粗细不同、长度不同的轻弹簧的劲度系数，他设计了如图(a)所示的实验装置。实验操作步骤如下：①将一根粗细均匀的杆竖直固定在水平面上，在其表面涂上光滑材料；②将轻弹簧A套在竖直杆上，将轻弹簧B套在弹簧A外面，弹簧A与杆之间以及弹簧B与弹簧A之间均有一定间隙；③将刻度尺竖直固定在弹簧左侧，读出此时弹簧A、B的长度；④将金属圆环套在竖直杆上并轻轻放在弹簧上，待圆环平衡后从刻度尺上读出弹簧A、B的长度；⑤逐渐增加金属圆环(与此前所加的金属圆环完全相同)个数，重复步骤④；⑥根据实验数据得出弹簧上方所加金属圆环的个数n及弹簧A对应的形变量x，通过计算机拟合出如图(b)所示的x-n图像；⑦用天平测量出一个金属圆环的质量为100 g，实验过程中未超过弹簧的弹性限度，重力加速度g取9.80 m/s2。回答下列问题：(1)弹簧A、B的劲度系数分别为kA＝ 156.8 N/m，kB＝ 235.2 N/m。 156.8 235.2 6．(2022·湖南卷)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：(3)根据表中数据在图(b)上描点，绘制图线；解析　根据表格中数据标点连线如图所示。(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 15.35(15.33～15.37均可) cm；解析　由题图(c)可知刻度尺的分度值为1 mm，故读数l＝15.35 cm。 15.35(15.33～15.37均可) (5)由上述数据计算得冰墩墩玩具的质量为 127 g(计算结果保留3位有效数字)。解析　设橡皮筋的劲度系数为k，原长为x0，则n1mg＝k(l1－x0)n5mg＝k(l5－x0)设冰墩墩玩具的质量为m1，则有m1g＝k(l－x0)联立各式代入数据可得m1≈127 g。 127 感观谢看THANKS FOR WATCHING