2026届高考物理冲刺复习+实验+探究弹簧弹力与形变量的关系

2026届高考物理冲刺复习实验:探究弹簧弹力与形变量的关系一、装置与器材铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码(若干)、铅笔、重垂线、坐标纸等,装置如图所示。二、实验步骤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伸长状态时的长度l0,即原长。2.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。三、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:以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的伸长量x为横轴,用描点法作图,根据描点的情况,作出弹力F与弹簧伸长量x间的变化图线。四、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,连线时要使各数据点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。五、误差分析1.钩码标称值不准确、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,导致弹簧超出了其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图线发生弯曲,如图甲所示。3.弹簧水平放置测量其原长,由于弹簧自身受到重力,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为零,如图乙所示。基础性实验考点一

[例1]【实验原理与实验操作】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

。

A.以弹簧长度l为横坐标,以钩码重力F为纵坐标建立平面直角坐标系,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,其下端指针所对刻度尺上的刻度l0;C.将铁架台固定于桌上,将弹簧一端系于横梁上,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……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。CBDAE【解析】(1)本实验的操作步骤顺序为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=20g,重力加速度g取9.8m/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=

N/m(结果保留2位有效数字)。

钩码个数F/N弹簧长度l/cm10.19615.8220.39221.7230.58827.6040.78433.6150.98039.5661.17645.373.3

[例2]【实验数据处理与误差分析】(2024·广西梧州模拟)某同学用图甲装置做“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。(1)图甲实验装置中,刻度尺保持竖直,为了便于直接读出弹簧的长度,刻度尺的零刻度线应与弹簧的上端对齐;不挂钩码时指针所指刻度尺的位置如图乙所示,则此时弹簧的长度L0=

cm。

15.06【解析】(1)由题图乙可知该刻度尺的分度值为1

mm,估读到下一位,则弹簧的长度为L0=15.06cm。(2)改变所挂钩码的个数,进行多次实验,记录每次所挂钩码的质量m及弹簧的长度L,根据F=mg(g为重力加速度)求得弹力,根据x=L-L0求出弹簧伸长量,根据求得的多组F、x数据作出F-x图像,如图丙所示。由图像可求出弹簧的劲度系数为k=

N/m(结果保留1位小数),由图像可知:在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比。

312.5

(3)若该同学重新实验,实验时多用了几个钩码,作出的F-x图像出现了弯曲现象。造成这种现象的原因是

。

弹簧超出了弹性限度【解析】(3)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。创新性实验考点二

[例3]【实验原理的创新】(2024·山西大同期末)弹簧是生活中比较常见的物体。实验室中有五根一模一样的弹簧,某同学想测量这批弹簧的劲度系数。将弹簧等间距悬挂在水平铁架台上,如图甲所示,1号弹簧不挂钩码,2号弹簧挂1个钩码,3号弹簧挂2个钩码,依此类推,钩码的质量均相同。固定在弹簧下端的轻指针在图中未画出。(1)为了更直观地呈现出弹簧弹力大小F与伸长量Δx的关系,某同学以1号弹簧末端指针所指的位置为原点,作出竖直向下的y轴及水平向右的x轴,其中x轴为

(选填“F”或“Δx”)。

F【解析】(1)由题图甲知,y轴与弹簧拉伸方向一致,且原点选在了弹簧原长处,所以y轴代表弹簧的伸长量Δx,x轴代表弹力大小F。(2)为测量弹簧的伸长量,某同学取来一把米尺并将其竖直固定在弹簧旁边,米尺的100cm刻度刚好与1号弹簧末端指针在同一水平线上,测量2号弹簧末端指针位置时,示数如图乙所示,则此时弹簧的伸长量为

cm。

2.00【解析】(2)由题图乙知,2号弹簧末端指针位置对应的刻度为98.00cm,故弹簧伸长量Δy2=(100-98.00)cm=2.00cm。(3)某同学依次测量3号、4号、5号弹簧的实验数据,根据测量的数据作出的图像如图丙所示,已知图中数据的单位均取国际单位制单位,则这些弹簧的劲度系数均为

N/m(结果保留3位有效数字)。

100

[例4]【实验目的的创新】(2024·湖南衡阳二模)某兴趣小组利用轻弹簧与刻度尺设计了一款加速度测量仪,如图甲所示。轻弹簧的右端固定,左端与一小车固定,小车与测量仪底板之间的摩擦阻力可忽略不计。在小车上固定一指针,装置静止时,小车的指针恰好指在刻度尺正中间,图中刻度尺是按一定比例的缩小图,其中每一小格代表的长度为1cm。测定弹簧弹力与形变量的关系图线如图乙所示,用弹簧测力计测定小车的重力,读数如图丙所示。重力加速度g取10m/s2。(1)根据弹簧弹力与形变量的关系图线可知,弹簧的劲度系数k=

N/m(结果保留2位有效数字)。根据图丙读数可知小车的质量为

kg(结果保留小数点后一位)。

200.2

(2)某次测量小车所在位置如图丁所示,则小车的加速度方向为水平向

(选填“左”或“右”),大小为

m/s2。

左5

(3)若将原来小车换为一个质量更小的小车,其他条件均不变,那么该加速度测量仪的量程将

(选填“不变”“增大”或“减小”)。

增大

[例5]【实验器材的创新】(2024·黑龙江大庆二模)某实验小组用压力传感器设计测量弹簧劲度系数的实验方案。如图所示,压力传感器放在水平地面上,一轻质弹簧下端与重物连接,上端与跨过定滑轮的轻绳连接,轻绳的另一端连着托盘。托盘中不放砝码时,传感器读数为F0,在托盘中放置n(n=1,2,3,4,5)个砝码,对应弹簧长度的变化量为xn,传感器的读数为Fn,记录下相应的数据。(1)数据处理时采用作F-x图像的方法,该图像

(选填“过”或“不过”)坐标原点,该图像的

可表示弹簧的劲度系数。

不过斜率绝对值【解析】(1)弹簧中弹力的增加量F0-F=kx,整理得F=F0-kx,可知该图线是一条不过原点的直线;斜率的绝对值表示弹簧的劲度系数。(2)滑轮的摩擦力对实验结果

(选填“产生”或“不产生”)影响。

不产生【解析】(2)由表达式F=F0-kx可知,滑轮的摩擦力不影响实验结果。[例6]【数据处理的创新】(2025·内蒙古高考适应性考试)某兴趣小组看到一种由两根弹簧嵌套并联组成的减振器,如图甲所示。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。如图乙,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(重力加速度g取9.8m/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:钩码数123456钩码质量m/g50100150200250300弹簧弹力F/N0.490.981.471.962.452.94xA/cm11.0912.1913.2614.3215.40—xB/cm10.6211.2411.8712.5013.13—xAB/cm10.4110.81☆11.6212.0212.42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,如图丙所示。回答以下问题:(1)根据图乙,读出数据,将表中数据补充完整: