实验2 探究弹力与弹簧伸长的关系-2025年高考物理必考实验重难点突破（解析版）（高考实验）.docx

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实验2探究弹力与弹簧伸长的关系

目录

01新高考命题热点

02核心考点综述

1）实验目的

2）实验原理

3）实验步骤

4）注意事项

5）核心考点总结

03典型真题精练

04创新实验新考法

1）胡克定律

2）数据的分析与处理

3）F-x图像绘制

4）斜率与劲度系数

5）截距分析

6）测串联弹簧的劲度系数

7）测并联弹簧的劲度系数

8）误差分析

05分层强化训练

“探究弹力与弹簧伸长的关系”呈现诸多命题热点。实验细节的考查首当其冲，如对弹簧原长测量方法、悬挂方式的精准理解，要求学生明晰误差来源，像弹簧自重对测量的影响，以此考查实验操作规范及误差分析能力。

从图像应用角度，给出不完整的弹力-伸长量图像，让学生补全、解读斜率意义，关联胡克定律，判断弹簧劲度系数，强化数形结合思维。

再者，结合生活情境出题渐成趋势，像健身器材弹簧、汽车减震弹簧，要求学生运用所学探究原理，分析实际弹力变化、弹簧选型，把物理知识与生活实践紧密相连，考查知识迁移与解决实际问题之力，凸显新高考学以致用的导向。

一、实验目的

1.理解弹力与弹簧伸长的关系：通过实验观察和数据分析，理解弹簧的弹力与其伸长量之间的定量关系。

2.掌握胡克定律：学习并掌握胡克定律（F=kx），其中F表示弹簧受到的弹力，k是弹簧的劲度系数（或称为倔强系数），x是弹簧的伸长量或压缩量。

二、实验原理

1.弹力与弹簧形变量的关系：弹簧在受到外力作用时，会发生形变（伸长或压缩），这种形变会产生弹力。弹力的大小与弹簧的形变量成正比，方向与形变方向相反。

2.胡克定律的应用：胡克定律是描述弹簧弹力与形变量之间关系的定律。在实验中，通过测量不同弹力下弹簧的伸长量，可以验证胡克定律的正确性，并求出弹簧的劲度系数k。

三、实验步骤

1.准备实验器材：弹簧、刻度尺、砝码、支架等。

2.安装实验装置：将弹簧固定在支架上，确保其能够自由伸长和压缩。

3.测量弹簧原长：使用刻度尺测量弹簧在不受外力作用时的长度，记为L0。

4.施加外力并记录数据：逐个增加砝码的数量，每次增加后都等待弹簧稳定后再测量其伸长量。记录每个砝码质量对应的弹簧伸长量（总长度减去原长L0?）。

5.数据处理与分析：根据实验数据，绘制弹力（砝码重力）与弹簧伸长量的关系图，验证胡克定律的正确性，并求出弹簧的劲度系数k。

四、注意事项

1.确保弹簧竖直放置：在实验过程中，应确保弹簧竖直放置，以避免因重力引起的误差。

2.避免弹簧损坏：弹簧始终保持在弹性限度内，避免弹簧发生塑性变形。

3.缓慢增加外力：在施加外力时，应缓慢增加，以确保弹簧有足够的时间达到稳定状态。

4.准确测量数据：在测量弹簧伸长量时，应确保刻度尺的读数准确，以减少实验误差。

5.正确处理实验数据：在数据处理时，要确保F-x图象为一条过原点的直线，验证胡克定律。

6.多次实验取平均值：为了提高实验的准确性，可以进行多次实验并取平均值作为最终结果。

五、核心考点总结

1.理解弹力与弹簧形变量的关系：这是实验的基础，也是理解胡克定律的前提。

2.掌握胡克定律及其应用：能够正确应用胡克定律计算弹簧的弹力或形变量，并理解其物理意义。

3.实验设计与数据处理能力：能够设计合理的实验方案，准确测量数据，并进行有效的数据处理和分析。

4.误差分析与控制：能够识别实验中的误差来源，并采取措施减小误差，提高实验的准确性。

【例1】（2021·广东·高考真题）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）

【答案】6.046.05348.6

【解析】（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

【例2】（2019·海南·高考真题）某同学利用图（a）的装置