Bài 23. Định luật Hooke trang 140, 141, 142, 143 Vật Lí 10 Chân trời sáng tạo
1. a) Dựa vào bộ dụng cụ được đề xuất, hãy thiết kế phương án thí nghiệm (trong đó thể hiện rõ các bước tiến hành) để tìm mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo. b) Tiến hành thí nghiệm khảo sát, ghi lại số liệu đo được vào bảng số liệu như gợi ý trong Bảng 23.1. Dựa vào đồ thị Hình 23.2, hãy xác định độ cứng của hai lò xo tương ứng với hai đường biểu diễn xanh và đỏ.
Câu hỏi tr 140 CH 1
a) Dựa vào bộ dụng cụ được đề xuất, hãy thiết kế phương án thí nghiệm (trong đó thể hiện rõ các bước tiến hành) để tìm mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo.
b) Tiến hành thí nghiệm khảo sát, ghi lại số liệu đo được vào bảng số liệu như gợi ý trong Bảng 23.1.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức đã học
Lời giải chi tiết:
a) Bố trí thí nghiệm như hình vẽ
Các bước tiến hành thí nghiệm:
+ Bước 1: Treo một vật nặng 50 g vào lò xo, ghi lại độ dãn
+ Bước 2: Bỏ vật nặng 50 g ra, đổi thành vật nặng 100 g vào lò xo, ghi lại độ dãn
+ Bước 3: Lặp lại thí nghiệm với các vật nặng 150 g, 200 g, 250 g
=> Mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo là: Lò xo có độ dãn tỉ lệ thuận với lực tác dụng.
b) Sau khi khảo sát và đo đạc, ta có bảng số liệu như bảng 23.1
Câu hỏi tr 140 CH 2
a) Dựa vào số liệu đo được từ thí nghiệm hoặc Bảng 23.1, vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa độ biến dạng của lò xo và lực tác dụng lên lò xo.
b) Nhận xét về hình dạng của đồ thị và rút ra kết luận.
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức đã học
Lời giải chi tiết:
a) Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào lực đàn hồi (trục tung) vào độ biến dạng của lò xo 1 (trục hoành).
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lực đàn hồi (trục tung) vào độ biến dạng của lò xo 2 (trục hoành).
b) Đồ thị có dạng đường thẳng và đi qua gốc tọa độ (đồ thị này được vẽ dựa trên số liệu thí nghiệm được cho trong SGK). Từ đó có thể suy ra được độ lớn lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.
Câu hỏi tr 141
Dựa vào đồ thị Hình 23.2, hãy xác định độ cứng của hai lò xo tương ứng với hai đường biểu diễn xanh và đỏ.
Phương pháp giải:
Hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mỗi lò xo gọi là độ cứng
Biểu thức tính độ cứng: \(K = \frac{F}{{\Delta l}}\)
Lời giải chi tiết:
- Lò xo có đường biểu diễn màu xanh: F = 5 N, Δl = 0,4 m
=> \(K = \frac{F}{{\Delta l}} = \frac{5}{{0,4}} = 12,5(N/m)\)
- Lò xo có đường biẻu diễn mà đỏ: F = 5 N, Δl = 0,6 m
=> \(K = \frac{F}{{\Delta l}} = \frac{5}{{0,6}} = \frac{{25}}{3}(N/m)\)
Câu hỏi tr 142
Hãy sử dụng những dụng cụ học tập của em và cân hiện số để xác định độ cứng của lò xo trong bút bi (Hình 23.6).
Phương pháp giải:
Vận dụng kiến thức đã học
Lời giải chi tiết:
Các em tự thực hành.
Câu hỏi tr 143 BT 1
Một học sinh thực hiện thí nghiệm đo độ cứng của một lò xo bằng cách treo một đầu của một lò xo thẳng đứng vào một điểm cố định, đầu kia của lò xo được buộc lần lượt vào nhiều vật có trọng lượng khác nhau. Học sinh này đo được các chiều dài của lò xo như trong bảng.
a) Hãy điền vào các chỗ trống trong bảng.
b) Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dãn lò xo theo lực tác dụng vào lò xo. Tính độ cứng của lò xo dùng trong thí nghiệm.
Phương pháp giải:
Độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với lực tác dụng.
Biểu thức tính độ cứng: \(K = \frac{F}{{\Delta l}}\)
Trong đó:
+ K: độ cứng của lò xo (N/m).
+ F: lực tác dụng (N)
+ Δl: độ dãn của lò xo (m).
Lời giải chi tiết:
a) Ta có: \(K = \frac{F}{{\Delta l}} = \frac{{0,2}}{{0,004}} = 50(N/m)\)
+ Khi F = 0,3 N => \(\Delta l = \frac{F}{K} = \frac{{0,3}}{{50}} = 0,006(m) = 6(mm)\)
+ Khi F = 0,5 N, Δl = 10 mm = 0,01 m => l = 10 + 50 = 60 mm
+ Khi F = 0,8 N => \(\Delta l = \frac{F}{K} = \frac{{0,8}}{{50}} = 0,016(m) = 16(mm)\)
|
Trọng lượng (N) |
Chiều dài (mm) |
Độ dãn (mm) |
|
0 |
50 |
0 |
|
0,2 |
54 |
4 |
|
0,3 |
56 |
6 |
|
0,5 |
60 |
10 |
|
0,8 |
66 |
16 |
b)
|
Trọng lượng P (N) |
Độ dãn Δl (mm) |
|
0 |
0 |
|
0,2 |
4 |
|
0,3 |
6 |
|
0,5 |
10 |
|
0,8 |
16 |
Đồ thị
Độ cứng của lò xo trong thí nghiệm là: \(K = \frac{F}{{\Delta l}} = \frac{{0,2}}{{0,004}} = 50(N/m)\)
Câu hỏi tr 143 BT 2
Xương là một bộ phận của cơ thể, có nhiều hình dạng với các vai trò khác nhau như: hỗ trợ cấu trúc cơ thể, bảo vệ các cơ quan quan trọng và co phép cơ thể di chuyển. Ngoài ra, xương còn là một bộ phận có tính đàn hồi. Xem xương đùi của người tương đương với một lò xo có độ cứng 10 10 N/m. Hãy tính độ nén của mỗi xương đùi khi mang trên vai một vật nặng có khối lượng 20 kg. Giả sử toàn bộ trọng lực của vật nặng được phân bố đều cho hai chân và ban đầu xương đùi chưa bị nén.
Phương pháp giải:
Công thức tính trọng lực: P = m.g
Công thức tính độ dãn/nén: \(\Delta l = \frac{F}{K}\)
Lời giải chi tiết:
Ta có: P = m.g = 20.10 = 200 N
=> Độ nén của xương đùi là: \(\Delta l = \frac{F}{K} = \frac{P}{K} = \frac{{200}}{{{{10}^{10}}}} = {2.10^{ - 8}}(m)\).