Bài 23 định luật hooke

- Hai lò xo có cùng chiều dài nhưng được làm bởi hai loại vật liệu khác nhau thì sẽ có độ cứng và giới hạn đàn hồi khác nhau nên sẽ bị biến dạng khác nhau khi chịu cùng một lực tác dụng.

CHÀO MỪNG CÁC EM

ĐẾN VỚI BÀI HỌC

HÔM NAY!

KHỞI ĐỘNG

• Em hãy nhớ lại kiến thức đã học trong bài trước và cho biết

tính chất cơ bản của lò xo là gì?

• Hai lò xo có cùng chiều dài nhưng làm bởi hai loại vật liệu

khác nhau thì có đặc tính khác nhau như thế nào khi chịu lực tác dụng?

KHỞI ĐỘNG

• Kết quả:

- Tính chất cơ bản của một lò xo là độ cứng và giới hạn đàn hồi

của nó

- Hai lò xo có cùng chiều dài nhưng được làm bởi hai loại vật liệu

khác nhau thì sẽ có độ cứng và giới hạn đàn hồi khác nhau nên

sẽ bị biến dạng khác nhau khi chịu cùng một lực tác dụng

CHƯƠNG 9 BIẾN DẠNG CỦA

VẬT RẮN

BÀI 23 ĐỊNH LUẬT HOOKE

Mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

Định luật Hooke.

NỘI DUNG BÀI HỌC

Mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

- Mục đích: Tìm hiểu mối liên hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng

của lò xo.

- Dụng cụ: Giá đỡ, hai đến ba lò xo thẳng khác nhau, vật nặng,

thước đo, cân.

* Thí nghiệm khảo sát lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo

Từ kiến thức đã học bài trước, em hãy:

Đưa ra giả thuyết về mối liên hệ giữa độ lớn lực đàn hồi với

độ biến dạng của lò xo.

THẢO LUẬN 1:

a) Dựa vào bộ dụng cụ đề xuất, hãy thiết kế phương án thí nghiệm (trong đó thể hiện rõ các bước tiến hành) để tìm ra 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

Thảo luận nhóm, hoàn thành TL1.

Bảng 23.1 Số liệu thí nghiệm

a) Các bước tiến hành:

• Bước 1: Đo chiều dài tự nhiên của lò xo 1, bố trí thí nghiệm như hình

23.1 SGK.

• Bước 2: Đo khối lượng của vật nặng Treo các vật nặng vào lò xo 1

• Bước 3: Đo chiều dài của lò xo khi đã treo vật nặng ở vị trí cân bằng

Tính toán lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo và ghi kết quả vào bảng

số liệu tương tự như gợi ý trong bảng 23.1 trang 140 SGK.

• Bước 4: Lặp lại thí nghiệm với lò xo 1 tương ứng với 5 vật nặng có khối

lượng khác nhau.

Lưu ý: Lặp lại thí nghiệm từ bước 1 - 4 cho lò xo 2

b) HS thực hiện thí nghiệm theo phương án thiết kế

Sau đó ghi chép kết quả thí nghiệm một cách cẩn thận, trung thực

• HS có thể tham khảo cách bố trí thí nghiệm như hình 23.1 SGK

• Các nhóm thuyết trình trước lớp về phương án thí nghiệm.

THẢO LUẬN 2:

Thảo luận nhóm, hoàn thành TL2.

a) Dựa vào số liệu đo được hoặc từ bảng

23.1 vẽ đồ thị biểu diễn mối liên hệ giữa

độ biến dạng của lò xo và tực tác dụng lên

lò xo.

b) Nhận xét về hình dạng của đồ thị và rút

ra kết luận.

a) Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của 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 đi qua gốc tọa độ Suy ra, độ lớn của lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo

Giải

KẾT LUẬN

Trong giới hạn đàn hồi, lò xo có độ dãn tỉ lệ thuận với lực tác dụng Hệ số tỉ lệ đặc trưng cho mỗi lò xo

KẾT LUẬN

Định luật Hooke: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn

hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo theo biểu thức:

Trong đó k là độ cứng của lò xo, đơn vị là N/m

(23.1)

Lưu ý

Lực đàn hồi có tác dụng chống lại sự biến dạng của vật

Do đó luôn ngược chiều với lực gây ra sự biến dạng cho vật Trong trường hợp ở hình 23.3, nếu lò xo bị nén, hệ thức 23.1 vẫn đúng, nhưng và lực đàn hồi có chiều hướng xuống

Gợi ý

• Khi vật ở vị trí cân bằng thì lực đàn hồi của lò xo bằng với

trọng lực của vật

• Áp dụng biểu thức tương ứng để xác định độ cứng k

• Khi nén vật thì có những lực nào tác dụng lên vật?

• Vật đứng yên nên tổng hợp lực tác dụng lên vật bị triệt tiêu

Suy ra được độ lớn lực nâng của tay

a) Độ dãn của lò xo khi vật nặng ở vị trí cân bằng:

= l - l0 = 22 – 20 = 2 (cm) Khi đó, lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng lực của vật như phân tích lực trong hình 23.4.

Giải

Từ biểu thức (23.1): , ta xác định được độ cứng của lò xo:

(N/m)

b) Khi nén vật, có ba lực tác dụng vào vật theo phương thẳng đứng, trọng lực có chiều hướng xuống; lực đàn hồi của lò xo lúc này có chiều hướng xuống vì lo xo bị nén so với chiều dài tự nhiên và lực nâng của tay hướng lên.

Khi đó, lực đàn hồi có độ lớn:

= 245 - = 2,45 N

Giải

Do vật đứng yên nên lực toorng hợp tác dụng vào vật triệt tiêu, dựa vào phân tích lực ở Hình 23.5, ta suy ra được lực nâng của tay có độ lớn:

F = m.g + Fđh = 4,9 + 2,45 = 7,35 (N)

Giải

HS thực hành đo:

• Bước 1: Đo chiều dài ban đầu của lò xo

• Bước 2: Giữ một đầu lò xo cố định, gắn vật ặng vào đầu còn lại

của lò xo Đo chiều dài của lò xo khi có gắn vật nặng ở trạng thái cân bằng, từ đó xác định độ dãn của lò xo

• Bước 3: Thay đổi vật nặng, xác định lại độ giãn của lò xo

• Bước 4: Áp dụng công thức để suy ra độ cứng của lò xo với

m.g chính là độ lớn lực đàn hồi của lò xo bằng trọng lượng của vật nặng

Kiến thức mở rộng về những yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng của lò xo:

Những yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng của lò xo như đã

đề cập ở trên, với cùng một giá trị lực tác dụng thì độ

biến dạng của vật rắn khác nhau tuỳ theo vật liệu Giá trị

độ cứng k của từng lò xo phụ thuộc nhiều yếu tố như:

loại vật liệu, chiều dài của lò xo, kích thước vòng xoắn,

số vòng xoắn, kích thước dây xoắn, như biểu thị trên

Hình 23.7.

Ví dụ, ta có giá trị của k = 470 N/m đối với một lò xo bằng thép, có chiều dài bằng 2,54 cm, có 8 vòng xoắn, mỗi vòng có bán kính ngoài bằng 1,27 cm.

LUYỆN TẬP

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM

Câu 1 Quan sát hình sau, ta có đồ thị biểu diễn độ biến dạng của một

lò xo khi chịu tác dụng lực Đoạn nào của đường biểu diễn cho thấy lò

xo biến dạng theo định luật Hooke?

C (1) nén nhiều hơn, (2) lớn hơn

A (1) dãn nhiều hơn, (2) lớn hơn

D (1) nén ít hơn, (2) lớn hơn

B (1) dãn nhiều hơn, (2) lớn hơn

Câu 2 Chọn cụm từ thích hợp để điền vào chỗ trống:

Tác dụng các lực có cùng phương, chiều và độ lớn lên hai lò xo khác nhau Lò xo (1) … thì có độ cứng (2)…

Câu 4 Treo lần lượt các vật A và B có khối lượng là mA và mB vào cùng một lò xo đang treo thẳng đứng như Hình 23.2 Ta có thể nhận xét gì về khối lượng của hai vật này?

A mA > mB B mA < mB

C mA = mB D mA mB

VẬN DỤNG

Câu 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.

Giải

Lò xo 1 (đường màu xanh):

Lò xo 2 (đường màu đỏ):

a) Điền vào ô trống trong bảng.

b) Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ giãn lò xo theo lực tác dụng vào lò xo Tính độ cưng của lò xo dùng trong thí nghiệm.

Trọng lượng (N) Chiều dài (mm) Độ dãn (mm)

-Giải a) Từ bảng số liệu ta biết được chiều dài tự nhiên của lò xo là 50 mm

Ta có khi thì độ giãn của lò xo là Theo định luật Hooke,

Trọng lượng (N) Chiều dài (mm) Độ dãn (mm)

b) Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của độ dãn của lò xo (trục tung) theo lực tác dụng vào lò xo (trục hoành)

CẢM ƠN CÁC EM

ĐÃ LẮNG NGHE BÀI HỌC!