BÀI 12. LỰC ĐÀN HỒI CỦA LÒ XO. ĐỊNH LUẬT HÚC
A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
| |||||||||||
B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Vận dụng định luật Húc
+ Đặc điểm của lực đàn hồi:
- Điểm đặt: vị trí tiếp xúc giữa vật và lò xo.
- Phương: trùng với trục lò xo.
Chiều: ngược chiều biến dạng của lò xo.
- Độ lớn: Fđh = k.|Dℓ|
Trong đó: Đơn vị Fđh là N.
Dℓ = ℓ − ℓ0: độ biến dạng của lò xo (m).
Với ℓ0; ℓ: là chiều dài tự nhiên và chiều dài của lò xo khi biến dạng (m).
k: độ cứng hay hệ số đàn hồi của lò xo (N/m).
+ Đối với con lắc lò xo nằm ngang, khi cân bằng lò xo không biến dạng : Dℓ = 0.
+ Lò xo treo thẳng đứng khi cân bằng lò xo dãn một đoạn: \(\Delta \ell \text{=}\frac{\text{mg}}{k}.\)
+ Khi treo một vật vào lò xo nằm nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang thì khi hệ cân bằng lò xo dãn một đoạn: \(\Delta \ell =\frac{mg\sin \alpha }{k}.\)
C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Câu C1 (trang 71 SGK Vật Lí 10) :
Dùng hai tay kéo dãn một lò xo (Hình 12.1a):
a) Hai tay có chịu tác dụng của lò xo không ? Hãy nêu rõ điểm đặt, phương và chiều của các lực này.
b) Tại sao lò xo chỉ dãn đến một mức nào đó thì dừng lại ?
c) Khi thôi kéo, lực nào đã làm cho lò xo lấy lại chiều dài ban đầu?
Trả lời:
a) Lực đàn hồi của lò xo tác dụng vào hai tay.
Lực đàn hồi của lò xo có điểm đặt ở tay, cùng phương, ngược chiều với lực kéo lò xo.
b) Lực đàn hồi tăng dần theo độ dãn của lò xo. Khi lực đàn hồi cân bằng với lực kéo thì lò xo ngừng dãn.
c) Khi thôi kéo, lực đàn hồi làm cho các vòng lò xo co lại gần nhau như lúc ban đầu. Khi ấy lực đàn hồi biến mất.
Câu C2 (trang 72 SGK Vật Lí 10) :
Lực của lò xo ở Hình 12.2b có độ lớn bằng bao nhiêu? Tại sao? Muốn tăng lực của lò xo lên 2 hoặc 3 lần ta làm cách nào?
Trả lời:
- Lực của lò xo có độ lớn bằng trọng lượng P. Vì \(\vec{P}\) và \({{\vec{F}}_{đh}}\) là hai lực cân bằng.
- Muốn tăng lực của lò xo lên 2, 3 lần thì treo 2, 3 quả cân giống nhau.
Câu C3 (trang 72 SGK Vật Lí 10) :
Các kết quả trong Bảng 12.1 có gợi ý cho ta một mối liên hệ nào không ? Nếu có thì hãy phát biểu mối liên hệ đó.
Bảng 12.1. Kết quả thu được từ một lần làm thí nghiệm
F = P (N) | 0,0 | 1,9 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 |
Độ dài ℓ (mm) | 245 | 285 | 324 | 366 | 405 | 446 | 484 |
Độ dãn ∆ℓ (mm) | 0 | 40 | 79 | 121 | 160 | 201 | 239 |
Trả lời:
Các kết quả trong Bảng 12.1 cho ta thấy mối liên hệ tỉ lệ giữa trọng lượng của các quả cân (cũng là độ lớn của các lực đàn hồi) với độ dãn của lò xo: F ~ ∆ℓ hay \frac{F}{\Delta \ell }= hằng số.
D. CÂU HỎI – BÀI TẬP
Bài 1 (trang 74 SGK Vật Lí 10) :
Nêu những đặc điểm (về phương, chiều, điểm đặt) của lực đàn hồi của:
- lò xo.
- dây cao su, dây thép.
- mặt phẳng tiếp xúc
Lời giải:
a) Lực đàn hồi của lò xo
- Phương: trùng với phương của trục lò xo.
- Chiều: ngược chiều biến dạng của lò xo: khi lò xo dãn, lực đàn hồi hướng vào trong; khi nén, lực đàn hồi hướng ra ngoài.
- Điểm đặt: điểm tiếp xúc giữa lò xo và vật.
b) Lực đàn hồi của dây cao su, dây thép
- Phương: trùng với sợi dây.
- Chiều: hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây.
- Điểm đặt: điểm tiếp xúc giữa dây và vật
c) Lực đàn hồi của phẳng tiếp xúc
- Phương: vuông góc với mặt tiếp xúc.
- Chiều: hướng ra ngoài mặt phẳng tiếp xúc.
- Điểm đặt: điểm tiếp xúc giữa vật gây biến dạng và mặt phẳng.
Bài 2 (trang 74 SGK Vật Lí 10) :
Phát biểu định luật Húc.
Lời giải:
+ Nội dung định luật Húc: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.
+ Biểu thức độ lớn: F = k|Dℓ|
Trong đó: k (N/m) là hệ số đàn hồi.
Dℓ (m) là độ biến dạng của lò xo.
Bài 3 (trang 74 SGK Vật Lí 10) :
Phải treo một vật có trọng lượng bằng bao nhiêu vào một lò xo có độ cứng k = 100 N/ m để nó dãn ra được 10 cm ?
A. 1000 N. B. 100 N. C. 10 N. D. 1 N.
Lời giải: Chọn C.
Khi cân bằng, trọng lực cân bằng với lực đàn hồi, ta có: P = Fđh ⇔ P = k.|Dℓ| = 100.0,1 = 10 N.
Bài 4 (trang 74 SGK Vật Lí 10) :
Một lò xo có chiều dài tự nhiên bằng 15 cm. Lò xo được giữ cố định tại một đầu, còn đầu kia chịu một lực kéo bằng 4,5 N. Khi ấy lò xo dài 18 cm. Độ cứng của lò xo bằng bao nhiêu ?
A. 30 N/m. B. 25 N/m. C. 1,5 N/m. D. 150 N/m.
Lời giải: Chọn D.
Độ biến dạng của lò xo là: Δℓ = ℓ – ℓ0 = 18 – 15 = 3 cm = 0,03 m.
Lực kéo cân bằng với lực đàn hồi: Fk = Fđh = k.Δℓ
\(\Rightarrow k=\frac{{{F}_{k}}}{\Delta \ell }=\frac{4,5}{0,03}=150\,N/m.\)
Bài 5 (trang 74 SGK Vật Lí 10) :
Một lò xo có chiều dài tự nhiên 30 cm, khi bị nén lò xo dài 24 cm và lực đàn hồi của nó bằng 5 N. Hỏi khi lực đàn hồi của lò xo bị nén bằng 10 N thì chiều dài của nó bằng bao nhiêu?
A. 18 cm. B. 40 cm. C. 48 cm. D. 22 cm.
Lời giải: Chọn A.
Độ biến dạng của lò xo khi bị nén bởi lực có độ lớn F1 = 5 N là: |Δℓ| = |ℓ1 – ℓ0| = |24 – 30| = 6 cm
Độ biến dạng của lò xo khi bị nén bởi lực có độ lớn F2 = 10 N = 2F1 là: |Δℓ2| = 2|Δℓ1| = 2. 6 = 12 cm
Chiều dài dò xo khi bị nén bởi lực 10 N là: ℓ1 = ℓ0 – Δℓ2 = 30 – 12 = 18 cm.
Bài 6 (trang 74 SGK Vật Lí 10) :
Treo một vật có trọng lượng 2,0 N vào một lò xo, lò xo dãn ra 10 mm. Treo một vật khác có trọng lượng chưa biết vào lò xo, nó dãn ra 80 mm.
a) Tính độ cứng của lò xo.
b) Tính trọng lượng chưa biết.
Lời giải:
a) Khi treo vật có trọng lượng 2 N, ở vị trí cân bằng ta có Fdh1 = P = 2N.
Khi đó lò xo dãn Δℓ1 = 10 mm = 0,01 cm ta có: \(k=\frac{{{F}_{dh1}}}{\Delta {{\ell }_{1}}}=\frac{2}{0,01}=200\,N/m.\)
b) Khi lò xo dãn Δℓ2 = 80 mm = 0,08 cm.
Trọng lượng của vật là P’ = Fđh2 = = k.Δℓ2 = 200.0,08 = 16 N.
Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 10 bài Lực đàn hồi của lò xo do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ