Biến dạng của lò xo, lực kế
Tính được độ dãn và chiều dài của lò xo khi treo vật, biết lúc nào phép tính tỉ lệ hết đúng, và dùng lực kế cho đúng cách.
Ứng với SGK Kết nối tri thức: Bài 42
⚡ Nhớ nhanh
- 1Lò xo có tính đàn hồi: kéo dãn (hoặc nén) rồi buông ra thì nó trở về hình dạng cũ.
- 2Độ dãn = chiều dài lúc sau − chiều dài tự nhiên: Δl = l − l₀.
- 3Trong giới hạn đàn hồi, độ dãn tỉ lệ thuận với khối lượng vật treo: treo gấp đôi thì dãn gấp đôi.
- 4⚠️ Đề hỏi chiều dài thì phải cộng lại chiều dài tự nhiên: l = l₀ + Δl. Quên cộng là lỗi mất điểm nhiều nhất.
- 5Kéo quá giới hạn đàn hồi thì lò xo không về hình cũ nữa, và phép tính tỉ lệ hết đúng.
- 6Lực kế là một lò xo gắn thang chia độ, đo lực theo đơn vị niutơn (N).
👀 Nhìn là hiểu
Kéo quả nặng 50 g từ khay lên móc lò xo: lò xo nhún rồi mới đứng yên, lúc đó mới đọc thước và điểm hiện lên đồ thị. Thử treo quá 6 quả rồi chạm tháo hết: lò xo còn về 10 cm không?
Kéo quả nặng lên móc lò xo. Chạm quả dưới cùng để tháo. Thước tính từ chỗ treo; vạch xanh đứt nét là l₀ = 10 cm.
Vật treo
0 quả = 0 g
✓ Đứng yên — đọc được
Chiều dài l
10 cm
Độ dãn Δl = l − 10
0 cm
Thay đổi so với lần trước
—
Trong giới hạn đàn hồi
Mỗi quả 50 g dãn đúng 2 cm. 0 quả ⇒ Δl = 0 × 2 = 0 cm ⇒ l = 10 + 0 = 10 cm.
Đồ thị độ dãn theo khối lượng vật treo
● trong giới hạn — nằm trên đường thẳng qua gốc · ● quá giới hạn · ● lò xo đã hỏng
1 🌀 Biến dạng đàn hồi
Khác lớp 4–5 ở đâu
- ✦Tiểu học chỉ thấy "kéo thì lò xo dài ra". Lớp 6 đo được nó dài ra bao nhiêu và thấy một quy luật: dãn đều theo vật treo.
- ✦Từ quy luật đó mới làm được lực kế — cái cân lực mà bạn dùng ở cả lớp 7, 8.
Bỏ lực đi thì vật trở về hình cũ. Lò xo, dây chun, quả bóng cao su (bóp nhẹ).
Bỏ lực đi vẫn giữ hình mới. Cục đất nặn bị bóp, lò xo bị kéo quá mạnh, lon nhôm bị bẹp.
Lò xo có hai cách biến dạng
- ✦Bị kéo thì dãn ra: chiều dài lúc sau lớn hơn l₀. Độ dãn Δl = l − l₀.
- ✦Bị nén thì co lại: chiều dài lúc sau nhỏ hơn l₀. Độ nén = l₀ − l. Ví dụ lò xo 15 cm bị nén còn 11 cm thì nén 4 cm.
- ✦Số vòng lò xo không đổi, các vòng chỉ thưa ra (kéo) hoặc khít lại (nén).
2 📏 Độ dãn tỉ lệ với vật treo
Một thí nghiệm: lò xo dài tự nhiên 10 cm
| Khối lượng treo | Chiều dài lò xo | Độ dãn Δl |
|---|---|---|
| 0 g | 10 cm | 0 cm |
| 50 g | 12 cm | 2 cm |
| 100 g | 14 cm | 4 cm |
| 150 g | 16 cm | 6 cm |
Dạng bài
Tính chiều dài lò xo khi đổi vật treo
- 1 Tìm độ dãn đã biết: Δl₁ = l₁ − l₀.
- 2 So khối lượng mới với khối lượng cũ: gấp mấy lần?
- 3 Độ dãn mới = Δl₁ × số lần đó. Rồi cộng l₀ nếu đề hỏi chiều dài.
- 4 Kiểm tra: độ dãn chia khối lượng phải ra cùng một tỉ số ở cả hai lần ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Đề hỏi chiều dài mà trả lời 10 cm (độ dãn) là sai. Ngược lại, đề hỏi độ dãn mà đem cả chiều dài 16 cm đi nhân thì cũng sai: chỉ phần dãn thêm mới tỉ lệ với vật treo, phần 12 cm có sẵn thì không.
Lò xo dài tự nhiên 12 cm. Treo vật 100 g thì lò xo dài 16 cm. Treo vật 250 g thì lò xo dài bao nhiêu? (Vẫn trong giới hạn đàn hồi.)
Hướng dẫn giải
3 ⚠️ Giới hạn đàn hồi
Cần nhớ
- ✦Mỗi lò xo chỉ chịu được tới một mức. Trong mức đó, độ dãn tỉ lệ với vật treo và bỏ vật ra thì lò xo về đúng l₀.
- ✦Treo quá mức: lò xo dãn vọt hơn quy luật, bỏ vật ra thì dài hơn l₀ — nó đã bị hỏng, biến dạng mãi mãi.
- ✦Cách nhận ra trong bảng số: các dòng đầu dãn đều nhau, tới một dòng tự nhiên dãn nhiều hơn hẳn ⇒ từ dòng đó đã vượt giới hạn.
Dạng bài
Đọc bảng tìm chỗ vượt giới hạn
- 1 Tính độ dãn ở từng dòng: Δl = l − l₀.
- 2 Xem mỗi lần thêm cùng một khối lượng, độ dãn thêm bao nhiêu.
- 3 Dòng đầu tiên mà phần dãn thêm khác hẳn các dòng trước là chỗ đã vượt giới hạn.
- 4 Kiểm tra: các dòng trước đó phải có Δl chia khối lượng ra cùng một số ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Đừng dùng dòng đã vượt giới hạn (400 g, 9 cm) để tính tỉ lệ cho vật khác — kết quả sẽ sai.
Lò xo dài 10 cm. Treo 100 g, 200 g, 300 g, 400 g thì lò xo dài lần lượt 12 cm, 14 cm, 16 cm, 19 cm. Từ khi nào lò xo đã vượt giới hạn đàn hồi?
Hướng dẫn giải
4 ⚖️ Lực kế
Lực kế làm từ lò xo
- ✦Vì độ dãn tỉ lệ với lực kéo nên chỉ cần chia vạch đều trên thước là đọc được lực. Đơn vị lực: niutơn (N).
- ✦Mỗi lực kế có GHĐ (giới hạn đo — số lớn nhất ghi trên thước) và ĐCNN (độ chia nhỏ nhất — khoảng giữa hai vạch liền nhau).
Dạng bài
Dùng lực kế đúng cách
- 1 Ước lượng lực cần đo, chọn lực kế có GHĐ lớn hơn lực đó.
- 2 Chỉnh kim về vạch 0 ở đúng tư thế sẽ dùng (cầm dọc thì chỉnh lúc đang cầm dọc).
- 3 Móc vật, giữ lực kế dọc theo phương của lực, chờ kim đứng yên, mắt nhìn vuông góc với vạch chia.
- 4 Kiểm tra: lực đo được phải nhỏ hơn GHĐ, đọc tới đúng ĐCNN ✓.
⚠️ Bẫy hay gặp: Cầm lực kế nghiêng so với phương của lực thì số đọc sai, vì lò xo cọ vào vỏ và chỉ một phần lực kéo dãn lò xo.
Có hai lực kế: GHĐ 2 N và GHĐ 10 N. Muốn đo lực kéo một túi sách nặng khoảng 6 N thì chọn cái nào?
Hướng dẫn giải
✏️ Luyện tập
Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần cách làm.
Đàn hồi hay không
- 1Nhận biết
Vật nào sau đây có tính đàn hồi?
- 2Nhận biết Độ dãn của lò xo = chiều dài lúc sau − chiều dài .
- 3Thông hiểu
Đúng hay sai?
a)Kéo dãn lò xo thì số vòng lò xo tăng lên.
b)Lò xo bị nén thì chiều dài nhỏ hơn chiều dài tự nhiên.
c)Mọi vật bị biến dạng đều trở về hình cũ khi thôi tác dụng lực.
- 4Thông hiểu Lò xo dài tự nhiên 15 cm bị nén còn 11 cm. Lò xo bị nén cm.
Tính độ dãn, chiều dài
- 1Thông hiểu Lò xo dài tự nhiên 8 cm, treo vật thì dãn 3 cm. Lúc đó lò xo dài cm.
- 2Thông hiểu
Treo 50 g thì lò xo dãn 1 cm. Treo 200 g (vẫn trong giới hạn đàn hồi) thì lò xo dãn:
- 3Thông hiểu Lò xo dài 20 cm. Treo 1 quả nặng thì dài 22 cm. Treo 4 quả nặng giống hệt thì lò xo dãn cm và dài cm.
- 4Thông hiểu
Lò xo dài tự nhiên 12 cm, treo 100 g thì dài 16 cm. Một bạn tính "treo 200 g thì dài 16 × 2 = 32 cm". Bạn sai ở đâu?
- 5Vận dụng Lò xo dài tự nhiên 12 cm, treo 100 g thì dài 16 cm. Treo 250 g thì lò xo dài cm.
- 6Vận dụng Lò xo dài tự nhiên 10 cm, treo 200 g thì dài 14 cm. Treo một túi bánh thì lò xo dài 17 cm. Túi bánh nặng g.
- 7Vận dụng Treo 100 g thì lò xo dãn 3 cm. Treo 300 g thì dãn cm; muốn dãn 4,5 cm thì treo g.
Giới hạn đàn hồi
- 1Nhận biết
Kéo lò xo quá giới hạn đàn hồi rồi buông ra thì:
- 2Vận dụng
Lò xo dài 10 cm. Treo 100 g, 200 g, 300 g, 400 g thì dài 12 cm, 14 cm, 16 cm, 19 cm. Lò xo đã vượt giới hạn đàn hồi khi treo:
- 3Vận dụng
Lò xo của một chiếc cân treo đã bị kéo quá giới hạn đàn hồi. Cân này giờ thế nào?
Dùng lực kế
- 1Nhận biết
Dụng cụ dùng để đo lực là:
- 2Thông hiểu
Muốn đo lực kéo khoảng 6 N, nên chọn lực kế có GHĐ:
- 3Thông hiểu
Xếp các bước đo lực bằng lực kế theo đúng thứ tự:
Thứ tự của em: — bấm lần lượt —
- 4Vận dụng Lò xo của một lực kế dài 6 cm khi chưa móc gì, cứ 1 N thì dãn 0,5 cm. Kéo bằng lực 3 N thì lò xo dài cm.
- 5Vận dụng
Hai lò xo A dài 10 cm, B dài 12 cm. Cùng treo vật 100 g thì A dài 13 cm, B dài 14 cm. Kết luận nào đúng?
🎯 Chủ điểm này ra kiểm tra thế nào?
- •Kiểm tra cuối kỳ II hay có một câu tính chiều dài hoặc độ dãn lò xo; điểm hay mất là quên cộng chiều dài tự nhiên.
- •Câu đọc bảng số liệu thí nghiệm (khối lượng – chiều dài) để tìm độ dãn, hoặc tìm chỗ lò xo vượt giới hạn đàn hồi.
- •Là nền cho trọng lượng (P = 10m, chủ điểm ngay sau) và cho mọi bài dùng lực kế ở KHTN 7, 8 (đo lực, lực đẩy Archimedes).
8. Khối lượng, trọng lượng, lực hấp dẫn