Câu hỏi 1 trang 140 Vật lí 10: 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.

Lời giải:

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

Giải vật lí 10 trang 141 Chân trời sáng tạo

Luyện tập trang 141 Vật lí 10: 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: $K=\frac{F}{\mathrm{\Delta }l}$

Lời giải:

- Lò xo có đường biểu diễn màu xanh: F = 5 N, Δl = 0,4 m

=> $K=\frac{F}{\mathrm{\Delta }l}=\frac{5}{0,4}=12,5(N/m)$

- Lò xo có đường biẻu diễn mà đỏ: F = 5 N, Δl = 0,6 m

=> $K=\frac{F}{\mathrm{\Delta }l}=\frac{5}{0,6}=\frac{25}{3}(N/m)$

Giải vật lí 10 trang 142 Chân trời sáng tạo

II. Định luật Hooke (Húc)

Luyện tập trang 142 Vật lí 10: 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).

Lời giải:

Các em tự thực hành.

Giải vật lí 10 trang 143 Chân trời sáng tạo

Bài tập (trang 143)

Bài 1 trang 143 Vật lí 10: 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: $K=\frac{F}{\mathrm{\Delta }l}$

Trong đó:

+ K: độ cứng của lò xo (N/m).

+ F: lực tác dụng (N)

+ Δl: độ dãn của lò xo (m).

Lời giải:

a) Ta có: $K=\frac{F}{\mathrm{\Delta }l}=\frac{0,2}{0,004}=50(N/m)$

+ Khi F = 0,3 N =>$\mathrm{\Delta }l=\frac{F}{K}=\frac{0,3}{50}=0,006(m)=6(mm)$

+ Khi F = 0,5 N, Δl = 10 mm = 0,01 m => l = 10 + 50 = 60 mm

+ Khi F = 0,8 N => $\mathrm{\Delta }l=\frac{F}{K}=\frac{0,8}{50}=0,016(m)=16(mm)$

b)

Đồ thị

Độ cứng của lò xo trong thí nghiệm là:  $K=\frac{F}{\mathrm{\Delta }l}=\frac{0,2}{0,004}=50(N/m)$

Bài 2 trang 143 Vật lí 10: 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 1010 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: $\mathrm{\Delta }l=\frac{F}{K}$

Lời giải:

Ta có: P = m.g = 20.10 = 200 N

=> Độ nén của xương đùi là: $\mathrm{\Delta }l=\frac{F}{K}=\frac{P}{K}=\frac{200}{{10}^{10}}={2.10}^{-8}(m)$.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 10 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 19: Các loại va chạm

Bài 20: Động học của chuyển động tròn

Bài 21: Động lực học của chuyển động tròn. Lực hướng tâm

Bài 22: Biến dạng của vật rắn. Đặc tính của lò xo

Lý thuyết Định luật Hooke

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

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

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 và được gọi là độ cứng (hệ số đàn hồi) của lò xo.

2. Định luật Hooke (Húc)

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: $F_{dh}=k.\left|\Delta \mathcal{l}\right|$

Trong hệ SI, đơn vị của độ cứng k là: N/m

Với $\Delta \mathcal{l}=\mathcal{l}-{\mathcal{l}}_o$

Trong đó:

$\mathcal{l}$ là chiều dài của lò xo tại vị trí cân bằng,

${\mathcal{l}}_o$ là chiều dài tự nhiên của lò xo khi chưa biến dạng

Lò xo bị biến dạng khi treo vật