MỤC TIÊU
- Thực hiện thí nghiệm chứng minh được độ dãn của lò xo treo thẳng đứng tỉ lệ với khối lượng của vật treo.
- Đo được lực bằng lực kế lò xo.
TÓM TẮT KIẾN THỨC
💡 Mở đầu
Để thuận lợi trong việc xác định khối lượng của vật, các nhà sản xuất đã chế tạo ra những chiếc cân xách tay gọn nhẹ. Những chiếc cân này hoạt động dựa trên nguyên tắc nào?
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
- Những chiếc cân xách tay hoạt động dựa trên nguyên tắc: Đàn hồi của lò xo.
- Độ dãn của lò xo treo thẳng đứng tỉ lệ với khối lượng của vật treo. Khi độ biến dạng của lò xo trong chiếc cân tăng (giảm) n lần thì khối lượng của vật cần cân cũng tăng (giảm) n lần.
1. BIẾN DẠNG CỦA LÒ XO
Thực hiện thí nghiệm
🔬 Thí nghiệm: Xác định độ dãn của lò xo
❖ Dụng cụ: Lò xo xoắn; giá thí nghiệm; thước đo chiều dài; các quả nặng loại 50 g.
❖ Tiến hành thí nghiệm:
- Treo lò xo theo phương thẳng đứng vào giá thí nghiệm. Đo chiều dài tự nhiên của lò xo (lo).
- Treo 1 quả nặng loại 50 g vào đầu dưới của lò xo. Đo chiều dài của lò xo khi đó (l1).
- Treo 2 quả nặng loại 50 g vào đầu dưới lò xo. Đo chiều dài của lò xo khi đó (l2).
- Treo 3 quả nặng loại 50 g vào đầu dưới lò xo. Đo chiều dài của lò xo khi đó (l3).
- Các kết quả đo được ghi theo mẫu bảng 39.1.
Khi treo các quả nặng vào lò xo thì lò xo dãn ra, chiều dài lò xo tăng lên. Độ dãn của lò xo lúc này là hiệu giữa chiều dài khi biến dạng (l) và chiều dài tự nhiên của lò xo (lo): l – lo.
👨👩👧👦 Thảo luận
1. Tiến hành thí nghiệm như mô tả bên và cho biết nhân xét về sự thay đổi chiều dài của lò xo trong quá trình làm thí nghiệm.
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
- Ban đầu lò xo có chiều dài lo.
- Sau đó, người ta treo một quả nặng vào đầu dưới của lò xo, chiều dài lò xo lúc đó là l1.
- Vậy lò xo dãn ra một đoạn: ▲l = l1 - lo. Khi treo vật vào lò xo dãn ra; Bỏ quả nặng khỏi lò xo thì lò xo trở về chiều dài ban đầu.
👨👩👧👦 Thảo luận
2. Hãy tính độ dãn của lò xo khi treo 1, 2, 3 quả nặng rồi ghi kết quả theo mẫu bảng 39.1. Em có nhận xét gì về mối quan hệ giữa độ dãn của lò xo và khối lượng vật treo?
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
- Bảng kết quả:
|
Số quả nặng 50 g móc
vào lò xo |
Tổng khối lượng các quả
nặng (g) |
Chiều dài của lò xo (cm) |
Độ biến dạng của lò xo
(cm) |
|
0 |
0 |
l0 = … |
0 |
|
1 |
… |
l1 = … |
l1 - l0
= … |
|
2 |
… |
l2 = … |
l2 - l0
= … |
|
3 |
… |
l3 = … |
l3 - l0
= … |
- Nhận xét mối quan hệ giữa độ dãn của lò xo và khối lượng vật treo: Độ dãn của lò xo treo theo phương thẳng đứng tỉ lệ với khối lượng vật treo.
📝 Củng cố
Một lò xo có chiều dài tự nhiên 12 cm được treo thẳng đứng, đầu dưới của lò xo có gắn một quả nặng khối lượng 50g. Khi quả nặng nằm cân bằng thì lò xo có chiều dài 15cm. Cho rằng độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với khối lượng vật treo. Khi treo quả nặng có khối lượng 100g vào lò xo thì chiều dài của lò xo là bao nhiêu?
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
- Độ dãn của lò xo khi treo quả nặng có khối lượng 50 g là: 15 - 12 = 3 cm.
- Do độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với khối lượng vật treo, mà khối lượng quả nặng sau nặng gấp đôi khối lượng quả nặng đầu nên độ dãn lò xo lúc sau cũng gấp đôi độ dãn lò xo lúc đầu.
- Vậy, độ dãn của lò xo khi treo quả nặng có khối lượng 100 g là: 2.3 = 6 cm.
- Suy ra, chiều dài lò xo khi treo quả nặng có khối lượng 100 g là: 12 + 6 = 18 cm.
✍️ Ghi nhớ
Độ dãn của lò xo treo theo phương thẳng đứng tỉ lệ với khối lượng vật treo.
2. THỰC HÀNH ĐO LỰC BẰNG LỰC KẾ
2.1. Tìm hiểu về lực kế
- Để đo lực người ta dùng lực kế. Có nhiều loại lực kế, loại lực kế thường sử dụng là lực kế lò xo có đơn vị đo là niutơn, kí hiệu là N.
- Một lực kế lò xo đơn giản gồm các phần:
• Vỏ lực kế có gắn một bảng chia độ.
• Một lò xo có một đầu gắn vào vỏ lực kế, đầu kia gắn một cái móc và một kim chỉ thị.
• Kim chỉ thị di chuyển được trên mặt bảng chia độ.
- Khi đo lực bằng lực kế, cần lưu ý:
• Ước lượng giá trị lực cần đo để lựa chọn lực kế phù hợp.
• Hiệu chỉnh lực kế.
• Cho lực cần đo tác dụng vào đầu có gắn móc của lò xo lực kế.
• Cầm vỏ của lực kế sao cho lò xo của lực kế nằm dọc theo phương của lực cần đo.
• Đọc và ghi kết quả đo, kết quả đo là số chỉ gần nhất với kim chỉ thị.
📖 Mở rộng
Nếu kéo dãn lò xo bằng một lực quá lớn, lò xo sẽ bị mất tính đàn hồi và có thể bị hỏng. Khi đó nếu ngừng kéo lò xo, lò xo cũng không thể trở về chiều dài tự nhiên như ban đầu. Vì vậy, khi làm các thí nghiệm với lò xo ta không nên kéo lò xo bằng một lực quá lớn, cũng như không treo vào đầu lò xo một vật có trọng lượng quá lớn.
👨👩👧👦 Thảo luận
3. Hãy quan sát một lực kế lò xo và cho biết các thao tác sử dụng đúng khi thực hiện phép đo lực.
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
Khi đo lực bằng lực kế, cần lưu ý:
- Hiệu chỉnh lực kế.
- Cho lực cần đo tác dụng vào đầu có gắn móc của lò xo lực kế.
- Cầm vỏ của lực kế sao cho lò xo của lực kế nằm dọc theo phương của lực cần đo.
- Đọc và ghi kết quả đo, kết quả đo là số chỉ gần nhất với kim chỉ thị.
2.2. Đo lực bằng lực kế
🔬 Thực hành: Đo lực kéo khối gỗ
❖ Dụng cụ: Lực kế lò xo có GHĐ 5 N; khối gỗ.
❖ Tiến hành đo:
- Đặt khối gỗ trên mặt bàn nằm ngang;
- Móc lực kế vào một đầu khối gỗ;
- Kéo nhẹ nhàng cho khối gỗ chuyển động ổn định;
- Đọc số chỉ của lực kế khi đó;
- Lập bảng và ghi kết quả đo theo mẫu bảng 39.2.
👨👩👧👦 Thảo luận
4. Móc khối gỗ vào lực kế lò xo và kéo cho khối gỗ chuyển động. Lúc khối gỗ chuyển động ổn định thì lực kéo khối gỗ là bao nhiêu?
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
Học sinh tự thực hiện thí nghiệm và đọc kết quả trên số chỉ gần nhất với kim chỉ thị.
♻️ Vận dụng
Hãy sử dụng lực kế để đo lực nâng hộp bút của em lên khỏi mặt bàn.
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
Học sinh tự thực hiện thí nghiệm và đọc kết quả trên số chỉ gần nhất với kim chỉ thị.
✍️ Ghi nhớ
- Lực kế là dụng cụ dùng để đo lực.
- Các bước đo lực bằng lực kế:
+ Ước lượng giá trị lực cần đo;
+ Lựa chọn lực kế phù hợp;
+ Hiệu chỉnh lực kế;
+ Thực hiện phép đo;
+ Đọc và ghi kết quả đo.
BÀI TẬP
✍️ Bài tập
1. Treo vật vào đầu một lực kế lò xo. Khi vật cân bằng, số chỉ của lực kế là 2 N. Điều này có nghĩa
A. khối lượng của vật bằng 2 g.
C. khối lượng của vật bằng 1 g.
B. trọng lượng của vật bằng 2 N.
D. trọng lượng của vật bằng 1 N.
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
Lực kế là dụng cụ để đo lực.
⟹ Treo vật vào đầu một lực kế lò xo. Khi vật cân bằng, số chỉ của lực kế là 2 N. Điểu này có nghĩa trọng lượng của vật bằng 2 N và khối lượng của vật là 200 g.
⟹ Chọn đáp án B
✍️ Bài tập
2. Nếu treo vật có khối lượng 1 kg vào một cái “cân lò xo” thì lò xo của cân có chiều dài 10 cm. Nếu treo vật có khối lượng 0,5 kg thì lò xo có chiều dài 9 cm. Hỏi nếu treo vật có khối lượng 200 g thì lò xo sẽ có chiều dài bao nhiêu?
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
- Khối lượng của vật lúc đầu lớn hơn khối lượng của vật sau là:
Mà treo vật có khối lượng 0,5 kg vào thì lò xo có chiều dài 9 cm, suy ra, chiều dài tự nhiên của lò xo là:
✍️ Bài tập
3. Một lò xo treo thẳng đứng có chiều dài tự nhiên 20 cm. Khi treo các vật có khối lượng m khác nhau vào lò xo thì chiều dài của lò xo là 1 được ghi lại trong bảng dưới đây. Hãy ghi chiều dài của lò xo vào các ô có khối lượng m tương ứng theo mẫu bảng dưới đây:
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
|
m (g) |
20 |
40 |
50 |
60 |
|
l (cm) |
22 |
24 |
25 |
26 |
✍️ Bài tập
4. Một lò xò có chiều dài tự nhiên 10 cm được treo thẳng đứng, đầu dưới của lò xo treo một quả cân có khối lượng 50 g. Khi quả cân nằm cân bằng thì lò xo có chiều dài 12 cm. Hỏi khi treo 2 quả cận như trên vào lò xo thì chiều dài của lò xo là bao nhiêu? Cho biết độ dãn của lò xo tỉ lệ thuận với khối lượng vật treo.
🌟 Lời giải chi tiết 🌟
Độ dãn của lò xo khi treo vật có khối lượng 50 g là:
