Khởi động trang 128

Đề bài: Bungee là một trò chơi mạo hiểm được nhiều người yêu thích. Em có biết trò chơi này được thực hiện dựa trên hiện tượng vật lí nào không?

Lời giải:

Trò chơi bungee dựa trên hiện tượng biến dạng đàn hồi của dây bungee.

Khi người nhảy xuống, dây bungee bị kéo dãn → xuất hiện lực đàn hồi kéo người chậm lại rồi đẩy ngược lên. Nhờ vậy, người chơi dao động lên xuống an toàn thay vì rơi tự do.

I. Biến dạng đàn hồi. Biến dạng kéo và biến dạng nén

Hoạt động trang 128

Đề bài: Làm các thí nghiệm về biến dạng:

• Ép quả bóng cao su vào bức tường (Hình 33.1a).
• Nén lò xo dọc theo trục của nó (Hình 33.1b).
• Kéo hai đầu lò xo dọc theo trục của nó (Hình 33.1c).
• Kéo cho vòng dây cao su dãn ra (Hình 33.1d).

Trả lời các câu hỏi sau:

Câu 1. Trong mỗi thí nghiệm trên:

a) Lực nào làm vật biến dạng?

b) Biến dạng nào là biến dạng kéo? Biến dạng nào là biến dạng nén?

c) Mức độ biến dạng phụ thuộc vào yếu tố nào?

Câu 2. Trong thí nghiệm với lò xo và vòng dây cao su, nếu lực kéo quá lớn thì khi thôi tác dụng lực, chúng có trở về hình dạng, kích thước ban đầu được không?

Lời giải:

Câu 1.

a) Lực làm vật biến dạng:

• Hình 33.1a: lực ép của tay vào quả bóng cao su (và lực do tường tác dụng ngược lại).
• Hình 33.1b: lực nén của hai tay vào hai đầu lò xo.
• Hình 33.1c: lực kéo của hai tay vào hai đầu lò xo.
• Hình 33.1d: lực kéo của hai tay vào vòng dây cao su.

b) Loại biến dạng:

• Biến dạng nén: Hình 33.1a (quả bóng bị ép) và Hình 33.1b (lò xo bị nén).
• Biến dạng kéo: Hình 33.1c (lò xo bị kéo dãn) và Hình 33.1d (vòng dây cao su bị kéo dãn).

c) Mức độ biến dạng phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng: lực càng lớn thì biến dạng càng nhiều.

Câu 2. Nếu lực kéo quá lớn (vượt quá giới hạn đàn hồi) thì khi thôi tác dụng lực, lò xo và vòng dây cao su không trở về hình dạng và kích thước ban đầu được nữa.

II. Lực đàn hồi. Định luật Hooke

1. Lực đàn hồi của lò xo

Hoạt động trang 129 (Thiết kế thí nghiệm)

Đề bài: Với các dụng cụ: giá đỡ thí nghiệm; các lò xo; hộp quả cân; thước đo.

a) Thiết kế và thực hiện phương án thí nghiệm tìm mối quan hệ giữa độ lớn của lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo.

b) Hãy thể hiện kết quả trên đồ thị về sự phụ thuộc của lực đàn hồi vào độ biến dạng của lò xo.

c) Thảo luận và nhận xét kết quả thu được.

Lời giải:

a) Phương án thí nghiệm:

• Treo lò xo thẳng đứng vào giá đỡ.
• Đo chiều dài tự nhiên $\ell_0$ của lò xo (khi chưa treo vật).
• Treo lần lượt từng quả cân (50 g, 100 g, 150 g,…) vào đầu dưới lò xo.
• Đo chiều dài $\ell$ của lò xo ứng với mỗi quả cân → tính độ biến dạng (độ dãn): $\Delta \ell = \ell – \ell_0$.
• Khi vật cân bằng: lực đàn hồi cân bằng với trọng lực, nên $F_{đh} = m \cdot g$.
• Ghi kết quả vào bảng.

b) Đồ thị:

Vẽ đồ thị với trục hoành là $\Delta \ell$, trục tung là $F_{đh}$. Các điểm thực nghiệm sẽ nằm gần như trên một đường thẳng đi qua gốc tọa độ.

c) Nhận xét:

Đồ thị là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ → lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của nó:

$$F_{đh} = k \cdot \Delta \ell$$

Câu 1 trang 129

Đề bài: Em hãy cho biết loại biến dạng trong mỗi trường hợp sau:

a) Cột chịu lực trong toà nhà.

b) Cánh cung khi kéo dây cung.

Lời giải:

a) Cột chịu lực trong toà nhà: biến dạng nén (cột bị các tầng phía trên ép xuống theo phương dọc trục).

b) Cánh cung khi kéo dây cung: biến dạng kéo (cánh cung bị uốn cong làm các thớ phía ngoài bị kéo dãn).

Câu 2 trang 129

Đề bài: Tìm thêm ví dụ về biến dạng nén và biến dạng kéo trong đời sống.

Lời giải:

• Biến dạng nén: chân ghế khi có người ngồi, đệm khi nằm, móng nhà chịu trọng lượng tường, lò xo giảm xóc xe khi xe đi qua chỗ xóc, đế cao su giày khi bước đi.
• Biến dạng kéo: dây phơi quần áo khi treo đồ ướt, dây cáp treo cầu, dây thun cột tóc khi cột, dây cao su buộc đồ, dây cung đàn ghi-ta khi căng.

2. Định luật Hooke

Câu 1 trang 130 (Tính độ cứng và khối lượng lò xo)

Đề bài: Từ kết quả thu được trong hoạt động ở mục 1, hãy tính độ cứng của lò xo đã dùng làm thí nghiệm. Tại sao khối lượng lò xo cần rất nhỏ so với khối lượng của các vật nặng treo vào nó?

Lời giải:

Cách tính độ cứng $k$:

Từ định luật Hooke: $F_{đh} = k \cdot \Delta \ell$, ta có:

$$k = \dfrac{F_{đh}}{\Delta \ell} = \dfrac{m \cdot g}{\Delta \ell}$$

Lấy số liệu từng lần đo, thay số vào để tính $k$. Lấy giá trị trung bình của các lần đo để được độ cứng của lò xo (đơn vị N/m).

Tại sao khối lượng lò xo cần rất nhỏ?

Khi treo lò xo thẳng đứng, trọng lượng của chính lò xo cũng làm lò xo bị giãn một phần. Nếu khối lượng lò xo lớn, độ giãn do trọng lượng riêng của lò xo sẽ ảnh hưởng đáng kể đến phép đo → sai số lớn.

Khi khối lượng lò xo rất nhỏ so với vật nặng → có thể bỏ qua tác dụng của trọng lượng lò xo, đảm bảo độ biến dạng đo được chỉ do vật nặng gây ra → kết quả chính xác hơn.

Câu 2 trang 130 (Đồ thị 3 lò xo)

Đề bài: Trên Hình 33.5 là đồ thị sự phụ thuộc của độ lớn lực đàn hồi $F$ vào độ biến dạng $\Delta \ell$ của 3 lò xo khác nhau A, B và C.

a) Lò xo nào có độ cứng lớn nhất?

b) Lò xo nào có độ cứng nhỏ nhất?

c) Sự biến dạng của lò xo nào không tuân theo định luật Hooke?

Lời giải:

Lưu ý: Trong đồ thị $F – \Delta \ell$, độ dốc của đường thẳng đi qua gốc tọa độ chính là độ cứng $k$ của lò xo (vì $F = k \cdot \Delta \ell$).

a) Lò xo C có độ cứng lớn nhất vì đường biểu diễn của nó dốc nhất (cùng một độ biến dạng $\Delta \ell$ nhưng cần lực $F$ lớn nhất).

b) Lò xo B có độ cứng nhỏ nhất vì đường biểu diễn của nó ít dốc nhất trong các đường thẳng (cùng một lực $F$ nhưng độ biến dạng lớn nhất).

c) Lò xo A không tuân theo định luật Hooke vì đồ thị biểu diễn của A không phải đường thẳng (đường cong) → $F$ không tỉ lệ thuận với $\Delta \ell$.

Em có thể

Trang 130

Đề bài: Giải thích được nguyên tắc hoạt động của bộ phận giảm xóc trong ô tô, xe máy.

Lời giải:

Bộ phận giảm xóc trong ô tô, xe máy hoạt động dựa trên biến dạng đàn hồi của lò xo và sự tiêu tán năng lượng của ống giảm chấn:

• Lò xo trong bộ giảm xóc đặt giữa thân xe và bánh xe.
• Khi xe đi qua chỗ gồ ghề, bánh xe bị đẩy lên → lò xo bị nén → lò xo có lực đàn hồi đẩy ngược trở lại, không cho rung động truyền trực tiếp đến thân xe và người ngồi.
• Khi xe đi qua chỗ trũng, lò xo dãn ra rồi co lại theo, giúp bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường.
• Bên cạnh lò xo có ống giảm chấn chứa dầu, chuyển hoá năng lượng dao động của lò xo thành nhiệt năng → triệt tiêu dần dao động, giúp xe không bị nảy lên xuống lâu sau khi đi qua chỗ xóc.

Nhờ vậy, người ngồi trên xe cảm thấy êm và xe chạy ổn định hơn.

Thầy Phạm Trần Quốc Anh

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn