Kéo nhẹ hai đầu một lò xo rồi buông tay. Điều gì xảy ra nếu lò xo chưa bị kéo quá mức?
Xem lời giải từng bước
Lò xo dài ra lúc bị kéo; khi ngừng kéo, nó co lại gần chiều dài ban đầu vì còn tính đàn hồi.
HAT PHYSICS LEARNING · KHOA HỌC TỰ NHIÊN 6 · KẾT NỐI TRI THỨC
Bài 42 – Biến dạng của lò xo
Chương VIII · Lực trong đời sống · SGK trang 151–153
01 · MỤC TIÊU
Quan sát sự biến dạng và đo độ dãn lò xo
Nhận biết
Nêu được ví dụ vật có tính đàn hồi; mô tả lò xo dài ra khi bị kéo và trở lại hình dạng ban đầu khi thôi tác dụng lực, nếu chưa vượt giới hạn đàn hồi.
Thực hành
Treo lò xo theo phương thẳng đứng; lần lượt tăng số quả nặng giống nhau, đo chiều dài và ghi kết quả vào bảng.
Thông hiểu
Tính được độ dãn bằng chiều dài khi có vật treo trừ chiều dài ban đầu; chỉ ra mối liên hệ tỉ lệ thuận giữa độ dãn và khối lượng vật treo trong phạm vi thí nghiệm.
Vận dụng
Đọc bảng số liệu, dự đoán độ dãn khi tăng khối lượng, giải thích việc không kéo hoặc treo vật vượt mức cho phép.
Khởi động: Vì sao kẹp quần áo có lò xo có thể kẹp chặt, còn một lò xo bị kéo quá căng có thể không trở về hình dạng cũ?
02 · KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
Biến dạng đàn hồi và độ dãn của lò xo
I. Hiện tượng biến dạng của lò xo
Khi dùng tay kéo lò xo xoắn, lò xo dài ra; khi nén, lò xo ngắn lại. Trong điều kiện lò xo còn đàn hồi, ngừng tác dụng lực thì lò xo trở về gần hình dạng, kích thước ban đầu. Hiện tượng đổi hình dạng hoặc kích thước là biến dạng.
Quan sát: Kẹp quần áo, bút bấm, giảm xóc và đệm lò xo đều tận dụng biến dạng đàn hồi. Không phải mọi vật đều trở lại hình dạng cũ sau biến dạng: đồ gốm có thể vỡ, đất nặn giữ hình mới.
II. Độ dãn của lò xo treo thẳng đứng
Đo chiều dài ban đầu khi chưa có vật treo là l₀. Treo vật, chờ đứng yên, đo chiều dài l từ cùng hai đầu lò xo. Độ dãn bằng phần chiều dài tăng thêm.
Độ dãn của lò xo
\[\boxed{\Delta l=l-l_0}\]
(1)
\(\Delta l\): độ dãn; \(l_0\): chiều dài ban đầu; \(l\): chiều dài khi treo vật. Ba đại lượng dùng cùng một đơn vị (cm hoặc mm).
Áp dụng cho thí nghiệm lò xo treo thẳng đứng, đã đứng yên và có độ dãn dương. Không lẫn độ dãn với chiều dài toàn bộ lò xo.
III. Mối liên hệ giữa khối lượng vật treo và độ dãn
Khi giữ nguyên lò xo và treo vật có khối lượng tăng gấp 2, 3,… lần, độ dãn tăng tương ứng gấp 2, 3,… lần nếu lò xo còn trong phạm vi đàn hồi. Đây là kết luận cần kiểm chứng bằng bảng số liệu thực hành.
Tỉ lệ thuận trong phạm vi đo
\[\frac{\Delta l_1}{m_1}=\frac{\Delta l_2}{m_2}\quad (m_1,m_2>0)\]
(2)
\(m\) là tổng khối lượng vật treo, \(\Delta l\) là độ dãn; ví dụ tăng từ 50 g lên 100 g thì độ dãn từ 2 cm lên 4 cm.
Hệ thức chỉ dùng trong khoảng thí nghiệm đàn hồi với cùng một lò xo; không khẳng định đúng với mọi khối lượng.
Sơ đồ minh họa: số vòng xoắn và chiều dài trên hình chỉ mang ý nghĩa trực quan; dùng số đo thí nghiệm để tính độ dãn.
IV. Quy trình thí nghiệm và an toàn
Năm bước: (1) Lắp giá đỡ và treo lò xo; (2) đo \(l_0\); (3) treo lần lượt 1, 2, 3… quả nặng giống nhau, chờ cân bằng; (4) đo \(l\), tính \(\Delta l\), ghi bảng; (5) so sánh các tỉ số hoặc các cặp số liệu để kết luận. Không treo tải vượt giới hạn nhà sản xuất hoặc giáo viên cho phép.
V. Mười hai ví dụ có lời giải
Lò xo chưa treo vật dài 10 cm; treo vật thì dài 12 cm. Tính độ dãn.
Xem lời giải từng bước
Δl = l − l₀ = 12 − 10 = 2 cm.
Mỗi quả nặng 50 g, khi treo 1 quả lò xo dãn 2 cm. Treo 2 quả giống nhau trong giới hạn đàn hồi, độ dãn bằng bao nhiêu?
Xem lời giải từng bước
Khối lượng tăng gấp đôi nên độ dãn cũng tăng gấp đôi: 4 cm.
Treo 1 quả 50 g lò xo dãn 2 cm. Treo 3 quả cùng loại, độ dãn dự đoán?
Xem lời giải từng bước
Khối lượng tăng 3 lần nên Δl = 3 × 2 = 6 cm, nếu lò xo còn đàn hồi.
Chiều dài ban đầu 11 cm; treo 100 g lò xo dãn 3 cm. Tính chiều dài sau treo.
Xem lời giải từng bước
l = l₀ + Δl = 11 + 3 = 14 cm.
Khi treo 50 g, 100 g, 150 g thì độ dãn lần lượt 1,5 cm; 3 cm; 4,5 cm. Có phải tỉ lệ thuận không?
Xem lời giải từng bước
Có: tỉ số Δl/m đều bằng 0,03 cm/g trong phạm vi đo.
Một bạn đo chiều dài lò xo từ móc treo trên giá thay vì từ đầu lò xo. Sai ở đâu?
Xem lời giải từng bước
Cần cố định cùng hai vị trí đầu–cuối của riêng lò xo qua các lần đo, nếu không dữ liệu không đáng tin cậy.
Lò xo dài ban đầu 9 cm; sau khi bỏ 100 g, chiều dài lại là 9 cm. Nhận xét.
Xem lời giải từng bước
Lò xo đã trở về chiều dài ban đầu ở phép thử này, biểu hiện biến dạng đàn hồi.
Có thể lấy dữ liệu một lò xo mảnh và một lò xo cứng trộn chung thành bảng để kết luận không?
Xem lời giải từng bước
Không. Khi khảo sát khối lượng – độ dãn phải giữ nguyên một lò xo và cách treo, chỉ thay đổi khối lượng.
l₀ = 20 cm, các chiều dài tương ứng 20; 21; 22; 23 cm. Độ dãn lần lượt bao nhiêu?
Xem lời giải từng bước
Trừ 20 cm lần lượt được 0; 1; 2; 3 cm.
Dữ liệu đo tới 200 g cho thấy tỉ lệ thuận. Có được khẳng định treo 2 kg cũng tỉ lệ thuận?
Xem lời giải từng bước
Không. Kết luận chỉ áp dụng trong phạm vi đàn hồi đã kiểm chứng, vượt tải có thể làm lò xo biến dạng không hồi phục.
Kể hai dụng cụ hoạt động nhờ biến dạng và phục hồi của lò xo.
Xem lời giải từng bước
Ví dụ: kẹp quần áo, bút bi bấm, đệm lò xo, bộ giảm xóc. Cần nêu đúng vai trò lò xo trong từng dụng cụ.
03 · QUAN SÁT – THỰC HÀNH ẢO
Ba trạm khám phá độ dãn của lò xo
Dữ liệu là giả lập lí tưởng, dùng để luyện cách đo và nhận xét. Không dùng để xác định giới hạn chịu tải của lò xo thật.
01 · Treo quả nặng – xem lò xo dãn
Chọn tổng khối lượng treo, đo chiều dài và độ dãn trên mô hình. Khi vượt 200 g, chương trình không ngoại suy công thức.
02 · Bảng số liệu thí nghiệm
Trong mô hình, mỗi quả nặng 50 g làm lò xo dãn 2 cm, chiều dài ban đầu 10 cm. Nhập độ dãn tại hàng được yêu cầu rồi kiểm tra.
| Khối lượng (g) | Chiều dài l (cm) | Độ dãn Δl (cm) |
|---|
03 · So sánh hai lò xo
Hai lò xo có độ cứng khác nhau (mô phỏng). Giữ nguyên từng lò xo, thay đổi khối lượng, quan sát đồ thị độ dãn theo khối lượng.
04 · LUYỆN TẬP – KIỂM TRA
36 câu tự luyện – 22 câu kiểm tra/10 điểm · Biến dạng của lò xo
36Tự luyện6Nhóm kiến thức22Kiểm tra10Điểm tối đa
Phần A: 6 nhóm × 6 câu có giải thích. Phần B: 8 câu ABCD, 4 câu Đúng/Sai mỗi câu 4 ý, 8 câu trả lời ngắn và 2 câu tự luận theo rubric.
Phần A · Tự luyện theo sáu nhóm
Tiến độ: 0/36
Trang 1/6
Phần B · Kiểm tra cuối bài (10 điểm)
8 câu ABCD × 0,25; 4 câu Đúng/Sai tối đa 1 điểm/câu; 8 câu trả lời ngắn × 0,25; 2 câu tự luận × 1 điểm. Phần tự luận cần giáo viên đánh giá theo rubric.
05 · SƠ ĐỒ TƯ DUY
Ghi nhớ: Lò xo – độ dãn – thí nghiệm
Sáu nhánh hệ thống hóa hiện tượng, quy trình đo và điều kiện kết luận.
06 · EM CÓ BIẾT?
Vì sao lò xo được sử dụng rộng rãi?
Kẹp quần áo và bút bấm
Lò xo biến dạng và hồi phục để giữ lực kẹp hoặc giúp một bộ phận trở về vị trí trước đó.
Lực kế lò xo
Một số lực kế hoạt động nhờ biến dạng của lò xo. Vạch chia phải được hiệu chuẩn, không dùng lò xo bất kì làm dụng cụ đo chính xác.
Vì sao có giới hạn tải?
Treo quá nhiều vật có thể làm lò xo bị biến dạng lâu dài hoặc hỏng. Các phép đo ở vùng này không còn tuân theo đường thẳng đã tìm được trước đó.
Lực đàn hồi là gì?
Đây là tên gọi của lực xuất hiện khi vật đàn hồi bị biến dạng; trong Bài 42 khái niệm này chỉ ở mức tìm hiểu thêm, không yêu cầu học công thức lực đàn hồi.
Hoạt động tại nhà: Tìm ba đồ vật có lò xo, mô tả lò xo bị nén hay kéo dãn và lí do cần tránh tác dụng quá mạnh. Không tự tháo các thiết bị đang tích năng lượng hoặc có lò xo lớn.