Lý thuyết Sự biến dạng – Vật lí 10 Cánh diều

Lý thuyết Vật lí 10 Bài 2: Sự biến dạng

A. Lý thuyết Sự biến dạng

I. Biến dạng kéo và biến dạng nén.

- Nếu bóp một quả bóng cao su, nó sẽ bị biến dạng, tức là không còn giữ nguyên hình dạng ban đầu nữa.

- Một thanh cao su ở trạng thái bình thường. Làm thanh cao su đó ngắn đi. Biến dạng đó là biến dạng nén.

- Kéo để thanh cao su dài thêm. Biến dạng như vậy là biến dạng kéo.

II. Định luật Hooke (  Húc)

1. Đặc tính của lò xo.

+ Lực đàn hồi: Khi ta kéo hoặc nén một lò xo, tức làm lò xo biến dạng, lực đàn hồi xuất hiện ở hai đầu của lò xo và chống lại lực gây ra sự kéo hoặc nén này. Hướng của lực đàn hồi ở mỗi đầu lò xo ngược với hướng của lực gây biến dạng lò xo.

+ Độ giãn: Khi cân bằng lò xo có độ dài xác định. Dưới tác dụng của trọng lượng vật treo, lò xo bị kéo giãn xuống dưới và bị dài thêm ra. Độ dài thêm ra này gọi là độ giãn của lò xo

+ Giới hạn đàn hồi: Khi tăng trọng lượng của vật treo vượt quá một giá trị nào đó thì khi bỏ vật treo ra, lò xo không trở lại chiều dài ban đầu nữa.

2. Thí nghiệm.

- Khảo sát độ giãn của lò xo bằng thí nghiệm.

3. Định luật Hooke.

- Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

$F=k.\left|\Delta l\right|$

- Hệ số tỉ lệ k được gọi là độ cứng của lò xo. Đơn vị đo của độ cứng là niutơn trên mét, kí hiệu N/m.

- Lò xo nào càng cứng thì càng ít biến dạng.

4. Ứng dụng định luật Hooke.

- Cân đồng hồ (hay còn gọi là cân đồng hồ lò xo).

- Cân đồng hồ hoạt động dựa trên sự biến dạng của lò xo, tạo trạng thái cân bằng khi lò xo chịu tác dụng lực nén hoặc kéo.

B. Trắc nghiệm Sự biến dạng

Câu 1: Điều nào sau đây là sai khi nói về phương và độ lớn của lực đàn hồi?

A. Với cùng độ biến dạng như nhau, độ lớn của lực đàn hồi phụ thuộc vào kích thước và bản chất của vật đàn hồi.

B. Với các mặt tiếp xúc bị biến dạng, lực đàn hồi vuông góc với các mặt tiếp xúc.

C. Với các vật như lò xo, dây cao su, thanh dài, lực đàn hồi hướng dọc theo trục của vật.

D. Lực đàn hồi có độ lớn tỉ lệ nghịch với độ biến dạng của vật biến dạng.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo

$F=k.\left|\Delta \mathcal{l}\right|$

Trong đó, hệ số tỉ lệ k được gọi là độ cứng của lò xo (N/m).

Câu 2: Khẳng định nào sau đây là đúng khi ta nói về lực đàn hồi của lò xo và lực căng của dây?

A. Đó là những lực chống lại sự biến dạng đàn hồi của lò xo và sự căng của dây.

B. Đó là những lực gây ra sự biến dạng đàn hồi của lò xo và sự căng của dây.

C. Chúng đều là những lực kéo.

D. Chúng đều là những lực đẩy.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Lực căng dây xuất hiện khi dây bị kéo căng, có phương dọc theo dây, chiều chống lại xu hướng bị kéo giãn.

Lực đàn hồi cùa lò xo là lực căng của lò xo. Khi kéo giãn lò xo, lực đàn hồi có xu hướng làm ngắn lò xo. Khi lò xo bị nén thì lực đàn hồi lại có xu hướng làm lò xo giãn ra.  

Câu 3: Một vật tác dụng một lực vào một lò xo có đầu cố định và làm lò xo biến dạng. Trong giới hạn đàn hồi và lò xo đứng cân bằng. Điều nào dưới đây là không đúng?

A. Lực đàn hồi của lò xo có độ lớn bằng lực tác dụng và chống lại sự biến dạng của lò xo.

B. Lực đàn hồi cùng phương và ngược chiều với lực tác dụng.

C. Lực đàn hồi lớn hơn lực tác dụng và chống lại lực tác dụng.

D. Khi vật ngừng tác dụng lên lò xo thì lực đàn hồi của lò xo cũng mất đi.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Lò xo đứng cân bằng, nên tổng hợp các lực tác dụng lên nó phải bằng 0. Vì vậy, lực đàn hồi và lực tác dụng có độ lớn bằng nhau.

Câu 4: Dùng hai lò xo để treo hai vật có cùng khối lượng, lò xo bị giãn nhiều hơn thì có độ cứng:

A. lớn hơn.

B. nhỏ hơn.

C. tương đương nhau.

D. chưa đủ điều kiện để kết luận.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo $F=k.\left|\Delta \mathcal{l}\right|$. Trong đó, hệ số tỉ lệ k được gọi là độ cứng của lò xo (N/m).

Mà hai vật có cùng khối lượng sẽ gây ra lực tác dụng như nhau trên 2 lò xo. Vậy lò xo nào giãn nhiều hơn (Δ$\mathcal{l}$ lớn hơn) sẽ có độ cứng nhỏ hơn (k nhỏ hơn).

Câu 5: Lò xo có độ cứng k, một đầu treo vào điểm cố định, đầu còn lại được gắn vào vật có khối lượng m. Khi vật cân bằng thì hệ thức nào sau đây được nghiệm đúng?

A. $\frac{k}{\left|\Delta \mathcal{l}\right|}=\frac{m}{g}$.

B. $mg=k.\left|\Delta \mathcal{l}\right|$.

C. $\frac{g}{\left|\Delta \mathcal{l}\right|}=\frac{m}{k}$.

D. $k=\frac{\left|\Delta \mathcal{l}\right|}{mg}$.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

Khi vật nằm cân bằng, trọng lực $\overrightarrow{P}$ cân bằng với lực đàn hồi $\overrightarrow{F_{dh}}$.

Ta có: $P=F_{đh}\iff mg=k.\Delta \mathcal{l}$

Câu 6: Hai người cầm hai đầu của một lực kế lò xo và kéo ngược chiều những lực bằng nhau, tổng độ lớn hai lực kéo là 100 N. Lực kế chỉ giá trị là:

A. 50 N

B. 100 N.

C. 0 N.

D. 25 N

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Lực kế chịu tác dụng của hai lực cân bằng $\overrightarrow{F_{đh1}},\overrightarrow{F_{đh2}}$.

Khi đó, lò xo biến dạng một đoạn Δ$\mathcal{l}$ do lực kéo gây ra.

Số chỉ lực kế bằng độ lớn lực đàn hồi: F_đh1 = F_đh2 = $\frac{100}{2}$ = 50 N.

Câu 7: Một lò xo có chiều dài tự nhiên bằng 22 cm. Lò xo được treo thẳng đứng, một đầu giữ cố định, còn đầu kia gắn một vật nặng. Khi ấy lò xo dài 27 cm, cho biết độ cứng lò xo là 100 N/m. Độ lớn lực đàn hồi bằng:

A. 500 N.

B. 5 N.

C. 20 N.

D. 50 N.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

${\mathcal{l}}_0=22\text{ cm}={22.10}^{-2}\text{ m; }\mathcal{l}=27\text{ cm}={27.10}^{-2}\text{ m}$

k = 100 N/m

Độ lớn lực đàn hồi: $F=k.\left|\Delta \mathcal{l}\right|=100.({27.10}^{-2}-{22.10}^{-2})=5\text{ N}$.

Câu 8: Dùng một lò xo để treo một vật có khối lượng 300 g thì thấy khi cân bằng lò xo giãn một đoạn 2 cm. Nếu treo thêm một vật có khối lượng 150 g thì độ giãn của lò xo là:

A. 1 cm.

B. 2 cm.

C. 3 cm.

D. 4 cm.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Đổi đơn vị: 300 g = 0,3 kg; 150 g = 0,15 kg; 2 cm = 0,02 m.

Vì cùng một lò xo nên độ cứng k sẽ như nhau:

$\Rightarrow \frac{F_1}{\Delta {\mathcal{l}}_1}=\frac{F_2}{\Delta {\mathcal{l}}_2}\iff \frac{m_{1}g}{\Delta {\mathcal{l}}_1}=\frac{m_{2}g}{\Delta {\mathcal{l}}_2}\iff \frac{0,3}{0,02}=\frac{0,3+0,15}{\Delta {\mathcal{l}}_2}$

$\Rightarrow \Delta {\mathcal{l}}_2=0,3\text{ m}=3\text{ cm}$

Câu 9: Một lò xo có chiều dài tự nhiên là 20 cm. Khi cân bằng lò xo có chiều dài 24 cm thì lực đàn hồi của nó bằng 5 N. Hỏi khi lực đàn hồi của lò xo bằng 10 N thì chiều dài của nó bằng bao nhiêu?

A. 28 cm.

B. 48 cm.

C. 22 cm.

D. 40 cm.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Đổi đơn vị: 20 cm = 0,2 m; 24 cm = 0,24 m

Vì cùng một lò xo nên độ cứng k sẽ như nhau:

$\Rightarrow \frac{F_1}{\Delta {\mathcal{l}}_1}=\frac{F_2}{\Delta {\mathcal{l}}_2}\iff \frac{5}{0,24-0,2}=\frac{10}{({\mathcal{l}}_2-0,2)}$

$\Rightarrow {\mathcal{l}}_2=0,28\text{ m}=28\text{ cm}$

Câu 10: Cho hai lò xo có độ cứng k₁ và k₂. Khi treo vào lò xo k₁ vật có khối lượng 2 kg thì khi cân bằng lò xo dãn 2 cm, khi treo vật có khối lượng 6 kg vào lò xo k₂ thì khi cân bằng lò xo dãn 12 cm. Khi đó ta có:

A. k₂ = 2k₁.

B. k₁ =3k₂.

C. k₁ = 2k₂.

D. k₁ = 4k₂.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Đổi đơn vị: 2 cm = 0,02 m; 12 cm = 0,12 m.

Ta có: $F=k.\left|\Delta \mathcal{l}\right|$. Ở vị trí cân bằng P = F_đh

$\Rightarrow \frac{k_1}{k_2}=\frac{F_1}{\Delta {\mathcal{l}}_1}.\frac{\Delta {\mathcal{l}}_2}{F_2}=\frac{m_1.\Delta {\mathcal{l}}_2}{\Delta {\mathcal{l}}_1.m_2}=\frac{2.0,12}{6.0,02}=2\Rightarrow k_1=2k_2$

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Vật lí lớp 10 sách Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài mở đầu: Giới thiệu mục đích học tập môn Vật lí

Lý thuyết Bài 1: Tốc độ, độ dịch chuyển và vận tốc

Lý thuyết Bài 2: Đồ thị độ dịch chuyển theo thời gian. Độ dịch chuyển tổng hợp và vận tốc tổng hợp

Lý thuyết Bài 3: Gia tốc và đồ thị vận tốc – thời gian

Lý thuyết Bài 4: Chuyển động biến đổi