Chuyên đề Biến dạng vật rắn lớp 10

Tài liệu chuyên đề Biến dạng vật rắn Vật Lí lớp 10 gồm các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao với phương pháp giải chi tiết và bài tập tự luyện đa dạng giúp Giáo viên có thêm tài liệu giảng dạy Vật Lí 10.

Xem thử

Chỉ từ 450k mua trọn bộ Chuyên đề dạy thêm Vật Lí 10 (cả 3 sách) bản word có lời giải chi tiết:

• B1: gửi phí vào tk: 0711000255837 - NGUYEN THANH TUYEN - Ngân hàng Vietcombank (QR)
• B2: Nhắn tin tới Zalo VietJack Official - nhấn vào đây để thông báo và nhận giáo án

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Biến dạng đàn hồi, biến dạng kéo và biến dạng nén

- Khi không có ngoại lực tác dụng, vật tắn có kích thước và hình dạng xác định. - Khi có ngoại lực tác dụng, vật rắn thay đổi hình dạng và kích thước, ta nói vật rắn bị biến dạng. +) Biến dạng kéo: kích thước của vật theo phương tác dụng của lực tăng lên so với kích thước tự nhiên của nó. +) Biến dạng nén: kích thước của vật theo phương tác dụng của lực giảm đi so với kích thước tự nhiên của nó.

- Khi ngừng tác dụng lực nếu vật rắn lấy lại được hình dạng và kích thước ban đầu thì biến dạng của vật là biến dạng đàn hồi.

2. Các đặc tính của lò xo

- Các lò xo đều có tính đàn hồi. Khi chịu lực tác dụng, lò xo bị biến dạng đàn hồi.

- Xét với lò xo thẳng, độ biến dạng đặc trưng cho sự biến dạng của lò xo, được xác định bằng hiệu số giữa chiều dài lò xo khi bị biến dạng và chiều dài tự nhiên của lò xo.

+) Khi lò xo không biến dạng: độ biến dạng của lò xo bằng không.

+) Khi lò xo biến dạng nén: độ biến dạng của lò xo âm, độ lớn của độ biến dạng được gọi là độ nén.

+) Khi lò xo biến dạng kéo: độ biến dạng của lò xo dương và được gọi là độ dãn.

- Tính đàn hồi của lò xo được đặc trung bới một hằng số là độ cứng $k$, đơn vị trong hệ $SI$ là $\text{N}/\text{m}$.

- Giới hạn đàn hồi của lò xo là giới hạn trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi của nó.

3. Lực đàn hồi của lò xo - Định luật Hooke

B. BÀI TẬP KHỞI ĐỘNG

Câu 1.Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo

A. Tỉ lệ nghịch với độ biến dạng của lò xo.

B. Tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

C. Tỉ lệ với khối lượng của vật.

D. Tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Câu 2.Chọn phương án sai khi nói về hệ số đàn hồi?

A. Hệ số đàn hồi phụ thuộc vào bản chất của vật đàn hồi.

B. Nếu đơn vị của lực là $\left(N\right)$ và đơn vị chiều dài là (cm) thì hệ số đàn hồi có đơn vị là $(N/cm)$.

C. Lò xo càng dài thì độ hệ số đàn hồi càng lớn.

D. Hệ số đàn hồi còn được gọi là độ cứng.

Câu 3:Điều nào sau đây là sai khi nói về đặc điểm của lực đàn hồi?

A. Lực đàn hồi xuất hiện khi vật có tính đàn hồi bị biến dạng.

B. Khi độ biến dạng của vật càng lớn thì lực đàn hồi cũng càng lớn, giá trị của lực đàn hồi là không có giới hạn.

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

D. Lực đàn hồi luôn ngược hướng với biến dạng.

Câu 4: Điều nào sau đây là sai khi nói về 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.

Câu 5:Điều nào sau đây là sai khi nói về đặc điểm của lực đàn hồi?

A. Lực đàn hồi xuất hiện khi vật có tính đàn hồi bị biến dạng.

B. Khi độ biến dạng của vật càng lớn thì lực đàn hồi cũng càng lớn, giá trị của lực đàn hồi là không có giới hạn.

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

D. Lực đàn hồi luôn ngược hướng với biến dạng.

Câu 6.Lực đàn hồi xuất hiện khi

A. Vật đứng yên.

B. Vật chuyển động có gia tốc.

C. Vật đặt gần mặt đất.

D. Vật có tính đàn hồi bị biến dạng.

Câu 7.Vật nào dưới đây không có tính đàn hồi?

A. Quả bóng bàn.

B. Viên đất sét.

C. Sợi dây cao su.

D. Lò xo bút bi.

Câu 8.Hình ảnh nào sau đây mô tả biến dạng kéo?

A. Hình (1).

B. Hình (2).

C. Hình (3).

D. Hình (4).

Câu 9.Đồ thị hình bên biểu diễn mối quan hệ giữa lực tác dụng vào đầu dưới của lò xo và độ dãn của nó tương ứng với bốn lò xo treo thẳng đứng (1), (2), (3) và (4). Lò xo không tuân theo định luật Hooke là

A. (1).

B. (2).

C. (3).

D. (4).

Câu 10.Đồ thị hình bên biểu diễn mối quan hệ giữa lực tác dụng vào đầu dưới của lò xo và độ dãn của nó tương ứng với bốn lò xo treo thẳng đứng (1), (2), (3) và (4). Lò xo có độ cứng lớn nhất là

A. (1).

B. (2).

C. (3).

D. (4).

BẢNG ĐÁP ÁN

C. CÁC DẠNG BÀI TẬP

DẠNG VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT HOOKE

Phương pháp giải

Định luật Hooke: Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn của lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo: ${\text{F}}_{\text{dh}}=\text{k|Δ}l|$.

Trong đó: $\text{Δ}l=l-l_0$ : độ biến dạng của lò xo (m).

$l_0;l$ :lần lượt là chiều dài tự nhiên và chiều dài của lò xo khi biến dạng (m).

k: độ cứng hay hệ số đàn hồi của lò xo (N/m)

- Lò xo nằm ngang thì ở vị trí cân bằng lò xo không biến dạng.

- Lò xo thẳng đứng thì ở vị trí cân bằng lò xo dãn (nén) $\text{|Δ}{l}_0|$ nên ${\text{F}}_{\text{dh}}=\text{k|Δ}{l}_0|=\text{mg}$

Lò xo nằm ngang

Lò xo thẳng đứng

Ví dụ 1 Tại cùng một nơi trên Trái Đất, hai con lắc lò xo treo thẳng đứng, lò xo thứ nhất bị dãn ra $\text{Δ}{l}_1$ khi treo vật có khối lượng $m_1$, lò xo thứ hai bị dãn ra $\text{Δ}{l}_2=\frac{\text{Δ}{l}_1}{2}$ khi treo vật có khối lượng $m_2=2m_1$. Giả sử cả hai lò xo có khối lượng không đáng kể và có độ cứng lần lượt là ${\text{k}}_1$ và ${\text{k}}_2$. Hệ thức liên hệ giữa ${\text{k}}_1$ và ${\text{k}}_2$ là

A. ${\text{k}}_2=4{\text{k}}_1$

B. ${\text{k}}_1=4{\text{k}}_2$

C. ${\text{k}}_1={\text{k}}_2$

D. ${\text{k}}_1=2{\text{k}}_2$

Phân tích:

Khi lò xo cân bằng ta có:

Áp dụng cho hai lò xo trong hai trường hợp ${\text{m}}_1$ và ${\text{m}}_2$ từ đó suy ra hệ thức cần tìm.

Lời giải: Chọn A.

Khi lò xo cân bằng ta có:

Ví dụ 2 Một lò xo treo thẳng đứng, vật nặng có khối lượng $\text{m}=100\text{g}$,khi vật cân bằng thì nó dãn ra $5\text{cm}$. Bỏ qua khối lượng của lò xo, cho $\text{g}=10\text{m}/{\text{s}}^2$. Thay vật $m$ bằng vật $m\text{'}$ để lò xo dãn ra $8cm$ thì khối lượng vật $m\text{'}$ phải có giá trị là

A. $130\text{g}$

B. $160\text{g}$

C. $160\text{kg}$

D. $130\text{kg}$

Lời giải: Chọn B.

Khi hệ cân bằng ta có:

NOTE
Do $k$ không đổi ta có thể lập tỉ lệ như sau: $\text{k|Δ}l|=\text{mg}\Rightarrow \text{m}~|\text{Δ}l|$$\Rightarrow m\text{'}=\frac{8}{5}\text{m}=160\text{g}$

Ví dụ 3 Một lò xo khối lượng không đáng kể, có chiều dài tự nhiên là $40\text{cm}$ được treo thẳng đứng đầu trên cố định, đầu dưới treo vật có khối lượng ${\text{m}}_1=120\text{g}$,khi cân bằng lò xo dãn ra thêm $2cm$. Cho $\text{g}=10\text{m}/{\text{s}}^2$. Chiều dài của lò xo khi treo thêm một vật có khối lượng ${\text{m}}_2=40\text{g}$ là

A. $46\text{cm}$

B. $43\text{cm}$

C. $8\text{cm}$

D. $6\text{cm}$

Lời giải: Chọn B.

Treo lần lượt vật ${\text{m}}_1,\left({\text{m}}_1+{\text{m}}_2\right)$ vào đầu dưới lò xo thì lò xo dãn $\text{Δ}{l}_1,\text{Δ}{l}_2>0$

Khi hệ cân bằng ta có:

Vậy chiều dài của lò xo khi treo vật $\left({\text{m}}_1+{\text{m}}_2\right)$ là:

$l=l_0+\left|\text{Δ}{l}_2\right|$$=40+\frac{8}{3}\approx 43\text{cm}$

Ví dụ 4 Hình vẽ sau biểu diễn sự phụ thuộc của độ lớn lực đàn hồi $\text{F}\left(\text{N}\right)$ theo chiều dài $l\left(\text{cm}\right)$ của lò xo. Độ biến dạng của lò xo khi lực đàn hồi có độ lớn $2N$ là

A. 2,5 cm.

B. 10 cm.

C. 2 cm.

D. 3 cm.

Phân tích:

Độ lớn lực đàn hồi:

$\text{F}=\text{k|Δ}l|=\text{k|}l-l_0|$

Trên đồ thị ta chú ý 2 vị trí đặc biệt có thể lấy được các thông số cần thiết là: $\left({\text{F}}_1=0;l_1=10\text{cm}\right)$ và $\left({\text{F}}_2=2,5\text{N};l_2=12,5\text{cm}\right)$ từ đó giải tìm giá trị độ cứng $k$.

Lời giải: Chọn C.

DẠNG 1: VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT II NEWTON GIẢI BÀI TOÁN LỰC ĐÀN HỒI

Phương pháp giải

Các bước giải hoàn toàn tương tự như các dạng bài vận dụng định luật II Newton đã làm ở chương Động lực học, kết hợp với nội dung về đặc điểm của lực đàn hồi và định luật Hooke để có hướng giải toán phù hợp.

Ví dụ 1 Một con lắc lò xo được treo trên mặt phẳng nghiêng không ma sát như hình vẽ. Biết lò xo có độ cứng $\text{k}=100\text{N}/\text{m}$ và chiều dài tự nhiên là $70cm$, vật nặng có khối lượng $0,5kg$; bỏ qua khối lượng của lò xo. Cho $\text{g}=10\text{m}/{\text{s}}^2$. Chiều dài của lò xo khi vật ở vị trí cân bằng là

A. 74,3 cm.

B. 74,5 cm.

C. 74 cm.

D. 72,5 cm.

Phân tích:

Lò xo đặt trên mặt phẳng nghiêng thì tại vị trí vật cân bằng, lực đàn hồi của lò xo cân bằng với thành phần trọng lực tác dụng lên vật theo phương của mặt phẳng nghiêng.

Lời giải: Chọn D.

Khi vật cân bằng tại $O$ ta có: ${\overrightarrow{F}}_{dh}+\overrightarrow{P}+\overrightarrow{O}=\overrightarrow{0}$(*)

Chọn hệ trục tọa độ xOy như hình vẽ.

Chiếu (*) lên ta được:

${\text{P}}_{\text{x}}-{\text{F}}_{\text{dh}}=0$ với ${\text{P}}_{\text{x}}=\text{Psin}\alpha$

$\Rightarrow P\text{sin}\alpha =\text{k.|Δ}{l}_0|$$\Rightarrow \text{Δ}{l}_0|=\frac{\text{mgsin}\alpha }{\text{k}}$$=\frac{0,5.10\text{sin}{30}^{\circ }}{100}$$=0,025\text{m}=2,5\text{cm.}$

Chiều dài của lò xo khi cân bằng là:

$l=l_0+\left|\text{Δ}{l}_0\right|=72,5\text{cm}$

NOTE
Khi treo một vật vào lò xo nằm nghiêng góc so với mặt phẳng ngang thì khi hệ cân bằng lò xo dãn một đoạn: $\text{Δ}{l}_0=\frac{\text{mgsin}\alpha }{\text{k}}\text{.}$

Ví dụ 2 Một lò xo nhẹ có độ cứng $\text{k}=100\text{N}$, có chiều dài tự nhiên $l_0=20\text{cm}$ đặt trên mặt phẳng nhẵn nằm ngang như hình vẽ. Một đầu lò xo gắn vào quả cầu khối lượng $\text{m}=80\text{g}$ đầu kia gắn cố định vào một trục quay $\left(\text{Δ}\right)$ thẳng đứng tại A. Cho trục $\left(\text{Δ}\right)$ quay đều với tốc độ góc $5\pi$ rad/s. Chiều dài của lò xo gần với giá trị nào nhất?

A. 25 cm.

B. 20 cm.

C. 18 cm.

D. 15 cm.

Lời giải: Chọn A.

Trục $\left(\text{Δ}\right)$ quay đều thì vật m quay theo và kéo lò xo dãn ra một khoảng $\text{Δ}l=l-l_0$.

Theo định luật II Newton ta có: $\overrightarrow{P}+\overrightarrow{N}+{\overrightarrow{F}}_{dh}=m\overrightarrow{a}$(*)

Chiếu phương trình (*) lên phương bán kính quỹ đạo chiều hướng vào tâm ta được:

${\text{F}}_{\text{dh}}={\text{ma}}_{\text{ht}}$$\Rightarrow \text{k|Δ}l|=\text{m}\left(l_0+\left|\text{Δ}l\right|\right){\omega }^2$$\Rightarrow \left|\text{Δ}l\right|\approx 0,05\text{m}=5\text{cm}.$

Vậy chiều dài của lò xo là:

$l=l_0+\left|\text{Δ}l\right|\approx 25\text{cm}$

Ví dụ 3 Một lò xo nhẹ có độ cứng $\text{k}=100\text{N}$, và chiều dài tự nhiên $l_0=20\text{cm}$ treo vật có khối lượng $\text{m}=80\text{g}$ vào đầu dưới lò xo còn đầu trên cố định vào điểm $O$ trên trục $\left(\text{Δ}\right)$ thẳng đứng. Cho trục $\left(\text{Δ}\right)$ quay đều, vật m luôn vạch ra một đường tròn sao cho $\left(\text{Δ}\right)$ hợp với trục lò xo một góc $\alpha ={45}^{\circ }$. Lấy $g=10{\text{m/s}}^2$. Số vòng quay mà vật m đã thực hiện trong 1 phút là:

A. 60 vòng.

B. 78 vòng.

................................

................................

................................

Xem thử

Xem thêm Chuyên đề dạy thêm Vật Lí lớp 10 các chương hay khác:

• Chuyên đề Mở đầu

• Chuyên đề Động học

• Chuyên đề Động lực học

• Chuyên đề Năng lượng, công, công suất

• Chuyên đề Động lượng

• Chuyên đề Chuyển động tròn đều

• Chuyên đề Vật lí trong một số ngành nghề

• Chuyên đề Trái đất và bầu trời

• Chuyên đề Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường

Lời giải bài tập lớp 10 sách mới:

• Giải bài tập Lớp 10 Kết nối tri thức
• Giải bài tập Lớp 10 Chân trời sáng tạo
• Giải bài tập Lớp 10 Cánh diều

---