Tiến trình xây dựng kiến thức “Lực đàn hồi”

8. Cấu trúc luận văn

2.3.1. Tiến trình xây dựng kiến thức “Lực đàn hồi”

Tình huống có vấn đề

Quan sát một số vật biến dạng đàn hồi: quả bóng bay, lò xo, dây cao su, tấm đệm mút

Câu hỏi

Lực đàn hồi có phương, chiều, độ lớn xác định như thế nào?

Giải quyết vấn đề

- Giả thuyết: Lực đàn hồi có

+ Phương: trùng với phương của trục lò xo, của dây cao su; còn đối với trường hợp tấm đệm mút thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc.

+ Chiều: ngược với chiều biến dạng. + Độ lớn: tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo

Căn cứ đề xuất giả thuyết: từ kinh nghiệm “dùng tay kéo dãn 1 đầu dây cao su có đầu kia cố định thì thấy tay chịu tác dụng lực kéo của dây cao su”. Lực đàn hồi của dây cao su tác dụng lên tay sẽ ngược hướng, cùng độ lớn với lực kéo của tay.

- TN kiểm tra giả thuyết:

TN1. TN đối với lò xo

+ Dụng cụ: lò xo một đầu cố định, các gia trọng, thước thẳng, lực kế

+ Bố trí: như Hình 2.5

+ Tiến hành: lần lượt treo các gia trọng m, 2m, 3m vào lò xo. Xác định phương, chiều của lực đàn hồi và độ biến dạng (độ dãn) của lò xo

Hình 2.5. Bố trí TN xác định lực đàn hồi của lò xo

+ Dự kiến kết quả: lực đàn hồi ngược hướng với trọng lực (phương trùng với phương của trục lò xo, chiều ngược chiều biến dạng của lò xo)

Treo gia trọng m, độ dãn của lò xo là l

Nếu treo gia trọng 2m thì độ dãn của lò xo là 2l

Nếu treo gia trọng 3m thì độ dãn của lò xo là 3l

TN2. TN đối với dây cao su (chỉ kiểm tra giả thuyết về phương và chiều) + Treo gia trọng vào dây cao su, xác định phương, chiều của lực đàn hồi?

+ Dự kiến kết quả: lực đàn hồi ngược hướng với trọng lực (phương trùng với sợi dây, chiều ngược chiều dãn của dây cao su)

TN3. TN đối với tấm đệm mút (chỉ kiểm tra giả thuyết về phương và chiều) + Đặt gia trọng lên tấm đệm mút, xác định phương, chiều của lực đàn hồi?

+ Dự kiến kết quả: lực đàn hồi ngược hướng với trọng lực (phương vuông góc với mặt tiếp xúc, chiều ngược chiều nén của tấm đệm mút)

- Tiến hành TN kiểm tra giả thuyết.

- Tình huống phát triển: trong TN1, nếu cứ tiếp tục treo thêm các quả nặng thì lực đàn hồi có còn tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo hay không?

- TN4. Giới hạn đàn hồi.

+ Dụng cụ, bố trí, tiến hành tương tự TN1.

+ Dự kiến kết quả: nếu treo gia trọng bằng 4m thì độ dãn là 4l

nếu treo gia trọng bằng 5m thì độ dãn là 5l

- Tiến hành TN4: khi treo gia trọng lớn, lực đàn hồi không còn tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo nữa. Bỏ vật nặng ra, lò xo không lấy lại được chiều dài ban đầu, ta nói lò xo vượt quá giới hạn đàn hồi.

Kết luận

Lực đàn hồi có:

+ Phương: trùng với phương của trục lò xo, của dây cao su; còn đối với trường hợp các mặt tiếp xúc bị biến dạng khi ép vào nhau thì lực đàn hồi có phương vuông góc với mặt tiếp xúc

+ Chiều: ngược với chiều biến dạng

+ Độ lớn: trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo

Fđh = k. l