虎克定律 - 大綱
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虎克定律: 當固體材料受力之後,材料所受之力與變形量之間成線性關係。
也就是一個固體的受力和它的變形量成正比。
公式表示為: 其中F:彈簧的恢復力,與外力大小相等但 ...
虎克定律
大綱:
1. 實驗原理說明
2. 實驗器材
3. 實驗演示項目
4. 演示參考影片
5. 演示參考看板
6. 這個實驗的趣味
7. 問題與討論
8. 相關學測題目
9. 參考資料
10. 其他
1.實驗原理說明
虎克定律:
當固體材料受力之後,材料所受之力與變形量之間成線性關係。
也就是一個固體的受力和它的變形量成正比。
公式表示為:
其中F:彈簧的恢復力,與外力大小相等但方向相反。
k:彈性係數,L:受力後彈簧總長度,Lo:彈簧原長。
如圖一,一條原長為Lo的彈簧,當我們掛上一重物m1g於彈簧上達平衡時則總長度為2Lo,而恢復力為F1=m1g=k(2Lo-
Lo);
若改掛上一重物m2g達平衡時彈簧總長度為3Lo,而恢復力F2=m2g=k(3Lo-Lo)。
圖一彈簧與受力的關係
在「外力-伸長量」的圖形中,其斜率即為彈性係數k,此外當外力超過彈性限度時,將不遵守虎克定律。
圖二外力對伸長量做圖
注意:不是所有的物體都滿足虎克定律。
但物體在偏離平衡狀態一點點時(形變很小),可以將近似滿足虎克定律,因此虎克定律有許多應用。
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2.實驗器材
1.橡皮筋5條
2.橫桿1枝
3.鉤子6個(迴紋針即可)
4.寶特瓶1瓶
5.塑膠袋5個
6.椅子
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3.實驗演示項目
橡皮筋的虎克定律:
Step1:將寶特瓶劃分成5等分,並測量每1等分中水的重量
Step2:將橫桿架好,並分別等間距的掛上5個鉤子
Step3:每個鉤子分別掛上橡皮筋,橡皮筋後在連上塑膠袋
Step4:分別將5個塑膠袋裝不同等分的水(1.2.3.4.5等分的水)
Step5:將會看到每個塑膠袋排成一斜線的關係
Step6:紀錄每個橡皮筋的身長量,與相對應水的重量
Step7:求出橡皮筋的彈性係數
實驗架設示意圖
注意:若在Step5沒有看到直線,要注意水的重量是否有達到虎克定律的範圍(太重或太輕)
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4.演示參考影片
虎克定律:
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5.演示參考看板
國中學習單
高中學習單
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6.這個實驗的趣味
1.利用簡單的工具學習虎克定律
2.探討虎克定律的適用範圍
3.利用實際的實驗更了解虎克定律
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7.問題與討論
1.虎克定律的原理?
2.虎克定律適用的範圍?
3.那些情況是用虎克定律?
4.生活中有那些例子?
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8.相關學測題目
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9.參考資料
1.國科會高瞻自然科學教學資源平台
2.財團法人大學入學考試中心
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10.其他
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