Perlukah makmal untuk berlatih?

Tidak, kemahiran graf dan analisis Kertas 3 boleh dilatih dari rumah dengan data contoh.

Mengapa daya perlu diplot melawan pemanjangan dan bukan jisim?

Daya regangan ialah berat beban, F = mg, bukan jisim itu sendiri. Beban 50 g memberi berat kira-kira 0.5 N. Memplot F dalam newton melawan pemanjangan memberi kecerunan iaitu pemalar spring k dalam N m⁻¹; memplot jisim akan memberi kecerunan yang berbeza dan tidak piawai.

Apakah maksudnya jika graf melengkung berhampiran bahagian atas?

Lengkung menunjukkan spring telah melepasi had kenyalnya. Selepas titik itu pemanjangan tidak lagi berkadar terus dengan daya dan spring mungkin tidak kembali ke panjang asalnya apabila beban ditanggalkan. Kekalkan beban kecil supaya semua bacaan berada pada bahagian lurus.

Bagaimana saya mengurangkan ralat dalam bacaan pemanjangan?

Baca penunjuk terhadap pembaris pada aras mata untuk mengelakkan paralaks, ambil bacaan hanya selepas spring berhenti berayun, dan gunakan penunjuk halus yang dekat dengan skala. Mengulang keseluruhan set beban dan mengambil purata bacaan juga mengurangkan ralat rawak.

Eksperimen: Hubungan antara daya dan pemanjangan spring

Tujuan

Menyiasat hubungan antara daya regangan dan pemanjangan spring dan menentukan pemalar spring.

Pemboleh ubah

Dimanipulasi: Daya regangan, F (berat beban)
Bergerak balas: Pemanjangan spring, x
Dimalarkan: Spring yang sama

Radas & bahan

Spring keluli
Kaki retort dan pengapit
Jisim berslot dengan penyangkut
Pembaris setengah meter
Penunjuk
Pengapit G

Prosedur

Gantungkan spring dari pengapit dan pasang penunjuk pada hujung bawahnya, di sebelah pembaris setengah meter yang menegak.
Tanpa beban, rekod bacaan penunjuk awal.
Gantungkan beban 50 g (berat 0.5 N) pada spring dan rekod bacaan penunjuk baharu.
Kira pemanjangan x = bacaan baharu − bacaan awal.
Tambah beban secara berperingkat sehingga kira-kira 250 g, merekod bacaan setiap kali; kemudian tanggalkan beban untuk menyemak spring kembali.
Rekod daya F dan pemanjangan x bagi setiap beban.

Menjadualkan keputusan

Rekod daya regangan F dalam N dan pemanjangan x dalam cm (atau mm). Beri setiap lajur tajuk kuantiti dan unit dan kekalkan bilangan tempat perpuluhan yang konsisten.

Graf

Plot F (paksi-y) melawan x (paksi-x). Garis lurus melalui asalan menunjukkan F berkadar terus dengan x, mematuhi hukum Hooke; garis melengkung selepas had kenyal.

Analisis

Menurut hukum Hooke F = kx, maka kecerunan graf F melawan x memberikan pemalar spring k. Bahagian garis lurus menunjukkan spring mematuhi hukum Hooke.

Langkah berjaga-jaga

Tambah dan tanggalkan beban dengan lembut dan tunggu spring stabil sebelum membaca.
Baca penunjuk pada aras mata untuk mengelakkan ralat paralaks.
Jangan melebihi had kenyal spring.

Daya dan Gerakan II · Kemahiran graf

Contoh keputusan dan maksudnya

Data contoh bagi spring keluli (bacaan penunjuk awal sudah ditolak untuk memberi pemanjangan):

Daya F = 0.5 N, pemanjangan x = 2.0 cm
F = 1.0 N, x = 4.0 cm
F = 1.5 N, x = 6.0 cm
F = 2.0 N, x = 8.0 cm
F = 2.5 N, x = 10.0 cm

Setiap kali daya bertambah 0.5 N, pemanjangan bertambah 2.0 cm, jadi pemanjangan ialah gandaan tetap bagi daya. Inilah ciri spring yang mematuhi hukum Hooke: pemanjangan berkadar terus dengan daya regangan dalam had kenyal.

Apabila semua beban ditanggalkan dan penunjuk kembali ke bacaan asal, spring masih kenyal, menunjukkan had kenyal tidak pernah dilampaui semasa bacaan diambil.

Membaca graf dan mencari jawapan

Plot daya F (paksi-y) melawan pemanjangan x (paksi-x). Titik-titik jatuh pada garis lurus melalui asalan, mengesahkan F berkadar terus dengan x.

Kecerunan garis ini ialah pemalar spring k. Lukis segi tiga besar menggunakan dua titik yang berjauhan pada garis penyuaian terbaik, contohnya (0.020 m, 0.5 N) dan (0.100 m, 2.5 N).

Tukar pemanjangan kepada meter dahulu:

k = ΔF ÷ Δx = (2.5 − 0.5) N ÷ (0.100 − 0.020) m = 2.0 N ÷ 0.080 m = 25 N m⁻¹

Maka pemalar spring ialah 25 N m⁻¹, bermaksud 25 N diperlukan bagi setiap 1 m pemanjangan. Bahagian lurus graf ialah kawasan hukum Hooke terpakai; jika spring dibebani berlebihan, garis melengkung ke atas melepasi had kenyal.

Markah yang diperhati pemeriksa

Untuk markah amali: tambah dan tanggalkan setiap beban dengan perlahan dan tunggu spring berhenti berayun sebelum membaca, baca penunjuk terhadap pembaris pada aras mata untuk mengelakkan ralat paralaks, dan jangan lampaui had kenyal supaya spring kembali ke panjang asalnya.

Untuk markah kemahiran proses sains Kertas 3, nyatakan pemboleh ubah dengan jelas: pemboleh ubah dimanipulasi ialah daya regangan F, pemboleh ubah bergerak balas ialah pemanjangan x, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah spring yang sama sepanjang eksperimen. Jadualkan F dalam N dan x dalam cm (atau m) dengan unit pada setiap tajuk lajur dan bilangan tempat perpuluhan yang konsisten.

Lukis paksi dengan skala sekata, plot titik dengan tajam, dan lukis satu garis penyuaian terbaik yang nipis. Apabila mencari k daripada kecerunan, tunjukkan segi tiga, koordinat dan unitnya.

Kesimpulan yang baik mengaitkan garis lurus melalui asalan dengan matlamat: spring mematuhi hukum Hooke.

Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)

Ditulis oleh sidang editorial spmphysics.com.my.· Dikemas kini 5 Sep 2026

Eksperimen: Hubungan antara daya dan pemanjangan spring (Hukum Hooke)