考试不提供,需记忆。
用途
Hooke's law 用于力与运动 II(SPM 物理中五)。每一行运算都要带 SI 单位。 力与运动 II
符号与 SI 单位
| 符号 | 含义 | SI 单位 |
|---|---|---|
| F | 力 | N |
| k | 弹簧常数 | N m⁻¹ |
| x | 伸长量 | m |
公式变形
k = F / xx = F / k
解题示例
常见陷阱
理解胡克定律
胡克定律 F = kx 描述弹簧如何伸长。F 是所施加的力,以牛顿(N)为单位。
k 是弹簧常数,以牛顿每米(N m⁻¹)为单位,衡量刚度。x 是伸长量,长度的增加,以米(m)为单位。
力与伸长量成正比:力加倍,伸长量也加倍,前提是保持在弹性极限内。越硬的弹簧 k 越大,故相同力下伸长越少。
按需整理:k = F / x 由力–伸长量的测量求弹簧常数,x = F / k 推算已知弹簧会伸长多少。始终使用伸长量 x,而非弹簧的总长度。
分步解题示例
一个 F = 15 N 的力使弹簧伸长 x = 0.06 m。求弹簧常数。
把胡克定律整理求 k:
- k = F / x = 15 N / 0.06 m
- k = 250 N m⁻¹
因此弹簧常数为 k = 250 N m⁻¹(3 位有效数字)。这表示每多伸长一米需要 250 N,或每多伸长一厘米需要 2.5 N。
用代入检验:30 N 的力应给出 x = F/k = 30 / 250 = 0.12 m,恰为原伸长量的两倍,这正是正比关系所要求的。
常见错误与考法
关键陷阱:x 是伸长量(长度的变化),而非总长度,且此定律仅在弹性极限内成立。
其他常见错误:
- 把 x 留作厘米,使 k 算得小 100 倍。
- 用加载后弹簧的长度,而不减去其原长。
- 在超过弹性极限处套用此定律,那里图线已不再是直线。
题目会要求你计算 k、F 或 x,定义弹簧常数,或解释力–伸长量图的形状以及弹性极限的位置。
来源: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English), Sijil Pelajaran Malaysia: Format Pentaksiran mulai 2021, Fizik (4531) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)