Báo cáo biện pháp Một số phương pháp đặt câu hỏi và giải bài tập cơ học trong môn vật lý THCS
Bài tập vật lý được hiểu là những bài làm để học sinh tập vận dụng những kiến thức khái quát đã được xây dựng trong các bài học lý thuyết để giải quyết một vấn đề cụ thể. Những vấn đề cần giải quyết thường được trình bày dưới hai dạng: giải thích hiện tượng và dự đoán hiện tượng. Giải thích hiện tượng nghĩa là chỉ rõ nguyên nhân nào đã dẫn đến hiện tượng đó, tức là nguyên nhân đó liên quan đến một số tính chất của sự vật hoặc một số định luật vật lý đã biết. Như vậy, giải thích hiện tượng không phải tiến hành tùy tiện theo suy nghĩ chủ quan của mình mà phải dựa trên những kiến thức đã biết, được coi là chân lý. Dự đoán hiện tượng cũng phải căn cứ vào những tính chất của sự vật, những định luật đã biết để dự đoán vì những tính chất hay những định luật là những kiến thức khái quát chung cho một loại hiện tượng.
Vì việc giải thích hay dự đoán có thể là định tính hoặc định lượng nên người ta thường chia bài tập thành hai loại: bài tập định tính và bài tập định lượng. Với bài tập định tính, ta chỉ cần thực hiện lập luận logic để chỉ ra nguyên nhân của hiện tượng hay dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra. Đối với bài tập định lượng, ta phải tính toán cụ thể giá trị của một số đại lượng đặc trưng cho hiện tượng. Đối với trình độ trung học cơ sở, bài tập định tính có tầm quan trọng đặc biệt vì nó yêu cầu học sinh phải nắm vững các tính chất, quy luật của sự vật, hiện tượng và biết cách trình bày lập luận chặt chẽ, hợp lý. Trong khi đó, bài tập tính toán thường chỉ sử dụng những phép tính đơn giản dựa trên những công thức đơn giản, ít khi đòi hỏi phải lập những phương trình hay hệ phương trình phức tạp. Xu thế chung hiện nay là giảm bớt phần tính toán phức tạp để tránh trường hợp học sinh sa vào áp dụng công thức một cách hình thức, máy móc. Hơn nữa, quá trình giải bài tập định lượng phải được bắt đầu bằng việc xét mặt định tính của hiện tượng bằng cách lập luận để chỉ ra công thức được áp dụng biểu thị cho tính chất nào của đại lượng vật lý hay của định luật vật lý nào. Nói một cách khác, mỗi bài tập định lượng đều hàm chứa một bài tập định tính mở đầu.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Báo cáo biện pháp Một số phương pháp đặt câu hỏi và giải bài tập cơ học trong môn vật lý THCS
= v1.t1 (1) - Khi chỉ có người chuyển động thì: s = v2.t2 (2) - Khi người và thang cùng chuyển động trong thời gian t thì người đi được đoạn đường s1 = v1t và thang đi được đoạn đường s2 = v2t. Do đó: s = s1 + s2 = v1.t + v2t = (v1 + v2)t (3) - Rút v1 từ (1) và v2 từ (2) rồi thay vào (3), ta được phương trình: s = - Khử tham số s, và biến đổi, ta thu được: t = = = 20 (s) Bài tập 3: (Bài toán gặp nhau nhiều lần) Hai xe cùng chuyển động đều trên một vòng tròn. Xe1 đi hết một vòng trong thời gian 5 phút, xe2 đi hết một vòng trong thời gian 20 phút. Hỏi khi xe2 đi hai vòng thì gặp xe1 mấy lần? Hãy tính trong hai trường hợp: a) Hai xe khởi hành cùng từ một điểm trên vòng tròn và đi cùng chiều. b) Hai xe khởi hành cùng từ một điểm trên vòng tròn và đi ngược chiều. A. Tìm hiểu đề bài: Cho biết: Hai xe chuyển động đều từ cùng một vị trí. Xe1 đi nhanh gấp 4 lần xe2. Xét trong thời gian xe2 đi 2 vòng. Hỏi: Số lần gặp nhau của hai xe nếu: - Hai xe đi cùng chiều. - Hai xe đi ngược chiều. B. Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh: - Tính số vòng xe1 đã đi được khi xe2 đi 2 vòng. - Tìm mối quan hệ giữa số vòng quay của hai xe sau lần gặp đầu tiên ứng với trường hợp hai xe đi cùng chiều và ứng với trường hợp hai xe đi ngược chiều. - Từ đó suy ra mối quan hệ giữa số lần gặp và số vòng quay của hai xe. C. Giải: Gọi n1 là số vòng quay của xe1, n2 là số vòng quay của xe2, n là số lần gặp nhau. - Vì xe1 đi nhanh gấp lần xe2 nên trong thời gian xe2 đi được n2 = 2 vòng thì xe1 đã đi được n1 = 8 vòng. a) Trường hợp hai xe chuyển động cùng chiều: - Sau lần gặp đầu tiên, xe1 đã đi nhiều hơn xe2 một vòng. Từ đó suy ra trong thời gian giữa hai lần gặp nhau, xe1 đã đi nhiều hơn xe2 một vòng. - Do đó, số lần gặp nhau của hai xe bằng chênh lệch số vòng hai xe đã đi. Tức là số lần gặp nhau của hai xe bằng: n = n1 – n2 = 8 – 2 = 6 (lần). b) Trường hợp hai xe chuyển động ngược chiều: - Sau lần gặp đầu tiên, tổng số vòng quay của hai xe là một vòng. Từ đó suy ra sau mỗi lần gặp nhau, tổng số vòng quay của hai xe tăng thêm một vòng. - Do đó, số lần gặp nhau của hai xe bằng tổng số vòng hai xe đã đi. Tức là số lần gặp nhau của hai xe bằng: n = n1 + n2 = 8 + 2 = 10 (lần). Bài tập 4: (tính vận tốc trung bình) Một người đi bộ trên quãng đường đầu dài là 3km với vận tốc 2m/s. Ở quãng đường sau dài 1,95km người đó đi hết 0,5h. Tính vận tốc trung bình của người đó trên cả hai quãng đường. A. Tìm hiểu đề: Cho biết: - Quãng đường đầu vật chuyển động đều: s1 = 3km = 3000m và v1 = 2m/s - Quãng đường sau vật chuyển động đều: s2 = 1,95km = 1950 m và t2 = 0,5h = 0,5.3600s = 1800s. Hỏi: Vận tốc trung bình của người đó trên cả quãng đường. B. Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh: - Tóm tắt và đổi đơn vị phù hợp. - Nêu tính chất chuyển động của người đó trên từng đoạn đường và trên cả hai quãng đường. - Yêu cầu học sinh nêu công thức tính vận tốc trung bình. - Yêu cầu học sinh chỉ ra trong công thức đó: những đại lượng nào đã biết, cần tính những đại lượng nào, những đại lượng đó được tính như thế nào. C. Giải: - Thời gian đi hết quãng đường đầu là: - Vận tốc trung bình của người đó trên cả hai quãng đường là: = 1,5 (m/s) * Lưu ý: Một số học sinh có thể giải bài tập trên như sau: - Vận tốc của người đó đi bộ trên quãng đường sau là: (m/s) - Vận tốc trung bình của người đó trên cả hai quãng đường là: (m/s) Cách giải trên sai lầm ở điểm học sinh đã vận dụng công thức . Thực ra, đó là công thức trung bình cộng các vận tốc chứ không phải là công thức vận tốc trung bình. Công thức trên chỉ đúng khi chuyển động đó là chuyển động đều, tức là có vận tốc bằng nhau trên mỗi quãng đường. Bài tập 5: (tính vận tốc trung bình) Một người đi xe máy từ A đến B. Đoạn đường s = AB gồm một đoạn lên dốc và một đoạn xuống dốc. Xe chạy đều trên đoạn lên dốc với vận tốc v1 = 30km/h và chạy đều trên đoạn xuống dốc đi với vận tốc v2 = 50km/h. Thời gian t1 khi xe đi trên đoạn lên dốc t1 bằng 1,5 lần thời gian t2 khi xe đi trên đoạn xuống dốc. Tính vận tốc trung bình của xe trên cả đoạn đường AB. A. Tìm hiểu đề bài: Cho biết: Trên đoạn s1: v1 = 30 km/h, trên đoạn s2: v2 = 50 km/h. t1 = 1,5 t2. Hỏi: Vận tốc trung bình vtb trên cả đoạn đường s = s1 + s2. B. Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh: - Viết công thức tính vận tốc trung bình. - Tính quãng đường đi được theo thời gian t1. - Tính thời gian đi thơi thời gian t1. - Từ đó tính vận tốc trung bình. C. Giải: - Chiều dài đoạn đường AB là: s = v1t1 + v2t2 = 30t1 + 50.1,5t1 = 105t1 (km). - Tổng thời gian đi hết đoạn đường AB là : t = t1 + t2 = t1 + 1,5t1 = 2,5t1. - Vận tốc trung bình trên cả đoạn đoạn đường AB là: vtb = = = 42 (km/h) 2.2. Bài tập về máy cơ đơn giản 2.2.1. Những kiến thức cần thiết: Máy cơ đơn giản là những máy trong đó chỉ thực hiện việc biến đổi lực (về hướng và độ lớn). Trường hợp máy cơ đơn giản không có ma sát và trong điều kiện cân bằng (chuyển động đều), ta sử dụng được định luật bảo toàn công (công sinh ra bằng công nhận được), hay nói cách khác: được lợi bao nhiêu lần về lực thì thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại: A1 = A2 hay F1.s1 = F2.s2 hay - Ròng rọc cố định: có tác dụng đổi hướng mà không đổi độ lớn của lực kéo. - Ròng rọc động: không đổi hướng của lực kéo, được lợi hai lần về lực nhưng thiệt hai lần về đường đi: dùng một lực F thì có thể nâng một vật có trọng lượng gấp đôi (P = 2F) lên, nhưng lực kéo phải di chuyển một quãng đường s1 gấp đôi đường đi s2 của P. + Với hai ròng rọc động: Dùng 2 ròng rọc động, được lợi 4 lần về lực nhưng lại thiệt 4 lần về đường đi: F = P/4; s1 = 4s2. + Tổng quát: Với hệ thống có n ròng rọc động thì ta có: F = P/2n; s1 = 2n s2. - Đòn bẩy: Đổi hưởng của lực và biến đổi độ lớn của lực. Các lực tác dụng lên đòn bẩy tỉ lệ nghịch với cánh tay đòn của lực: Cánh tay đòn của lực là khoảng cách từ điểm tựa O của đòn bẩy đến giá của lực. - Mặt phẳng nghiêng: Để kéo vật nặng có trọng lượng P lên độ cao h, ta cần dùng lực F song song với mặt phẳng nghiêng có độ lớn nhỏ hơn P (lợp về lực), kéo đi đoạn đường s lớn hơn h (thiệt về đường đi): P.h = F.s hay - Hiệu suất của máy cơ đơn giản: Trong trường hợp có ma sát và tính đến trọng lượng bản thân của máy, để có được công có ích Ai (công để thực hiện công việc cần làm) thì lực phát động phải sinh công toàn phần A gồm: công để thắng ma sát, công làm chuyển vận bộ phận bản thân của máy và công có ích. Khi đó, hiệu suất được tính bởi công thức: H = 2.2.2. Một số lưu ý về mặt phương pháp: - Ở bậc trung học cơ sở, chỉ xét trường hợp máy chuyển động trong trạng thái cân bằng, nghĩa là lên đều, quay đều. Trong trường hợp này, một cách tổng quát ta có thể áp dụng định luật bảo toàn công để tìm mối quan hệ giữa lực kéo đặt vào máy và lực cản ở đầu còn lại của máy. - Trong trường hợp các vật nằm cân bằng, ta có thể giải bài toán theo trình tự: + Xác định các lực tác dụng lên các phần của vật. + Sử dụng điều kiện cân bằng của một vật để lập các phương trình cần thiết. 2.2.3. Một số ví dụ: A B F Bài tập 1: (Đòn bẩy) Thanh thẳng AB đồng chất, tiết diện đều được giữ cân bằng nằm ngang nhờ lực nâng F ở đầu A và đế tựa ở đầu B. Khi đặt thêm vật nhỏ có khối lượng m = 120 (g) tại trung điểm của thanh, ta phải tăng lực nâng F ở đầu A thêm 20% thì hệ mới nằm cân bằng. a) Hãy tính khối lượng M của thanh. b) Sau đó di chuyển vật m một đoạn bằng AB/4 về phía đầu A. Hỏi phải tăng lực nâng thêm bao nhiêu Niutơn để hệ vẫn nằm cân bằng? A. Tìm hiểu đề: Cho biết: - Thanh đồng chất có khối lượng M, vật m = 120 (g) đặt tại trung điểm thanh. - Lực nâng F tăng thêm 20%, tức là F’ = 1,2F. - Dịch chuyển m một đoạn AB/4 về phía A. Hỏi: a) Khối lượng M của thanh. b) Độ tăng của lực nâng tại đầu A. B. Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh: - Nhắc lại công thức điều kiện cân bằng của đòn bẩy. - Xác định cánh tay đòn của từng lực. - Giáo viên lưu ý cho học sinh hiệu quả tác dụng của từng lực (được đặc trưng bằng tích số độ lớn của và cánh tay đòn của lực): trọng lượng của thanh và trọng lượng của vật có xu hướng đè đòn bẩy xuống; lực F nâng đòn bẩy lên để giữ thăng bằng cho đòn bẩy. - Viết phương trình cân bằng cho từng trường hợp. C. Giải: a) Cánh tay đòn của lực F là đoạn AB, cánh tay đòn của trọng lượng thanh và trọng lượng của vật bằng AB/2. - Sử dụng quy tắc đòn bẩy để xác định được: + Lúc đầu: F.AB = 10M.AB/2 (1) + Lúc sau: 1,2F.AB = (10M + 10m).AB/2 (2) - Lấy (2) chia cho (1), ta được: 1,2 = 1 + m/M - Giải phương trình này, ta thu được: M = 5m = 600(g) b) Cánh tay đòn trọng lượng của vật tăng thêm một lượng AB/4. Sử dụng quy tắc đòn bẩy, ta có: - Lúc vật m chưa dịch chuyển: F.AB = (10M + 10m).AB/2 Suy ra: F = 5(M+m) = 5(0,6 + 0,12) = 3,6 (N) - Lúc vật m đã dịch chuyển: F’.AB = 10M.AB/2 + 10m.3.AB/4 Suy ra: F’ = 5M + 7,5m = 5.0,6 + 7,5.0,12 = 3,9 (N) - Do đó, lực nâng tăng thêm một lượng là: F’ – F = 0,3 (N) * Lưu ý: thực ra, trong câu b) ta đã ngầm áp dụng quy tắc mômen lực. Đó là quy tắc khá tổng quát để giải bài toán cân bằng của vật có trục quay. Bài tập.2: (Mặt phẳng nghiêng) Người ta dùng một tấm ván dài 4m để kéo một thùng hàng nặng 1500N lên một sàn ô tô cao 1,2m. Lực kéo song song với tấm ván cần dùng là 540N. Tính lực ma sát giữa thùng hàng với tấm ván và hiệu suất của mặt phẳng nghiêng? A. Tìm hiểu đề bài: Cho biết: - Tấm ván dùng làm mặt phẳng nghiêng: l = 4m; h = 1,2m. - Lực kéo F = 540N - Trọng lượng vật P = 1500N Hỏi: - Lực ma sát. - Hiệu suất H = ? (%) B. Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh: - Lực kéo một vật đi trên mặt phẳng nghiêng được tính theo công thức nào? - Vì sao lực kéo cho ở đề bài lại lớn hơn lực kéo tính được khi không có ma sát? - Trong mặt phẳng nghiêng công có ích là công của lực nào? Công toàn phần là công của lực nào? - Áp dụng công thức nào để tính hiệu suất? * Lưu ý học sinh: - Công có ích tính theo công thức trên là công nâng vật theo phương thẳng đứng, không có ma sát. - Có thể tính công có ích theo công thức: Ai = F.l (lực F không có ma sát) - Lúc đó công toàn phần để kéo vật theo mặt phẳng nghiêng là: At = Ai + Ams Với Ams là công do lực ma sát Fms tiêu thụ trong quá trình kéo. - Phương pháp tính này thường được sử dụng trong trường hợp bài tập về C. Giải: - Khi không có ma sát, dùng một lực F để nâng vật có trọng lượng P lên độ cao h theo mặt phẳng nghiêng có độ dài l thì: (N) - Theo đề bài, ta lại cần đến một lực kéo bằng 540N. Đó là do cần thêm một phần của lực kéo dùng để thắng lực ma sát. Do đó lực ma sát có độ lớn là: Fms = 540 - 450 = 90 (N) - Công có ích để nâng một vật lên độ cao h = 1,2m là: Ai = P.h = 1500 . 1,2 = 1800 (J) - Công toàn phần để nâng vật lên độ cao h = 1,2m bằng mặt phẳng nghiêng nhờ lực kéo FK = 540N là: At = FK.l = 540.4 = 2160 (J) - Vậy hiệu suất của mặt phẳng nghiêng là: = 83% Bài tập 3: (Ròng rọc) Người ta dùng hệ thống ròng rọc để kéo đều một vật có trọng lượng P = 1200N từ mặt đất lên đến độ cao h = 6m (hình vẽ). Biết ròng rọc động có trọng lượng 50N và lực cản do ma sát bằng 4% lực kéo. a) Tính độ lớn của lực kéo và công của lực kéo. b) Tính hiệu suất của hệ thống. A. Tìm hiểu đề: Cho biết: - Hệ gồm 1 ròng rọc động và 1 ròng rọc cố định. - P = 1200N, Prr = 50N, Fms = 0,04Fk. - h = 6m. Hỏi: a) Lực kéo Fk = ? Công của lực kéo Ak = ? b) Hiệu suất H = ? B. Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh: - Để kéo vật đi lên được thì lực kéo cần thiết dùng để thắng những lực nào? - Tính độ lớn của những thành phần lực mà lực kéo cần phải thắng lực đó. - Hãy viết biểu thức tính độ lớn của lực kéo theo các lực cần cần phải thắng trong quá trình nâng vật lên bằng hệ này. - Trong hệ đã cho, công có ích là công của lực nào? Công toàn phần là công của lực nào? - Áp dụng công thức nào để tính hiệu suất? C. Giải: a) - Lực kéo cần thiết đặt lên hệ dùng để nâng vật, nâng ròng rọc động và thắng lực ma sát. - Vì hệ có một ròng rọc động nên: + Lực kéo cần thiết để nâng vật bằng = 600N. + Lực kéo cần thiết để nâng ròng rọc động bằng = 25N. - Lực kéo cần thiết để thắng lực ma sát là 0,04Fk. - Vậy, lực kéo phải có giá trị tối thiểu là: Fk = 600 + 25 + 0,04Fk. Suy ra: Fk = 651 (N). - Để nâng vật lên độ cao h = 6m thì lực kéo phải dịch chuyển một đoạn đường: s = 2h = 12 m. - Do đó, công của lực kéo là: Ak = Fk.s = 651.12 = 7812 (J) b) - Công có ích: Ai = P.h = 1200.6 = 7200 (J) - Do đó, hiệu suất là: = 0,92 = 92% 2.3. Bài tập cơ chất lỏng: 2.3.1. Những kiến thức cần thiết: - Định luật Paxcan: Áp suất tác dụng lên chất lỏng đựng trong bình kín được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng. * Lưu ý: Vì áp lực tỉ lệ thuận với diện tích các mặt bị chất lỏng tác dụng nên áp lực không truyền đi nguyên vẹn trong chất lỏng mà phải tỉ lệ thuận với diện tích bị chất lỏng tác dụng: F = p.S. - Chất lỏng gây áp suất lên thành bình, đáy bình và mọi điểm trong lòng nó dưới mặt thoáng của chất lỏng. - Tại một điểm trong lòng chất lỏng, áp suất theo mọi hướng đều bằng nhau. - Áp suất riêng của chất lỏng tại một điểm trong lòng nó tỉ lệ thuận với trọng lượng riêng d của chất lỏng và với độ cao h của cột chất lỏng tính từ điểm đó đến mặt thoáng của chất lỏng: p = d.h. - Áp suất của một loại chất lỏng tại những điểm trong lòng nó và cùng nằm trên một mặt phẳng nằm ngang đều bằng nhau. - Định luật Acsimét: Mọi vật nhúng trong chất lỏng sẽ bị chất lỏng đẩy từ dưới lên trên, theo phương thẳng đứng với một lực có độ lớn bằng trọng lượng của khối chất lỏng bị vật chiếm chỗ, được gọi là lực đấy Acsimét. FA = d.V d là trọng lượng riêng của chất lỏng. V là thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ. - Một vật nhúng trong chất lỏng nổi hay chìm phụ thuộc vào quan hệ giữa trọng lượng P của vật với lực đẩy Acsimét FA tác dụng lên vật. + Nếu P > FA: vật bị chìm xuống. + Nếu P < FA: vật nổi lên. + Nếu P = FA: vật cân bằng trong chất lỏng hoặc nổi trên mặt chất lỏng. - Vật có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng của chất lỏng trong đó vật bị dìm thì vật sẽ nổi lên trên mặt chất lỏng đó, một phần của vật nhô lên trên mặt chất lỏng. - Máy ép dùng chất lỏng dựa trên tính chất không chịu nén của chất lỏng và sự truyền áp suất trong lòng chất lỏng theo định luật Paxcan: p1 = p2, suy ra: - Đối với bình thông nhau đựng cùng một chất lỏng, khi cân bằng, mực chất lỏng trong hai nhánh ngang nhau. Nếu hai nhánh của bình đựng hai chất lỏng có trọng lượng riêng khác nhau thì tổng áp suất các cột chất lỏng trong một nhánh bằng tổng áp suất các cột chất lỏng trong nhánh kia. 2.3.2 Một số lưu ý về mặt phương pháp: - Phần cơ chất lỏng được xét ở đây thực ra là xét cơ chất lỏng ở trang thái cân bằng (thủy tĩnh học). - Theo nguyên tắc chung của cơ học, nếu vật cân bằng trong chất lỏng thì những lực tác dụng lên nó cân bằng nhau, tức là tổng độ lớn các lực hướng xuống bằng với tổng độ lớn các lực hướng lên. Tuy nhiên, khi xét sự cân bằng của một khối chất lỏng ở hai nhánh của bình thông nhau, ta phải xét sự cân bằng áp suất chứ không được xét sự cân bằng lực. Đó là do áp suất bằng nhau nhưng chưa chắc áp lực bằng nhau (do diện tích khác nhau). Vì vây giáo viên cần hướng cho học sinh tránh điều nhầm lẫn mà học sinh hay mắc phải sau đây: áp suất bằng nhau dẫn đến áp lực bằng nhau. - Điểm lưu ý khá dễ nhớ khi giải bài tập về cơ chất lỏng là như sau: + Khi xét sự cân bằng của vật trong chất lỏng, ta nên xét sự cân bằng lực. + Khi xét sự cân bằng của khối chất lỏng, ta phải bắt đầu từ việc xét đến áp suất và sự cân bằng áp suất. - Đối với chất lỏng có mặt ngoài thông với khí quyển đều chịu tác động của áp suất khí quyển. Do đó, để lập luận trong bài giải được chặt chẽ, ta phải tính đến áp suất khí quyển. Tuy nhiên, ta nên tách thành hai trường hợp cho dễ giải quyết như sau: + Đối với bài toán bình thông nhau, do mặt thoáng hai cột chất lỏng đều chịu tác động của áp suất khí quyển như nhau nên có thể bỏ qua đại lượng đại diện cho áp suất khí quyển trong phương trình cân bằng áp suất. Nghĩa là khi tính đến sự cân bằng áp suất ở hai nhánh của bình, ta chỉ tính đến áp suất do các cột chất lỏng ở từng nhánh gây ra. + Trường hợp chất lỏng chỉ có một phần tiếp xúc với khí quyển, phần còn lại tiếp xúc với một chất khí khác đựng trong bình kín thì áp suất chất khí ở hai phần đó sẽ khác nhau. Do đó, ta không thể bỏ qua tác động của áp suất khí quyển được. - Nếu hai nhánh của bình chứa hai loại chất lỏng không hòa tan nhau thì ta nên chọn điểm tại mặt phân cách giữa hai chất lỏng và điểm có độ cao tương ứng ở nhánh bên kia làm các điểm để so sánh áp suất. - Nếu bình thông nhau có đặt các pitton nhẹ và tiết diện các nhánh khác nhau, ta cần xét tới lực tác dụng lên pitton do áp suất khí quyển gây ra. 2.3.3 Một số ví dụ: . Bài tập 1: (Áp suất cột chất lỏng) Một ống thủy tinh hình trụ dựng thẳng đứng, một đầu kín một đầu hở (đầu hở ở trên), chứa một lượng nước và lượng thủy ngân có cùng khối lượng. Độ cao tổng cộng của cột chất lỏng trong ống là 73cm. Biết khối lượng riêng của nước và thủy ngân lần lượt là D1 = 1g/cm3 và D2 = 13,6 g/cm3. a) Tính độ cao của mỗi chất lỏng trong ống. b) Tính áp suất của chất lỏng lên đáy ống. A. Tìm hiểu đề: Cho biết: - Cột chất lỏng trong ống có tiết diện S gồm hai loại chất lỏng có m1 = m2. - Tổng chiều cao của cột chất lỏng: h = h1 + h2 = 73 cm = 0,73m. - D1 = 1g/cm3 = 1000kg/m3, D2 = 13,6g/cm3 = 13600kg/m3. Hỏi: a) h1 = ? h2 = ? b) Áp suất p của cột chất lỏng lên đáy ống. B. Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh: - Để tính h1 và h2, ta cần có hai phương trình chỉ chứa hai ẩn số này. - Đề đã cho chiều cao cột chất lỏng. Chiều cao này quan hệ với h1 và h2 theo quy luật nào? - Từ mối quan hệ bằng nhau giữa hai khối lượng, ta cần tìm thêm phương trình thể hiện mối quan hệ giữa hai chiều cao h1 và h2. + Hãy viết biểu thức tính thể tích của từng khối chất lỏng theo diện tích đáy ống và chiều cảo của từng cột chất lỏng. + Viết biểu thức tính khối lượng từng khối chất lỏng theo thể tích, tức là theo chiều cao. + Từ điều kiện hai khối lượng bằng nhau, hãy rút ra mối quan hệ giữa hai chiều cao của hai cột chất lỏng. - Nguyên nhân nào là cho cột chất lỏng có thể gây ra áp suất lên đáy ống? - Em hãy viết biểu thức tính trọng lượng của từng cột chất lỏng. - Từ biểu thức tính áp suất theo áp lực, em hãy tính áp suất của cột chất lỏng. C. Giải: a) - Tổng chiều cao của cả hai loại chất lỏng là 73 cm, tức là: h1 + h2 = 73 cm = 0,73m. (1) - Gọi S là diện tích đáy của ống. Khối lượng mỗi loại chất lỏng là: + Khối lượng nước: m1 = D1Sh1. + Khối lượng thủy ngân: m2 = D2Sh2. - Đề cho hai khối lượng này bằng nhau, tức là: D1Sh1 = D2Sh2 - Suy ra: h1 = h2 = 13,6h2 (2) - Giải hệ phương trình (1) và (2), ta thu được: h2 = 0,05 (m) h1 = 0,68 (m) b) - Áp lực của chất lỏng lên đáy ống bằng tổng trọng lượng của cột chất lỏng: F = P1 + P2 = 10D1Sh1 + 10D2Sh2 - Áp lực này gây ra một áp suất bằng áp suất của chất lỏng lên đáy ống: p = = 10D1h1 + 10D2h2 = 10.1000.0,68 + 10.13600.0,05 = 13600 (N/m2) Bài tập 2: (Bình thông nhau đựng hai loại chất lỏng) Một bình thông nhau chứa nước. Hai nhánh của bình có cùng tiết diện. Đổ vào một nhánh của bình một lượng dầu. Khi cân bằng, các chất lỏng không bị tràn ra khỏi bình, lượng dầu chỉ ở một nhánh và có chiều cao 18 cm. Biết trọng lượng triêng của dầu và của nước lần lượt là 8000N/m3 và 10000N/m3. Hãy tính chênh lệch chiều cao mực chất lỏng trong hai nhánh của bình. A. Tìm hiểu đề: Cho biết: - Bình thông nhau chứa dầu có d1 = 8000N/m3 và nước có d2 = 10000N/m3. A B x h1 h2 - Chiều cao cột dầu: h1 = 18 cm. - Vẽ hình. Hỏi: Chênh lệch chiều cao hai cột chất lỏng x = ? B. Hướng dẫn đặt câu hỏi cho học sinh: - Khi đổ dầu vào nhánh A thì mực nước trong hai nhánh sẽ thay đổi (dâng lên, hạ xuống) thế nào? - Điểm nào trong nhánh B sẽ có cùng áp suất với điểm trên bề mặt tiếp giáp giữa dầu và nước trong nhánh A? - Để tính x, ta cần tính được h2
File đính kèm:
- bao_cao_bien_phap_mot_so_phuong_phap_dat_cau_hoi_va_giai_bai.doc