Báo cáo biện pháp Phân dạng và phương pháp giải bài tập cơ học chất lưu Vật lí 8

Nội dung text: Báo cáo biện pháp Phân dạng và phương pháp giải bài tập cơ học chất lưu Vật lí 8

1. PHẦN I: MỞ ĐẦU I. Lí do chọn đề tài Vật lý là cơ sở của nhiều ngành kỹ thuật và công nghệ quan trọng. Sự phát triển của vật lý học gắn bó chặt chẽ và có tác động qua lại, trực tiếp với sự tiến bộ của khoa học, kỹ thuật và công nghệ. Vì vậy, những hiểu biết và nhận thức về vật lý có giá trị to lớn trong đời sống và sản suất, đặc biệt trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Môn vật lý có những khả năng to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh kỹ năng tư duy bậc cao và hình thành niềm tin về bản chất khoa học của các hiện tượng tự nhiên cũng như khả năng nhận thức của con người, khả năng ứng dụng khoa học để đẩy mạnh sản xuất cải thiện đời sống. Một trong những phương tiện giúp các em củng cố, ôn tập kiến thức vật lí một cách sinh động là thực hiện giải các bài tập. Việc giải bài tập vật lý giúp các em đào sâu, mở rộng kiến thức; rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát; giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh. Ngoài ra, nó còn giúp các em phát triển khả năng tư duy sáng tạo cũng như giúp các em tự kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của bản thân. Trong quá trình giảng dạy, tôi nhận thấy khi giải bài tập về cơ học chất lưu của chương trình Vật lý lớp 8 các em còn gặp nhiều khó khăn trong việc giải bài tập vật lý như: không tìm được hướng giải quyết vấn đề, không vận dụng được lý thuyết vào việc giải bài tập, không tổng hợp được kiến thức thuộc nhiều phần của chương trình để giải quyết một vấn đề chung, hay khi giải các bài tập thì thường áp dụng một cách máy móc các công thức mà không hiểu rõ ý nghĩa vật lý của chúng. Mặt khác trong phân phối chương trình vật lí 8 trong chương cơ học chỉ có tiết lí thuyết mà không có tiết bài tập để cũng cố phần kiến thức này. Xuất phát từ các lí do trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “PHÂN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP CƠ HỌC CHẤT LƯU VẬT LÍ 8” nhằm tìm cách để giải bài tập một cách dể hiểu, cơ bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ năng giải quyết tốt các bài tập, hiểu được ý nghĩa vật lý của từng bài đã giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả năng tư duy, giúp các em học tập môn Vật lý tốt hơn. II. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lí luận về phương pháp giải bài tập vật lí. - Nghiên cứu lí thuyết phần cơ học chất lưu chương trình vật lí 8 - Phân dạng bài tập và xây dựng phương pháp giải các dạng bài tập đó. III. Phạm vi nghiên cứu - Kiến thức phần cơ học chất lưu cụ thể là kiến thức từ bài 7 “Áp suất” đến bài 12 “Sự nổi” trong chương trình vật lí 8. IV. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, tổng hợp, phân loại và hệ thống hóa tài liệu sách giáo khoa, sách bài tập, các tài liệu tham khảo.
2. Trong đó: F là áp lực, đơn vị là N S là diện tích bị ép, đơn vị là m2 là áp suất, đơn vị là Pa, 1Pa = 1 N/m2 2. Áp suất chất lỏng - Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương lên đáy bình thành bình và các vật ở trong lòng nó. - Công thức tính áp suất chất lỏng: d.h Trong đó: d là trọng lượng riêng của chất lỏng, đơn vị là N/m3 h là độ sâu tính từ điểm tính áp suất đến mặt thoáng của chất lỏng, đơn vị là m. là áp suất chất lỏng tại điểm đang xét, đơn vị Pa. - Áp suất tại một điểm trong lòng chất lỏng có độ sâu h so với mặt thoáng: p0 + d.h Trong đó: p0 là áp suất khí quyển. Ngoài ra, còn dùng đơn vị mmHg hoặc cmHg để đo áp suất chất lỏng hoặc áp suất khí quyển: 1 mmHg = 136 N/m2. Chú ý: Trong một chất lỏng đứng yên, áp suất tại những điểm có cùng độ sâu(so với mặt thoáng) thì có độ lớn như nhau. 3. Bình thông nhau - Bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mực chất d lỏng ở các nhánh luôn ở cùng độ cao. h2 2 d1 h - Bình thông nhau chứa nhiều chất 1 lỏng khác nhau đứng yên, những điểm trên cùng mặt ngang(trong cùng A B một chất lỏng) thì có áp suất bằng nhau(như hình bên). p0 + d1.h1 p0 + d2.h2 = 4. Nguyên lí Paxcal - Máy nén thủy lực - Nguyên lí Paxcal: Áp suất tác dụng lên chất lỏng đựng trong bình kín được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi phương. - Máy nén thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lí Paxcal: Trong đó: S, s là diện tích của pittông lớn và pittông nhỏ (m2) f là lực tác dụng lên pittông nhỏ (N) F là lực tác dụng lên pittông lớn (N) Chú ý: Thể tích của chất lỏng chuyển từ pittong này sang pittong kia là như nhau nên: V = S.H = s.h (H, h là đoạn đường di chuyển của pittông lớn và pittông nhỏ)
3. p = p0 + d.h 5 Theo đề bài đã biết p0 = 1,01.10 Pa, độ sâu h =1000m Trọng lượng riêng của nước là: d = 10.D Suy ra áp suất ở độ sâu 1000m dưới mực nước biển là: 5 3 5 p = p0 + 10. D. H = 1,0336. 10 + 10. 1,0.10 . 1000 = 101,0336. 10 (Pa) Bài 2: Một tàu ngầm khi lặn có boong trên cách mặt nước biển là 18m, khoảng cách từ đáy tàu tới boong là 6m. Khối lượng riêng của nước biển là 1030 kg/ m3. Tính: a) Áp suất do nước biển tác dụng lên boong tàu và đáy tàu. b) Để nổi lên mặt nước, cần tháo hết nước trong các khoang chứa bằng cách bơm không khí nén vào đó. Áp suất khí nén đó tối thiểu phải bằng bao nhiêu? 5 2 Cho áp suất của khí quyển là p0 = 1,0336.10 N/m . 1. Tóm tắt: 3 Cho: h1 = 18m; a = 6m; D = 1030 kg/ m ; h = 1,0336.105N/m2 1 a) p1 = ? p2 = ? b) pmin = ? a 2. Hướng dẫn giải a) Áp dụng công thức tính áp suất chất lỏng tại điểm có độ sâu h so với mặt thoáng là p = d. H - Áp suất do nước biển tác p0 dụng lên boong tàu: 2 p1 = d. h1 = 10. D . h1 = 10 . 1030 . 18 = 185 400 (N/m ) - Đáy cách mặt nước một khoảng là: h2 = h1 + a = 18 + 6 = 24 (m) Áp suất do nước biển tác dụng lên boong tàu: 2 p2 = d. h2 = 10. D . h2 = 10 . 1030 . 24 = 247 200 (N/m ) b) Muốn tháo hết nước trong các khoang chứa bằng cách bơm không khí nén vào đó thì áp suất khí nén tác dụng lên nước trong các khoang chứa phải thắng được tổng áp suất của nước biển tác dụng lên đáy tàu và áp suất khí quyển. Vậy áp suất khí nén tối thiểu là: 5 2 pmin = p2 + p0 = 247 200 + 1,0336 .10 = 350 560 (N/m ) Bài 3: Trên một chiếc thuyền đánh cá đang trên đường trở về đất liền, một ngư dân đã phát hiện đáy tàu của mình có một lỗ thủng diện tích khoảng 20cm2. Người ngư dân đó muốn tạm thời bịt lỗ thủng đó lại bằng cách đặt một vật nặng phẳng vào chỗ thủng. Giả sử độ sâu của lỗ thủng so với mặt nước biển là 2,5m, 5 2 áp suất khí quyển p 0=1,0336.10 N/m , khối lượng riêng của nước biển là 1030 kg/ m3. Hỏi vật nặng mà ngư dân đó dùng để bịt lỗ thủng phải có khối lượng tối thiểu là bao nhiêu? 1.Tóm tắt: Cho: S = 20 cm2 = 0,0020 m2; h = 2,5 m; 5 2 3 p0=1,0336.10 N/m ; D = 1030 kg/ m m =? 2. Hướng dẫn giải: - Đặc điểm của áp suất chất lỏng là: chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương lên các vật ở trong lòng nó.
4. Bài 6: Một khúc đê cao 8m so với mặt ruộng chân đê. Mùa nước lũ thông thường nước cao mấp mé mặt đê. Hãy tính: a) Áp suất tại chân đê và tại điểm có độ cao bằng nửa đê? b) Áp lực lên mỗi kilômet đê? Coi như áp suất tại mọi điểm của đê đều bằng áp suất tại điểm có độ cao bằng nửa đê. Đáp án: a)80 000 N/m3; 40 000 N/m3 b) 320.106 N/m3 Bài 7: Thí nghiệm phá vỡ thùng tô-nô của Paxcal. Thùng đựng rượu của các nhà sản xuất rượu nho tuy làm bằng gỗ nhưng được gắn rất chắc và kín có vành đai thép, để có thể chịu được áp suất tới 120 000 Pa(cho khỏi vỡ khi lăn trên đường). Một cái thùng kiểu ấy, cao 0,8m có dung tích 200 lít chứa đầy nước. Một cái ống dài, đường kính trong là 1,2cm gắn khít vào miệng thùng và đặt thẳng đứng. Một người cầm một chai nước rót vào ống thì chỉ cần rót hết hai chai nước đã đủ làm cho thùng bị phá vỡ. Hỏi: a) Dung tích cái chai? b) Áp suất tại nắp thùng và đáy thùng khi thùng vỡ? Đáp án: a) 0,65 lít; b) 116 000 Pa; 124 000 Pa * Dạng 2: Bài tập về bình thông nhau Bài 1: Một ống chữ U chứa thủy ngân. Người ta đổ ào một trong hai nhánh một chất lỏng có khối lượng riêng là 900 kg/m3 , đến độ cao 18cm. Tính khoảng cách giữa mức chất lỏng và mức thủy ngân trong nhánh kia? Biết thủy ngân có khối lượng riêng là 13600 kg/m3. 1. Tóm tắt 3 Cho: D1= 900 kg/m ; h1= 18cm h2 3 D1 D2= 13600 kg/m h1 D2- Hg h2 = ? A B 2. Hướng dẫn giải: - Xét hai điểm A và B nằm trên cùng mặt ngang trong thủy ngân(như hình vẽ) Áp suất tại A là: pA = p0 + d1.h1 = p0 + 10.D1.h1 Áp suất tại B là: pB = p0 + d2.(h1 – h2) = p0 + 10.D2.( h1 – h2) - Vì những điểm trên cùng mặt ngang(trong cùng một chất lỏng) thì có áp suất bằng nhau nên pA = pB => p0 + 10.D1.h1 = p0 + 10.D2.( h1 – h2) 10.D1.h1 = 10.D2.( h1 – h2) Vậy khoảng cách giữa mức chất lỏng và mức thủy ngân trong nhánh kia là 16,81cm
5. + chiều cao cột chất lỏng D2 bên nhánh phải lúc này là: h2’= 8 + 8,5 = 16,5 cm ’ + độ chênh lệch mức thủy ngân ở hai nhánh là: ∆x = h2 – h1 – 7 = 0,5 cm Xét 2 điểm M và N tại mặt phân cách giữa các chất lỏng với thủy ngân (như hình vẽ bên), ta có: pM = pN ’ p0 + 10.D1.h1 +10.D3. ∆x = p0 + 10.D2.h2 ’ D1.h1 + D3. ∆x = D2.h2 => 9D1 + 13600. 0,5 = 16,5.D2 Mà 9D1 = 8D2 => 8D2 + 13600. 0,5 = 16,5.D2 3 => D2 = 800 kg/m Bài 4: Hai bình trụ thông nhau đặt thẳng đứng chứa nước được đậy bằng các pittông có khối lượng M 1= 1 kg, M2 = 2 kg. Ở vị trí cân bằng M 1 cao hơn M 2 một đoạn bằng 10 cm. Khi đặt lên pittông M1 quả cân m= 2kg thì các pit tông cân bằng ở cùng độ cao. Hỏi nếu đặt quả cân sang pittông M2 thì chúng sẽ cân bằng ở vị trí nào? 1. Tóm tắt: Cho: M1= 1 kg; M2 = 2 kg m= 2kg; h = 10cm M1 h’ = ? 2. Hướng dẫn giải: M2 - Ban đầu khi chưa có vật, xét 2 điểm A h và B ngang nhau, điểm B nằm ngay dưới A B M2(như hình vẽ): Ta có pA = pB Trong đó S1, S 2 lần lượt là tiết diện của pittông M1, M2 M1 D là khối lượng riêng của nước - Khi đặt đặt lên pittông M1 quả cân m thì các pittông ở cùng độ cao nên: h’ m M2 N M
6. Đáp án: 10,73 cm Bài 7: Hai bình hình trụ thẳng đứng, tiết diện 5cm 2 và 20 cm2 có đáy thông với nhau bằng một ống nằm ngang ngắn, tiết diện nhỏ không đáng kể. a) Người ta rót vào bình lớn 544g thủy ngân. Tính áp suất do thủy ngân gây ra ở đáy mỗi bình? b) Sau đó, người ta rót vào ống nhỏ 100cm 3 nước. Tính độ tăng giảm của mức thủy ngân trong mỗi bình? Đáp án: a)16 mmHg b) bình nhỏ là 11,8 mm; bình lớn là 3 mm Bài 8: Hai hình trụ A và B đặt thẳng đứng có tiết diện lần lượt là 100cm2 và 200cm2 được nối thông đáy bằng B A một ống nhỏ qua khoá k như hình vẽ. Lúc đầu khoá k để ngăn cách hai bình, sau đó đổ 3 lít dầu vào bình A, k đổ 5,4 lít nước vào bình B. Sau đó mở khoá k để tạo thành một bình thông nhau. Tính độ cao mực chất lỏng ở mỗi bình? Cho biết trọng lượng riêng của dầu 3 và của nước lần lượt là: d1=8000N/m ; d2= 10 000N/m3; Đáp án: h1= 2 cm; h2= 26 cm Bài 9: Bình thông nhau gồm hai nhánh hình trụ có tiết diện lần lượt là S 1 và S2(S1> S2) chứa nước, trên mặt nước được đậy bằng các pittông mỏng có khối lượng m1 và m2. Mực nước hai bên chênh nhau một đoạn bằng h. a) Tìm khối lượng m của quả cân đặt lên pittông lớn để mực nước hai bên ngang nhau? b) Nếu đặt quả cân trên sang pittông nhỏ thì mực nước lúc bấy giờ sẽ chênh nhau một đoạn bằng bao nhiêu? * Dạng 3: Bài tập về máy nén thủy lực Bài 1 : Tiết diện của pít tông nhỏ trong một cái kích thủy lực bằng 3cm 2 . Để vừa đủ để nâng một ôtô có trọng lượng 15000N lên người ta dùng một lực có độ lớn 225N. Pít tông lớn phải có tiết diện là bao nhiêu? 1. Tóm tắt: Cho: s = 3cm2; f = 225 N; F = 15000 N S = ? 2. Hướng dẫn giải Áp dụng công thức : Bài 2 : Một máy nâng thuỷ lực dùng không khí nén lên một píttông có bán kính B A 10cm. Áp suất được truyền sang một pítông khác có bán kính 20cm. Để nâng k B A k