CHUYÊN ĐỀ BDHSG CÁC BÀI TOÁN THỰC NGHIỆM CƠ - NHIỆT I/ Các toán thực nghiệm ứng dụng điều kiện cân vật rắn: Bài toán 1: Hãy tìm cách xác định khối lượng chổi quét nhà với dụng cụ sau: Chiếc chổi cần xác định khối lượng, số đoạn dây mềm bỏ qua khối lượng, thước dây có độ chia tới milimet gói mì ăn liền mà khối lượng m ghi vỏ bao ( coi khối lượng bao bì nhỏ so với khối lượng chổi) Giải: ( xem hình vẽ phía dưới) Bước 1: dùng dây mềm treo ngang chổi di chuyển vị trí buộc dây tới chổi nằm cân theo phương ngang, đánh dấu điểm treo trọng tâm chổi ( điểm M) Bước 2: Treo gói mì vào đầu B làm lại để xác đinh vị trí cân chổi ( điểm N) Bước 3: lực tác dụng tỷ lệ nghịch với cánh tay địn nên ta có: Pc.l1 = PM.l2 m.l2 l1 mc l1 = m l2 mc = Từ xác định khối lượng chổi chiều dài đo thước dây Bài toán 2: Trình bày phương án xác định khối lượng riêng (gần đúng) chất lỏng x với dụng cụ sau Một cứng, đồng chất, thước thẳng có thang đo, dây buộc khơng thấm nước, cốc nước( biết Dn), Một vật rắn không thấm nước( chìm hai chất lỏng), Cốc đựng chất x Giải: + Dùng dây treo cứng, thăng bằng, đánh dấu vị trí dây treo G( G trọng tâm thanh) + Treo vật nặng vào cứng, dịch chuyển dây treo để thước thăng trở lại, đánh dấu vị trí treo treo vật O A, dùng thước đo khoảng cách AO1=l1, O1G=l2 ta có phương trình cân bằng: l1 P1=p0l2 GV: LÊ THÌN (1) CHUYÊN ĐỀ BDHSG + Nhúng chìm vật rắn vào chất lỏng x , dịch dây treo thước đến vị trí O để thước thăng trở lại đo khoảng cách AO2 =l3, O2G=l4 Ta có phương trình cân bằng: l3( P1- 10 V Dx) = P0.l4 (2) + Nhúng chìm vật rắn vào cốc nước , dịch dây treo thước đến vị trí O để thước thăng trở lại Đo khoảng cách AO3 =l5, O3G=l6 , Ta có phương trình cân bằng: l5( P1- 10 V Dn) = P0.l6 (3) + giải hệ phương trình 1,2,3 ta tìm Dx II/ Các tốn thực nghiệm ứng dụng điều kiện cân vật chất lỏng: Bài tốn 1: Trong tay có cốc thủy tinh hình trụ thành mỏng, bình lớn đựng nước, thước thẳng có vạch chia tới milimet Hãy nêu phương án thí nghiệm để xác định khối lượng riêng chất lỏng khối lượng riêng cốc thủy tinh Cho bạn biết khối lượng riêng nước Bài giải: Gọi diện tích đáy cốc S, Khối lượng riêng cốc D 0; Khối lượng riêng nước D1; khối lượng riêng chất lỏng cần xác định D thể tích cốc V chiều cao cốc h Lần 1: thả cốc khơng có chất lỏng vào nước phần chìm cốc nước h1 Ta có: 10D0V = 10D1Sh1 D0V = D1Sh1 (1) h1 D0Sh = D1Sh1 D0 = h D1 xác định khối lượng riêng cốc Lần 2: Đổ thêm vào cốc lượng chất lỏng cần xác định khối lượng riêng ( vừa phải) có chiều cao h2, phần cốc chìm nước có chiều cao h3 Ta có: D1Sh1 + D2Sh2 = D1Sh3 ( theo (1) P = FA) D2 = (h3 – h1)D1 xác định khối lượng riêng chất lỏng Các chiều cao h, h1, h2, h3 xác định thước thẳng D1 biết Bài toán 2: Hãy trình bày phương án xác định ( gần đúng) khối lượng riêng vật nhỏ kim loại Dụng cụ gồm: Vật cần xác định khối lượng riêng, lực kế, ca đựng nước nhúng chìm hồn tồn vật, số sợi dây nhỏ mềm bỏ qua khối lượng coi khối lượng riêng khơng khí D1 khối lượng riêng nước D2 biết Bài giải: Bước 1: Treo vật vào lực kế đọc số lực kế vật khơng khí ( P1) Nhúng chìm vật nước đọc số lực kế vật bị nhúng chìm (P2) Bước 2: Thiết lập phương trình: Gọi thể tích vật V, Lực ác si mét vật ngồi khơng khí F A1 vật nước FA2 Khi vật khơng khí: P1 = P - FA1 = P – 10D1V (1) GV: LÊ THÌN CHUYÊN ĐỀ BDHSG Khi vật nhúng chìm nước: P2 = P - FA2 = P – 10D2V (2) P 1−P2 Từ (1) (2) ta có: V = 10 ( D2 −D1) (3) P1 D2 −P2 D1 D 2−D1 Mặt khác Từ (1) (3) có: P = F1 + 10D1V = P = Vậy khối lượng vật: m = 10 P1 D −P2 D1 10( D −D ) Từ tính khối lượng riêng vật: D = m P1 D2 −P2 D1 = V P1 −P2 III/ Các toán thực nghiệm ứng dụng áp suất lịng chất lỏng: Bài tốn: Trình bày cách xác định khối lượng riêng dầu hỏa phương pháp thực nghiệm với dụng cụ gồm: hai ống thủy tinh rỗng giống ống cao su mếm nối khít hai ống thủy tinh , cốc đựng nước nguyên chất, cốc đựng dầu hỏa , thước dài có độ chia nhỏ đến mm bút vạch dấu, phễu rót thích hợp, giá thí nghiệm Trọng lượng riêng nước biết dn Giải: Bước 1: Nối hai ống thủy tinh ống cao su mềm thành bình thơng gắn lên giá nghiệm cho hai miệng ống thủy tinh có chiều cao Bước 2: Đổ nước vào nhánh , sau đổ dầu vào nhánh Do dầu khơng hịa tan nhẹ nước nên mặt nước.xác định điểm A B nhánh (giả sử A nhánh có dầu) cho A nằm mặp phân cách dầu nước A, B nằm mặt phẳng nằm ngang ( thực cách đo từ miệng ống) Bước 3: Thiết lập phương trình: pA = pB nên hA dd = hB.dn Vậy: dd = \f(hB.dn,hA Dùng thước có chia đến mm để đo độ cao h A cột dầu độ cao hB cột nước vào biểu thức để tính dn Có thể tiến hành đo nhiều lần với lượng nước dầu khác để tính trị số trung bình trọng lượng riêng dầu IV/ Các toán thực nghiệm ứng dụng phương trình cân nhiệt: Bài tốn: Hãy nêu phương án xác định nhiệt dung riêng chất lỏng phản ứng hóa học với chất tiếp xúc Dụng cụ gồm: nhiệt lượng kế có nhiệt dung riêng Ck, nhiệt kế phù hợp, cân khơng có cân, hai cốc thủy tinh, nước có nhiệt dung riêng Cn, bếp điện bình đun Bài giải: Bước 1: Dùng cân để lấy lượng nước lượng chất lỏng có khối lượng khối lượng nhiệt lượng kế ta thực sau: Lần 1: Trên đĩa cân đặt nhiệt lượng kế cốc rỗng đĩa cân đặt cốc rỗng rót nước vào cốc cân thăng GV: LÊ THÌN CHUYÊN ĐỀ BDHSG Lần 2: bỏ nhiệt lượng kế khỏi đĩa cân rót chất lỏng vào cốc cân thăng ta có khối lượng chất lỏng khối lượng nhiệt lượng kế m l = mk Đổ chất lỏng từ cốc vào bình nhiệt lượng kế Lần 3: rót nước vào cốc cân thăng băng Ta có khối lượng nước khối lượng nhiệt lượng kế mn = mk Đổ nước từ cốc vào bình đun Bước 2: Đo nhiệt độ t1 chất lỏng nhiệt lượng kế Đun nước tới nhiệt độ t2 rót vào nhiệt lượng kế khuấy đo nhiệt độ hỗn hợp chất lỏng cân nhiệt t3 Bước 3: Lập phương trình cân nhiệt: mnCn(t2 - t3) = (mlCl + mkCk)(t3 - t1) từ xác định Cl GV: LÊ THÌN