Hệ thống bài tập thực nghiệm vật lý

Xác định sự thay đổi của mực nước ở hai nhánh khi thả một miếng gỗ có khối lượng m = 500g vào trong bình thông nhau nói trên.. Giả sử lượng nước trong bình có thể tích V, S1 và S2 lần lư

HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC NGHIỆM VẬT LÍ 8 Bài 1 Hãy xác định trọng lợng riêng của 1 chất lỏng với dụng cụ: một lực

kế, một chậu nớc và một vật nặng Nêu các bớc tiến hành và giải thích Cách làm:

- Móc lực kế vào vật xác định trọng lợng của vật trong không khí P1

- Móc lực kế vào vật xác định trọng lợng của vật trong nớc P2

- Móc lực kế vào vật xác định trọng lợng của vật trong chất lỏng cần đo

P3

Giải thích:

- Từ giá trị P1 và P2 xác định đợc V thể tích vật nặng

n

2 1 d

P P

V= −

- Ta có P1− P3 = dxV

2 1

3 1

P P

P P d

−

−

= với dn là trọng lợng riêng của nớc

Bài 2: Xỏc định khối lượng riờng của một miếng kim loại với cỏc dụng cụ sau: Lực kế, bỡnh nước( nước cú khối lượng riờng là Dn) , sợi dõy mảnh

HD

Bước 1 Treo miếng kim loại ngoài khụng khớ xỏc định trọng lượng P của miếng kim loại Bước 2 Nhỳng miếng kim loại vào trong nước, lực kế chỉ F = P - FA mà FA= dn.V

Bước 3 Tớnh trọng lượng riờng của miếng sắt bằng cụng thức

F P

P D F

P D D F

d P d

F

P

V

P

A

n A

n

n

=

Bài 3 Cho một thước thẳng cú độ chia đến mm dài và quay được quanh một trục cố định ở giỏ thớ nghiệm Một bỡnh hỡnh trụ lớn đựng nước cú khối lượng riờng Dn, một bỡnh hỡnh trụ lớn đựng dầu, một lọ nhỏ rổng, một lọ nhỏ chứa cỏt cú nỳt kớn, hai sợi dõy mảnh Trỡnh bày phương ỏn xỏc định khối lượng riờng của dầu hoả

HD

B1 Lắp thước vào giỏ thớ nghiệm để được một đũn bẩy

B2 Treo lọ rổng bờn trỏi, lọ cỏt bờn phải và điều chỉnh để đũn bẩy cõn bằng

Ta cú: Polo = Pl (1)

B3 Nhỳng lọ cỏt vào bỡnh nước và điều chỉnh để đũn bẩy cõn bằng

0

0 l (P F )l

P = − A (2)

Từ (1) và (2) ta cú: ( '' )

l

l l P

F A = − mà F d V

n

'

'

l

l l V

P

d n = −

l l

l d V

−

=

⇒ ' .' (3) B4 Lặp lại thớ nghiệm bằng thay bỡnh nước bằng bỡnh dầu hoả, tỡm vị trớ treo lọ cỏt để đũn bấy cõn bằng

Ta lại cú: . '' ''

l

l l V P

d d = − (4)

Thay (3) vào (4), ta có: ⇒

−

−

=

) (

) ( ' ''

'' '

l l l

l l l d

d

) (

) ( ' ''

'' '

l l l

l l l D

−

=

Bài 4 Một quả cầu rổng bằng đồng thả vào trong cốc nước thì chìm Chỉ với các dụng cụ là lực kế và cốc nước hãy xác định thể tích phần rổng ( nước có trọng lượng riêng dn, đồng có trọng lượng riêng dcu)

HD

B1 Dùng lực kế xác định khối lượng quả cầu trong không khí

Ta có: P = dcu.V (1) , V là thể tích phần đồng tạo nên quả cầu

B2 Thả quả cầu ngập hoàn toàn trong cốc nước và cân( quả cầu không chạm đáy)

Ta được: P' = P – FA = P – dH20.V' (2) với V' là thể tích quả cầu

Từ (1) và (2) ta có: V =

cu

d

P

và

20

' '

H

d

P P

V = −

Ta có, thể tích phần rổng là:

cu

P d

P P V V

∆

20

' '

Bài 5 : Một bình thông nhau với hai nhánh có đường kính d1 = 10cm và d2 = 20 cm chứa nước Xác định sự thay đổi của mực nước ở hai nhánh khi thả một miếng gỗ có khối lượng m

= 500g vào trong bình thông nhau nói trên Biết khối lượng riêng của nước Dn = 1000kg/m3 HD

Giả sử lượng nước trong bình có thể tích V, S1 và S2 lần lượt là tiết diện của mỗi nhánh, mực nước ở hai bên bình thông nhau là ngang nhau, có độ cao h :

V = h S1 + h S2 (1) Khi thả miếng gỗ có khối lượng m vào một nhánh, gỗ sẽ nổi trên mặt nước và làm dịch chuyển khối nước có thể tích V' Vì bình thông nhau nên mực nước ở hai nhánh trở lại ngang nhau và có độ cao là h' , ta có:

V + V' = h' S1 + h' S2 (2)

Từ (1) và (2) ta suy ra: h (S1 + S2) + V' = h' (S1 + S2) (3)

Độ cao thay đổi một đoạn:

'

h h h

S S

∆ = − =

Mặt khác, khi miếng gỗ nổi, trọng lượng của nó bằng lực đẩy Acsimet :

10 10 '. n '

n

m

D

= ⇒ = (5)

và tiết diện:

S = π  ÷ S = π ÷

Kết hợp (4) , (5) và (6) ta được, độ cao thay đổi :

4 '

4

n

n

m

h h h

d d

+

2 2

4.0,5

(0,1 0, 2 ).1000

π

Bài 6 Một thanh đồng chất tiết diện đều, cĩ khối lượng 10kg, chiều dài l Thanh được đặt trên hai giá đỡ A và B như hình vẽ Khoảng cách BC =1

7l Ở đầu C người ta buộc một vật nặng hình trụ cĩ bán kính đáy 10cm, chiều cao 32cm, trọng lượng riêng của chất làm vật nặng hình trụ là d = 35000N/m3 Lực ép của thanh lên giá đỡ A bị triệt tiêu Tính trọng lượng riêng của chất lỏng trong bình ( Trọng lượng của dây buộc khơng đáng kể)

HD

Gọi P là trọng lượng của thanh AC

- P1 là trọng lượng đoạn BC: P1= 1

7P, P2 là trọng lượng đoạn AB : P2=6

7P

- l là chiều dài thanh AC, V là thể tích vật chìm trong nước

- d3 là độ dài đoạn BC : d3= 1

7l, d2 là khoảng cách từ B đến P2 : d2 = 3

7l, d1 là khoảng cách từ B đến P1 : d1 = 1

14l

* Vì lực ép của thanh lên điểm A bị triệt tiêu nên theo điều kiện cân bằng lực ta cĩ phương trình cân bằng lực sau :

P1d1 + Fd3 = P2d2 (1)

* Vì vật nằm lơ lửng trong lỏng chất lỏng nên : F = V.d – Vdx = V(d – dx) (2) Từ (1) và (2) ta cĩ : P1d1 + Fd3 = P2d2 ⇔ 1 . 1 + F. 2 = 6 .3 7P14l 14l 7P l7  35P = 14F  35P = 14 V( d – dx )  ( d – dx ) = 35

14 P V  dx = d - 35 14 P V ( 3 ) với P = 10 m V = S h = 2 R h π = 3,14 0,12 0,32 = 0,01(m3) Thay vào ( 3) ta cĩ dx = 35000 - 3 35.100 10.000( ) 14.0, 01 = N m Bài 7 Một quả cầu đặc A cĩ thể tích V = 100cm3 được thả vào trong một bể nước đủ rộng Người ta thấy quả cầu chìm 25% thể tích của nĩ trong nước và khơng chạm đáy bể 1) Tìm khối lượng của quả cầu? cho khối lượng riêng của nước là Dn = 1000kg/m3 2) Người ta nối quả cầu A với quả cầu đặc B cĩ cùng kích thước bằng một sợi dây mảnh khơng co dãn rồi thả cả hai quả cầu vào bể nước Quả cầu B bị chìm hồn tồn và khơng chạm đáy bể, đồng thời quả cầu A bị chìm một nửa trong nước A B C (Hình 1) P 2 d2 d1

A B C

P 2 P 1 F

P

1 F

d3

a) Tìm khối lượng riêng của chất làm quả cầu B và lực mà sợi dây tác dụng lên quả cầu B? b) Người ta đổ dầu từ từ vào bể cho đến khi phần thể tích Vx của quả cầu A chìm trong dầu bằng phần thể tích của nó chìm trong nước Tìm Vx?

Biết khối lượng riêng của dầu là Dd = 800kg/m3

HD

1) Gọi khối lượng, khối lượng riêng của quả cầu A, B lần lượt là: m1, D1, m2, D2

Điều kiện cân bằng: P1 = FA⇔ 10m1 = 10Dn.0,25V ⇒ m1 = 0,025kg

2) a) Lực tác dụng lên quả cầu A: P1, T1 và FA1

Lực tác dụng lên quả cầu B: P2, T2 và FA2

Điều kiện cân bằng: FA1= T1 + P1 (1)

FA2+ T2 = P2 (2)

Trong đó T1 = T2 = T

Từ (1) và (2) ta có: FA1 + FA2 = P1 + P2

⇔ 10DnV + 10Dn.V/2 = 10D1V + 10D2V (3)

⇒ D2 = 1250kg/

Thay D2 vào (2) ta được: T2 = P2 – FA2 = 0,25N

b) Lực tác dụng vào quả cầu A: F’A1; F”A1; T’ và P1

trong đó: F’A1; F”A1 lần lượt là lực đẩy Acximet do dầu, nước tác dụng vào quả cầu A

Lực tác dụng lên quả cầu B: P2, T’ và FA2

Điều kiện cân bằng: F’A1 + F”A1= T’ + P1 (4)

Từ (4) và (5) ta có: F’A1 + F”A1 + FA2 = P1 + P2

⇔ 10DdVx + 10DnVx + 10DnV = 10(D1 + D2)V

3

1 2 n 27,78

x

+ −

+ FA2+ T’ = P2 (5) Bài 8 Trước mặt em là hai bình nhỏ giống hệt nhau có cùng khối lượng: bình A đựng chất lỏng A có khối lượng riêng DA, bình B đựng chất lỏng B có khối lượng riêng DB chưa biết, một bình có vạch chia thể tích, nước có khối lượng riêng Dn Hãy trình bày phương án xác định khối lượng riêng của chất lỏng B

HD Lần lượt đặt các bình chứa chất lỏng A và B vào bình chia độ Điều chỉnh lượng chất lỏng ở hai bình sao cho mực nước dâng lên trong bình chia độ là như nhau Từ đó ta có lực đẩy Acsimet tác dụng lên hai bình là như nhau hay trọng lượng hai chất lỏng là bằng nhau, suy ra khối lượng hai chất lỏng là như nhau

Ta có: mA=VA.DA ; mB =VB DB

⇒VA.DA = VB DB ⇒ DB =

B

A A

V

D

V

(*)

Dùng bình chia độ lần lược đo thể tích VA, VB và thay vào công thức (*) ta tìm được khối lượng riêng của chất lỏng B

Bài 9 Trong tay chỉ có các dụng cụ và vật liệu sau: Bình có vạch chia thể tích, một miếng gổ không thấm nước và nổi trên mặt nước, một ca nước Hãy xác định

a) Trọng lượng miếng gổ

b) Khối lượng riêng của một vật rắn không thấm nước chìm hoàn toàn trong nước( thể tích vật rắn nhỏ so với miếng gổ, nước có khối lượng riêng Dn)

HD

a) Đổ nước vào bình chia độ, xác định thể tích V của nước

Thả miếng gổ vào bình nước dâng lên V1, suy ra trọng lượng miếng gổ là:

Pgổ = FA= dn.( V1-V)

b) Đặt vật rắn lên trên miếng gổ, mực nước dâng lên V2, suy ra trọng lượng vật rắn là: Prắn =

dn.( V2-V1)

Đẩy vật rắn chìm xuống và lấy miếng gổ ra, nước dâng lên V3 , suy ra thể tích vật rắn là: V3 -V

Từ đó ta tìm được khối lượng riêng của vật rắn là:

V V

V V D D V

V

V V d V

P d

V

d

−

−

=

⇒

−

−

=

=

⇒

=

3

1 2 3

1

.(

.

Bài 10 Trên mặt bàn nằm ngang có một thước kim loại dày đồng chất, tiết diện đều, nhẳn và được chia vạch đến mm Một quả cầu nặng có khối lượng riêng lớn không dính ướt, một sợi dây mảnh không dãn, hai chất lỏng khác nhau đựng trong hai bình có miệng rộng Bằng các dụng cụ trên hãy trình bày thí nghiệm xác định tỉ số khối lượng riêng hai chất lỏng trên

HD Gọi khối lượng thước là M, khối lượng quả nặng là m

B1.Để thước trên bàn treo quả cầu nặng m vào đầu A của thước Dịch chuyển thước để xác định vị trí cân bằng

B2 Đo khoảng cách từ mép bàn( điểm tựa) O đến khối tâm G của thước là OG = l1 và điểm treo quả nặng A là OA = l2 Ta có phương trình cân bằng đòn bẩy:

PM.l1 = Pm.l2 hay M.l1 = m.l2 (1)

B3 Nhúng quả cầu vào chất lỏng 1 có khối lượng riêng D1 Lúc này quả cầu chịu tác dụng của lực đẩy Acsimet là dn.V từ dưới lên Để hệ cân bằng trở lại ta phải kéo thước ra một đoạn a) Ta có: PM.(l1-a) = Pm-FA)(l2+a) hay M( l1 – a) = ( m – D1.V)( l2 + a) (2)

Từ (1) và (2) ta có: D1.V = a l M++a m

2

) (

(3) B4 Nhúng ngập quả cầu vào chất lỏng có khối lượng riêng D2 Tương tự bước 3, ta có:

D2.V = b l M++b m

2

) (

(4) Từ (3) và (4) , ta có: (( ))

2

2 2

1

a l b

b l a D

D

+

+

=

Bài 11 Trên bàn chỉ có 1 chiếc cốc thủy tinh hình trụ thành mỏng, một bình lớn chứa

nước( khối lượng riêng của nước đã biết ) một bình chứa một loại chất lỏng cần xác định khối lượng riêng, thước thẳng có vạch chia tới milimet Hãy nêu phương án thí nghiệm xác định khối lượng riêng của chất lỏng

Gọi diện tích đáy cốc là S , khối lượng riêng của nước là D1 , khối lượng riêng của chất lỏng cần xác định là D2 , trọng lượng cốc là P

Lần 1: Thả cốc không chất lỏng vào nước, phần chìm của cốc trong nước là h1

Ta có : P = FA ⇔ P= 10 D1Sh1 (1)

Lần 2: Đổ thêm vào cốc 1 lượng chất lỏng cần xác định KLR (vừa phải) có chiều cao h2, phần cốc chìm trong nước có chiều cao h3

Ta có: P + Pchất lỏng = FA ⇔ P + 10 D2Sh2 = 10 D1Sh3 ( 2 )

Từ (1), (2) ta có:10 D1Sh1 + 10 D2Sh2 = 10 D1Sh3

⇒D2 = 1

2

1

h

h

h −

(3)

Từ (3): chiều cao h1 , h2 , h3 được xác định bằng thước thẳng , D1 đã biết ⇒Xác định được KLR của chất lỏng D2

Bài 4 Chỉ với các dụng cụ và vật liệu: nước( có nhiệt dung riêng Cn), nhiệt lượng kế( có nhiệt dung riêng C k), nhiệt kế, cân, bộ quả cân, bình đun, đèn cồn, dây buộc Hãy nêu phương án xác định nhiệt dung riêng của một vật rắn

HD

B1 Cân nhiệt lượng kế khối lượng là m k, cân vật rắn khối lượng là m r

B2 Cân nhiệt lượng kế và nước khối lượng m'

Từ đó khối lượng nứơc là m n =m' −m k

B3 Đo nhiệt độ của nước là t1( trong nhiệt lượng kế)

B4 Bỏ vật rắn vào bình nước và dùng đèn cồn đun sôi, đo nhiệt độ t2của nước( củng chính

là nhiệt độ của vật rắn)

B5 Nhấc vật ra và thả nhanh vào bình nhiệt lượng kế, xác định nhiệt độ t khi có cân bằng nhiệt

B6 Dùng phương trình cân bằng nhiệt để tính nhiệt dung riêng của vật rắn

) (

) )(

.

( )

)(

.

( )

(

.

2

1 1

2

t t m

t t C m C m C t

t C m C m t

t

C

m

r

n n k k r n

n k k r

− +

=

⇒

− +

=

−

Làm lại thí nghiệm 3 lần và tìm giá trị trung bình của các lần đo

Bài 5 Trong tay chỉ có nước( có nhiệt dung riêng Cn), nhiệt lượng kế( có nhiệt dung riêng

)

k

C , nhiệt kế, cân, bộ quả cân, bình đun, đèn cồn Hãy nêu phương án xác định nhiệt dung riêng của một chất lỏng không phản ứng hóa học với nước

HD

Đo khối lượng của nhiệt lượng kế m k

Đổ chất lỏng vào nhiệt lượng kế và cân được tổng khối lượng m Từ đó ta có, khối lượng của chất lỏng là: m l=m−m k.

Đo nhiệt độ t1 của chất lỏng

Dùng đèn cồn đun nước đến nhiệt độ t2, rồi đổ nhanh vào nhiệt lượng kế đã có chất lỏng trong đó

Quan sát và đo nhiệt độ t khi có cân bằng nhiệt, đo bình nhiệt lượng kế để xác định khối lượng nước m n vừa rót vào

Dùng phương trình cân bằng nhiệt để xác định nhiệt dung riêng của chất lỏng

(

. n

m t2 −t)=(m k C k +m l.C l)(t−t1) ⇒ 









−

−

l

t t

t t m C m

1 2

Bài 6 Trình bày phương án xác định nhiệt nóng chảy của muối ăn( NaCl) với các dụng cụ: Cân, nhiệt kế, nhiệt lượng kế, bình chứa nước và muối ăn

Bài 7 Trình bày phương án xác định nhiệt hóa hơi của nước với các dụng cụ: Nước ( đã biết nhiệt dung riêng), bình đun( đã biết nhiệt dung riêng), đèn cồn, nhiệt kế, đồng hồ bấm giây, cân và bộ quả cân

Bài 10 Trên trần nhà có một chiếc đèn ống dài 1,2m Một học sinh muốn đo chiều cao của trần nhà mà không có thang Trong tay học sinh đó chỉ có một tấm bìa cứng, mth thước dài 20cm Làm cách nào mà bạn học sinh có thể đo được chiều cao trần nhà?

HD

Dùng kim châm một lổ nhỏ trên tám bìa

Đặt tấm bìa nằm ngang và cách sàn nhà một khoảng l=20cm

Chùm sáng từ đèn ống AB đi qua lổ O tạo nên một ảnh MN trên mặt sàn

Ta có: l

NM

AB h

l h

l OH

OH AB

NM ONM

'











=

⇒

−

=

=

⇒

∆

∞

Đo NM, l thay số vào (*) ta tìm được chiều cao trần nhà

Bài 11 Cho một cốc nước, một ống thủy tinh hình chữ U, một chất lỏng màu xanh không hòa tan với nước có Dl < Dn , một thước đo chiều dài Nêu phương án thí nghiệm để xác định

Dl

B

O

h

A

l

H

H '