Kinh nghiệm ôn luyện học sinh giỏi lớp 9 phần tính công của lực dùng để nhấm chìm hoặc kéo vật ra khỏi chất lỏng

PHẦN I: MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong giai đoạn đổi đất nước, Đảng ta chủ trương đẩy mạnh công tác giáo dục coi yếu tố đầu tiên, yếu tố quan trọng góp phần phát triển kinh tế - xã hội Mục tiêu giáo dục là: “Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực bồi dưỡng nhân tài” Bồi dưỡng nhân tài cho đất nước nhiệm vụ ngành giáo dục, xem trọng “hiền tài nguyên khí quốc gia” Công tác bồi dưỡng học sinh giỏi trường THCS tổ chức thực thường xuyên tất khối lớp học, từ khối đến khối Bồi dưỡng học sinh giỏi nhiệm vụ then chốt nhà trường, thành để tạo lòng tin với phụ huynh sở tốt để xã hội hóa giáo dục Qua nhiều năm giảng dạy mơn Vật lí trường THCS Phú Nhuận, với nhiệm vụ ôn luyện học sinh giỏi mơn Vật lí lớp tơi nhận thấy rằng: Để bồi dưỡng học sinh giỏi người giáo viên phải học hỏi, tự bồi dưỡng kiến thức để nâng cao trình độ chun mơn lực sư phạm phải bồi dưỡng lòng yêu nghề, tinh thần tận tâm với công việc Việc thực nhiệm vụ phát triển bồi dưỡng học sinh giỏi, tổ chức thi học sinh giỏi cịn có tác dụng tích cực trở lại giáo viên, thúc đẩy phong trào thi đua dạy tốt – học tốt Khi dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật lí nói chung phần học nói riêng tơi nhận thấy: Những tập tính cơng lực để nhấn chìm vật kéo vật khỏi chất lỏng dạng tập khó học sinh Học sinh thường lúng túng, gặp nhiều khó khăn giải tập Sau thời gian tìm hiểu tơi phát hai ngun nhân gây khó khăn học sinh: - Xác định độ lớn lực tác dụng lên vật trình nhấn chìm vật hồn tồn vào chất lỏng kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng - Xác định quảng đường vật dịch chuyển nhấn chìm vật hồn tồn vào chất lỏng kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng Đặc biệt trường hợp vật đặt bình có kích thước hữu hạn, vật di chuyển vào lòng chất lỏng khỏi chất lỏng sẻ làm cho mực chất lỏng thay đổi, đồng thời độ lớn lực tác dụng lên vật thay đổi Trường hợp này, việc xác định quảng đường vật dịch chuyển gây nhiều khó khăn học sinh Vì lí tơi đưa vào áp dụng hồn thành đề tài “Kinh nghiệm ơn luyện HSG lớp phần: Tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng” để trao đổi với dồng nghiệp nhằm tìm biện pháp hữu hiệu nâng cao chất lượng dạy học mơn, góp phần vào việc bồi dưỡng học sinh giỏi dự thi cấp II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Với việc nghiên cứu thành công đề tài, sáng kiến kinh nghiệm giúp giáo viên học sinh có nhìn tổng quát, sâu sắc dạng tập từ lựa chọn phương pháp giải hay nhanh III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu tìm hiểu phương pháp giải tập: tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng, phù hợp với đối tượng học sinh lớp IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp quan sát: Khi thực đề tài tơi tìm hiểu khó khăn học sinh giải dạng tập từ tiến hành tìm tịi, nghiên cứu, đúc rút kinh nghiệm từ thực tiễn giảng dạy Phương pháp trao đổi: Từ kết nghiên cứu tiến hành trao đổi, thảo luận với đồng nghiệp tổ chuyên môn để hoàn thiện đề tài Phương pháp thực nghiệm: Để thực đề tài vào áp dụng dạy thử nghiệm theo phương pháp nghiên cứu nhóm gồm em học sinh lớp 9A- trường THCS Phú Nhuận, em học sinh có học lực khá, giỏi Phương pháp điều tra: Ngay từ bắt đầu áp dụng thực đề tài, tiến hành đề tập khảo sát sau áp dụng đề tài lại tiến hành khảo sát với mức độ cao hơn, từ đánh giá kết thực phương pháp PHẦN II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM I CƠ SỞ LÍ LUẬN Trong việc thực mục tiêu giáo dục nhiệm vụ bồi dưỡng học sinh giỏi coi nhiệm vụ trọng tâm, địi hỏi q trình cơng phu gian khó, nhiên vinh dự Thành cơng mặt trận góp phần quan trọng vào thực mục tiêu GD, đồng thời tạo môi trường, khơng khí phong trào học tập sơi nổi, sâu rộng từ thúc đẩy cơng tác khác nhà trường phát triển Học sinh giỏi khẳng định chất lượng mũi nhọn đơn vị giáo dục thước đo trí tuệ danh dự giáo dục Ngoài học sinh giỏi cịn góp phần nâng lên uy tín, thương hiệu giáo viên, nhà trường đồng thời thực tốt nhiệm vụ bồi dưỡng nhân tài, tạo nguồn cho cấp học cao đóng góp cho Đất nước hiền tài tương lai Dạng tập tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng phần tập khó, trừu tượng, cần tư vận dụng kiến thức toán học nhiều nên học sinh thường gặp nhiều khó khăn Với học sinh có hạn chế tư trừu tượng kỹ tính tốn em không làm dạng tập Vậy yêu cầu đặt với người thầy dạy vật lý phải "hóa giải" dạng tập này, giúp em có phương pháp giải chung, hiệu Bằng vốn kiến thức kinh nghiệm ôn luyện học sinh giỏi nhiều năm, mạnh dạn trao đổi với đồng nghiệp đề tài II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Thực trạng: - Trường THCS Phú Nhuận trường nằm vùng nông thôn huyện Như Thanh Do kinh tế cịn nhiều khó khăn, nhiều phụ huynh học sinh phải làm ăn xa, nhiều học sinh cịn phải phụ giúp cơng việc gia đình nên quan tâm phụ huynh thời gian học tập học sinh nhiều hạn chế - Phần lớn học sinh không tiếp cận công nghệ thông tin học tập qua mạng Internet, tài liệu tham khảo thiếu thốn nên việc tự học tập nâng cao kiến thức cịn nhiều khó khăn - Việc giải tập tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng khơng đơn áp dụng cơng thức vật lí mà cịn phải biết cách tư duy, phân tích xác tượng vật lí diễn nên học sinh lúng túng việc tìm cách giải Kết thực trạng trên: Trước áp dụng đề tài, tiến hành khảo sát nhóm gồm học sinh có học lực – giỏi lớp 9A, ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi Tốn Vật lí – Trường THCS Phú Nhuận, năm học 2017 - 2018 - Thời gian khảo sát: Tháng năm 2017 - Nội dung khảo sát: Yêu cầu học sinh giải tập sau: Câu (5điểm): Một khối gỗ hình trụ tiết diện đáy 150m , cao 30cm thả hồ nước cho khối gỗ thẳng đứng Biết trọng lượng riêng gỗ dg = d0 ( trọng lượng riêng nước do=10 000 N/m ), hồ nước sâu 0,8m, bỏ qua thay đổi mực nước hồ a) Tính chiều cao phần chìm nước khối gỗ ? b) Tính cơng lực để nhấn chìm khối gỗ đến đáy hồ theo phương thẳng đứng ? Câu (5điểm): Một bình hình trụ chứa nước có diện tích đáy S = 300m Trong bình có thẳng đứng khúc gỗ hình trụ có chiều cao h = 20cm diện tích đáy S1=100cm2 Biết khối lượng riêng gỗ D = 300kg/m3, nước Dn = 1000kg/m3 a) Tính chiều cao phần khúc gỗ chìm nước b) Cần thực công tối thiểu để kéo khúc gỗ khỏi nước? Kết thu sau: STT Họ tên học sinh Điểm Đội tuyển ơn luyện Nguyễn Văn Đức Vật lí Lê Viết Tuấn Vật lí Lê Quý Như Ngọc Vật lí Nguyễn Hà Châu Tốn Lê Thanh Huyền Tốn Lê Phương Thảo Tốn Khi tìm hiểu khó khăn học sinh tơi nhận thấy: - Câu 1.b) em không xác định độ lớn lực cần tác dụng lên vật nên tính cơng cần thực sai - Câu 2.b) em không xác định độ lớn lực cần tác dụng lên vật quảng đường vật cần dịch chuyển để khỏi nước Vì khơng tính cơng cần thực Vậy phải làm để giúp em vượt qua khó khăn, để giải dạng tập này? Đó mục tiêu, nội dung mà đề tài hướng tới III CÁC GIẢI PHÁP VÀ BIỆN PHÁP TỔ CHỨC THỰC HIỆN: Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề: Để giải tốt vấn đề nêu trên, đẫ thực theo giải pháp sau: - Yêu cầu học sinh cần nắm vững kiến thức liên quan, cần sử dụng để giải dạng tập này: + Cơng thức tính trọng lượng riêng vật: d  P V d = 10.D + Cơng thức tính độ lớn lực đẩy Ac-si-met: FA = d.V + Cơng thức tính công học: A = F.s A = P.h + Khi thả vật lịng chất lỏng thì: * Vật chìm xuống khi: FA < P dl < dv * Vật lên khi: FA > P dl > dv * Vật lơ lửng chất lỏng khi: FA = P dl = dv + Công thức tính thể tích hình trụ: V = S.l - Tôi phân loại tập theo mức độ tăng dần từ dễ đến khó, cụ thể sau: Dạng 1: Tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng mực chất lỏng không thay đổi: + Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H lịng chất lỏng + Tính cơng cần thực để kéo vật khỏi chất lỏng Dạng 2: Tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng mực chất lỏng có thay đổi: + Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H lịng chất lỏng + Tính cơng cần thực để kéo vật khỏi chất lỏng - Hướng dẫn học sinh tìm hiểu, phân tích tượng vật lí diễn tập dẫn đến thay đổi giá trị đại lượng vật lí, từ học sinh hiểu sâu sắc chất tượng tìm cách giải Tổ chức thực hiện: Dạng 1: Tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng mực chất lỏng không thay đổi: 2.1 Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H lòng chất lỏng Đối với dạng tập ta chia q tình thực cơng thành hai giai đoạn sau: Hình Hình F F h x h H H FA P FA P - Giai đoạn 1: (Hình 1) Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật vừa vặn với mặt chất lỏng + Chiều cao vật nhấn chìm thêm vào chất lỏng là: y = (h – x) + Khi vật chìm vừa vặn với mặt chất lỏng lực cần tác dụng lúc là: F = FA – P (Trong đó: FA = do.h.S ; P = dv.h.S)  F = h.S(do – dv) ; lực có độ lớn bằng: y.S.do + Lực tăng dần từ lúc y = đến y = (h – x) , giá trị trung bình lực từ lúc nhấn chìm vật đến vật chìm vừa vặn với mặt chất lỏng là: F’ = F + Cơng dùng để nhấn chìm vật vừa vặn tới mặt chất lỏng là: A1 = y F’ = y h.S(do – dv) A1 = y2.S.do - Giai đoạn 2: (Hình 2) Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H + Quảng đường vật cần di chuyển là: h’ = H – h + Lực tác dụng lên vật lúc F không thay đổi + Cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H là: A2 = F.h’ - Công lực cần phải thực trình là: A = A1 + A2 Bài tập ví dụ 1: Một khối gỗ hình trụ tiết diện đáy 150m , cao 30cm thả hồ nước cho khối gỗ thẳng đứng Biết lượng riêng gỗ d g = d (do trọng lượng riêng nước do=10 000 N/m ) Biết hồ nước sâu 0,8m, bỏ qua thay đổi mực nước hồ a) Tính chiều cao phần chìm nước khối gỗ ? b) Tính cơng lực để nhấn chìm khối gỗ đến đáy hồ theo phương thẳng đứng? Giải a) Gọi chiều cao phần khối gỗ chìm nước x (cm) + Trọng lượng khối gỗ : P = dg Vg = dg S h + Lực Ac-si-met tác dụng vào khối gỗ : FA = S x Khối gỗ nên ta có : P = FA  dg S h = S x  x = 20 cm Hình Hình F h F x h H FA P H FA P b) Quá trình thực công chia làm hai giai đoạn: - Giai đoạn1: Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật vừa vặn với mặt nước + Chiều cao phần khối gỗ mặt nước là: y = h – x = 10 cm = 0,1m + Khi vật chìm vừa vặn với mặt chất lỏng lực cần tác dụng lúc là: F = FA – P = h.S(do – dv) = 15N (Trong đó: FA = do.h.S ; P = dv.h.S) + Lực tăng dần từ lúc F = đến F = 15N , giá trị trung bình lực từ lúc bắt đầu thực đến vật chìm vừa vặn với mặt nước là: F’ = F + Công dùng để nhấn chìm khối gỗ vừa vặn tới mặt nước là: A1 = y F’ = y F = 0,75 J - Giai đoạn 2: Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H + Quảng đường vật cần di chuyển là: h’ = H – h = 0,8 – 0,3 = 0,5 m + Lực tác dụng lên vật lúc F không thay đổi + Công cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H là: A2 = F.h’ = 7,5J - Công lực cần phải thực trình là: A = A1 + A2 = 8,25J 2.2 Tính cơng cần thực để kéo vật khỏi chất lỏng a Tính cơng để kéo vật lên đến vị trí cách mặt phân cách chất lỏng khoảng H Hình Hình F h F x FA H h P P Q trình thực cơng chia thành hai giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: (Hình 1) Tính cơng để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng + Do mực chất lỏng không thay đổi nên quảng đường cần kéo vật chiều cao phần vật chìm chất lỏng + Khi vật khỏi chất lỏng, lực cần tác dụng lên vật là: F = P, lực tăng dần từ lúc F = đến F = P, giá trị trung bình lực kéo từ lúc nhấc vật đến vật vừa vặn khỏi mặt chất lỏng là: F’ = P + Công cần thực để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: A1 = x.F’ = x P - Giai đoạn 2: (Hình 2) Tính cơng để kéo vật lên độ cao H + Lúc lực cần tác dụng lên vật F = P có giá trị khơng đổi + Quảng đường vật cần di chuyển là: h’ = H - h + Cơng cần thực q trình là; A2 =F.h’ = (H – h).P - Công lực cần phải thực trình là: A = A1 + A2 Bài tập ví dụ 2: Cho khối gỗ hình hộp lập phương cạnh a = 20 cm có trọng lượng riêng d=6000N/m3 thả vào hồ nước cho mặt đáy song song với mặt thoáng nước Trọng lượng riêng nước dn = 10000N/m3 a) Tính chiều cao phần gỗ ngập nước b) Tính cơng cần thực đề kéo khối gỗ lên độ cao cách mặt nước 1,5m Giải Hình Hình F h F x FA H h P P a) Gọi chiều cao phần khối gỗ chìm nước x (m) + Trọng lượng khối gỗ : P = d V = d a3 + Lực Acsimet tác dụng vào khối gỗ : FA = dn a2 x Khối gỗ nên ta có : P = FA  d a3 = dn a2 x  x = 0,12 m b) Quá trình thực cơng chia thành hai giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Tính cơng để kéo vật vừa vặn khỏi nước + Do mực nước không thay đổi nên quảng đường cần kéo vật chiều cao phần vật chìm nước + Khi vật khỏi mặt nước, lực cần tác dụng lên vật là: F = P, lực tăng dần từ lúc F = đến F = P, giá trị trung bình lực kéo từ lúc nhấc vật đến vật vừa vặn khỏi mặt nước là: F’ = P + Công cần thực để kéo vật vừa vặn khỏi nước là: A1 = x.F’ = x P = 2,88J - Giai đoạn 2: Tính công để kéo vật lên độ cao H + Lúc lực cần tác dụng lên vật F = P có giá trị khơng đổi + Quảng đường vật cần di chuyển là: h = H - a + Cơng cần thực q trình là: A2 =F.h = (H – a).P = 62,4J - Công lực cần phải thực trình là: A = A1 + A2 = 65,28J b Tính công để kéo vật độ sâu H khỏi chất lỏng Hình Hình F h F FA FA P h P Q trình thực cơng chia thành hai giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: (Hình 1) Tính cơng cần thực để kéo vật từ độ sâu H đến mặt vật vừa vặn với mặt chất lỏng + Quảng đường vật cần di chuyển là: h’ = H – h + Lực cần tác dụng để kéo vật quảng đường là: F = P - FA (Trong đó: FA = do.h.S ; P = dv.h.S)  F = h.S.(dv – do) + Công thực để kéo vật lên là: A1 = h’.F - Giai đoạn 2: (Hình 2) Tính cơng cần thực để kéo vật khỏi chất lỏng + Do mực chất lỏng không thay đổi nên quảng đường cần kéo vật chiều cao vật + Lực cần tác dụng từ vật bắt đầu nhô lên khỏi chất lỏng đến vật vừa vặn khỏi chất lỏng tăng dần từ F đến P , giá trị trung bình lực kéo đến vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: F' F P + Công cần thực để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: A2 = h.F’ - Công lực cần phải thực trình là: A = A1 + A2 Bài tập ví dụ 3: Một vật hình trụ có tiết diện đáy S = 300 cm 2, chiều cao h = 30 cm có trọng lượng riêng d = 15000N/m3 dựng thẳng đứng đáy hồ Biết chiều cao cột nước từ mặt thoáng đến đáy hồ H = 2,5 m, trọng lượng riêng nước dn = 10000N/m3 Tính cơng tối thiểu cần thực để đưa vật lên khỏi mặt nước Giải Hình Hình F F h FA FA h P P Quá trình thực cơng chia thành hai giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Tính cơng cần thực để kéo vật từ độ sâu H đến mặt vật vừa vặn với mặt nước + Quảng đường vật cần di chuyển là: h’ = H – h = 2,2m + Lực cần tác dụng để kéo vật quảng đường là: F = P - FA (Trong đó: FA = dn.h.S ; P = d.h.S)  F = h.S.(d – dn) = 0,45N + Công thực để kéo vật lên là: A1 = h’.F = 0,99J - Giai đoạn 2: Tính công cần thực để kéo vật khỏi chất lỏng + Do mực nước không thay đổi nên quảng đường cần kéo vật chiều cao vật + Lực cần tác dụng từ vật bắt đầu nhô lên khỏi chất lỏng đến vật vừa vặn khỏi chất lỏng tăng dần từ F đến P , giá trị trung bình lực kéo đến vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: F' F P = 0,9N + Công cần thực để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: A2 = h.F’= 0,27J - Công tối thiểu cần phải thực trình là: A = A1 + A2 = 1,26J * Đối với dạng tập này, nhắc nhở học sinh đặc biệt ý xác định độ lớn lực tác dụng lên vật Đó điểm then chốt dạng tập Dạng 2: Tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng mực chất lỏng có thay đổi: 2.3 Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H lòng chất lỏng Đối với dạng tập ta chia q tình thực cơng thành hai giai đoạn sau: Hình Hình F S1 F S1 h h x FA H P FA P S2 S2 - Giai đoạn 1: (Hình 1) Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật vừa vặn với mặt chất lỏng + Gọi: x phần chiều cao phần vật mặt chất lỏng y chiều cao chất lỏng dâng thêm vật chìm hồn tồn S1 diện tích đáy vật S2 diện tích đáy bình + Khi vật bị nhấn chìm hồn tồn, thể tích phần vật bị nhấn chìm thêm chất lỏng thể tích phần chất lỏng dâng lên, nên ta có: xS1 = y.(S2 – S1) + Quảng đường vật phải di chuyển vào chất lỏng là: h1 = x - y + Khi vật chìm vừa vặn với mặt chất lỏng lực cần tác dụng lúc là: F = FA – P (Trong đó: FA = do.h.S ; P = dv.h.S)  F = h.S(do – dv) ; lực có độ lớn bằng: x.S.do + Lực cần tác dụng lên vật tăng dần từ đến F, giá trị trung bình lực tác dụng lên vật đến vật chìm vừa vặn với mặt chất lỏng là: F’ = F + Công dùng để nhấn chìm vật vừa vặn tới mặt chất lỏng là: A1 = h1 F’ = h1 h.S(do – dv) A1 = h1.x.S.do - Giai đoạn 2: Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H + Chiều cao nước bình lúc là: h’ = H + y + Quảng đường vật cần di chuyển là: h2 = h’ – h + Lực tác dụng lên vật lúc F không thay đổi + Công cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H là: A2 = F.h2 - Công cần phải thực trình là: A = A1 + A2 Bài tập ví dụ 4: Trong bình hình trụ,tiết diện S = 30 cm chứa nước có chiều cao H = 1m Người ta thả vào bình đồng chất, tiết diện S’ = 10 cm2 có chiều cao h = 20 cm cho phương thẳng đứng Biết trọng lượng riêng nước d1 = 10000N/m3 ; d2 = 8000/m3 a) Tính phần chiều dài bị ngập nước chiều cao dâng lên nước bình b)Tính cơng cần thực nhấn chìm xuống đáy bình Giải: 10 Hình Hình F S1 F S1 h h x FA P H FA P S2 S2 a) Ta có d1 > d2 nên vật - Trọng lượng : P = d2.S’.h - Gọi phần chiều dài vật chìm nước l Ta có lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên vật là: FA = l S’.d1 - Vật đứng yên nên ta có: P = FA  d2.S’.h = l S’.d1  l = 0,16 m - Gọi chiều cao cột nước dâng thêm h’ Thể tích nước dâng lên thể tích phần chìm nước vật nên ta có : ( S – S’).h’ = S’.l  h’ = 0,08 m b) Ta chia q tình thực công thành hai giai đoạn sau: - Giai đoạn1: Tính cơng thực để nhấn chìm vật vừa vặn với mặt chất lỏng + Gọi: x chiều cao phần vật mặt nước  x = h – l = 0,04m y chiều cao nước dâng thêm vật chìm hồn tồn + Khi vật bị nhấn chìm hồn tồn, thể tích phần vật bị nhấn chìm thêm chất lỏng thể tích phần chất lỏng dâng lên, nên ta có: x.S’ = y.(S – S’)  y = 0,02 m + Quảng đường vật phải di chuyển vào nước là: h1 = x – y = 0,02 m + Khi vật chìm vừa vặn với mặt chất lỏng lực cần tác dụng lúc là: F = FA – P (Trong đó: FA = do.h.S ; P = dv.h.S)  F = h.S(do – dv) = 0,004N + Lực cần tác dụng lên vật tăng dần từ đến F, giá trị trung bình lực tác dụng lên vật đến vật chìm vừa vặn với mặt nước là: F’ = F = 0,002N + Cơng dùng để nhấn chìm khối gỗ vừa vặn tới mặt nước là: A1 = h1 F’ = 0,02.0,002=0,00004J - Giai đoạn 2: Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H + Chiều cao nước bình lúc là: H’ = H +h’ + y = 0,1m + Quảng đường vật cần di chuyển là: h2 = H’ – h = 0,9 m + Lực tác dụng lên vật lúc F không thay đổi + Công cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H là: A2 = F.h2 = 0,0036J - Công lực cần phải thực trình là: A = A1 + A2 =0,00364J 2.4 Tính cơng cần thực để kéo vật khỏi chất lỏng 11 a Tính cơng để kéo vật đến vị trí cách mặt phân cách chất lỏng khoảng H Hình Hình F S1 F S1 H h h x FA F P P S2 S2 Đối với tập ta chia q tình thực cơng thành hai giai đoạn: - Giai đoạn1:(Hình1)Tính cơng thực để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng + Gọi: x phần chiều cao phần vật chìm chất lỏng y chiều cao cột chất lỏng tụt xuống vật vừa vặn khỏi chất lỏng S1 diện tích đáy vật S2 diện tích đáy bình + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng, thể tích phần chất lỏng tụt xuống phần thể tích vật vừa rời (tức thể tích phần vật chìm trước đó), nên ta có: xS1 = y.S2 + Quảng đường vật phải di chuyển để khỏi chất lỏng là: h1 = x - y + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng lực cần tác dụng lúc là: F = P = dv.h.S + Lực cần tác dụng lên vật tăng dần từ đến F, giá trị trung bình lực tác dụng lên vật đến vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: F’ = F + Công dùng để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: A1 = h1 F’ = h1 dv.h.S - Giai đoạn 2: (Hình 2) Tính cơng cần thực để kéo vật đến độ cao H + Quảng đường vật cần di chuyển là: h2 = H – h + Lực tác dụng lên vật lúc F không thay đổi + Công cần thực để kéo vật lên đến độ cao H là: A2 = F.h2 - Công cần phải thực trình là: A = A1 + A2 Bài tập ví dụ 5: Một bình hình trụ có tiết diện đáy S = 900 cm2 chứa nước có chiều cao 12 H = 1,2m người ta thả vào bình khối gỗ hình trụ có tiết diện đáy S’ = 300 cm chiều cao h = 50 cm, theo phương thẳng đứng Biết trọng lượng riêng nước gỗ dn = 10000N/m3 , d = 6000N/m3 a) Tính chiều cao phần khối gỗ chìm nước b) Tính cơng cần thực để kéo vật lên độ cao h’ = 1,5m so với mặt nước Giải Hình Hình F F S1 S1 h H x h F FA P P S2 S2 a) Ta có dn > d nên vật - Trọng lượng khối gỗ : P = d.S’.h - Gọi phần chiều dài khối gỗ chìm nước l Ta có lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên khối gỗ là: FA = l S’.dn - Vật đứng yên nên ta có: P = FA  d.S’.h = l S’.dn  l = 0,3 m b) Ta chia q tình thực cơng thành hai giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Tính công cần thực để kéo vật vừa vặn khỏi mặt nước + Gọi: x chiều cao cột nước tụt xuống vật vừa vặn khỏi nước + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng, thể tích phần chất lỏng tụt xuống phần thể tích vật vừa rời (tức thể tích phần vật chìm trước đó), nên ta có: l.S’ = x.S  x = 0,1 m + Quảng đường vật phải di chuyển để khỏi chất lỏng là: h1 = l – x = 0,2 m + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng lực cần tác dụng lúc là: F = P = d.h.S’= 0,9N + Lực cần tác dụng lên vật tăng dần từ đến F, giá trị trung bình lực tác dụng lên vật đến vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: F’ = F = 0,45N + Công dùng để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: A1 = h1 F’ = 0,09J - Giai đoạn 2: Tính cơng cần thực để kéo vật đến độ cao H + Quảng đường vật cần di chuyển là: h2 = H – h = 0,7m + Lực tác dụng lên vật lúc F không thay đổi + Công cần thực để kéo vật lên đến độ cao H là: A2 = F.h2 = 0,63J - Công cần phải thực trình là: A = A1 + A2 = 0,72J b Tính cơng để kéo vật độ sâu H khỏi chất lỏng 13 Hình Hình F FA F H h’ h F h FA P P Đối với dạng tập ta chia q tình thực cơng thành hai giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: (Hình 1) Tính cơng cần thực để kéo vật từ độ sâu H đến mặt vật vừa vặn với mặt chất lỏng + Gọi: S1 diện tích đáy vật S2 diện tích đáy bình + Quảng đường vật cần di chuyển là: h’ = H – h + Lực cần tác dụng để kéo vật quảng đường là: F = P - FA (Trong đó: FA = dn.h.S1 ; P = dv.h.S1)  F = h.S1.(dv – dn) + Công thực để kéo vật lên là: A1 = h’.F - Giai đoạn2:(Hình 2) Tính cơng thực để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng + Gọi: x chiều cao cột chất lỏng tụt xuống vật vừa vặn khỏi chất lỏng + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng, thể tích phần chất lỏng tụt xuống thể tích vật, nên ta có: hS1 = x.S2 + Quảng đường vật phải di chuyển để khỏi chất lỏng là: h1 = h - x + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng lực cần tác dụng lúc là: F’ = P = dv.h.S1 + Lực cần tác dụng lên vật tăng dần từ F đến F’, giá trị trung bình lực F  F' tác dụng lên vật đến vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: F tb  + Công dùng để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: A1 = h1 Ftb - Công cần phải thực trình là: A = A1 + A2 Bài tập ví dụ 6: Một thùng hình trụ đứng đáy chứa nước, mực nước thùng cao 80cm Người ta thả chìm vật nhơm có dạng hình lập phương cạnh 20cm Biết trọng lượng riêng nước, nhôm d = 10000N/m3, d2 = 27000N/m3, diện tích đáy thùng gấp lần diện tích mặt vật Tính cơng tối thiểu cần thực để kéo vật khỏi nước Giải: 14 Hình Hình F FA F h’ H h F h FA P P - Giai đoạn 1: Tính cơng cần thực để kéo vật từ độ sâu H đến mặt vật vừa vặn với mặt chất lỏng + Gọi: S1 diện tích đáy vật S2 diện tích đáy bình + Quảng đường vật cần di chuyển là: h’ = H – h = 60cm = 0,6m + Lực cần tác dụng để kéo vật quảng đường là: F = P - FA  F = h.S1.(dv – dn) = 136 N + Công thực để kéo vật lên là: A1 = h’.F = 81,6 J - Giai đoạn 2: Tính cơng cần thực để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng + Gọi: x chiều cao cột chất lỏng tụt xuống vật vừa vặn khỏi chất lỏng + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng, thể tích phần chất lỏng tụt xuống thể tích vật, nên ta có: h.S1 = x.S2  x = 20/3 cm + Quảng đường vật phải di chuyển để khỏi chất lỏng là: h1 = h – x = 13,33cm + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng lực cần tác dụng lúc là: F’ = P = dv.h.S1 = 216 N + Lực cần tác dụng lên vật tăng dần từ F đến F’, giá trị trung bình F  F' lực tác dụng lên vật đến vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: F tb  = 176 N + Công dùng để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng là: A1 = h1 Ftb = 24,46 J - Công cần phải thực trình là: A = A1 + A2 = 105,06 J * Đối với dạng tập này, nhắc nhở học sinh đặc biệt ý xác định độ lớn lực tác dụng lên vật quảng đường vật cần dịch chuyển nhấn chìm vào lịng chất lỏng kéo khỏi chất lỏng IV MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG 15 Bài1 Hai khối gỗ hình lập phương cạnh a = 10 cm có trọng lượng riêng d1 = 12 000 N/m3 d2 = 000 N/m3 thả nước Hai khối gỗ nối với sợi dây mảnh dài 20 cm tâm vật Trọng lượng riêng nước 10 000 N/m3 a) Tính lực căng sợi dây b) Tính cơng để nhấc hai khối gõ khỏi nước Bài Một khối gỗ hình trụ tiết diện S = 200cm 2, chiều cao h = 50 cm có trọng lượng riêng = 9000 N/m3 thả thẳng đứng nước cho đáy song song với mặt thoáng Trọng lượng riêng nước d1 = 10 000 N/m3 a) Tính chiều cao khối gỗ ngập nước b) Người ta đổ vào phía nước lớp cho dầu vừa ngập khối gỗ Tính chiều cao lớp dầu chiều cao phần gỗ ngập nước lúc Biết trọng lượng riêng dầu d2 = 8000 N/m3 c) Tính cơng tối thiểu để nhấc khối gỗ khỏi dầu Bỏ qua thay đổi thể tích chất lỏng nhấc khối gỗ Bài Hai khối đặc A B hình hộp lập phương có cạnh a = 20cm, khối A gỗ có trọng lượng riêng d1 = 6000N/m3, khối B nhơm có trọng lượng riêng d2 = 27 000N/m3 thả nước có trọng lượng riêng d = 10 000N/m3 Hai khối nối với sợi dây mảnh dài l = 30cm tâm mặt a) Tính lực mà vật đè lên đáy chậu b) Khi hệ cân bằng, mặt khối gỗ A cách mặt thống nước h = 20cm Tính cơng tối thiểu để nhấc hai khối khỏi nước Bỏ qua thay đổi mực nước chậu Bài Một vật đồng tích V = 40dm3 nằm đáy giếng Để kéo vật lên khỏi miệng giếng ta phải tốn cơng tối thiểu bao nhiêu? Biết giếng sâu h1 = 15m, khoảng cách từ đáy giếng tới mặt nước h = 5m, khối lượng riêng đồng 8900kg/m3, nước 1000kg/m3 Lực kéo nước không đổi Bài Một miếng gỗ hình trụ chiều cao h, diện tích đáy S cốc nước hình trụ có diện tích đáy gấp đơi so với diện tích đáy miếng gố Khi gỗ nổi, chiều cao mực nước so với đáy cốc l ,trọng lượng riêng gỗ dg = dn (dn trọng lượng riêng nước) Tính cơng lực dùng để nhấn chìm miếng gỗ xuống đáy cốc V HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGIỆM: - Sau thời gian áp dụng đề tài nhóm gồm em học sinh lớp 9A – Trường THCS Phú Nhuận năm học 2017 – 2018, tiến hành khảo sát để kiểm nghiệm hiệu đề tài + Thời gian khảo khảo sát: Tháng 12 năm 2017 + Nội dung khảo sát: Câu Trong bình hình trụ,tiết diện S chứa nước có chiều cao H = 15cm Người ta thả vào bình đồng chất, tiết diện cho nước mực nước dâng lên đoạn h = 8cm 16 a) Nếu nhấn chìm hồn tồn mực nước cao ?(Biết khối lượng riêng nước D1 = 1g/cm3 ; D2 = 0,8g/cm3 b) Tính cơng thực nhấn chìm hồn tồn thanh, biết có chiều dài l = 20cm ; tiết diện S’ = 10cm2 Câu Một thùng hình trụ đứng đáy chứa nước, mực nước thùng cao 80cm Người ta thả chìm vật nhơm có dạng hình lập phương cạnh 20cm Mặt vật móc sợi dây (bỏ qua trọng lượng sợi dây) Nếu giữ vật lơ lửng thùng nước phải kéo sợi dây lực 120N Biết trọng lượng riêng nước, nhôm d = 10000N/m3, d2 = 27000N/m3, diện tích đáy thùng gấp lần diện tích mặt vật a) Vật nặng rỗng hay đặc ? Vì ? b) Kéo vật từ đáy thùng lên theo phương thẳng đứng với công lực kéo A F 120J Hỏi vật có kéo lên khỏi mặt nước không ? + Kết thu sau: k STT Họ tên học sinh Nguyễn Văn Đức Lê Viết Tuấn Lê Quý Như Ngọc Nguyễn Hà Châu Lê Thanh Huyền Lê Phương Thảo Điểm 10 10 10 Đội tuyển ơn luyện Vật lí Vật lí Vật lí Tốn Tốn Tốn - Thơng qua kết khảo sát nhận thấy tiến vượt bậc em làm bài, cụ thể là: + Tất em biết cách vẽ hình biểu diễn đầy đủ đại lượng vật lí + Biết cách xác định giá trị trung bình lực tác dụng lên vật có thay đổi độ lớn + Biết cách xác định quảng đường vật dịch chuyển bị nhấn chìm kéo khỏi chất lỏng Đặc biệt số học sinh có em tham gia thi học sinh giỏi mơn vật lí cấp huyện, năm học 2017 – 2018 đạt kết sau: STT Họ tên học sinh Nguyễn Văn Đức Lê Viết Tuấn Lê Quý Như Ngọc Điểm 17 15,5 12 Xếp giải Nhì Ba Từ kết khẳng định lần tính hiệu đề tài, nguồn động lực giúp tơi hồn thành đề tài PHẦN III: KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN 17 Việc dạy học mơn Vật lí trường THCS quan trọng, đặc biệt nhiệm vụ ôn thi học sinh giỏi nhà trường Giáo viên giảng dạy giúp em biết cách tư logic, biết phân tích tổng hợp, biết vận dụng kiến thức liên mơn, có cách giải hay xác dạng tập Vì giáo viên giảng dạy mơn vật lí cần khơng ngừng học hỏi, sáng tạo để tìm phương pháp giảng dạy phù hợp với đối tượng học sinh Áp dụng đề tài vào giảng dạy đem lại cho nhiều thuận lợi, giúp cho việc ôn luyện học sinh giỏi phần tính cơng lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng dễ dàng hiệu Khi đưa vào áp dụng đề tài này, thân mong muốn khắc sâu kiến thức đặc biệt giúp em có nhìn sâu – rộng, có cách giải nhanh, xác, khoa học dạng tập nhằm nâng cao chất lượng dạy – học mơn Vật lí Trên kinh nghiệm thân rút từ thực tiễn dạy học mơn Vật lí trường THCS Phú Nhuận, xin trao đổi đồng nghiệp Tơi mong nhận góp ý, xây dựng đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện ! II KIẾN NGHỊ Để công tác ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi đạt kết cao hơn, tơi mạnh dạn đề xuất sau: - Phịng giáo dục nên tổ chức tập huấn để giáo viên giảng dạy mơn có hội giao lưu, học hỏi, trao đổi kinh nghiệm nhằm nâng cao chất lượng hiệu ôn luyện đội tuyển nhà trường - Phòng giáo dục nên tổ chức giao lưu nhiều với phòng giáo dục huyện khác, tổ chức thi giao lưu để giáo viên ôn luyện đội tuyển có hội giao lưu, học hỏi, trao đổi kinh nghiệm học sinh tham gia dự thi rút nhiều kinh nghiệm, học bổ ích XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Như Thanh, ngày tháng năm 2018 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Nguyễn Bách Khải 18 ... lực dùng để nhấn chìm kéo vật khỏi chất lỏng mực chất lỏng có thay đổi: + Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H lòng chất lỏng + Tính cơng cần thực để kéo vật khỏi chất lỏng. .. kéo vật khỏi chất lỏng mực chất lỏng khơng thay đổi: + Tính cơng cần thực để nhấn chìm vật xuống đến độ sâu H lòng chất lỏng + Tính cơng cần thực để kéo vật khỏi chất lỏng Dạng 2: Tính cơng lực. .. đoạn 2: Tính công cần thực để kéo vật vừa vặn khỏi chất lỏng + Gọi: x chiều cao cột chất lỏng tụt xuống vật vừa vặn khỏi chất lỏng + Khi vật vừa vặn khỏi chất lỏng, thể tích phần chất lỏng tụt