Thêng xuyªn tæ chøc cho ®éi ngò GV bé m«n dù giê & th¶o luËn chuyªn m«n nh»m kÞp thêi trao ®æi phæ biÕn còng nh rót kinh nghiÖm nh÷ng vÊn ®Ò hay vµ khã.[r]
Trang 1Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
sáng kiến kinh nghiệm
hớng dẫn học sinh giải bài tập về lực đẩy ác- si- mét môn : Vật lí- Lớp 8
PHòNG giáo dục & đào tạo THạCH THấT
TRƯờng thcs thạch xá
*****************
Trang 2Chức vụ và đơn vị công tác: Giáo viên Trờng THCS Thạch Xá Trình độ chuyên môn: Đại học
Hệ đào tạo: Từ xa Bộ môn giảng dạy: Vật lý
Ngoại ngữ: Tiếng Anh- C
Trình độ chính trị: Lý luận chính trị phổ thông Khen thởng: Giấy khen
Trang 3
khi thấy rằng học sinh cha đợc rèn luyện kỹ năng giải bài tập vật lý nâng cao Qua tìmtòi và sàng lọc, tôi đã tổng hợp các dạng bài tập vật lý THCS theo các chủ đề để h ớngdẫn học sinh phơng pháp giải chúng Vì vậy năm nay tôi chọn đề tài này nhằm hớngdẫn học sinh lớp 8 có kỹ năng giải các bài toán về lực đẩy ác-si- mét để góp phầnnâng cao chất lợng đại trà, đồng thời phát hiện, bồi dỡng học sinh giỏi của trờng.
III phạm vi, thời gian thực hiện đề tài:
- Phạm vi: Phần lực đẩy ác-si- mét - Chơng I - Vật lý lớp 8 - Thời gian thực hiện: Trong học kỳ I năm học 2008-2009.
B - nội dung đề tài
I th c trạng tình hình qua khảo sát điều tra.
Qua một vài năm dạy vật lý lớp 8 theo phơng pháp đổi mới “ Phát huy tính tích cực,sáng tạo của học sinh” Tôi nhận thấy hoạt động học tập giải các bài toán trên lớp cóthời lợng rất ít trong khi đó có rất nhiều dạng bài tập cơ, nhiệt mà học sinh cần phảiđào sâu Riêng phần cơ học đã có nhiều chủ đề nh: Bài tập về chuyển động, bài tập vềáp suất, bài tập về máy cơ đơn giản, bài tập về lực đẩyác-si- mét, bài tập về bảo toàncông ; Mỗi chủ đề có nhiều dạng bài tập với các cấp độ khác nhau nên phần lớn họcsinh cha nắm đợc phơng pháp giải bài tập vật lý nhất là dạng bài tập định lợng nângcao Đối với dạng bài tập về lực đẩyác-si- mét khi kết hợp với đòn bẩy hoặc tính cônglà học sinh đã gặp nhiều khó khăn trong việc tìm phơng pháp giải và cả cách trình bày.
II số liệu điều tra tr ớc khi thực hiện:
Thực tế cho thấy sau khi học xong lực đẩy ác-si- mét tôi tiến hành khảo sát với bài
toán sau :
* Đề bài:
Một khí cầu có thể tích 10 m3 chứa khí Hi drô, trọng lợng của vỏ khí cầu là 100 N( thể tích vỏ không đáng kể) Biết trọng lợng riêng của không khí là 12,9 N / m3 ; củahiđrô là 0,9 N / m3
a, Tính lực đẩy ác-si- mét của không khí tác dụng lên khí cầu? (3 điểm)
b, Hỏi khí cầu có thể kéo lên trên không một vật nặng bằng bao nhiêu ? (3 điểm)c, Muốn kéo một ngời nặng 60 kg lên thì khí cầu phải có thể tích tối thiểu là baonhiêu ? Nếu coi trọng lợng vỏ khí cầu không đổi (4 điểm)
Lực này gọi là “ Lực đẩy Ac-si-met ” ,kí hiệu : FA ; Đơn vị : N b- Đặc điểm của lực đẩy Ac- si - mét :
Lực là đại lợng véc tơ do đó có :
Trang 4
+ Điểm đặt là trọng tâm phần chìm của vật FA
+ Phơng thẳng đứng + Chiều từ dới lên + Độ lớn : FA = d.V
Trong đó : d là trọng lợng riêng của chất lỏng(chất khí) ( N/m3 ) V là thể tích phần chất lỏng(chất khí) vật chiếm chỗ ( m3 ) * Lu ý: + FA phụ thuộc vào 2 yếu tố là d & V
+ Cách biểu diễn véc tơ lực.
c, Bổ sung các quy tắc hợp lực; kiến thức về đòn bẩy:
+ Hợp lực của hai lực F1, F2 cùng phơng ngợc chiều có độ lớn là: F = F1 F2
+ Hợp lực của hai lực F1, F2 cùng phơng cùng chiều có độ lớn là F = F1 + F2
+ Điều kiện cân bằng của đòn bẩy : F1l1 = F2l2
d, Ghi nhớ các công thức thờng dùng:
P = 10.m ; m = D.V ; d = 10.D ; P = d.V ; A = F.S ; .
2, Rèn luyện kỹ năng tóm tắt bài toán, kết hợp vẽ hình hoặc sơ đồ
(Hớng dẫn thờng xuyên trong các bài tập định lợng từ đầu năm học.)
3, Phân dạng bài tập với các cấp độ từ dễ đến khó, h ớng dẫn HS giải:
ớng dẫn giải dạng bài tập định tính về lực đẩy H á c - si - mét
Khi dạy dạng bài tập này tôi yêu cầu học sinh phải thuộc bảng khối lợng riêng của các chất , đặc biệt là D của các kim loại thờng gặp nh nhôm,sắt,đồng, chì bạc Và công thức Dmm DV &Vm
ớng dẫn & giải :
Từ công thức tính khối lợng riêng
ớng dẫn & giải : ( Tơng tự nh VD 1 )
Từ công thức
mD
Trang 5 F1F2F3
Vậy lực đẩy Ac si met của nớc lên vật bằng sứ lớn nhất , sau đó là vật bằng sắt
và nhỏ nhất là lên vật bằng đồng
Ví dụ 3 :
Bằng những dụng cụ: Lực kế, bình nớc( nớc trong bình có khối lợng riêng là Do ) Hãytrình bày cách xác định khối lợng riêng của một vật bằng kim loại có hình dạng bất kì ?
ngang bằng một sợi dây tại điểm O hơi lệch về phía A
Nếu nhúng hai quả cầu này vào nớc thanh AB còn cân bằng theo phơng nằm ngang không ? Tại sao ?
(1)với P = d V Thì :
'''
Trang 6Nếu quay ngợc miếng gỗ cho quả cầu nằm trong nớc (H2) thì mực nớc trong bình có thay đổi không ?
Vì P của gỗ & chì ở cả hai trờng hợp là không đổi FA1= FA2 hay dV1 = dV2
Mà d nh nhau V1 = V2 do đó phần thể tích chiếm chỗ của vật trong nớc không đổi
Vậy mực nớc không thay đổi khi quay ngợc cho quả cầu nằm trong nớc
Tóm lại :
Khi hớng dẫn HS giải bài tập định tính về lực đẩy Ac si mét thì cần cung cấp cho cácem về mối quan hệ toán học giữa các đại lợng trong công thức Các điều kiện
của sự nổi , đặc biệt là khi vật nằm cân bằng trên mặt thoáng chất lỏng
H ớng dẫn giải dạng bài tập định l ợng về lực đẩy á c - si - mét
Bài tập định lợng về lực đẩy Ac si met là dạng bài tập khó , đòi hỏi HS cần phải cócác kĩ năng nh vẽ hình, biểu diễn các véc tơ lực, phân tích sự tơng tác lên vật Nói một cách khác GV cần phải hớng dẫn HS có một “T duy Vật lý”
Ví dụ 6:
Một miếng thép có một lỗ hổng bên trong Dùng lực kế đo trọng lợng của miếng théptrong không khí thì thấy lực kế chỉ 370 N Khi nhúng miếng thép chìm hoàn toàntrong nớc thì thấy lực kế chỉ 320 N Hãy xác định thể tích của lỗ hổng ?
( Biết trọng lợng riêng của nớc là 10 4 N/ m 3 ; của thép là 78.10 3 N/m 3 )
Do đó V2 = V - V1 (3)Thay(1)&(2)vào (3) ta đợc : V2 =
3121370 320370
0,00026 ()1000078000
2- Muốn kéo một ngời nặng 60 kg lên thì khí cầu phải có thể tích tối thiểu là bao
nhiêu ? Nếu coi trọng lợng vỏ khí cầu không đổi H
ớng dẫn :
Trang 7
Đây là một bài tập không phải chỉ đơn thuần là bài có nhiều lực tơng tác lên cùng mộtvật , mà còn là một bài tập tìm giá trị nhỏ nhất ( tối thiểu ) Trớc hết HS cần phải hiểu , biểu diễn đợc các FAvec tơ lực P vat;Pvo;PH ; FA, phân tích quan hệ vật lýgiữa chúng từ đó tìm ra hệ thức toán học; phơng trình cân bằng giữa các đại lợng trong bài toán FA Pvat Pv PH
rồi tìm ra lời giải
''AvoHNgF P P P d Vkk x 100d VH x600 d Vkk x d VH x 700
3700700()70058,33()12,9 0,9xkkHxkkHV ddVmdd Đáp số : m = 2 kg ; V = 58,33 m 3 Ví dụ 8: Trong bình đựng hai chất lỏng không trộn lẫn có trọng lợng riêng d1=12000 N/m3và d2 = 8000 N/ m3 Một khối gỗ hình lập phơng có cạnh a = 20 cm , có trọng lợngriêng d = 9000 N/ m3 đợc thả vào bình chất lỏng trên 1- Tìm chiều cao của phần khối gỗ trong mỗi chất lỏng , từ đó tính lực đẩy Ac si met lên khối gỗ ? 2- Tính công để nhấn chìm khối gỗ hoàn toàn trong chất lỏng d1 ? H ớng dẫn : GV cho HS xuất phát từ bất đẳng thức d2< d < d1
do đó khối gỗ lơ lửng giữa hai chất lỏng FA2Để tính đợc lực đẩy Ac si mét của cả hai a - x chất lỏng lên khối gỗ phải tính đợc V1 & V2 FA1của gỗ trong mỗi chất lỏng x
phải tính đợc chiều cao phần chìm của
gỗ trong mỗi chất lỏng
FA = FA1 + FA2 = P
Và phải căn cứ khi khối gỗ nằm cân bằng khi đó các lực tơng tác vào khối gỗ nh thếnào ? Phơng ,chiều & quan hệ giữa chúng thế nào ?
Bài giải1- Gọi x là chiều cao phần gỗ nằm trong chất lỏng thứ nhất ( có d1 ) ( 0 < x < a )Do khối gỗ nằm cân bằng nên các véc tơ lực P F F ; A1; A2có phơng & chiều nh hình vẽ P = FA1 + FA2 hay d.a3 = d1.x.a2 + d2.(a - x).a2
PH
Trang 8
9000 8000.2012000 80005 ()
dadd x d a add
Do đó : FA = FA1 + FA2 = 72 (N)
2 - Tính công nhấn chìm khối gỗ hoàn toàn trong chất lỏng thứ nhất :
Giả sử khi nhấn khối gỗ chìm vào chất lỏng thứ nhất một đoạn là y cm cần một lực tácdụng là : F F1'F2' P với F1' d a x y1 2() ; F2' d a a x y2 2()
1 - Tính lực căng của sợi dây biết trọng lợng riêng của nớc do = 10000 N/ m3 2 - Tính công để nhấc cả hai khối gỗ đó ra khỏi mặt nớc ?
H ớng dẫn : FA2
Đây là một bài tập khá phức tạp , GV cần phải giúp HS
phân tích tỉ mỉ đầu bài để tìm ra các lực có trong bài , x tìm cách vẽ , biêủ diễn các véc tơ lực và tìm đợc mối P2 quan hệ vật lý giữa chúng T Cụ thể là : FA1
+ Do d2 < do < d1 vị trí của mỗi khối gỗ nh thế nào ? Khối gỗ có d2 nổi một phần trên mặt thoáng ,
còn khối gỗ có d1 chìm hoàn toàn trong nớc Vẽ hình … P P1
+ Do hệ cân bằng Các véc tơ lực P P F F T1; ;2 A1; A2; đợc biểu diễn nh thế nào ?
Bài giải :
1 - Do d2 < do < d1 (do là trọng lợng riêng của nớc ) nên khối gỗ thứ nhất chìm hoàntoàn và khối gỗ thứ hai nổi một phần trên mặt thoáng của nớc
Gọi x là chiều sâu phần của khối gỗ thứ hai chìm trong nớc ( 0 < x < a ) Cả hai khối
gỗ chịu tác dụng của các vec tơ lực P P F F T 1; ;2 A1; A2; ( Nh hình vẽ )
Do hai khối đang cân bằng và các lực căng T bù trừ lẫn nhau nên ta có :
P1 + P2 = FA1 + FA2 trong đó P1+P 2 = ( d1 + d2 ) a3 và FA1 = d0.a3 ; FA2 = d0a2.xDo đó ta có : ( d1 + d2 ) a3 = d0 ( a + x ) a2
31 A1(10).
TP Fdd a
Trang 9Thay số ta tính đợc T = 2 (N)
2 - Công dùng để nhấc cả hai khối gỗ ra khỏi mặt nớc phải đợc chia thành ba giaiđoạn đó là :
*) Giai đoạn 1 : ( Nhấc khối gỗ thứ hai ra khỏi nớc )
áp dụng công thức: A = F.S A1F x1. trong đó F1= P1+ P2 - FA1 = ( d1+d2- d0 ) a3
F 1= 8 ( N )
Do đó công thực hiện trong giai đoạn này là :
**) Giai đoạn 2: Kéo khối thứ nhất từ vị trí cách mặt nớc một khoảng l = 20 cm (gt)
cho đến khi mặt trên của nó sát mặt nớc Khi đó lực kéo tác dụng không đổi và F2 =F1 = 8 N
Do đó A2 = F2.l = 8.20.10 -2 = 1,6 ( J )
***) Giai đoạn 3 : ( Nhấc khối thứ nhất ra khỏi mặt nớc )
Khi đó lực tác dụng tăng đều từ F2 = 8N đến khi ra khỏi mặt nớc lực F3 = P1 + P2 = =( d1 + d2 ) a3 = ( 12 000 + 6 000 ) ( 1 10 -2)3 = 18 ( N )
Do đó công thực hiện là A3 =
Để nâng cao kiến thức cho HS về lực đẩy Ac si met tôi triển khai tiếp dạng toán trong
đó lực đẩy FA tác dụng lên vật treo ở đòn bẩy và tác dụng trực tiếp vào đòn bảy
**) Loại lực đẩy Ac si mét tác dụng lên vật treo ở đòn bẩy
Ví dụ 10:
Hai quả cầu A, B có trọng lợng bằng nhau nhng làm bằng hai chất khác nhau, đợc treovào đầu của một đòn cứng có trọng lợng không đáng kể và có độ dài l = 84 cm Lúcđầu đòn cân bằng Sau đó đem nhúng cả hai quả cầu ngập trong nớc Ngời ta
thấy phải dịch chuyển điểm tựa đi 6 cm về phía B để đòn trở lại thăng bằng theo phơng nằm ngang Tính trọng lợng riêng của quả cầu B nếu trọng lợng riêng của quảcầu A là dA = 3.104 N/ m3,của nớc là dn = 104 N/ m3
Bài giải:
Vì trọng lợng hai quả cầu cân bằng nhau nên lúc đầu điểm tựa O ở chính giữa đòn: OA = OB = 42 cmKhi nhúng A, B ngập trong nớc Khi đó O'A = 48 cm, O'B = 36 cm
Lực đẩy Ac si met tác dụng lên A và B là:
Hợp lực tác dụng lên quả cầu A là: P - FA
Hợp lực tác dụng lên quả cầu B là: P - FB
Để đòn bẩy cân bằng khi A, B đợc nhúng trong nớc ta có:(P - FA) O’A = (P - FB).O’B
Thay các giá trị vào ta có:
Trang 10Bài giải:
Khi quả cầu treo ở B đợc nhúng vào nớc, ngoài trọng lợng P nó còn chịu tác dụng củalực đẩy Acsimet nên lực tổng hợp giảm xuống Do đó cần phải dịch chuyển điểm treovề phía A một đoạn x để cho cánh tay đòn của quả cầu B tăng lên (0 < x < l ).
Vì thanh cân bằng trở lại nên ta có:P.(l - x) = (P - F )( l + x)
10D1V( l - x) =(10D1V - 10D2V)(l+x) (với V là thể tích của quả cầu)
D1(l-x) = (D1- D2)(l+x) (2D1- D2)x = D2l
Bài giải : A
Thanh AB chịu tác dụng của 2 lực P
có điểm đặt là M O FA
(trung điểm của thanh) và lực đẩy FA của nớc có điểm M
đặt là N ( trung điểm của phần chìm MB) N Với O là điểm tựa ( AB có thể quay xung quanh ) B P
áp dụng phơng trình cân bằng của đòn bẩy ta có : P.OM = FA.ON (1)Gọi S là tiết diện ngang của AB ; l là chiều dài của thanh AB ta có :
Trang 1110 .;10.
lP D S lF D S
Thế (4) vào (3) ta đợc :
.10001250 (/)4 o 4
+ Xác định đợc điểm tựa của đòn ( là điểm cố định mà nó có thể quay xung quanh)
+ Tìm đúng và biểu diễn đợc các lực tác dụng cùng các cánh tay đòn của mỗi lực ( là khoảng cách từ điểm tựa tới giá của lực )
+ Lập đúng phơng trình cân bằng lực ( áp dụng điều kiện cân bằng của đònbẩy ) + Khi một vật đồng chất ,tiết diện đều thì trọng lợng của nó tỉ lệ với chiều dài + Kĩ năng tính toán phải đợc rèn luyện
+ Hình vẽ yêu cầu phải chính xác ,do đó cần phải rèn cho HS một cách thờng
+ GV cần phải tạo ra môi trờng học tập cho các em đợc rèn luyện
4, Giao bài tập t ơng tự với đáp số để phát huy tính tích cực của mỗi HS
Sau khi triển khai các bài tập có sự hớng dẫn trực tiếp của GV Để tăng cờng việc rèn luyện với mục tiêu giúp các em hoàn thiện kĩ năng cho mình tôi tiếp tục tung các bài tập có cùng phơng pháp giải để các em có ý thức tự rèn luyện
Bài 1 : Một miếng gỗ hình trụ có chiều cao h, diện tích đáy S S
nổi trong một cốc nớc hình trụ có diện tích đáy gấp đôi diện tích đáy của miếng gỗ Khi gỗ đang nổi, chiều cao mực nớc so hvới đáy cốc là h Trọng lợng riêng của gỗ
d d
hTính công của lực dùng để nhấn chìm khối gỗ xuống đáy cốc ?
A d S h J
FA
Bài 2 : Một khối gỗ hình hộp chữ nhật ,tiết diện đáy
S = 150 cm2 , chiều cao h = 30 cm đợc thả nổi trong hhồ nớc sao cho khối gỗ thẳng đứng Biết trọng lợng H x riêng của gỗ
d d
, với dn = 10000 N/m3 P Tính công của lực dùng để nhấn chìm khối gỗ đến đáy hồ
Biết rằng mực nớc trong hồ H = 0,8 m , bỏ qua sự thay đổi của mực nớc hồ
Đáp số : A = A1 + A2 = 0,75 + 7,5 = 8,25 ( J )
Bài 3 : Một khối gỗ hình hộp chữ nhật tiết diện S = 40 cm2 cao h = 10 cm Có khối lợng m = 160 g
a) Thả khối gỗ vào nớc.Tìm chiều cao của phần gỗ nổi trên mặt nớc Cho khối lợng
Trang 12riêng của nớc là D0 = 1000 Kg/m3
b) Bây giờ khối gỗ đợc khoét một lỗ hình trụ ở giữa có tiết diện S = 4 cm2, sâu h và lấp đầy chì có khối lợng riêng D2 = 11 300 kg/m3 khi thả vào trong nớc ngời ta thấy mực nớc bằng với mặt trên của khối gỗ Tìm độ sâu h của lỗ
b)
Khối lợng quả cầu bên dới FA2
gấp 4 lần khối lợng quả cầu bên trên khi cânbằng thì 1/2 thể tích quả cầu bên trên bị ngậptrong nớc Hãy tính.
a) Khối lợng riêng của các quả cầub) Lực căng của sợi dây
Cho biết khối lợng của nớc là D0 = 1000kg/m3
5 = 0,2 N
Bài 5 : Cho hệ nh hình vẽ , thanh AB có khối A O B
lợng không đáng kể ,ở hai đầu có treo hai quả cầu nhôm có trọng lợng PA & PB Thanh đợc treo bằng nằm ngang bằng một sợi dây tại điểm Ohơi lệch về phía A.
1 - Nếu nhúng ngập 2 quả cầu vào nớc thanh còn cân bằng theo phơng ngang không ? Tại sao ?
2 - Nếu nhúng quả A vào nớc quả B vào dầu thanh sẽ lệch về phía nào?Biết dn > dd
Đáp số :
1 - Thanh vẫn cân bằng theo phơng nằm ngang 2 - Thanh bị lệch xuống đầu B
l2 l1
Bài 6 : Một thanh đồng chất tiết diện đều đặt O
trên thành bình đựng nớc , ở đầu thanh có treo một quả cầu đồng chất có bán kính R sao cho quả cầu ngập hoàn toàn trong nớc , hệ thống nằm cân bằng nh hình vẽ
Biết trọng lợng riêng của quả cầu, nớc là d & d 0 tỉ số l1 : l2 = a : b 1, Tìm trọng lợng của thanh đồng chất ?
P2
TA1T