phân dạng và phương pháp giải bài tập cơ học chất lưu vật lí 8

PHẦN I: MỞ ĐẦU I Lí chọn đề tài Vật lý sở nhiều ngành kỹ thuật công nghệ quan trọng Sự phát triển vật lý học gắn bó chặt chẽ có tác động qua lại, trực tiếp với tiến khoa học, kỹ thuật cơng nghệ Vì vậy, hiểu biết nhận thức vật lý có giá trị to lớn đời sống sản suất, đặc biệt cơng cơng nghiệp hố đại hố đất nước Mơn vật lý có khả to lớn việc rèn luyện cho học sinh kỹ tư bậc cao hình thành niềm tin chất khoa học tượng tự nhiên khả nhận thức người, khả ứng dụng khoa học để đẩy mạnh sản xuất cải thiện đời sống Một phương tiện giúp em củng cố, ơn tập kiến thức vật lí cách sinh động thực giải tập Việc giải tập vật lý giúp 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 tập hình thức làm việc tự lực cao học sinh Ngồi ra, cịn giúp em phát triển khả tư sáng tạo giúp em tự kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức thân Trong trình giảng dạy, tơi nhận thấy giải tập học chất lưu chương trình Vật lý lớp em cịn gặp nhiều khó khăn việc giải tập vật lý như: khơng tìm hướng giải vấn đề, không vận dụng lý thuyết vào việc giải tập, không tổng hợp kiến thức thuộc nhiều phần chương trình để giải vấn đề chung, hay giải tập thường áp dụng cách máy móc công thức mà không hiểu rõ ý nghĩa vật lý chúng Mặt khác phân phối chương trình vật lí chương học có tiết lí thuyết mà khơng có tiết tập để cố phần kiến thức Xuất phát từ lí 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 tập cách dể hiểu, bản, từ thấp đến cao, giúp học sinh có kỹ giải tốt tập, hiểu ý nghĩa vật lý giải, rèn luyện thói quen làm việc độc lập, sáng tạo, phát triển khả tư duy, giúp em học tập môn Vật lý tốt II Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lí luận phương pháp giải tập vật lí - Nghiên cứu lí thuyết phần học chất lưu chương trình vật lí - Phân dạng tập xây dựng phương pháp giải dạng tập III Phạm vi nghiên cứu - Kiến thức phần học chất lưu cụ thể kiến thức từ “Áp suất” đến 12 “Sự nổi” chương trình vật lí IV Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, tổng hợp, phân loại hệ thống hóa tài liệu sách giáo khoa, sách tập, tài liệu tham khảo - Tổng hợp, phân tích, đề xuất phương pháp giải tập minh họa từ kinh nghiệm giảng dạy thực tế - Phương pháp thống kê: dựa kiểm tra học sinh V Đóng góp đề tài Nếu đề tài nghiên cứu thành công giúp: - Giáo viên: Có thêm tài liệu tham khảo sử dụng phát bồi dưỡng học sinh giỏi PHẦN II: NỘI DUNG I Cơ sở lí luận phương pháp chung cho việc giải tập vật lí Dàn chung cho việc giải tập vật lý gồm bước sau: Tìm hiểu đề bài: Đọc kỹ đề bài, xác định ý nghĩa vật lý thuật ngữ, phân biệt kiện cho ẩn số cần tìm Tóm tắt đề hay vẽ hình diễn đạt điều kiện đề Phân tích tượng: Tìm xem kiện cho có liên quan đến khái niệm,hiện tượng, quy tắc, định luật vật lý Hình dung tượng diễn bị chi phối định luật nhằm hiểu rỏ dược chất tượng để có sở áp dụng cơng thức xác, tránh mị mẫm áp dụng máy móc cơng thức Xây dựng lập luận: Xây dựng lập luận tìm mối quan hệ ẩn số kiện cho Đây bước quan trọng trình giải tập Cần phải vận dụng định luật, quy tắc, công thức vật lý để thiết lập mối quan hệ nêu Có thể theo hai hướng để đưa đến kết cuối cùng: - Xuất phát từ ẩn số, tìm mối quan hệ ẩn số với đại lượng định luật, cơng thức có chứa ẩn số, tiếp tục phát triển lập luận hay biến đổi cơng thức theo kiện cho để dẫn đến công thức cuối chứa mối quan hệ ẩn số với kiện cho - Xuất phát từ kiện đề bài, xây dựng lập luận biến đổi công thức diễn đạt mối quan hệ điều kiện cho với đại lượng khác để đến công thức cuối chứa ẩn số kiện cho Biện luận: Phân tích kết cuối để loại bỏ kết không phù hợp với điều kiện đề không phù hợp với thực tế Kiểm tra xem giải hết yêu cầu tốn chưa; kiểm tra kết tính tốn, đơn vị giải lại tốn cách khác xem có kết khơng II Thực trạng III Phân dạng phương pháp giải tập học chất lưu vật lí A Cơ sở lí thuyết Áp suất Áp suất tính độ lớn áp lực đơn vị diện tích bị ép Trong đó: F áp lực, đơn vị N S diện tích bị ép, đơn vị m2 áp suất, đơn vị Pa, 1Pa = N/m2 Áp suất chất lỏng - Chất lỏng gây áp suất theo phương lên đáy bình thành bình vật lịng - Cơng thức tính áp suất chất lỏng: d.h Trong đó: d trọng lượng riêng chất lỏng, đơn vị N/m3 h độ sâu tính từ điểm tính áp suất đến mặt thống chất lỏng, đơn vị m áp suất chất lỏng điểm xét, đơn vị Pa - Áp suất điểm lịng chất lỏng có độ sâu h so với mặt thống: p0 + d.h Trong đó: p0 áp suất khí Ngồi ra, cịn dùng đơn vị mmHg cmHg để đo áp suất chất lỏng áp suất khí quyển: mmHg = 136 N/m2 Chú ý: Trong chất lỏng đứng yên, áp suất điểm có độ sâu(so với mặt thống) có độ lớn Bình thơng - Bình thơng chứa chất lỏng đứng n, mực chất lỏng nhánh độ cao - Bình thơng chứa nhiều chất lỏng khác đứng yên, điểm mặt ngang(trong chất lỏng) có áp suất nhau(như hình bên) p0 + d1.h1 d1 A h1 h2 d2 B p0 + d2.h2 = Nguyên lí Paxcal - Máy nén thủy lực - Nguyên lí Paxcal: Áp suất tác dụng lên chất lỏng đựng bình kín chất lỏng truyền nguyên vẹn theo phương - Máy nén thủy lực hoạt động dựa nguyên lí Paxcal: Trong đó: S, s diện tích pittơng lớn pittông nhỏ (m2) f lực tác dụng lên pittông nhỏ (N) F lực tác dụng lên pittơng lớn (N) Chú ý: Thể tích chất lỏng chuyển từ pittong sang pittong nên: V = S.H = s.h (H, h đoạn đường di chuyển pittông lớn pittông nhỏ) Do ta có Lực đẩy Acsimet – Vật a Lực đẩy Acsimet - Mọi vật nhúng chất lỏng chịu tác dụng lực đẩy Acsimet - Lực đẩy Acsimet chất lỏng tác dụng lên vật có: + phương thẳng đứng + chiều hướng từ lên + độ lớn tính cơng thức: FA = d.V Trong đó: FA lực đẩy Acsimet (N) d trọng lượng riêng chất lỏng (N/ m3) V thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ- hay thể tích phần vật chìm chất lỏng (m3) b Sự nổi: Nếu FA > P : vật Nếu FA = P : vật lơ lửng Nếu FA < P : vật chìm Ngồi để làm tốt tập phần học sinh cần nắm số kiến thức kĩ sau: - Cách biểu diễn lực: lực biểu diễn mũi tên có: + Gốc điểm đặt lực + Phương chiều trùng với phương chiều lực + Độ dài biểu thị cường độ lực theo tỉ lệ xích định - Biểu diễn lực học tác dụng lên vật như: trọng lực, lực đàn hồi, lực đẩy Acsimet - Sự cân lực: Dưới tác dụng hai hay nhiều lực cân bằng, vật đứng yên tiếp tục đứng yên, chuyển động tiếp tục chuyển động thẳng - Một số công thức liên hệ: + Trọng lượng khối lượng: P = 10.m + Trọng lượng riêng khối lượng riêng: d = 10.D + Trọng lượng: P = d.V + Khối lượng: m = D.V B Các dạng tập phương pháp giải * Dạng 1: Bài tập tính áp suất Bài 1: Khối lượng riêng nước biển D = 1,0.10 3kg/m3, áp suất khí p0 = 1,0336.105Pa độ sâu 1000m mực nước biển có áp suất bao nhiêu? Tóm tắt: Cho: D = 1,0.103kg/m3; p0 = 1,0336.105Pa; h =1000m p= ? Hướng dẫn giải: - Áp dụng công thức áp suất phụ thuộc vào độ sâu: p = p0 + d.h Theo đề biết p0 = 1,01.105 Pa, độ sâu h =1000m Trọng lượng riêng nước là: d = 10.D Suy áp suất độ sâu 1000m mực nước biển là: p = p0 + 10 D H = 1,0336 105 + 10 1,0.103 1000 = 101,0336 105 (Pa) Bài 2: Một tàu ngầm lặn có boong cách mặt nước biển 18m, khoảng cách từ đáy tàu tới boong 6m Khối lượng riêng nước biển 1030 kg/ m Tính: a) Áp suất nước biển tác dụng lên boong tàu đáy tàu b) Để lên mặt nước, cần tháo khoang chứa cách bơm khơng khí nén vào Áp suất khí nén tối thiểu phải bao nhiêu? Cho áp suất khí p0 = 1,0336.105N/m2 Tóm tắt: Cho: h1 = 18m; a = 6m; hD = 1030 kg/ m3; = 1,0336.105N/m2 a) p1 = ? p2 = ? b) a pmin = ? Hướng dẫn giải a) Áp dụng cơng thức tính áp suất chất lỏng điểm có độ sâu h so với mặt thoáng p = d H - Áp suất nước biển tác p0 dụng lên boong tàu: p1 = d h1 = 10 D h1 = 10 1030 18 = 185 400 (N/m2) - Đáy cách mặt nước khoảng là: h2 = h1 + a = 18 + = 24 (m) Áp suất nước biển tác dụng lên boong tàu: p2 = d h2 = 10 D h2 = 10 1030 24 = 247 200 (N/m2) b) Muốn tháo khoang chứa cách bơm khơng khí nén vào áp suất khí nén tác dụng lên nước khoang chứa phải thắng tổng áp suất nước biển tác dụng lên đáy tàu áp suất khí Vậy áp suất khí nén tối thiểu là: pmin = p2 + p0 = 247 200 + 1,0336 105 = 350 560 (N/m2) Bài 3: Trên thuyền đánh cá đường trở đất liền, ngư dân phát đáy tàu có lỗ thủng diện tích khoảng 20cm Người ngư dân muốn tạm thời bịt lỗ thủng lại cách đặt vật nặng phẳng vào chỗ thủng Giả sử độ sâu lỗ thủng so với mặt nước biển 2,5m, áp suất khí p0=1,0336.105 N/m2, khối lượng riêng nước biển 1030 kg/ m3 Hỏi vật nặng mà ngư dân dùng để bịt lỗ thủng phải có khối lượng tối thiểu bao nhiêu? 1.Tóm tắt: Cho: S = 20 cm2 = 0,0020 m2; h = 2,5 m; p0=1,0336.105 N/m2; D = 1030 kg/ m3 m =? Hướng dẫn giải: - Đặc điểm áp suất chất lỏng là: chất lỏng gây áp suất theo phương lên vật lịng Tại vị trí lỗ thủng, tàu chịu tác dụng đồng thời áp suất nước biển khí gây ra, để bịt lỗ thủng cần áp suất tổng hai áp suất - Áp suất nước biển tác dụng lên chỗ thủng: p = d h = 10 D h - Áp suất tổng cộng nước biển khơng khí tác dụng lên chỗ thủng: p’ = p + p0 = 10 D h + p0 Để gây áp suất p’ vật nặng phải có trọng lượng là: P = p’ S Suy khối lượng tối thiểu vật nặng là: Bài : Dưới đáy thùng gỗ có lỗ hình trịn tiết diện S = 12 cm Dậy kín lỗ nắp phẳng ép từ vào lò xo Đổ vào thùng lớp nước dày h = 20 cm Khối lượng riêng nước D = 1000 kg/m Để nước không bị chảy ngồi lổ lị xo bị nén đoạn bao nhiêu? Biết lực đàn hồi lò xo tỉ lệ với độ biến dạng lò so theo hệ số tỉ lệ 100 Tóm tắt: Cho: S = 12 cm2 = 0,0012 m2; h = 20 cm = 0,20 m; Fđh= 100.∆ℓ; D = 1000 kg/ m3 ∆ℓ =? Hướng dẫn giải: - Áp suất nước tác dụng lên lỗ tròn là: p = d.h = 10 D h - Độ biến dạng lị xo lớn lực đàn hồi lớn, ta có Fđh= 100.∆ℓ Áp suất lực đàn hồi tác dụng lên lỗ trịn từ bên ngồi vào - Vì áp suất khí tác dụng lên lỗ theo chiều từ xuống cân với áp suất khí tác dụng lên lỗ từ ngồi vào nên để nước khơng bị chảy ngồi p’≥ p Vậy để nước khơng bị chảy ngồi lổ lị xo bị nén đoạn 2,4cm Bài tập tương tự Bài 5: Biết khối lượng riêng nước 1000 kg/m3 áp suất khí p0=105 Pa Độ sâu mà áp suất tăng gấp năm lần so với mặt nước bao nhiêu? Đáp án: 101,0336.105Pa 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 chân đê điểm có độ cao nửa đê? b) Áp lực lên kilômet đê? Coi áp suất điểm đê áp suất điểm có độ cao 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 tơ-nơ Paxcal Thùng đựng rượu nhà sản xuất rượu nho làm gỗ gắn kín có vành đai thép, để chịu áp suất tới 120 000 Pa(cho khỏi vỡ lăn đường) Một thùng kiểu ấy, cao 0,8m có dung tích 200 lít chứa đầy nước Một ống dài, đường kính 1,2cm gắn khít vào miệng thùng đặt thẳng đứng Một người cầm chai nước rót vào ống cần rót hết hai chai nước đủ làm cho thùng bị phá vỡ Hỏi: a) Dung tích chai? b) Áp suất nắp thùng đáy thùng thùng vỡ? Đáp án: a) 0,65 lít; b) 116 000 Pa; 124 000 Pa * Dạng 2: Bài tập bình thơng Bài 1: Một ống chữ U chứa thủy ngân Người ta đổ hai nhánh chất lỏng có khối lượng riêng 900 kg/m3 , đến độ cao 18cm Tính khoảng cách mức chất lỏng mức thủy ngân nhánh kia? Biết thủy ngân có khối lượng riêng 13600 kg/m3 Tóm tắt Cho: D1= 900 kg/m3; h1= 18cm D2= 13600 kg/m3 h2 = ? D1 A h1 h2 D2- Hg B Hướng dẫn giải: - Xét hai điểm A B nằm mặt ngang thủy ngân(như hình vẽ) Áp suất A là: pA = p0 + d1.h1 = p0 + 10.D1.h1 Áp suất B là: pB = p0 + d2.(h1 – h2) = p0 + 10.D2.( h1 – h2) - Vì điểm mặt ngang(trong chất lỏng) có áp suất nên pA = pB => p0 + 10.D1.h1 = p0 + 10.D2.( h1 – h2) 10.D1.h1 = 10.D2.( h1 – h2) Vậy khoảng cách mức chất lỏng mức thủy ngân nhánh 16,81cm Bài 2: Một ống chữ U chứa thủy ngân Người ta đổ nước vào nhánh đến độ cao 10,8cm so với mức thủy ngân nhánh Sau đổ vào nhánh chất lỏng có khối lượng riêng 800 kg/m , mức thủy ngân hai nhánh ngang Tính độ cao cột chất lỏng? Biết khối lượng riêng nước 1000 kg/m3 Tóm tắt Cho: D1= 1000 kg/m ; h1= 10,8cm D2= 800 h2 = ? D1 h1 A h2 D2 B D3- Hg Hướng dẫn giải: - Xét hai điểm A kg/m3B nằm mặt ngang mặt phân cách thủy ngân chất lỏng khác(như hình vẽ) Áp suất A là: pA = p0 + d1.h1 = p0 + 10.D1.h1 Áp suất B là: pB = p0 + d2.h2 = p0 + 10.D2.h2 - Vì điểm mặt ngang(trong chất lỏng) có áp suất nên pA = pB => p0 + 10.D1.h1 = p0 + 10.D2.h2 10.D1.h1 = 10.D2.h2 Vậy độ cao cột chất lỏng 13,5cm Bài 3: Một ống chữ U có tiết diện 1,2cm chứa thủy ngân Nhánh bên trái có cột chất lỏng cao 9cm, khối lượng riêng D Nhánh bên phải chứa cột chất lỏng cao 8cm, khối lượng riêng D Khi mức thủy ngân hai nhánh ngang Rót thêm vào nhánh bên phải 10,2 ml chất lỏng D độ chênh lệch mức chất lỏng hai nhánh 7cm Xác định khối lượng riêng D1 D2? Biết thủy ngân có khối lượng riêng 13600 kg/m3 Hướng dẫn giải: - Ban đầu, xét điểm A B mặt phân cách chất lỏng với thủy ngân(như vẽ bên) mức bên thủyphải ngân10,2 - Khihình đổ thêm vàovìnhánh nhánh nhaulỏng nênDp2A = pBthì mức thủy ml = 10,2ngang cm chất cm h2 p0bên + 10.D p0xuống + 10.Dthấp 2.h2 D2 ngân nhánh phải1.hbị1 =tụt D1 h 10.D 1.h1 = 10.D2.h2 so với nhánh trái(do ban đầu mức thủy ngân Trong h1= 9cm, h1= 8cm h2’ B D hai nhánh nhau) – hình vẽ bên D A => 9D1 = 8D2 h1 + chiều cao cột chất lỏng đổ thêm vào: ∆x M A N D3 + chiều cao cột chất lỏng D2 bên nhánh phải lúc là: h2’= + 8,5 = 16,5 cm + độ chênh lệch mức thủy ngân hai nhánh là: ∆x = h2’ – h1 – = 0,5 cm Xét điểm M N mặt phân cách 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 => D2 = 800 kg/m3 Bài 4: Hai bình trụ thơng đặt thẳng đứng chứa nước đậy pittơng có khối lượng M1= kg, M2 = kg Ở vị trí cân M1 cao M2 đoạn 10 cm Khi đặt lên pittông M1 cân m= 2kg pit tơng cân độ cao Hỏi đặt cân sang pittông M2 chúng cân vị trí nào? Tóm tắt: Cho: M1= kg; M2 = kg M1m= 2kg; h = 10cm h’ = ? Hướng dẫn giải: M2 h - Ban đầu chưa có vật, xét điểm A BAngang nhau, điểm B nằmBngay M2(như hình vẽ): Ta có pA = pB M1 Trong h’ S1, S2 tiết diện m pittông M1, M2 D khối lượng riêng nước M2 N M - Khi đặt đặt lên pittơng M1 cân m pittơng độ cao nên: - Khi đặt cân sang pittơng M2 mực chất lỏng hai nhánh chênh đoạn h’ Xét hai điểm M N ngang nhau, điểm M nằm pittông M 2, ta có: pM = pN Từ (1), (2), (3) suy h’ = 2,5 h = 2,5 10 = 25 cm Lưu ý: Khi giải tập bình thơng cần phân tích đề vẽ hình phù hợp với tượng nêu đề Sau vẽ hình cần xác định chiều cao cột chất lỏng mà kiện đề cho đề yêu cầu tính Áp dụng tích chất “Bình thơng chứa nhiều chất lỏng khác đứng yên, điểm mặt ngang(trong chất lỏng) có áp suất nhau” để xét áp suất hai điểm mặt ngang: pA = pB Từ xác định đại lượng cần tìm Bài tập tương tự Bài 4:Trong bình thơng có hai nhánh giống chứa thuỷ ngân Người ta đổ vào nhánh thứ cột nước cao h 1= 0,8m, vào nhánh thứ hai cột dầu cao h2= 0,4m Cho khối lượng riêng nước, dầu thuỷ ngân D1 =103kg/m3, D2 =800kg /m3, D3 =13,6.103kg/m3 Độ chênh lệch mức thuỷ ngân hai nhánh ? Đáp án: 3,5cm Bài 5: Một ống chữ U có hai nhánh thẳng đứng Ban đầu, người ta rót vào ống thủy ngân, đủ để thủy ngân dâng lên hai nhánh Sau lại rót nước vào nhánh mức nước nhánh cao mức thủy ngân nhánh 17,65 cm Tính độ cao cột nước? Biết khối lượng riêng nước 1000 kg/m3, khối lượng riêng thủy ngân 13600 kg/m3 Đáp án: 19,05 cm Bài 6: Một ống chữ U chứa thủy ngân Người ta rót nước vào nhánh đến độ cao 10,9cm so với mức thủy ngân nhánh Sau rót vào nhánh chất lỏng có khối lượng riêng 800 kg/m , mức chất lỏng ngang với mức nước nhánh Tính độ cao cột chất lỏng? Biết khối lượng riêng nước 1000 kg/m3, khối lượng riêng thủy ngân 13600 kg/m3 Đáp án: 10,73 cm Bài 7: Hai bình hình trụ thẳng đứng, tiết diện 5cm 20 cm2 có đáy thơng với ống nằm ngang ngắn, tiết diện nhỏ khơng đáng kể a) Người ta rót vào bình lớn 544g thủy ngân Tính áp suất thủy ngân gây đáy bình? b) Sau đó, người ta rót vào ống nhỏ 100cm nước Tính độ tăng giảm mức thủy ngân bình? Đáp án: a)16 mmHg b) bình nhỏ 11,8 mm; bình lớn mm Bài 8: Hai hình trụ A B đặt thẳng đứng có tiết diện lần A B lượt 100cm2 200cm2 nối thông đáy ống nhỏ qua khố k hình vẽ Lúc đầu khố k để ngăn cách hai bình, sau đổ lít dầu vào bình A, k đổ 5,4 lít nước vào bình B Sau mở khố k để tạo thành bình thơng Tính độ cao mực chất lỏng bình? Cho biết trọng lượng riêng dầu nước là: d1=8000N/m3 ; d2= 10 000N/m3; Đáp án: h1= cm; h2= 26 cm Bài 9: Bình thơng gồm hai nhánh hình trụ có tiết diện S S2(S1> S2) chứa nước, mặt nước đậy pittơng mỏng có khối lượng m1 m2 Mực nước hai bên chênh đoạn h a) Tìm khối lượng m cân đặt lên pittông lớn để mực nước hai bên ngang nhau? b) Nếu đặt cân sang pittơng nhỏ mực nước lúc chênh đoạn bao nhiêu? * Dạng 3: Bài tập máy nén thủy lực Bài : Tiết diện pít tơng nhỏ kích thủy lực 3cm Để vừa đủ để nâng ơtơ có trọng lượng 15000N lên người ta dùng lực có độ lớn 225N Pít tơng lớn phải có tiết diện bao nhiêu? Tóm tắt: Cho: s = 3cm2; f = 225 N; F = 15000 N S=? Hướng dẫn giải Áp dụng công thức : A A B B k k Bài : Một máy nâng thuỷ lực dùng khơng khí nén lên píttơng có bán kính 10cm Áp suất truyền sang pítơng khác có bán kính 20cm Để nâng vật có trọng lượng 5000N Khí nén phải tạo lực ? Tóm tắt: Cho: r = 10cm; R= 20cm; F = 5000 N Hướng dẫn giải f=? - Diện tích pittơng là: s = 3,14 r2 S = 3,14 R2 Áp dụng công thức : Bài 3: Dùng lực để ấn píttơng có diện tích s máy nén dùng chất lỏng xuống đoạn 15cm píttơng có diện tích dịch chuyển đoạn bao nhiêu? Tóm tắt: Cho: h = 10cm; H=? Hướng dẫn giải Áp dụng công thức: Bài tập tương tự Bài 4: Hai píttơng máy ép dùng chất lỏng có diện tích s S = 15s Nếu tác dụng vào pittơng nhỏ lực 20N lực tác dụng vào pittông lớn bao nhiêu? Đáp án: 300 N Bài 5: Một kích tơ gồm hai xi lanh chứa dầu, thông với nhau, có tiết diện 12cm2 1,2cm2 Bên đậy kín hai pittơng P p Ơ tơ có khối lượng 1200 kg Khi thay bánh, phải nâng cho thành bên ô tô lên cao 10cm Hỏi: a) Phải tác dụng vào pit-tông p lực bao nhiêu? b) Lực tác dụng phải làm pit-tông p dịch chuyển đoạn bao nhiêu? Đáp án: a) 1200N; b) 100cm * Dạng 4: Bài tập lực đẩy Acsimet- Bài 1: Một khối lập phương làm sắt cạnh a = 6cm thả vào bể nước a) Xác định lực đẩy Acsimet tác dụng lên khối sắt? b) Xác định áp lực khối sắt tác dụng lên đáy bể? c) Lực đẩy Acsimet thay đổi khối làm đồng? Cho khối lượng riêng sắt nước D = 7800 kg/m 3, D0 = 1000 kg/m3 Hướng dẫn giải a) Lực đẩy Acsimet tác dụng lên khối sắt là: FA = d0 V = 10 D0 a3 = 10 1000 0,063 = 2,16 (N) b) Áp lực khối sắt lên đáy bể là: F = P – FA = 10 D a3 – 10 D0 a3 = 10 a3.(D – D0) = 10 0,063.(7800 - 1000) = 14,688 (N) c) Lực đẩy Acsimet không thay đổi khối làm đồng lực đẩy Acsimet khơng phụ thuộc vào chất làm vật, khống lượng vật mà phụ thược vào thể tích vật Bài 2: Một khối hình hộp đáy vuông, chiều cao h = 10cm nhỏ cạnh đáy, gỗ có khối lượng riêng D = 880 kg/m3, thả bình nước (hình vẽ) Biết khối lượng riêng nước D0 = 1000 kg/m3 a) Tính chiều cao phần gỗ nhơ lên khỏi mặt nước? b) Đổ thêm vào bình chất dầu không trộn lẫn với nước đủ để ngập hết khối gỗ, có khối lượng riêng D2 = 700 kg/m3 Tính chiều cao phần chìm dầu phần chìm nước khối gỗ? Tóm tắt: Cho: h = 10cm; D1 = 880 kg/m3 D0 = 1000 kg/m3 a) h’ = ? b) D2 = 700 kg/m3 h1 = ? h2 =? h Hướng dẫn giải a) Gọi chiều cao phần gỗ nhô lên khỏi mặt nước h’ Khi nước khối gỗ chịu tác dụng trọng lực có phương thẳng đứng chiều hướng từ xuống lực đẩy Acsimet có phương thẳng đứng chiều hướng từ lên Để khối gỗ cân thì: P = FA d1 V = d0 V’ Trong d1, d0 trọng lượng riêng gỗ nước V thể tích khối gỗ V’ phần thể tích gỗ chìm nước => 10 D1 S h = 10 D0 S (h - h’) (S diện tích đáy khối gỗ) D1 h = D2 (h - h’) Vậy chiều cao phần gỗ nhô khỏi mặt nước 1,2 cm b) Gọi h1, h2 chiều cao phần gỗ chìm nước dầu Khi đổ dầu vào khối gỗ lơ lửng lớp dầu nước, khối gỗ chịu tác dụng trọng lực lực đẩy Acsimet nước tác dụng lên phần gỗ chìm nước lực đẩy Acsimet dầu tác dụng lên phần gỗ chìm dầu( hình vẽ) Để khối gỗ cân thì: P = FA1 + FA2 d1 V = d0 V1 + d2 V2 10 D1 S h = 10 D0 S h1 + 10 D0 S h1 D1 h = D0 h1 + D2.h2 Mà h1 + h2 = h => h2 = h – h1 => D1 h = D0 h1 + D2.(h – h1) => h2 = h – h1 = 10 – = cm Vậy chiều cao phần gỗ chìm nước 6cm, chiều cao phần gỗ chìm dầu 4cm Bài 3: Hai cầu đặc tích V = 100 cm 3, nối với sợi dây nhẹ không co dãn thả nước(như hình vẽ) Khối lượng cầ bên gấp lần khối lượng cầu bên Khi cân nửa thể tích cầu bên bị ngập nước Cho khối lượng riêng nước D0 = 1000 kg/m3 Tính: a) Khối lượng riêng cầu? b) Lực căng sợi dây? Hướng dẫn giải: - Gọi D1 khối lượng riêng cầu D2 khối lượng riêng cầu - Xét cầu dưới: Khi nước chịu tác dụng trọng lực hướng từ xuống, lực đẩy Acsimet hướng từ lên lực căng sợi dây hướng từ lên, để cầu cân thì: P1 = FA1 + T 10 D1 V = 10 D0 V + T T = 10 V (D1 – D0) (1) - Xét cầu trên: Khi nước chịu tác dụng trọng lực lực đẩy Acsimet hướng từ lên lực căng xuống, để cầu cân thì: P2 + T= FA2 - Từ (1) (2) suy ra: hướng từ xuống, sợi dây hướng từ Mặt khác khối lượng cầ bên gấp lần khối lượng cầu bên nên ta có: m1 = m2 D1 V = D2 V => D1 = D2 (4) - Từ (3) (4) suy ra: => D1 = 1200 (kg/m3) Vậy khối lượng riêng cầu 300 kg/m cầu 1200 kg/m3 b) Từ (1) ta có: T = 10 V (D1 – D0) = 10 100 10-6 (1200 – 1000) = 0,2 (N) Vậy lực căng sợi dây 0,2 N Bài 4: Một ống nghiệm cao chứa ba chất lỏng không trộn lẫn vào có khối lượng riêng D1 = 080 kg/m3; D2 = 900 kg/m3; D3 = 840 kg/m3 Chất lỏng D2 làm thành lớp dày 4cm Thả vào tiết diện độ dài ℓ = 16 cm, có khối lượng riêng trung bình D = 960 kg/m lơ lửng tư thẳng đứng nằm hồn tồn ba chất lỏng(vì trọng tâm gần đầu thanh) Tính độ cao khúc chìm ba chất lỏng thanh? Tóm tắt: Cho: D1 = 080 kg/m3 = 1,08 g/cm3; D2 = 900 kg/m3 = 0,9 g/cm3; D3 = 840 kg/m3 = 0,84 g/cm3; D = 960 kg/m3 = 0,96 g/cm3; ℓ = 16 cm h3 h1 = ?; hD = ?; h3 = ? h2 Hướng dẫn giải: - Chiều cao phần chìm chất lỏng D1, D2, D3 h1 lần lượtDlà2 h1, h2, h3 Khi lơ lửng chất lỏng chịu tác dụng trọng lượng lực đẩy Acsimet hình vẽ Để nằm cân thì: P = FA1 + FA2 + FA3 10 D S ℓD=1 10 D1 S h1 + 10 D2 S h2 +10 D3 S h3 D ℓ = D1 h1 + D2 h2 + D3 h3 0,96 16 = 1,08 h1 + 0,9 h2 + 0,84 h3 - Vì chất lỏng D2 dày 4cm nên h2 = cm => 0,96 16 = 1,08 h1 + 0,9 + 0,84 h3 1,08 h1 + 0,84 h3 = 11,76 (1) Mặt khác ta có: h1 + h2 + h3= ℓ => h1 + h3= ℓ – h2 = 16 – = 12 (cm) => h3 = 12 – h1 (2) - Từ (1), (2) suy ra: 1,08 h1 + 0,84 (12 – h1) = 11,76 0,24 h1 = 1,68 => h1 = cm => h3 = cm Vậy chiều cao phần chìm chất lỏng D 1, D2, D3 7cm, 4cm, 5cm Bài 5: Phù kế dụng cụ dùng để đo khối lượng riêng chất lỏng, hoạt động dựa vào lực đẩy Acsimet Một phù kế hình vẽ gồm bầu thủy tinh, tích V = 12 cm ống tiết diện 20 mm 2, dài 15 cm Bầu chứa số hạt chì, để trọng tâm phù kế gần đáy, khiến cho thả vào chất lỏng phù kế ln ln thăng vị trí thẳng đứng a) Vỏ phù kế có khối lượng 1,2 g Xác định khối lượng hạt chì để thả phù kế vào nước bầu chìm hồn tồn nước, cịn ống hồn tồn nhơ lên khỏi mặt nước(mực nước tới vạch số 0)? Cho khối lượng riêng nước D = 1g/cm3 b) Ống chia thành 100 phần nhau, đánh số từ đến 100 Hỏi, thả phù kế vào ống nghiệm đựng chất lỏng có khối lượng riêng D = 840 kg/m 3, mực chất lỏng độ chia nào? Tóm tắt: A Cho: V = 12 cm3; S = 20 mm2 = 0,2 cm2; ℓ = 15 cm; m = 1,2 g =? ℓ a) D0 = 1g/cm ; m’ b) D = 840 kg/m = 0,84 g/cm3 Mực chất lỏng độ chia nào? Hướng dẫn giải: a) Khi thả0 phù kế vào nước, phù kế chịu tác dụng trọng lực vỏ phù kế, trọng lực chì, lực đẩy V Acsimet nước gây ra( hình vẽ) - Để phù kế cân thì: P + P’ = FA 10 m + 10 m’ = 10 D0 V m + m’ = D0 V => m’ = D0 V – m = 12 – 1,2 = 10,8 (g) b) Khi thả phù kế vào chất lỏng D: - Gọi h chiều cao phần ống chìm chất lỏng Tương tự phần a để phù kế nằm cân bằng: P + P’ = F A1 + FA2 (trong FA1, FA2 lực đẩy Acsimet chất lỏng tác dụng lên phần bầu phần ống chìm chất lỏng) 10 m + 10 m’ = 10 D V + 10 D S h m + m’ = D V + D S h Vì ống dài 15cm chia thành 100 phần nhau, đánh số từ đến 100 nên độ chia ứng với 0,15 cm Chiều cao h = 11,4 cm ứng với: Vậy thả phù kế vào ống nghiệm đựng chất lỏng có khối lượng riêng D = 840 kg/m3, mực chất lỏng độ chia 76 Bài tập tương tự Bài 6: Một khối gỗ hình lập phương cạnh a = cm thả vào nước Người ta thấy phần khối gỗ mặt nước cao đoạn h = 3,6 cm a) Tìm khối lượng riêng gỗ, biết khối lượng riêng nước D0 = g/cm3? b) Nối khối gỗ vào vật nặng có khối lượng riêng D1 = g/cm3 dây mảnh qua tâm mặt khối gỗ Người ta thấy phần khối gỗ lúc h’ = cm Tìm khối lượng vật nặng lực căng dây? Đáp án: a) 0,4 g/cm3; b) m = 65,83 g; T = 0,576 N Bài 7: Một tàu có khối lượng tồn phần 1500 bị đắm, chìm xuống đáy biển sâu 25 Để trục vớt tàu, người ta dự định buộc số phao vào tàu bơm khơng khí vào phao, để lực đẩy Acsimet tác dụng vào phao đủ để đưa tàu lên đến mặt nước a) Bỏ qua khối lượng phao khơng khí bên phao, tính thể tích phao bơm đủ khí để đưa tàu lên? b) Áp suất bơm tạo để bơm khí vào phao tối thiểu phải bao nhiêu?(coi tàu thứ tàu thép) Cho áp suất khí p0 = 1,034 105 Pa Đáp án: a) V = 1264 m3; b) p ≈ 3,61 105 Pa Bài 8: Một gỗ dài 15 cm thả vào chậu nước tư thẳng đứng, phần nhô lên khỏi mặt nước cao cm Người ta rót vào chậu chất dầu khơng trộn lẫn với nước, có khối lượng riêng 700 kg/m 3; dầu làm thành lớp dày cm Hỏi phần nhô lên khỏi dầu bao nhiêu? Cho khối lượng riêng nước D0 = 1000 kg/m3 Đáp số: 2,4 cm Bài 9: Một bình chứa hai chất lỏng khơng trộn lẫn vào có khối lượng riêng D1 = 1120 kg/m3; D2 = 840 kg/m3 Thả vào khối gỗ hình hộp chữ nhật khối gỗ nằm lơ lửng hai chất lỏng Phần chìm chất lỏng cao 4,5 cm; phần chìm chất lỏng cao 2,5 cm Xác định khối lượng riêng khối gỗ? Đáp án: D = 1020 kg/m3 Bài 10: Một phù kế gồm bầu thủy tinh, tích V = 12 cm ống tiết diện 20 mm2, dài 15 cm, khối lượng vỏ 1,2 g a) Xác định khối lượng chì cần bỏ vào phù kế để thả vào nước phù kế chìm xuống đến tận đầu A? Cho khối lượng riêng nước D0 = 1000 kg/m3 b) Trong chất lỏng có khối lượng riêng phù kế lên đến tận điểm 0? Đáp án: a) m’ =13,8 g; D = 1250 kg/m3 Bài 11: Một thớt gỗ, khối lượng riêng D = 850 kg/m3, có hai mặt phẳng song song với cách cm đặt chậu a) Người ta đổ nước vào chậu áp suất nước thớt tác dụng lên đáy chậu Tính độ cao nước? Cho khối lượng riêng nước D0 = 1000 kg/m3 b) Sau đó, rót từ từ vào chậu chất dầu không trộn lẫn với nước lúc mặt thớt ngang với mặt thống dầu, thấy lớp dầu dày 4,8 cm Xác định khối lượng riêng dầu? c) Nếu tiếp tục rót cho mực dầu cao thêm cm phần chìm dầu thớt tăng hay giảm bao nhiêu? Đáp án: a) h1 = 6,8 cm; b) D = 750 kg/m3; c) không thay đổi  ... dưỡng học sinh giỏi PHẦN II: NỘI DUNG I Cơ sở lí luận phương pháp chung cho việc giải tập vật lí Dàn chung cho việc giải tập vật lý gồm bước sau: Tìm hiểu đề bài: Đọc kỹ đề bài, xác định ý nghĩa vật. .. tốn, đơn vị giải lại tốn cách khác xem có kết khơng II Thực trạng III Phân dạng phương pháp giải tập học chất lưu vật lí A Cơ sở lí thuyết Áp suất Áp suất tính độ lớn áp lực đơn vị diện tích bị ép... 10 0,063.( 780 0 - 1000) = 14, 688 (N) c) Lực đẩy Acsimet không thay đổi khối làm đồng lực đẩy Acsimet khơng phụ thuộc vào chất làm vật, khống lượng vật mà phụ thược vào thể tích vật Bài 2: Một