Keát quaû suy luaän lyù thuyeát veà söï hoaït ñoäng cuûa moâ hình cho thaáy coù theå hình dung: maät ñoä phaân töû khí chuyeån ñoäng hoãn loaïn (taïo neân aùp suaát tónh) taùc duïng vaøo[r]
(1)Bài: Định luật Bernoulli
Định luật định luật quan trọng chất lỏng chất khí, có ứng dụng rộng rãi kỹ thuật đời sống
Tuy nhiên nội dung học sách giáo khoa lại được trình bày theo trật tự khiên cưỡng dẫn tới học sinh phải chấp nhận nhiều khái niệm Bài học bắt đầu từ: Điều kiện chảy ổn định của chất lỏng, sau thí nghiệm, định luật Đi theo trật tự giáo viên tổ chức hoạt động học tập giải vấn đề cho học sinh từ đầu học sinh khơng biết lại phải học chảy ổn định, liên quan đến định luật học đồng thời cách trình bày định luật sách làm cho giáo viên khơng có cách khác ngồi việc truyền thụ chiều nội dung này, cho học sinh hoạt động cách thụ động để hiểu kiến thức mục riêng lẻ
Dưới cách tổ chức hoạt động học tập khác, so sánh đưa nhận xét hoạt động theo cách thức học sinh chủ động hơn, hoạt động với hoạt động giải vấn đề hơn?
1- Tình (hình -4): Cho học sinh xem làm thí nghiệm thổi khơng khí vào hai tờ giấy đặt song song, (hay phân tích tượng thực), câu hỏi nảy sinh tất yếu là:
2-Vấn đề: Tại tượng lại diễn ?
Câu trả lời theo cách tư quen thuộc là: Chắc có lực từ phía mặt ngồi hai tờ giấy tác dụng vào
Câu hỏi chắn nảy sinh là:
Lực đâu mà có mắt thường chẳng hề thấy tác dụng này?
Cho học sinh thấy khơng thể nhìn vào tượng để trả lời thỏa đáng câu hỏi
(2)Cần thoát khỏi quan sát trực tiếp tượng mà hướng suy nghĩa tới việc hình dung xem khơng khí (đối tượng khơng thể nhìn thấy trực tiếp) có vai trị tượng
3- Giả thuyết (Đề xuất mơ hình cho thích hợp, nghiên cứu vận động mơ hình):
Buộc phải có hình dung cấu trúc chất khí, xem khơng khí bên bên hai tờ
giấy tác dụng vào mặt giấy theo hình dung từ mơ hình động học phân tử chất khí
Kết suy luận lý thuyết hoạt động mơ hình cho thấy hình dung: mật độ phân tử khí chuyển động hỗn loạn (tạo nên áp suất tĩnh) tác dụng vào mặt tờ giấy nhỏ mặt ta thổi vào hai tờ giấy phần khí bên có nhiều phân tử khí tham gia vào chuyển động có hướng nên khơng va chạm vào tờ giấy Có nghĩa áp suất tĩnh hai tờ giấy nhỏ áp suất tĩnh bên (hình – 5)
Thực tế cho thấy thổi mạnh (vận tốc luồng khí lớn) hai tờ giấy khép lại (điều hiểu theo cách suy luận tương tự trên), cho phép suy luận rằng: áp suất tĩnh hai tờ giấy có quan hệ với vận tốc luồng khí thổi vào hai tờ giấy
Dẫn đến câu hỏi: Vậy áp suất tĩnh thay đổi theo vận tốc luồng khí thế nào?
4- Suy đoán hệ quả:
Dùng thí nghiệm tưởng tượng chuyển động khơng khí (hay nước) ống nằm ngang có thiết diện hai đoạn ống khác (thay đổi cách đột ngột hình vẽ), suy diễn kết thí nghiệm tưởng tượng nhờ áp dụng định luật biến thiên (mà thực tế trường hợp định lý biến thiên động ống nằm ngang, khí không thay đổi)
(3)Để đơn giản ta giả sử xét khối chất lỏng AB chuyển động (hình – 6), cịn phần chất lỏng lại ống đứng yên (chỉ chuyển động nhiệt hỗn loạn) Khi khối chất lỏng AB chuyển động chịu tác dụng phần chất lỏng lại bên ngồi nên động thay đổi:
⇒ΔWd=AF (1)
* Nếu vận tốc chất lỏng vị trí ống có tiết điện nhau (một điều kiện chất lỏng chảy ổn định) ta có:
Wd1=m1v1
2
2 =
S1V1v1
2 (Động khối chất lỏng AA
/) Wd2=m2v2
2
2 =
S2V2v2
2 (Động khối chất lỏng BB
/)
Nếu chất lỏng chảy không bị nén (điều kiện chất lỏng chảy ổn định):
¿
ρ1=ρ2
V1=V2
⇒Wd1=ρVv1
2
2
Wd2=ρVv2
2
2 ¿
⇒ΔWd=ρV(v2
2− v
2 ) (2)
* Ngoại lực tác dụng lên khối chất lỏng AB gồm áp lực tác dụng lên S1 phản lực tác dụng lên S2, chất lỏng chảy khơng có ma sát:
F1=P1S1
F2=P2S2
A=P1S1v1− P2S2v2=V(P1− P2) (3)
Thay (2), (3) vào (1) ta được:
ρv2
2+P2=ρ
v12
2 +P1
Trong biểu thức số hạng có thứ nguyên áp suất, lại liên quan đến vận tốc dịng chảy, ta gọi áp suất động
Biểu thức diễn tả quy luật chất lỏng động: Tổng áp suất động áp suất tĩnh chất lỏng chảy ổn định
(4)đoạn ống rịng có thiết điện thay đổi thỏa mãn điều kiện chất lỏng chảy ổn định không đổi Như vậy, cần điều kiện chất lỏng chảy ổn định để biến đổi áp suất tĩnh theo vận tốc có tính quy luật vừa tìm thấy (Điều kiện khác dẫn đến phương trình khác cần kiểm chứng định luật này) Đây kết cuối việc dự đoán hệ quả, hệ kiểm chứng bằøng thực nghiệm 5- Xây dựng phương án thí nghiệm:
Thí nghiệm cần xác định áp suất động áp suất tĩnh Aùp suất định nghĩa tác dụng phân tử chất lỏng (hay khí) lên đơn vị diện tích mặt đặt nó, với tác dụng làm chất lỏng dâng lên vị trí ống rịng bị hở Gắn ống thủy tinh có tiết diện nhỏ vng góc vị trí cột chất lỏng dâng lên cho phép xác định áp suất Với áp suất động cần đặt miệng ống cho phân tử chất lỏng chuyển động hỗn loạn chuyển động có vận tốc va đập vào (hình -7)
6- Thực nghiệm xác nhận hệ quả:
Đo áp suất động áp suất tĩnh Từ kết thí nghiệm đưa kết luận quy luật biến đổi áp suất tĩnh điều kiện chất lỏng chảy ổn định (hình -7)
7- Vận dụng: mở rộng lết luận cho trường hợp chất khí (thí nghiệm theo hình – 8),
Phát biểu định luật Bernoulli cho chất lưu điều kiện chất lỏng chảy ổn định
Hình 2-
(5)- Vận dụng vào chất lỏng chảy ống có hình dạng vị trí (đưa đến biểu thức định luật có dạng tổng quát sách phân ban A nay)ø (hình -9)
8- Đưa đến định luật chung cho chất lưu trường hợp tổng quát, phát biểu định luật
Vận dụng vào thực tiễn để giải thích tượng, hiểu ứng dụng kỹ thuật thông dụng sáng tạo ứng dụng mới.