Bμi 41
áp suất thuỷ tĩnh - nguyên lí Pa-xcan
I – Mục tiêu
1. Về kiến thức
– Hiểu rõ đ−ợc đặc điểm của áp suất trong lòng chất lỏng.
– Nắm đ−ợc khái niệm áp suất thuỷ tĩnh và viết đ−ợc biểu thức tính áp suất thuỷ tĩnh.
– Phát biểu đ−ợc định luật Pa-xcan.
2. Về kĩ năng
– Rèn luyện cho HS kĩ năng bố trí thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, quan sát tỉ mỉ, xử lí số liệu.
– Rèn luyện cho HS kĩ năng mô tả, giải thích cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
của thiết bị kĩ thuật
– Giải thích các hiện t−ợng vật lí có liên quan.
– áp dụng các kiến thức trên để giải các bài tập cụ thể.
II – Chuẩn bị
Giáo viên
– Dụng cụ thí nghiệm chứng minh áp suất tại một điểm trong chất lỏng h−ớng
theo mọi ph−ơng.
Học sinh
– Ôn lại kiến thức về áp suất, về lực đẩy ác-si-mét lên một vật nhúng trong chất lỏng.
III – thiết kế hoạt động dạy học
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1.
Nhắc lại kiến thức cũ về áp suất chất lỏng. Đề xuất vấn đề
Cá nhân trả lời câu hỏi của GV.
– Chất rắn truyền áp suất theo ph−ơng của áp lực.
– Chất lỏng gây ra áp suất lên đáy bình, thành bình và các vật ở trong lòng chất lỏng.
– Giải thích tại sao một vật rắn đặt trên sàn đỡ chỉ gây áp suất lên sàn đỡ mà không gây áp suất lên vật rắn khác để cạnh nó ?
– Một bình đựng n−ớc, n−ớc trong
bình sẽ gây ra áp suất nh− thế nào lên bình ?
Đặt vấn đề : Nếu ta tác dụng một áp lực lên mặt trên của chất lỏng thì áp suất gây bởi lực này sẽ đ−ợc chất lỏng truyền đi nh− thế nào ?
Hoạt động 2.
Tìm hiểu tác dụng áp suất của chất lỏng. Nghiên cứu áp suất tại mỗi điểm trong lòng chất lỏng
Cá nhân đ−a ra ph−ơng án thí
nghiệm.
Tiến hành lại thí nghiệm để xác nhận lại kết luận vừa nêu.
– GV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm là một bình hình trụ có đáy và thành bên đục thủng đ−ợc bịt bằng màng cao su.
Yêu cầu HS nhắc lại ph−ơng án tiến
hành thí nghiệm đã làm ở THCS để nghiên cứu áp suất chất lỏng.
GV có thể giới thiệu dụng cụ thí nghiệm nh− ở hình vẽ :
D B
Cá nhân quan sát và nêu nguyên tắc hoạt động của dụng cụ.
Hộp D đ−ợc bịt màng cao su, khi để
ngoài không khí mực n−ớc ở hai
nhánh bằng nhau. Nếu ấn tay vào
màng D thì mực n−ớc ở hai nhánh
không bằng nhau vì gây áp suất lên màng cao su.
Vì nội dung kiến thức ở phần 1 và phần 2 không phải là mới mẻ với HS
vì các em đã đ−ợc làm quen trong
ch−ơng trình THCS, vì thế, khi dạy
phần này, GV hoàn toàn có thể cho HS ôn lại kiến thức đã học sau đó yêu cầu
HS đọc SGK để tìm hiểu con đ−ờng
nghiên cứu trong SGK THPT.
Hoạt động 3.
Nghiên cứu sự phụ thuộc áp suất vào độ sâu
Cá nhân làm việc d−ới sự định
h−ớng của GV. CM : Ta có : m V ρ = và d P V = Mặt khác có P = m.g ⇒ d = ρ.g Vậy ta có : p = dh = ρgh.
– Độ lớn của áp suất tại một điểm trong chất lỏng phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Có phụ thuộc vào độ sâu không ? Có thể tính đ−ợc áp suất bằng cách lấy trọng l−ợng chia cho diện tích đáy đ−ợc không ?
Trong ch−ơng trình THCS, HS đã biết
công thức tính áp suất chất lỏng p = d.h, tuy nhiên khi đó công thức đ−ợc
đ−a ra theo kiểu thông báo, do vậy,
khi dạy phần này GV có thể cùng HS xây dựng lại công thức hoặc yêu cầu HS đọc SGK để thu thập thông tin.
– Chứng minh sự t−ơng đ−ơng của hai công thức p = d.h và p = ρgh.
Hoạt động 4.
Nghiên cứu sự truyền áp suất trong lòng chất lỏng. Nguyên lí Paxcan
– áp suất do chất lỏng gây ra tại mỗi
điểm trong chất lỏng đ−ợc tính bằng
– Để tạo ra áp suất phụ ta bóp bóng B.
tác dụng thêm một áp suất pngthì tại các điểm khác nhau trong chất lỏng áp
suất có tăng thêm không ? áp suất
tăng thêm có độ lớn nh− thế nào so với
ng
p ?
– GV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm
nh− hình vẽ. Yêu cầu HS tìm cách tạo ra áp suất phụ png.
– áp suất tác dụng lên trên mặt
chất lỏng đã đ−ợc truyền tới
miệng các ống.
Kết quả : Khi bóp bóng cao su, độ
chênh lệch h của mực n−ớc trong
hai nhánh của áp kế A đúng bằng chiều cao của mực n−ớc dâng lên
– Nhận xét vị trí đặt các ống E, D , C ?
Dự đoán hiện t−ợng xảy ra khi tiến
hành tạo áp suất phụ cho chất lỏng ?
– Các mực n−ớc trong ống dâng lên
thể hiện điều gì ?
GV tiến hành thí nghiệm, yêu cầu HS quan sát và nhận xét độ cao của mực chất lỏng dâng lên trong các ống và độ
chênh lệch mực n−ớc trong hai nhánh
của áp kế A.
E D C
AB B
trong các ống E, D, C.
– Kết luận : áp suất tác dụng từ bên ngoài làm cho áp suất tại mỗi điểm trong lòng chất lỏng cũng bị tăng lên.
– Từ kết quả thí nghiệm cho phép ta
rút ra điều gì ?
GV thông báo nội dung định luật Pa- xcan (còn gọi là nguyên lí Pa-xcan).
Biểu thức : p = pa + ρgh
1Pa = 1N/m2
1atm = 1,013.105Pa.
1atm = 760mmHg = 760 Torr = 1,0129.105N/m2
– Từ nguyên lí Pa-xcan, nếu trên mặt
trên của khối chất lỏng là mặt thoáng thì áp lực ở trên là do khí quyển tác dụng pa, khi đó áp lực ở trong lòng chất lỏng cách mặt thoáng một đoạn h đ−ợc xác định nh− thế nào ?
– Nhắc lại đơn vị đo của áp suất ? GV cũng có thể dạy theo tiến trình trong SGK, tuy nhiên khi đó việc đ−a
ra ảnh h−ởng của áp suất khí quyển
lên chất lỏng có vẻ hơi g−ợng gạo vì
x−a nay HS th−ờng không chú ý đến
yếu tố này khi xét áp suất trong lòng chất lỏng.
Hoạt động 5.
Củng cố bài học và định h−ớng nhiệm vụ học tập tiếp theo
Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập.
GV yêu cầu HS nhắc lại đặc điểm của áp suất chất lỏng và nội dung nguyên lí Pa-xcan.
– Mô tả và giải thích nguyên tắc hoạt động của phanh đĩa xe máy?
Bài tập về nhà : Làm các bài 1 đến bài 4 SGK.
Bμi 42 Sự chảy thμnh dòng của chất lỏng vμ chất khí định luật bec-nu-li I – Mục tiêu 1. Về kiến thức
– Hiểu đ−ợc các khái niệm chất lỏng lí t−ởng, dòng, ống dòng.
– Dùng kiến thức về đặc điểm của chất lỏng lí t−ởng tìm mối quan hệ giữa s và v.
– Viết đ−ợc biểu thức về l−u l−ợng.
– Viết đ−ợc biểu thức về động năng cho khối l−ợng chất lỏng, cần xác định kết hợp với đặc điểm chất lỏng lí t−ởng.
– Thiết lập đ−ợc biểu thức định luật Béc-nu-li cho ống dòng nằm ngang.
– Đề xuất ph−ơng án thí nghiệm kiểm tra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, tự làm một số thí nghiệm đơn giản.
2. Về kĩ năng
– Vận dụng kiến thức đã học về định luật Béc-nu-li để giải thích đ−ợc một số
hiện t−ợng trong đời sống và áp dụng các bài toán đơn giản.
II – Chuẩn bị
Giáo viên
– Dụng cụ thí nghiệm chất lỏng chảy thành dòng quanh các vật có hình dạng
khác nhau (nh− trong bài học).
Học sinh
III – thiết kế hoạt động dạy học
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Hoạt động 1.
Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát. Đề xuất vấn đề
HS tiến hành thí nghiệm thổi tờ giấy và trả lời câu hỏi của GV (có thể HS sẽ không trả lời đ−ợc).
Cá nhân nhận thức vấn đề của bài học.
– Nếu ta thổi vào giữa hai tờ giấy đặt song song với nhau thì hiện t−ợng gì sẽ xảy ra ? Tại sao ?
– Trong thực tế có rất nhiều hiện
t−ợng xảy ra nh− : khi trời bão cánh cửa bật ra ngoài, đứng trong ngõ hẹp lại thấy có gió mát, khi t−ới cây, nếu bịt một đầu vòi lại và chỉ để lại một lỗ nhỏ thì n−ớc sẽ phun xa hơn,...
– Tất cả những hiện t−ợng trên đ−ợc giải thích nh− thế nào ? Có liên quan gì với nhau ?
Hoạt động 2.
Tìm hiểu đặc điểm lí t−ởng, khái niệm đ−ờng dòng, ống dòng
HS quan sát, ghi nhận kết quả.
Cá nhân tiép thu thông báo.
Thông báo : Chuyển động của chất lỏng rất phức tạp, để đơn giản ta xét chuyển động của chất lỏng lí t−ởng tức là chất lỏng chảy thành dòng và không nén đ−ợc.
GV tiến hành thí nghiệm minh hoạ
đ−ờng dòng và đ−a ra thông báo về
khái niệm đ−ờng dòng, ống dòng. Chú
ý với HS rằng : các đ−ờng dòng không giao nhau, khi phần tử chất lỏng
chuyển động trên đ−ờng dòng đến một
điểm khác thì nó có vận tốc của một
phần tử nằm tại điểm ấy tr−ớc đó.
Trong dòng chảy của chất lỏng nơi có
vận tốc càng lớn thì đ−ờng dòng càng
sít nhau.
Thông báo : Trong những điều kiện
nhất định, các ống dẫn n−ớc, dẫn dầu
Hoạt động 3.
Tìm mối quan hệ giữa vận tốc và tiết diện trong sự chảy ổn định
HS thảo luận nhóm và đ−a ra câu
trả lời.
– Khi bịt một phần đầu vòi thì tiết diện sẽ bé lại, vận tốc của n−ớc sẽ lớn.
Ta có thể tích của chất lỏng mà khối chất lỏng chảy qua diện tích s1 trong một đơn vị thời gian là : V1 = s1.v1.Δt
Thể tích của chất lỏng mà khối
chất lỏng chảy qua diện tích s2
trong một đơn vị thời gian là : V2 = s2.v2. Δt
– Giải thích việc bịt một phần của ống n−ớc để n−ớc phun xa hơn ?
– Trong sự chảy ổn định, vận tốc và
tiết diện có mối quan hệ định l−ợng
với nhau nh− thế nào? Định h−ớng của GV :
– Viết biểu thức biểu diễn thể tích của chất lỏng ở các tiết diện khác nhau của ống dòng và khối chất lỏng chảy qua trong cùng một đơn vị thời gian ?
Mà V1 = V2 ⇒ s1.v1 = s2.v2
Kết luận : Khi chất lỏng chảy ổn định vận tốc dòng chảy tỉ lệ nghịch với tiết diện của ống. Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
– Đơn vị của l−u l−ợng là m3/s.
– Có thể rút ra kết luận gì ?
Thông báo : Biểu thức A = s.v gọi là l−u l−ợng, nó chính là thể tích khối chất lỏng chảy qua tiết diện của ống dòng trong một đơn vị thời gian và có giá trị nh− nhau ở mọi điểm.
– Đơn vị của l−u l−ợng ?
Hoạt động 4.
Xây dựng định luật Bec-nu-li cho ống dòng nằm ngang
Trên cùng mặt phẳng ngang của khối chất lỏng ta đặt hai ống hình trụ, ống (a) có miệng vuông góc với dòng chảy,
s1 s2
v1
– Khi chất lỏng đứng yên mực n−ớc ở hai ống là ngang nhau, do hai ống ở cùng độ sâu nên áp suất nh− nhau.
– Khi chất lỏng chuyển động mức
n−ớc ở ống (a) dâng cao hơn mực
n−ớc ở ống (b), do áp suất của
chất lỏng khi chuyển động gây ra. (Còn nhiều ý kiến khác).
ống (b) có miệng song song với dòng chảy (hình vẽ).
– Hãy dự đoán mực n−ớc ở ống (a) và
ống (b) khi khối chất lỏng đứng yên và khi khối chất lỏng chuyển động ? Giải thích.
HS quan sát và ghi nhận kết quả thí nghiệm.
HS thảo luận nhóm để tìm ra câu trả lời.
GV tiến hành thí nghiệm.
Thông báo : Sự chênh lệch giữa hai cột chất lỏng chứng tỏ là do áp suất khi chất lỏng chuyển động gây nên. Vậy vấn đề đặt ra là :Trong ống dòng nằm ngang áp suất của chất lỏng đứng yên và khi chất lỏng chuyển động có mối quan hệ với nhau nh− thế nào ?
Dự kiến câu trả lời của HS :
Ph−ơng án 1 : Sử dụng dụng định
lí về động năng và đặc điểm của chất lỏng lí t−ởng để suy luận mối
quan hệ định l−ợng giữa áp suất
và vận tốc : 2 2 1 2 1 2 v v p p 2 2 ρ ρ + = + Ph−ơng án 2 : Đ−a ra đ−ợc biểu thức động năng : 2 2 2 1 1 1 2 2 mv mv F x F x 2 − 2 = − Ph−ơng án 3 : Xác định đ−ợc lực tác dụng F1 h−ớng theo chiều Định h−ớng của GV :
– Hãy dùng định lí của động năng tìm
mối quan hệ giữa vận tốc và áp suất của khối chất lỏng chuyển động qua hai tiết diện s1 và s2 của ống dòng ?
(a) (b)
dòng chảy, F2 h−ớng ng−ợc chiều
dòng chảy nh−ng không biết áp
dụng định lí động năng cho khối chất lỏng nào.
– Khối chất lỏng chuyển động
d−ới tác dụng của lực F1 cùng
chiều dòng chảy và lực F2 ng−ợc chiều dòng chảy.
– Sự biến thiên động năng chỉ xảy
ra đối với khối chất lỏng đ−ợc
giới hạn bởi AA’ và BB’ vì khối
chất lỏng A’B coi nh− là không
đổi do vận tốc không đổi.
Cho HS trao đổi để rút ra kết quả
đúng. Nếu không rút ra đ−ợc kết quả,
GV tiếp tục định h−ớng :
– Khối chất lỏng chuyển động d−ới tác
dụng của những lực nào ? H−ớng của
các lực đó ?
– Trong thời gian xét độ biến thiên
động năng chỉ quan tâm đến phần chất lỏng nào ? Vì sao ? –áp dụng định lí động năng, viết đ−ợc : 2 2 2 1 đ 1 1 2 2 mv mv W = F x F x 2 2 Δ − = − 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 rVv rVv 2 2 p s v t - p s v t ⇔ − = Δ Δ 2 2 2 1 1 2 rVv rVv p V - p V 2 2 ⇔ − = 2 2 1 2 1 2 rv rv p + p + 2 2 ⇒ = 2 rv p + = const 2 ⇒ (1)
– Độ biến thiên động năng đ−ợc xác
định nh− thế nào ? Viết biểu thức
t−ờng minh đó, tìm mối quan hệ giữa
áp suất và vận tốc ? F2 s1 B’ B V A’ A V V s2 F1
HS có thể đ−a ra các ý kiến khác nhau :
– p là áp suất nên th−ơng số
2
v 2
ρ
cũng phải là áp suất.
– Hãy nêu ý nghĩa các thông số trạng
thái trong công thức (1) ?
– GV h−ớng dẫn HS sử dụng đơn vị
của vận tốc và khối l−ợng riêng để
chứng minh 2 v 2 ρ có thứ nguyên là thứ nguyên của áp suất.
– Trong ph−ơng trình (1) vừa chứng
minh, số hạng thứ nhất p gọi là áp suất
tĩnh thông th−ờng (áp suất tác dụng
lên thành bình), số hạng thứ hai gọi là áp suất động (áp suất do chất lỏng chuyển động gây nên).
2
v p
2
ρ
+ gọi là áp suất toàn phần
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. GV thông báo nội dung định luật Béc-
nu-li. Biểu thức : 2 v p const. 2 ρ + = Hoạt động 5. Củng cố bài học và định h−ớng nhiệm vụ học tập tiếp theo
Cá nhân trả lời câu hỏi và nhận nhiệm vụ học tập.
– Hãy nêu các kết luận rút ra trong bài học ?
– Hãy giải thích hiện t−ợng đ−ợc nêu ra trong bài học : khi thổi vào khe giữa hai tờ giấy thì thấy chúng bị hút lại gần nhau ?
Bμi 43
ứng dụng của định luật bec-nu-li
I – Mục tiêu
1. Về kiến thức
– Vận dụng định luật Bec-nu-li xác định vận tốc chảy của lỗ rò.
– Sử dụng mối quan hệ giữa s, v và định luật Becnuli để giải thích một số hiện t−ợng liên quan.
– Thiết kế các thí nghiệm đơn giản, giải thích và chế tạo đ−ợc bình bơm n−ớc hoa đơn giản.
– Giải thích đ−ợc các hiện t−ợng liên quan đến định luật Bec-nu-li trong cuộc sống.
– Biết cách áp dụng định luật Bec-nu-li vào cuộc sống.
– Thiết kế chế tạo một số thí nghiệm đơn giản ở nhà.